110KV降压变电所的设计.doc
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毕业设计说明书
摘要
本设计是平东110KV降压变电所的电气一次部分设计。
本变电所有两个电压等级为110KV、10KV，在设计中要考虑主接线的选择，主变压器的选择，电器设备的选择等。
并要进行大量的短路计算以及变压器保护的整定计算工作。
在设计中考虑变压器保护的设计，根据变压器继电保护配置原则，采用差动保护，瓦斯保护，过电流保护，过负荷，零序保护等。
电力变压器作为电力系统和广大企业用户广泛应用的电气设备，在联络电网，电力的输送、分配和使用过程中发挥着核心关键作用，而变压器风冷控制系统则是保证其安全正常运行的重要部分。
传统的变压器风冷装置，由于控制系统主要由机械触点逻辑电路实现，安全隐患多，自动化程度低，不能适应当今无人值守变电站的需要，因此新的控制系统的设计方案势在必行。
本文针对传统变压器风冷控制系统存在的控制回路复杂、可靠性低、风机的保护方式简单、控制误差大、故障率高、维护工作量大、无法实现远程通讯等问题，经过多方面的技术分析和调研，设计开发了以单片机为核心的变压器风冷控制系统，该系统充分利用软件资源，在保证控制系统可靠性的基础上尽量简化装置的硬件电路，彻底摒弃继电器逻辑处理方式，完善了变压器风冷控制系统的功能。
系统以变压器顶层油温及负荷等参数作为被控量，采用具有延迟裕度的投、切温度阈值的控制策略和按风机累计运行时间自动均衡投切风机的控制方法来实现风机的自动控制。
关键词：
主接线；变压器，单片机，风冷系统，自动控制
Abstract
Thisdesignwasfloat,eastof110kvstep-downsubstationelectricalpartdesignatatime.Thevoltagesubstationaretwolevelsof110KV,35KV,10KV.,inthedesigntobeconsideredthemainwiringoptions,thechoiceofmaintransformer,electricalequipmentselection.Andconductextensivecalculationofshortcircuitandtransformerprotectionsetting.
Consideredinthedesignofthetransformerprotectiondesign,distributiontransformerprotectionprinciples,useofdifferentialprotection,gasprotection,over-currentprotection,overload,zero-sequenceprotection.
Aselectricalequipment,powertransformeriswidelyusedinpowersystemsandenterpriseusers.Itcontactsnetwork,convertsthepowersupplynetworkvoltagetovoltagethatelectricalequipmentsordevicescanusedirectlyandplaysakeyroleinpowertransmission,distributionanduseprocess.Transformercoolingcontrolsystemisanimportantparttoensureitssafetyofnormaloperation.Thetraditionaltransformercoolingcontrolsystem,duetothecontrolsystemconsistingoflogiccircuitofmechanicalcontacts,highsecurityhiddenhazards,lowautomatization,cannotadapttotheneedsoftoday'sunattendedsubstation,sothenewcontrolsystemdesignisimperative.Fortheexistingtransformercoolingcontrolsystemhasmanyshortcomings,suchasthecomplicatedsystemcontrolcircuit,thelowreliability,protectionmethodsoffanbeingsosimple,largecontrolerror,highfaultrate,massivemaintenanceworkandnomethodtorealizeremotecommunication,thispaperdevelopsanovelintelligenttransformercoolingcontrolsystembasedonthecenterofmicroprocessorthroughall-roundtechnologyanalysisandresearch.Thissystemhasfulluseofsoftwareresources,whileensuringthereliabilityofcontrolsystembasedonthehardwarecircuitassimplydevice,completelyabandontherelaylogicapproach,improvedthefunctiontransformercoolingcontrolsystem.Transformertopoiltemperatureandsystemloadandotherparametersastheamountcharged,byamarginofthevotedelay,cuttingthetemperaturethresholdofthecontrolstrategiesandthecumulativetimefanautomaticallybalancedbyswitchingthefanscontrolmethodtoachieveautomaticcontroloffans.
