电力学习材料（变电站）

第1章 绪 论 1.1 我国电力工业发展概况

电是能量的一种表现形式，电力已成为工农业生产不可缺少的动力，并广泛应用到一切生产部门和日常生活方面。电能有许多优点：首先，它可简便地转变成另一种形式的能量。其次，电能经过高压输电线路，还可输送很长的距离，供给远方用电。另外，许多生产部门用电进行控制，容易实现自动化，提高产品质量和经济效益。电力工业在国民经济中占有十分重要的地位。

建国以来，我国的电力工业发展迅速。到目前，我国的总装机容量和发电量均居世界第四位。但是我国目前的电力还不能满足国民经济发展的需要，必须加快发展。

我国电力工业自动化水平正在逐年提高。20万kW及以上大型机组已采用计算机监控系统，许多变电站已装设微机综合自动化系统，有些已实现无人值班，电力系统已实现调度自动化。我国电力工业已进入大机组、大电厂、大电力系统、高电压和高自动化的新阶段。 1.2 变电站的类型

电力系统由发电厂、变电站、线路和用户组成。变电站是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。 变电站根据它在系统中的地位，可分成下列几类： 1)枢纽变电站

它位于电力系统的枢纽点，连接电力系统高压和中压的几个部分，汇集多个电源，电压为330~500KV的变电所，称为枢纽变电站。全站

停电后，将会引起系统解列，甚至出现瘫痪。 2)中间变电站

高压侧以交换潮流为主，起系统交换功率的作用，或使长距离输电线路分段，一般汇集2~3个电源，电压为220~330kV，同时又降压供给当地用电，这样的变电站主要起中间环节的作用。全站停电后，将引起区域电网解列。 3)地区变电站

高压侧电压一般为110~220kV，向地区用户供电为主的变电站，这是一个地区或城市的主要变电站。全站停电后，仅使该地区中断供电。 4)终端变电站

在输电线路的终端，接近负荷点，高压侧电压多为110kV，经降压后直接向用户供电的变电站。全站停电后，只是用户受到损失。 1.3 设计背景和意义

随着我校的发展，新校区即将建设，现有的电网将不能满足用户负荷的需要。为了适应学校负荷发展的需要，学校拟建设一个110kV的变电站。本课题就是新校区变电站的设计，是在良好掌握本专业的基础知识，并实际调查新旧校区负荷状况的基础上进行的实际工程设计。通过本设计，从总体上掌握了电力工程设计的过程，并熟悉了一些设计方法，为以后从事电力工程设计工作打下一定的基础。 1.4 燕山大学现有负荷和新校区变电站原始资料调查

我校现有供电负荷主要有教学区、学生宿舍区、家属区、工厂区及二十一层主楼等。现阶段学校基本负荷状况如下(变压器台数×容量)：

机械工厂变电所： kVA 二十一层变电所： kVA 轧钢变电所： kVA 家属区箱变： kVA 风雨操场变电所： kVA 新区教学楼变电所： kVA 三食堂箱变： kVA 会议中心变电所： kVA 培训楼变电所： kVA 新校区变电站原始资料调查：

戴河变电站到新校区的线路长度为10km，进线回路为两回，系统的短路容量为 MVA，电压等级为110kV。

白塔岭变电站到新校区的线路长度为2km，进线回路为一回，系统的短路容量为 MVA，电压等级为10kV。 新校区的负荷为： kVA和 kVA 所设计变电站的站用电按一类负荷考虑。 第2章 电气主接线的设计

电气主接线是发电厂、变电站电气设计的首要部分，也是构成电力系统的首要环节。主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电站本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方式的拟定有较大的影响。因此，必须正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，合理地确定主接线方案。 2.1 主接线设计的基本要求

电气主接线是由高压电器通过连接线、按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络。

电气主接线应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。 一、可靠性

供电可靠性是电力生产和分配的首要任务，保证供电可靠性是电气主接线最基本的要求。停电不仅使发电厂造成损失，而且对国民经济各部门带来的损失将更加严重，往往比少发电能的价值大几十倍，至于导致人身伤亡、设备损坏、产品报废、城市生活混乱等造成的经济损失和政治影响，将更是难以估量。因此，主接线的接线形式必须保证供电可靠。因事故被迫中断供电的机会越少，影响范围越小，停电时间越短，主接线的可靠程度就越高。分析和研究主接线可靠性通常应从以下几方面综合考虑：

