【正文】 .....41（一）操作電源概述 ....................................41操作電源基本概念及要求 ..........................41操作系統(tǒng)交流部分 ................................41操作系統(tǒng)直流部分 ................................41操作系統(tǒng)監(jiān)控部分 ................................42參考文獻(xiàn) .................................................43致 謝 ...................................................441引 言（一）本課題的目的及研究意義本課題的目的20kV 變電站二次部分設(shè)備的保護(hù)設(shè)計(jì)，對(duì)一次電氣部分具有監(jiān)察、測(cè)量、控制、保護(hù)、調(diào)節(jié)等功能，達(dá)到安全、穩(wěn)定、靈活和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的，提供有效的操控方案，運(yùn)用各方面知識(shí)的綜合來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，掌握實(shí)際工程設(shè)計(jì)的基本技能，檢測(cè)自己工作成果。本課題的研究意義 目前 10kV 配電網(wǎng)的局限性越來(lái)越突出，20kV 可以很大程度的緩解供電局限性問(wèn)題。變電站是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，起著變換和分配電能的作用。變電站綜合自動(dòng)化建立在微機(jī)技術(shù)和數(shù)字通信技術(shù)基礎(chǔ)之上,是變電站自動(dòng)化發(fā)展的趨勢(shì)，其中繼電保護(hù)是變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分。（二）本課題的研究范圍及技術(shù)要求 根據(jù)一次部分主變壓器的選擇和電氣主接線的設(shè)計(jì)，計(jì)算短路電流，并選擇主變壓器、所用變、母線電纜、斷路器、電流互感器、電壓互感器、熔斷器、補(bǔ)償電容器等設(shè)備。微機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)還有斷路器控制回路設(shè)計(jì)，自動(dòng)重合閘回路以及備用電源自動(dòng)投入回路設(shè)計(jì)。通過(guò)各種保護(hù)裝置，及時(shí)反映并動(dòng)作于故障，保證變電所的可靠供電。20kV 線路電纜長(zhǎng) 4 公里，系統(tǒng)短路容量為Skmax=800MVA，Skmin=600MVA。設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）根據(jù)給出的變電所負(fù)荷情況選擇變壓器容量和臺(tái)數(shù)，并設(shè)計(jì)電氣主接線圖，設(shè)計(jì)配置相應(yīng)繼電保護(hù)裝置。（3）選擇主要一次回路（一次進(jìn)線、變壓器、母線分段開(kāi)關(guān)、母線聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)和重要引出線）電氣設(shè)備，包括高壓斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、電流互感器、電壓3互感器、母線、電纜等。（5）設(shè)計(jì)主要一次回路斷路器控制回路。 一、變電所一次回路（一）負(fù)荷計(jì)算負(fù)荷分析根據(jù)供電可靠性和突然中斷供電造成的損失程度可以將負(fù)荷分為三種，其主要目的是節(jié)約投資，降低供電成本，保證電能質(zhì)量。因此，要有兩個(gè)獨(dú)立電源供電，其他的還要增設(shè)獨(dú)立電源點(diǎn)。應(yīng)由兩回線供電，負(fù)荷較小時(shí)允許采用一回專用線路供電。這類負(fù)荷造成的損失不大或不會(huì)直接造成損失。負(fù)荷計(jì)算的方法目前負(fù)荷計(jì)算的常用方法有需要系數(shù)法、二項(xiàng)式法和利用系數(shù)法。（1）單臺(tái)用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷1）有功計(jì)算負(fù)荷： Pca?1=SN ? cosφ N （21）4式中 P ca?1——有功計(jì)算負(fù)荷，kW； SN ——負(fù)荷的額定視在容量，kV?A； φ N ——負(fù)荷的功率因數(shù)角。 （2）用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷 1）有功負(fù)荷計(jì)算： Pca?2=Kd ? ∑P e （23）式中 K d——用電設(shè)備組的需要系數(shù)； ∑P e——用電設(shè)備組的設(shè)備額定容量之和。 3）視在計(jì)算負(fù)荷： Sca?2= （22caca??QP5） （3）確定變電所低壓母線上的計(jì)算負(fù)荷1）總有功計(jì)算負(fù)荷： Pca?3=K∑ ? ∑P ca?2 （26） 2）總無(wú)功計(jì)算負(fù)荷： Qca?3=K∑ ? ∑Q ca?2 5（27） 3）總視在計(jì)算負(fù)荷： Sca?3= （28）23caca??QP式中 Pca?Q ca?S ca?3——變電所低壓母線上的有功、無(wú)功及視在計(jì)算負(fù)荷， kW、kvar、kV?A； ∑P ca?2 、∑Q ca?2——各用電設(shè)備組的有功、無(wú)功計(jì)算負(fù)荷的總和，kW、kvar； K∑ ——最大負(fù)荷時(shí)的同時(shí)系數(shù)。功率因數(shù)越低，對(duì)電網(wǎng)的損耗越大，經(jīng)濟(jì)效益越差。無(wú)功補(bǔ)償方法及計(jì)算（1）功率因數(shù)的人工補(bǔ)償 本設(shè)計(jì)中通過(guò)選用并聯(lián)電容器柜進(jìn)行補(bǔ)償，使功率因數(shù)保持在允許范圍。設(shè)某電力用戶補(bǔ)償前的平均負(fù)荷為 Pav；自然功率因數(shù)為 功率因數(shù)提高到 cosφ2,則需要補(bǔ)償?shù)娜萘?Qc 為 Qc=Pav（tanφ 1tanφ 2)=α?（tanφ 1tanφ 2) （214）式中 Pca——最大有功計(jì)算負(fù)荷，kW； α——月平均有功負(fù)荷系數(shù)； φφ2——補(bǔ)償前、后功率因數(shù)角； tanφ 1tanφ 2——無(wú)功補(bǔ)償率。 n=Qc/Qc1 7（215）式中 Q c1——單只電容器容量； n——并聯(lián)電容器的個(gè)數(shù)。 （2）無(wú)功補(bǔ)償?shù)挠?jì)算根據(jù)上節(jié)的有功、無(wú)功計(jì)算負(fù)荷的功率因數(shù)： cosφ= = = = （2??caSP2ca?????16）在《供用電規(guī)則》中規(guī)定：高壓供電的工業(yè)用戶和高壓供電裝有負(fù)荷調(diào)整電壓裝置的電力用戶，功率因數(shù)為 以上；其他 100kV?A 及以上電力用戶和大、中型排灌站，功率因數(shù)為 以上。為使補(bǔ)償后功率因數(shù) cosφ≥，則根據(jù)要求，當(dāng) cosφ= 時(shí)， =Pca?∑ ? tan == (kvar) 39。?（217） Qc=Qca?∑ == (kvar) （239。并聯(lián)電容器組裝設(shè)在變電所低壓側(cè)母線，主要是補(bǔ)償主變和負(fù)荷的無(wú)功功率。cQ19）補(bǔ)償后：無(wú)功功率 =Qca?∑ == (kvar) （239。c20）視在功率8 = = =(kV?A) （239。?????21）功率因數(shù) cosφ= = = = （239。ca?????22）補(bǔ)償后符合要求。變壓器容量的選擇1）裝有一臺(tái)主變壓器的變電所。每臺(tái)主變壓器的容量應(yīng)不小總的計(jì)算負(fù)荷的 60%，一般選取為 70%，即 SNT≈ ca （224）同時(shí)每臺(tái)主變壓器的容量應(yīng)不小于全部一、二級(jí)負(fù)荷之和，即 SNT≥S ca(I+II) （225）9變壓器連接方式的選擇 降壓變壓器三相連接起來(lái)的方法稱為變壓器的連接方式。 1）Y/△或△/Y 連接方式。 2）△/△連接方式。根據(jù)以上原則作計(jì)算： SNT=== (kV?A) （226）所以選擇順特電氣的兩臺(tái) SC108000/20 型電力變壓器，分別裝在 20kV 斷路器下方。它把各電源送來(lái)的電能匯集起來(lái)，并分給各用戶。主接線的確定，對(duì)電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、靈活、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及變電所電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護(hù)和控制方法的擬定將會(huì)產(chǎn)生重大的影響。