Keywords:
transformer,mainconnection,single-chipmicrocomputer,air-cooledsystem,automaticcontrol
目录
摘要 I
Abstract II
绪论 1
第一章毕业设计主要内容 3
1.1毕业设计任务 3
1.2毕业设计的主要功能和技术指标 3
第二章设计方案的选择 4
2.1主接线设计的概况及依据 4
2.1.1在选择电气主接线时的设计依据 4
2.1.2主接线设计的基本要求 4
2.2几种接线形式的比较 4
2.2.1单母接线的优缺点 4
2.2.2单母线分段接线的优缺点 5
2.2.3双母线接线优缺点 6
2.2.4带旁路母线的单母线分段接线优缺点 7
2.2.5桥式接线的优缺点 7
2.3主接线方案的拟定 8
2.3.1110KV侧主接线的设计 8
2.3.210KV侧主接线的设计 8
第三章主变压器的选择 10
3.1主变压器选择原则 10
3.2变电所主变压器台数的确定 10
3.3变电所主变压器容量的确定 10
3.4主变相数选择 11
3.5主变的调压方式 11
3.6变压器冷却方式选择 11
3.7变电站主变压器型式的选择 11
3.8备用变压器选型 12
第四章110KV变电站电气部分短路计算 13
4.1短路电流计算的目的及规定 13
4.1.1短路电流计算的目的 13
4.1.2短路电流计算的一般规定 13
4.2短路电流的计算 13
4.2.1计算变压器电抗 13
4.2.2系统电抗 13
4.2.3系统等值网络图 13
4.2.4短路计算点的选择 14
4.2.5短路电流计算 14
4.2.6最大方式下短路电流值列表 15
第五章主要电气设备的选择 16
5.1电气设备选择概述 16
5.1.1选择的原则 16
5.1.2电气设备和载流导体选择的一般条件 16
5.2110KV侧断路器隔离开关的选择 16
5.2.1进线侧断路器、母联断路器的选择 16
5.2.2进线侧隔离开关、内桥断路器隔离开关的选择 17
5.2.310KV侧断路器与隔离开关的选择 18
5.2.4主变压器侧断路器的选择 19
5.2.5主变压器侧隔离开关的选择 19
5.3电流互感器的选择 20
5.3.1110KV侧电流互感器的选择 20
5.3.210KV侧电流互感器的选择 21
5.3.3电压互感器的选择 21
5.3.4110KV侧母线电压互感器的选择 22
5.3.510KV侧母线电压互感器的选择 22
5.410KV侧熔断器的选择 22
5.4.1熔断器选择概述 22
5.4.210KV侧熔断器的选择 23
5.5母线的选择 23
5.5.1导体选择的一般要求 23
5.5.2母线型式 24
5.5.3母线截面的选择 24
5.5.4110KV母线的选择 24
5.5.510KV母线的选择 24
5.5.6变压器10KV侧引接线的选择与校验 25
5.6接地开关的选择 27
5.6.1简述 27
5.6.2110KV侧接地开关的选择 27
5.6.310KV侧接地开关的选择 28
第6章系统保护配置 29
6.1继电保护 29
6.1.1继电保护的作用 29
6.1.2继电保护的基本要求 29
6.1.3电力系统继电保护的工作特点 29
6.2瓦斯保护 29
6.2.1轻瓦斯保护 29
6.2.2重瓦斯保护 30
6.2.3过电流保护 30
6.2.4零序后备保护：
30
6.2.5单相式过负荷保护：
30
6.3纵差动保护整定计算 31
6.3.1纵差动保护 31
6.3.2确定保护的一次动作电流：
31
6.3.3确定保护的二次动作电流：
31
6.3.4差动保护的实际动作电流：
32
6.3.5非基本侧的平衡线圈和工作线圈匝数：
32
6.3.6校验 32
6.3.7动作时限 32
6.3.8灵敏度校验：
32
6.4复合电压起动过电流保护 33
6.4.1动作值整定：
33
6.5变压器过负荷保护整定计算 33
6.5.1动作值整定：
33
第七章电力系统微机保护 35
7.1微机保护的发展 35
7.2变电站微机监控系统 35
7.3变电站现场的微机保护和监控系统的抗干扰 38
7.4以MSP430F1611单片机为基础的微机保护 41
7.4.1硬件部分 41
第八章防雷规划 45
8.1雷电的形成 45
8.2变电所的防雷措施 45
8.3避雷选择 46
8.4氧化锌避雷器参数选择要求 46
8.5避雷器的选择 46
第九章变压器通风控制设计 48
9.1强迫油循环风冷装置的结构和工作原理 48
9.2变压器风冷控制系统设计应遵循的原则 48
9.3大型变压器风冷控制系统的工作原理 49
9.3.1变压器风冷控制系统主要功能模块的实现方法和作用简介 49
9.3.2变压器风冷控制系统的主要功能 50
9.3.3变压器风冷系统的风机分组设计方案 50
9.4变压器风冷系统控制策略的研究 51
9.4.1变压器油温自动控制的控制方法 51
9.4.2风冷装置综合投切控制原则 52
9.4.3按风机累计运行（停止）时间投切的控制方法 53
9.5单片机的光电隔离技术 55
9.6单片机的抗干扰技术 55
9.7变压器风冷控制系统的硬件设计 56
9.7.1主要元器件的选择 56
9.7.2主电路及控制电路的设计 57
9.7.3E2PROM存储器电路的设计 58
9.7.4变压器油温测量电路的设计 59
9.7.5显示模块的设计 59
9.7.6“看门狗”电路设计 60
9.8RS-485串行通信模块的设计 61
9.8.1RS-485协议简介及MAX485芯片介绍 61