1)电厂或变电站在电力系统中的地位和作用

发电厂和变电站都是电力系统的重要组成部分，其可靠性应与系统相适应。例如：对一个中小型变电站的主接线就毋须要求过高的可靠性，也就没有必要采取太复杂的接线形式；而对于一个大型发电厂或超高压变电站，由于它们在电力系统中的地位很重要，供电容量大、范围广，发生事故可能使系统稳定运行遭破坏，甚至瓦解，造成巨大损失。因此，其主接线应采取供电可靠性高的接线形式。在设计时，除了予以定性论证外，还需对主接线可靠性进行定量分析和计算。 2)发电厂和变电站接入电力系统的方式

现代化的发电厂和变电站都接入电力系统运行，其接入方式的选择与容量大小、电压等级、负荷性质以及地理位置和输送电能距离等因素有关。例如：对中小型发电厂和变电站，靠近负荷中心且常常有

6~10kV电压等级的近区负荷，与系统连接只是输出本厂的剩余功率，容量不大。此时，其主接线的设计对6~10kV发电机电压等级接线宜采用供电可靠性较高的母线接线形式，以便适应近区各类负荷对供电可靠性的要求，而与系统的连接则可采用单回线较弱联系的接入方式；大型发电厂一般距离负荷中心较远，电能须用较高电压输送，其容量也较大，此时宜采用双回路或环网等强联系形式接入系统，该发电厂或变电站相应电压等级接线方式的可靠性必须与之相适应。 3)发电厂和变电站的运行方式及负荷性质

电能的特点是：发电、变电、输电和用电同时完成。而负荷的性质按其重要性又有Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类之分。对担任负荷的发电厂，设备利用率较高，年利用小时数5 000 h以上，且主要供应Ⅰ、Ⅱ类负荷用电时，必须采用供电较为可靠的接线形式，且保证有两回路电源供电；承担腰荷的发电厂，年利用小时数在3 000 h以下，其接线可靠性要求需要进行综合分析。例如：钢铁企业虽然属于Ⅰ类用户，但不是所有负荷都绝对不允许停电；农业用电虽属Ⅲ类用户，但在抗旱排涝时期，就必须保证供电。因此，根据发电厂的运行方式和负荷的要求，进行具体分析，以满足必要的供电可靠性。 4)设备的可靠程度直接影响着主接线的可靠性

电气主接线是由电气设备组成的，电气设备本身的质量及可靠程度直接影响着主接线的可靠性。因此，主接线设计必须同时考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电的影响。随着电力工业的发展，新型设备的投运、自动装置和先进技术的使用，都有利于提高主接线的可

靠性，但不等于设备及其自动化元件使用的越多、越新、接线越复杂就越可靠。相反，不必要的多用设备，使接线复杂、运行不便，将会导致主接线可靠性降低。因此，电气主接线的可靠性是一次设备和二次设备在运行中可靠性的综合，采用高质量的元件和设备，不仅可以减小事故率，提高可靠性，而且还可以简化接线。 5)长期实践运行经验的积累是提高可靠性的重要条件

可靠性的客观衡量标准是运行实践。根据国内外长期运行经验，通常定性分析和衡量主接线可靠性时，从以下几方面考虑： (1)断路器检修时，能否不影响供电；

(2)线路、断路器或母线故障时以及母线隔离开关检修时，停运出线回路数的多少和停电时间的长短，以及能否保证对Ⅰ、Ⅱ类用户的供电；

(3)发电厂或变电站全部停电的可能性；

(4)大型机组突然停运时，对电力系统稳定运行的影响与后果等因素。 二、灵活性

电气主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。

1)调度时，应可以灵活的投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。

2)检修时，可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的用电。

3)扩建时，可以容易的从初期接线过渡到最终接线。在不影响连续供

电或停电时间最短的情况下，投入新装机组、变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最小。 三、经济性

主接线的设计应在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。一般应当从以下几方面考虑：

1)投资省 主接线应简单清晰，以节约开关电器数量，降低投资；要适当采用限制断路电流的措施，以便选用价廉的电器或轻型电器；二次控制与保护方式不应过于复杂，以利于运行和节约二次设备及电缆的投资。