主接線方案設(shè)計(jì)這里介紹 3 種接線方式。（2）單母分段接線方式：當(dāng)一段母線故障時(shí)，分段斷路器跳開(kāi)，保證另一段母線仍正常供電，可提高供電可靠性和靈活性。（3）雙母線接線方式： 供電可靠，調(diào)度靈活，擴(kuò)建方便且不會(huì)引起原有回路的停電；但其投資較大，所用設(shè)備多，配電裝置復(fù)雜，經(jīng)濟(jì)性差。如圖 21 所示，本設(shè)計(jì)中實(shí)際選用設(shè)備時(shí)，不需要選擇隔離開(kāi)關(guān)，10kV 側(cè)分段母線出線除 8 路帶負(fù)荷出線外，還有作為備用的出線。當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，短路回路的阻抗很小，短路回路中將流通很大的短路電流，電源的電壓降落在短路回路中，造成十分嚴(yán)重的危害。在大多數(shù)情況下，絕緣的破壞是由于未及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除設(shè)備中的缺陷或者在長(zhǎng)期過(guò)負(fù)荷元件中，由于電流過(guò)大，載流導(dǎo)體的溫度升高太多，使絕緣老化加速或破壞。短路電流的熱效應(yīng)會(huì)使設(shè)備過(guò)熱損壞。短路電流還會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，影響通信設(shè)備運(yùn)行。三相短路危害最嚴(yán)重，因此這里的短路計(jì)算就是三相短路的計(jì)算，短路點(diǎn)選擇的是主變壓器兩側(cè)。各元件阻抗的計(jì)算可采用有名值和標(biāo)幺值兩種計(jì)算方法。（1）標(biāo)幺值標(biāo)幺值是相對(duì)有名值而言，在標(biāo)幺值中各物理量均用相對(duì)值表示。在電路的計(jì)算中，各量基準(zhǔn)值之間必須遵循電路的歐姆定律和功率方程式，三相電路中，電流、電壓、阻抗、和功率這四個(gè)物理量的基準(zhǔn)值之間應(yīng)滿足下列關(guān)系： （2BIUS3?27） （2BZI28） 式中 SB、U B、I B、Z B——功率、電壓、電流、阻抗的基準(zhǔn)值。B已知基準(zhǔn)功率 ,通?？葿S設(shè) =1000MA?V；、 －變壓器NT%KU的額定容量 kA?V 及其短路電壓的百分值；－電抗器或線所avU在網(wǎng)路的平均額定電壓 kV；－變壓器短路損KP?耗 kW。 （20kV 中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)使用 18/20kV 電纜） 。 ??SXB32）電纜 L： (Ω/km) （?????fWXl33） （?BlLUS34） 變壓器： （210810%3????NTBkTSuX35）則 k1 點(diǎn)短路時(shí)短路回路總阻抗為： （ ??????LskX36）短路電流次暫態(tài)值：15 (kA) （39。 ???IKishsh38）短路沖擊電流有效值： (kA) （..15.39。 ????kBXI41）短路電流沖擊值： (kA) （39。 ???IIsh43）2）最小運(yùn)行方式電源為無(wú)窮大容量電源系統(tǒng)，它到電纜 M 點(diǎn)處電抗標(biāo)幺值為 （39。 ????kBXI49）短路電流沖擊值： (kA) （39。 ???IIsh51） 則 k2 點(diǎn)短路時(shí)短路回路總阻抗為： （ ?????????TLskXX52）短路電流次暫態(tài)值：17 (kA) （39。 ???IKishsh54）短路沖擊電流有效值： (kA) （.39。電氣設(shè)備選擇的技術(shù)條件選擇的電氣設(shè)備，應(yīng)能在長(zhǎng)期工作條件下和其他故障情況下保持正常運(yùn)行。 ???Iish4）經(jīng)查找相關(guān)廠商產(chǎn)品，在變壓器 20kV 側(cè)采用 ZN63(VS1)型中置式高壓交流真空斷路器。10kV 側(cè)斷路器的選擇變壓器計(jì)算電流按變壓器的額定電流計(jì)算，則 (A) （???NcaUSI5）短路電流的沖擊值為 (kA) （.39。配套開(kāi)關(guān)柜：選用 KYN28A12 金屬鎧裝移開(kāi)式開(kāi)關(guān)柜。表 32 母線參數(shù)銅（A)母線尺寸（mmmm)25℃ 30℃ 35℃ 40℃505 860 809 756 697 經(jīng)允許載流量知所選母線符合要求。電流互感器作測(cè)量用的準(zhǔn)