9.8.2PC机与单片机之间通讯的实现 62
9.9印制电路板的制作 63
9.9.1电源线、地线设计 63
9.9.2电磁兼容性设计 64
9.9.3去耦电容配置 65
9.9.4元器件布局与热设计 65
9.10变压器风冷控制系统的主控回路程序设计 65
9.10.1主程序的设计 65
9.10.2子程序1的设计 66
9.10.3子程序2的设计 68
9.10.4子程序3的设计 68
9.11RS-485通信模块设计 69
9.11.1上位机程序设计 69
9.11.2下位机程序 70
9.11.3串行通信协议 71
第十章配电装置的选择 73
10.1概述 73
10.1.1配电装置特点 73
10.1.2配电装置类型及应用 73
10.2配电装置的确定 74
第十一章设计总结 76
参考文献 77
致谢 78
附录1：
英汉翻译 79
V
绪论
由于现代科学技术的发展，电力网容量的增大，电压等级的提高，综合自动化水平的需求，是变电所设计的问题变得越来越复杂，除了常规变电所之外，还出现了微机变电所，综合自动化变电所，小型化变电所和无人值班变电所等。
当前，随着我国城乡电网建设与改造工作的开展，对变电所提出了更高更新的要求。
本毕业设计题目为：
平东110KV降压变电所的电气一次部分设计。
经过四年的专业课程学习，在已有专业知识的基础上，了解了当前我国变电站技术的发展现状及技术发展趋向，此设计任务旨在体现我对本专业各科知识的掌握程度，培养我对本专业各科知识进行综合运用的能力，同时检验本专业学习四年以来的学习结果。
将此变电站做为一个终端变电站考虑，三个电压等级，即110KV/10KV。
设计中依据《变电所总布署设计技术规程》、《电力工程设计手册》、《电力继电保护原理》、《电力工程基础》、《火力发电厂、变电所二次接线设计技术规程》、《中小型变电所使用设计手册》、《电气工程专业毕业设计指南》及本专业各教材。
首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数以及对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑，并通过对负荷资料的分析，安全，经济及可靠性方面考虑，确定了110kV,10kV的主接线，然后再通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数，容量及型号，同时也确定了站用变压器的容量及型号，其次，根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，对高压熔断器，隔离开关，母线，电压互感器，电流互感器等进行选型，从而完成了110kV电气一次部分的设计。
对于主变压器保护，在本设计中考虑用到差动保护、瓦斯保护、零序保护、后备保护。
最后，对主变压器进行通风控制设计。
目前不管是安装在发电厂还是运行在变电站的大型变压器，其运行中所带负荷随时都在发生变化，尤其是发电厂的升压变压器在调峰运行时，每日所带负荷都在50%～100%之间多次变化，这使得变压器的损耗也随之发生变化，从而造成油温的不断变化；另外，不管是一年四季环境气温的变化，还是每天昼夜气温的变化，也都造成了油温的变化，变压器油温的频繁和大幅度变化，将对其安全、经济
运行和使用寿命产生较大的影响，因此要给大型变压器配备强迫油循环风冷设备。
风冷设备的投切控制与保护一直是变压器制造厂和用户共同关注的问题。
本文着重研究强迫油循环变压器的风冷自动控制系统。
随着微机式工业控制技术理论的不断成熟与完善及电子元器件制造工艺的不断提高，使得其控制可靠性大幅度提高，因此，本文选用单片机作为变压器风冷控制系统的核心，对所有的输出输入量进行逻辑处理和运算处理，充分利用软件资源，在保证控制系统可靠性的基础上尽量简化装置的硬件电路；在控制电路上，采用无触点固态继电器驱动，彻底摒弃传统的继电器逻辑处理方式；另外，在保证传统装置功能实现的基础上，增加一些新颖实用的新功能。
综上所述，本课题主要包括以下几个方面的研究内容：
（1）根据传统风冷系统运行的实际情况，以系统设计经济性、扩展性、安全性、
可靠性和易维护性为目标，分析风冷控制系统应遵循的设计原则和应实现的
新功能。
（2）结合变压器运行风冷系统需求的实际情况提出以单片机作为核心控制器的
风冷控制系统的设计原则，提出可实现的风冷控制系统设计方案。
（3）依据设计方案对基于单片机的变压器风冷控制系统的硬件电路进行设计，在 分析不同元器件优缺点的基础上确定各模块所需元件的选择。
（4）对风冷控制系统的软件进行设计，分别设计各模块相应的程序，实现对变压 器风冷控制系统的控制功能。
为使系统更加完善，还设计了通信程序以及短 路处理程序，最后完成系统调试。
第一章毕业设计主要内容
1.1毕业设计任务
1.熟悉题目要求，查阅相关资料。
2.完成电气一次主接线形式比较，选择。
3.完成主变压器和所用变压器容量的选择、台数和型号的选择、进行必要的功
率因数补偿计算。
4.进行短路计算以完成对电气设备的选择。
5.完成所设计电气一次部分的主要保护配置及主变压器通风控制设计。
6.采取必要的防雷保护措施。
7.撰写设计说明书，绘制图纸。
8.指定内容的外文资料翻译。
1.2毕业设计的主要功能和技术指标
设计一个地方降压变电所的电气一次部分，其电压等级为110KV/10KV；系统情况为：
（1）系统经双回线给变电所供电；
（2）系统110KV母线短路电流标幺值为36（Sj=100MVA）；（3）系统110KV母线电压满足常调压要求.