2)占地面积少 主接线要为配电装置布置创造节约土地的条件，尽可能使占地面积减少。

3)电能损耗少 在发电厂或变电站中，正常运行时，电能损耗主要来自变压器，应经济合理地选择变压器的型式、容量和台数，尽量避免两次变压而增加电能损耗。 2.2 主接线方案的拟定与选择 2.2.1 主接线方案的拟定

设计变电站所承担负荷大小为 kVA，为小型终端变电站。变电站的容量较小，因此该站主接线的可靠性只要能够满足供电要求就可以，不必过于复杂。从负荷特点及电压等级可知，它具有10kV、110kV两个电压等级，一级电压负荷。10kV用户要求按一类用户考虑，应保证其供电可靠性。白塔岭来的10kV进线可作为备用段。10kV电压等级共有20回电缆馈线，可采用直馈线。

根据以上对原始资料的分析，现将各电压等级可能采用的较佳方案列出。进而，以优化组合的方式，组成最佳可比方案。

(1)10kV电压等级 鉴于出线回路多，且为直馈线、电压较低，宜采用屋内配电，其负荷亦较小，可采用单母线两分段或单母线三分段接线形式。两台主变压器分别接于两段母线上，白塔岭10kV进线可接在Ⅱ段或Ⅲ段母线上，作为变电站和老校区的备用电源。

(2)110kV电压等级 进线回路为两回，为保证其进线断路器检修时不停电，应采用单母线分段接线或内桥形式接线以保证其供电的可靠性和灵活性。

根据以上分析、筛选、组合，可保留下面两种可能的接线方案，如图2-1及图2-2所示。方案一高压侧为单母线分段，简单清晰，运行操作方便，易于扩建。方案二高压侧为内桥接线形式，设备少，接线清晰简单，操作方便。 2.2.2 变电站主设备的选择 一、主变压器的选择

主变压器台数的选择：变电站的负荷比较重要，为保证变电站的供电可靠性，拟采用两台主变压器。这样当变电站的一条主变回路发生故障导致一台主变压器停运后，还可保证对重要用户的供电。 主变压器容量的确定：新校区变电站的用户负荷为22 000kVA,另外考虑站用电为两台500kVA的站用变压器，所要设计的变电站的最大负荷为 kVA。每台变压器额定容量 kVA

这样，当一台变压器停用时，可保证对 负荷的供电，考虑变压器的事故过负荷能力 ，则至少可保证对 负荷的供电。由于一般电网变电所大约有 的非重要负荷。因此采用 可以保证重要负荷的供电。 主变压器型式的选择：在330kV及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。这与单相变压器相比，可节约投资、减少占地面积、运行损耗也较小，同时还可以简化配电装置的结构，减少了维修工作量。具有三种电压等级的变电所，如果通过主变压器各侧绕组的功率均达到 以上时，采用三绕组变压器较为合理。在110kV及以上的中性点直接接地系统中，凡需选用三绕组变压器的场所，均可优先选用自耦变压器，它损耗小、体积小、效率高，可以得到较大的经济效益。 根据以上分析计算，主变压器选择型号：SF7-16000/110 额定容量： 16 000kVA 额定电压： kV 空载电流： 0.9(%) 阻抗电压： 10.5(%) 空载损耗： 23.5kW 负载损耗： 86kW 连接组标号： YN，d11 外形尺寸： mm 二、变电站其它主设备的选择

1200kVA10kV变压器选择型号：SL7-1250/10 额定容量： 1 250kVA 额定电压： 10/0.4kV 空载电流： 2.5(%) 阻抗电压： 5.5(%) 空载损耗： 2 200W 负载损耗： 13 800W 连接组标号： Y，yn0 外形尺寸： mm

1000kVA10kV变压器选择型号：SL7-1000/10 额定容量： 1 000kVA 额定电压： 10/0.4kV 空载电流： 2.5(%) 阻抗电压： 5.5(%) 空载损耗： 1 800W 负载损耗： 11 600W 连接组标号： Y，yn0 外形尺寸： mm 110kV电压等级断路器选择型号：SW3-110G 额定电压： 110kV 最高工作电压： 126kV 额定电流： 1 250A 额定开断电流： 15.8kA 动稳定电流： 41kA 4s热稳定电流： 15.8kA 合闸时间： 0.43s 固有分闸时间： 0.07s 自动重合闸无电流间隔时间：0.5s

10kV主变侧和母联断路器选择型号：ZN-10/2000-40 额定电压： 10kV 最高工作电压： 11.5kV 额定电流： 2 000kA 额定开断电流： 40kA

动稳定电流(峰值)： 100kA 4s热稳定电流(峰值)： 40kA(2s) 合闸时间(小于)： 0.2s 固有分闸时间(小于)： 0.08s 燃弧时间(小于)： 0.3s

10kV其它断路器选择型号：ZN-10/1000 额定电压： 10kV 最高工作电压： 11.5kV 额定电流： 1000A 额定开断电流： 20kA

动稳定电流(峰值)： 50kA 4s热稳定电流(有效值)： 20(2s) 合闸时间(小于)： 0.1s 固有分闸时间(小于)： 0.05s

配用操动机构型号：专用电磁式 2.2.3 主接线方案经济和技术性能比较 一、技术性能定性分析

两种方案接线都较为简单清晰，采用的设备本身故障率小，可靠性程度相当。因为学校的大部分负荷为二类负荷，所以两种接线都可以满足供电要求，但单母线分段接线有利于扩建和发展。10kV电压等级两种方案都采用单母线分段接线。方案一白塔岭进线直接接于Ⅱ段母线上，当白塔岭进出线断路器发生故障时会造成Ⅱ段母线负荷短时全面停电，方案的灵活性较差。而方案二白塔岭进线独立接于Ⅲ段母线上，10kV进线断路器检修或故障不会影响负荷供电，方案灵活性较好。两种方案在检修出线断路器时都会造成该回路停电，对于一类用户应采取双回路供电。 二、经济计算比较

1)综合总投资计算。综合总投资 主要包括变压器综合投资、配电装置综合投资以及不可预见的附加投资等。可用下式计算 (万元) (2-1)

式中 ——主体设备投资，包括变压器、开关设备、配电装置及明显的增修桥梁、公路和拆迁等费用；

——不明显的附加费用比例系数，如基础加工、电缆沟道开挖费用等。对220kV及以上取70、110kV及以下取90。 变电站主要设备投资：

主变压器SF7-16000/110的综合投资： 万元

10kV变压器的综合投资： 万元

110kV单母线分段屋外配电装置投资：48.16万元 110kV内桥接线屋外配电装置投资：31.4万元

方案一10kV单母线双分段屋内配电装置投资：17.2万元 方案二10kV单母线三分段屋内配电装置投资：19.2万元 根据公式(2-1)，方案一综合总投资： 万元

方案二综合总投资： 万元

2)年运行费用的计算。主接线中电气设备的运行费用 主要包括变压器的电能损耗费及设备的检修、维护和折旧等费用，按投资百分率计算，即

(万元) (2-2)

式中 ——检修维护费，一般取 ； ——折旧费，取 ；

——电能电价，取为 元/kW?h； ——变压器电能损失。

对于双绕组变压器，n台相同容量变压器并联运行时，则 (kW?h) (2-3)

式中 n——相同变压器的台数； ——每台变压器额定容量(kVA)； S ——n台变压器担负的总负荷(kVA)；

——变压器全年实际运行小时数(h)；

——每台变压器的空载有功损耗(kW)、无功损耗(kvar)； ——每台变压器的短路有功损耗(kW)、无功损耗(kvar)； K ——无功经济当量，一般发电厂取0.02、变电站取0.1~0.15。 对于主变压器： kW kvar kW kvar kVA h

由公式(2-3)得主变压器的电能损耗 kW?h

对10台1 000kVA变压器： kW kvar kW kvar kVA h

由公式(2-3)得10台1 000kVA变压器的电能损耗 kW?h

对10台1 250kVA变压器： kW kvar kW kvar kVA h

由公式(2-3)得10台1 000kW变压器的电能损耗 kW?h

根据公式(2-2)计算两种方案的年运行费用。 对方案一： 万元 对方案二： 万元

第二方案的综合投资和年运行费用都比第一方案低，第二方案比第一方案经济。

根据以上的定性分析和经济计算，在技术上(可靠性、灵活性)方案二较为合理，在经济上方案二也占优势。因此，决定选择方案二为设计最终方案。

2.3 站用电主接线方案的设计

站用电按一类负荷考虑，主要包括变压器冷却装置、事故保安负荷和照明用电。站用电变压器容量按两台500kVA变压器考虑。为保证站用电的可靠性，站用电主接线形式采用单母线分段接线，如图2-3所示。