设计实现的主要功能是将110KV电压降低后，给10KV的一，二类负荷供电。
主要设计指标:
①出线回路：
110KV侧2回（架空线）；
10KV侧10回电缆线；
②负荷情况：
主要为一，二级负荷；
10KV侧；最大26MVA，最小15MVA功率因数0.85，Tm=3500小时。
第二章设计方案的选择
2.1主接线设计的概况及依据
主接线的设计原则，考虑变电所在电力系统中的地位和作用，考虑近期和远期的发展规模，考虑负荷的重要性和出线回数多少对主接线的影响，考虑主变台数对主接线的影响，考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响。
主接线设计的基本要求，可靠性，断路器检修时是否影响供电；设备和线路故障检修时，停电数目的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供
电。
灵活性，主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式，达到调度的目的，而且在各种事故或设备检修时，能尽快地退出设备。
切除故障停电时间最短、影响范围最小，并且再检修在检修时可以保证检修人员的安全。
合理性，主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小，占地面积最少，使其尽地发挥经济效益。
主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。
复杂的接线不仅不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。
但接线过于简单，可能又不能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便或造成不必要的停电。
通常变电站主接线的高压侧，应尽可能采用短路器数目教少的接线，以节省投资，随出线数目的不同，可采用桥形、单母线、双母线及角形接线等。
如果变电站电压为超高压等级，又是重要的枢纽变电站，宜采用双母线带旁母接线或采用一台半断路器接线。
变电站的低压侧常采用单母分段接线或双母线接线，以便于扩建。
6-10KV馈线应选轻型断路器，如SN10型少油断路器或ZN13型真空断路器；若不能满足开断电流及动稳定和热稳定要求时，应采用限流措施。
在变电站中最简单的限制短路电流的方法，是使变压器低压侧分列运行；若分列运行仍不能满足要求，则可装设分列电抗器，一般尽可能不装限流效果较小的母线电抗器。
2.1.1在选择电气主接线时的设计依据
1）发电厂、变电所所在电力系统中的地位和作用.
2）发电厂、变电所的分期和最终建设规模.
3）负荷大小和重要性.
4）系统备用容量大小.
5）系统专业对电气主接线提供的具体资料.
2.1.2主接线设计的基本要求
1）可靠性
2）灵活性
3）经济性
2.2几种接线形式的比较
2.2.1单母接线的优缺点
单母线接线示意图如图2.1
图2.1单母线接线示意图
对于单母线接线，其优缺点如下：
①优点：
接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电装置。
②缺点：
不够灵活可靠，任意元件故障或检修，均须使整个配电装置停电。
单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部母线仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障段的供电。
适用范围：
1）6-10KV配电装置的出线回路数不超过5回；
2）35-63KV配电装置的出线回路数不超过3回；
3）110-220KV配电装置的出线回路数不超过2回。
2.2.2单母线分段接线的优缺点
单母线分段接线示意图如图2.2所示：
图2.2单母线单母线分段接线示意图
对于单母线分段接线，其优缺点及适用范围如下：
①优点：
1）用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同断引出两个回路由两个电源供电。
2）当一段母线发生故障，分开母联断路器，自动将故障隔离，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。
②缺点：
1）当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电。
2）当出现为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。
3）扩建时需向两个方向均衡扩建。
③适用范围：
1）6-10KV配电装置出线回路数为6回及以上时。
2）35-63KV配电装置出线回路数为4-8回时。
3）110-220KV配电装置出线回路数为4-8回时。
2.2.3双母线接线优缺点
双母线接线示意图如下图2.3所示
图2.3双母线接线示意图
其中，双母线接线的优缺点及适用范围如下：
①优点：
1）供电可靠。
通过两组母线隔离开关得到换操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电一组母线故障后，能迅速恢复供电；检修任一回路的母线隔离开关，只停该回路。
2）调度灵活。
各个电源和各回路负
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