站用变压器选用型号：SL7-500/10 额定容量： 500kVA 额定电压： 10/0.4kV 阻抗电压： 4(%) 空载电流： 3.2(%) 空载损耗： 1080kW 短路损耗： 6900kW 连接组标号： Y，yn0 外形尺寸： mm

断路器选择型号与负荷侧相同：ZN-10/1000

站用电的主要负荷由两段母线共同供电，中间一台变压器作为备用，当任一台站用变压器回路故障时，投入备用变压器，保证了站用电的供电可靠性，并且调度比较灵活。 2.3 本章小结

本章以电气主接线的设计为中心，介绍了对主接线的基本要求，通过对所设计及变电站的原始资料分析，确定了两个可能的方案，经过对两种主接线的定性的技术分析和经济计算比较，并根据实际工程要求，确定了变电站主接线的接线形式。最后根据变电站站用电的负荷要求设计了变电站的站用电主接线系统。

.电力系统电压等级与变电站种类

电力系统电压等级有220/380V（0.4 kV），3 kV、6 kV、10 kV、20 kV、35 kV、66 kV、110 kV、220 kV、330 kV、500 kV。随着电机制造工艺的提高，10 kV电动机已批量生产，所以3 kV、6 kV已较少使用，20 kV、66 kV也很少使用。供电系统以10 kV、35 kV为主。输配电系统以110 kV以上为主。发电厂发电机有6 kV与10 kV两种，现在以10 kV为主，用户均为220/380V（0.4 kV）低压系统。

根据《城市电力网规定设计规则》规定：输电网为500 kV、330 kV、220 kV、110kV，高压配电网为110kV、66kV，中压配电网为20kV、10kV、6 kV，低压配电网为0.4 kV（220V/380V）。

发电厂发出6 kV或10 kV电，除发电厂自己用（厂用电）之外，也可以用10 kV电压送给发电厂附近用户，10 kV供电范围为10Km、35 kV为20~50Km、66 kV为30~100Km、110 kV为50~150Km、220

kV为100~300Km、330 kV为200~600Km、500 kV为150~850Km。

2.变配电站种类

电力系统各种电压等级均通过电力变压器来转换，电压升高为升压变压器（变电站为升压站），电压降低为降压变压器（变电站为降压站）。一种电压变为另一种电压的选用两个线圈（绕组）的双圈变压器，一种电压变为两种电压的选用三个线圈（绕组）的三圈变压器。

变电站除升压与降压之分外，还以规模大小分为枢纽站，区域站与终端站。枢纽站电压等级一般为三个（三圈变压器），550kV /220kV /110kV。区域站一般也有三个电压等级（三圈变压器），220 kV /110kV /35kV或110kV /35kV /10kV。终端站一般直接接到用户，大多数为两个电压等级（两圈变压器）110kV /10 kV或35 kV /10 kV。用户本身的变电站一般只有两个电压等级（双圈变压器）110 kV /10kV、35kV /0.4kV、10kV /0.4kV，其中以10kV /0.4kV为最多。

3.变电站一次回路接线方案

1）一次接线种类

变电站一次回路接线是指输电线路进入变电站之后，所有电力设备

（变压器及进出线开关等）的相互连接方式。其接线方案有：线路变压器组，桥形接线，单母线，单母线分段，双母线，双母线分段，环网供电等。

2）线路变压器组

变电站只有一路进线与一台变压器，而且再无发展的情况下采用线路变压器组接线。

3）桥形接线

有两路进线、两台变压器，而且再没有发展的情况下，采用桥形接线。针对变压器，联络断路器在两个进线断路器之内为内桥接线，联络断路器在两个进线断路器之外为外桥接线。

4）单母线

变电站进出线较多时，采用单母线，有两路进线时，一般一路供电、一路备用（不同时供电），二者可设备用电源互自投，多路出线均由一段母线引出。

5）单母线分段

有两路以上进线，多路出线时，选用单母线分段，两路进线分别接到两段母线上，两段母线用母联开关连接起来。出线分别接到两段母线上。

单母线分段运行方式比较多。一般为一路主供，一路备用（不合闸），母联合上，当主供断电时，备用合上，主供、备用与母联互锁。备用电源容量较小时，备用电源合上后，要断开一些出线。这是比较常用的一种运行方式。

对于特别重要的负荷，两路进线均为主供，母联开关断开，当一路进线断电时，母联合上，来电后断开母联再合上进线开关。

单母线分段也有利于变电站内部检修，检修时可以停掉一段母线，如果是单母线不分段，检修时就要全站停电，利用旁路母线可以不停电，旁路母线只用于电力系统变电站。

6）双母线

双母线主要用于发电厂及大型变电站，每路线路都由一个断路器经过两个隔离开关分别接到两条母线上，这样在母线检修时，就可以利用隔离开关将线路倒在一条件母线上。双母线也有分段与不分段两

种，双母线分段再加旁路断路器，接线方式复杂，但检修就非常方便了，停电范围可减少。

4.变配电站二次回路

1）二次回路种类

变配电站二次回路包括：测量、保护、控制与信号回路部分。测量回路包括：计量测量与保护测量。控制回路包括：就地手动合分闸、防跳联锁、试验、互投联锁、保护跳闸以及合分闸执行部分。信号回路包括开关运行状态信号、事故跳闸信号与事故预告信号。

2）测量回路

测量回路分为电流回路与电压回路。电流回路各种设备串联于电流互感器二次侧（5A），电流互感器是将原边负荷电流统一变为5A测量电流。计量与保护分别用各自的互感器（计量用互感器精度要求高），计量测量串接于电流表以及电度表，功率表与功率因数表电流端子。保护测量串接于保护继电器的电流端子。微机保护一般将计量及保护集中于一体，分别有计量电流端子与保护电流端子。

电压测量回路，220/380V低压系统直接接220V或380V，3KV以

上高压系统全部经过电压互感器将各种等级的高电压变为统一的100V电压，电压表以及电度表、功率表与功率因数表的电压线圈经其端子并接在100V电压母线上。微机保护单元计量电压与保护电压统一为一种电压端子。

3）控制回路

（1）合分闸回路

合分闸通过合分闸转换开关进行操作，常规保护为提示操作人员及事故跳闸报警需要，转换开关选用预合-合闸-合后及预分-分闸-分后的多档转换开关。以使利用不对应接线进行合分闸提示与事故跳闸报警，国家已有标准图设计。采用微机保护以后，要进行远分合闸操作后，还要到就地进行转换开关对位操作，这就失去了远分操作的意义，所以应取消不对应接线，选用中间自复位的只有合闸与分闸的三档转换开关。

（2）防跳回路

当合闸回路出现故障时进行分闸，或短路事故未排除，又进行合闸（误操作），这时就会出现断路器反复合分闸，不仅容易引起或扩大事故，还会引起设备损坏或人身事故，所以高压开关控制回路应设计

防跳。防跳一般选用电流启动，电压保持的双线圈继电器。电流线圈串接于分闸回路作为启动线圈。电压线圈接于合闸回路，作为保持线圈，当分闸时，电流线圈经分闸回路起动。如果合闸回路有故障，或处于手动合闸位置，电压线圈起启动并通过其常开接点自保持，其常闭接点马上断开合闸回路，保证断路器在分闸过程中不能马上再合闸。防跳继电器的电流回路还可以通过其常开接点将电流线圈自保持，这样可以减轻保护继电器的出口接点断开负荷，也减少了保护继电器的保持时间要求。

有些微机保护装置自己已具有防跳功能，这样就可以不再设计防跳回路。断路器操作机构选用弹簧储能时，如果选用储能后可以进行一次合闸与分闸的弹簧储能操作机构（也有用于重合闸的储能后可以进行二次合闸与分闸的弹簧储能操作机构），因为储能一般都要求10秒左右，当储能开关经常处于断开位置时，储一次能，合完之后，将储能开关再处于断开位置，可以跳一次闸；跳闸之后，要手动储能之后才能进行合闸，此时，也可以不再设计防跳回路。

（3）试验与互投联锁与控制

对于手车开关柜，手车推出后要进行断路器合分闸试验，应设计合分闸试验按钮。进线与母联断路，一般应根据要求进行互投联锁或控制。

（4）保护跳闸

保护跳闸出口经过连接片接于跳闸回路，连接片用于保护调试，或运行过程中解除某些保护功能。

（5）合分闸回路

合分闸回路为经合分闸母线为操作机构提供电源，以及其控制回路，一般都应单独画出。

4）信号回路

（1）开关运行状态信号由合闸与分闸指示两个装于开关柜上的信号灯组成：经过操作转换开关不对应接线后接到正电源上。采用微机保护后，转换开关取消了不对应接线，所以信号灯正极可以直接接到正电源上。

（2）事故信号有事故跳闸与事故预告两种信号，事故跳闸报警也要通过转化开关不对应后，接到事故跳闸信号母线上，再引到中央信号系统。事故预告信号通过信号继电器接点引到中央信号系统。采用微机保护后，将断路器操作机构辅助接点与信号继电器的接点分别接

到微机保护单元的开关量输入端子，需要有中央信号系统时，如果微机保护单元可以提供事故跳闸与事故预告输出接点，可将其引到中央信号系统。否则，应利用信号继电器的另一对接点引到中央信号系统。

（3）中央信号系统为安装于值班室内的集中报警系统，由事故跳闸与事故预告两套声光报警组成，光报警用光字牌，不用信号灯，光字牌分集中与分散两种。采用变电站综合自动化系统后，可以不再设计中央信号系统，或将其简化，只设计集中报警作为计算机报警的后备报警。

5.变配电站继电保护

1）变配电站继电保护的作用

变配电站继电保护能够在变配电站运行过程中发生故障（三相短路、两相短路、单相接地等）和出现不正常现象时（过负荷、过电压、低电压、低周波、瓦斯、超温、控制与测量回路断线等），迅速有选择性发出跳闸命令将故障切除或发出报警，从而减少故障造成的停电范围和电气设备的损坏程度，保证电力系统稳定运行。

2）变配电站继电保护的基本工作原理

变配电站继电保护是根据变配电站运行过程中发生故障时出现的电流增加、电压升高或降低、频率降低、出现瓦斯、温度升高等现象超过继电保护的整定值（给定值）或超限值后，在整定时间内，有选择的发出跳闸命令或报警信号。

根据电流值来进行选择性跳闸的为反时限，电流值越大，跳闸越快。根据时间来进行选择性跳闸的称为定时限保护，定时限在故障电流超过整定值后，经过时间定值给定的时间后才出现跳闸命令。瓦斯与温度等为非电量保护。

可靠系数为一个经验数据，计算继电器保护动作值时，要将计算结果再乘以可靠系数，以保证继电保护动作的准确与可靠，其范围为1.3~1.5。

发生故障时的最小值与保护的动作值之比为继电保护的灵敏系数，一般为1.2~2，应根据设计规范要进行选择。

3）变配电站继电保护按保护性质分类 4）变电站继电保护按被保护对象分类

（1）发电机保护

发电机保护有定子绕组相间短路，定子绕组接地，定子绕组匝间短路，发电机外部短路，对称过负荷，定子绕组过电压，励磁回路一点及两点接地，失磁故障等。出口方式为停机，解列，缩小故障影响范围和发出信号。

（2）电力变压器保护

电力变压器保护有绕组及其引出线相间短路，中性点直接接地侧单相短路，绕组匝间短路，外部短路引起的过电流，中性点直接接地电力网中外部接地短路引起的过电流及中性点过电压、过负荷，油面降低，变压器温度升高，油箱压力升高或冷却系统故障。

（3）线路保护

线路保护根据电压等级不同，电网中性点接地方式不同，输电线路以及电缆或架空线长度不同，分别有：相间短路、单相接地短路、单相接地、过负荷等。

（4）母线保护

发电厂和重要变电所的母线应装设专用母线保护。

（5）电力电容器保护

电力电容器有电容器内部故障及其引出线短路，电容器组和断路器之间连接线短路，电容器组中某一故障电容切除后引起的过电压、电容器组过电压，所连接的母线失压。

（6）高压电动机保护

高压电动机有定子绕组相间短路、定子绕组单相接地、定子绕组过负荷、定子绕组低电压、同步电动机失步、同步电动机失磁、同步电动机出现非同步冲击电流。

6.微机保护装置

1）微机保护的优点

（1）可靠性高：一种微机保护单元可以完成多种保护与监测功能。代替了多种保护继电器和测量仪表，简化了开关柜与控制屏的接线，从而减少了相关设备的故障环节，提高了可靠性。微机保护单元采用高集成度的芯片，软件有自动检测与自动纠错功能，也有提高了保护的可靠性。

（2）精度高，速度快，功能多。测量部分数字化大大提高其精度。CPU速度提高可以使各种事件以m s来计时，软件功能的提高可以通过各种复杂的算法完成多种保护功能。

（3）灵活性大，通过软件可以很方便的改变保护与控制特性，利用逻辑判断实现各种互锁，一种类型硬件利用不同软件，可构成不同类型的保护。

（4）维护调试方便，硬件种类少，线路统一，外部接线简单，大大减少了维护工作量，保护调试与整定利用输入按键或上方计算机下传来进行，调试简单方便。

（5）经济性好，性能价格比高，由于微机保护的多功能性，使变配电站测量、控制与保护部分的综合造价降低。高可靠性与高速度，可以减少停电时间，节省人力，提高了经济效益。

2）微机保护装置的特点

微机保护装置除了具有上述微机保护的优点之外，与同类产品比较具有以下特点：

（1）品种齐全：微机保护装置，品种特别齐全，可以满足各种类

型变配电站的各种设备的各种保护要求，这就给变配电站设计及计算机联网提供了很大方便。

（2）硬件采用最新的芯片提高了技术上的先进性，CPU采用80C196KB，测量为14位A/D转换，模拟量输入回路多达24路，采到的数据用DSP信号处理芯片进行处理，利用高速傅氏变换，得到基波到8次的谐波，特殊的软件自动校正，确保了测量的高精度。利用双口RAM与CPU变换数据，就构成一个多CPU系统，通信采用CAN总线。具有通信速率高（可达100MHZ，一般运行在80或60MHZ）抗干扰能力强等特点。通过键盘与液晶显示单元可以方便的进行现场观察与各种保护方式与保护参数的设定。

（3）硬件设计在供电电源，模拟量输入，开关量输入与输出，通信接口等采用了特殊的隔离与抗干扰措施，抗干扰能力强，除集中组屏外，可以直接安装于开关柜上。

（4）软件功能丰富，除完成各种测量与保护功能外，通过与上位处理计算机配合，可以完成故障录波（1秒高速故障记录与9秒故障动态记录），谐波分析与小电流接地选线等功能。

（5）可选用RS232和CAN通信方式，支持多种远动传输规约，方便与各种计算机管理系统联网。

（6）采用宽温带背景240×128大屏幕LCD液晶显示器，操作方便、显示美观。

（7）集成度高、体积小、重量轻，便于集中组屏安装和分散安装于开关柜上。

3）微机保护装置的使用范围

（1）中小型发电厂及其升压变电站。

（2）110 kV /35 kV /10 kV区域变电站。

（3）城市10 kV电网10 kV开闭所

（4）用户110 kV /10kV或35kV /10kV总降压站。

（5）用户10kV变配电站

4）微机保护装置的种类

（1）微机保护装置共有四大类。

（2）线路保护装置

微机线路保护装置 微机电容保护装置 微机方向线路保护装置

微机零序距离线路保护装置 微机横差电流方向线路保护装置

（3）主设备保护装置

微机双绕组变压器差动保护装置 微机三绕组变压器差动保护装置

微机变压器后备保护装置 微机发电机差动保护装置 微机发电机后备保护装置

微机发电机后备保护装置 微机电动机差动保护装置 微机电动机保护装置

微机厂（站）用变保护装置

（4）测控装置

微机遥测遥控装置 微机遥信遥控装置 微机遥调装置 微机自动准

同期装置

微机备自投装置 微机PT切换装置 微机脉冲电度测量装置

微机多功能变送测量装置 微机解列装置

（5）管理装置单元

通信单元 管理单元 双机管理单元

5）微机保护装置功能

微机保护装置的通用技术要求和指标（工作环境、电源、技术参数、装置结构）以及主要功能（保护性能指标、主要保护功能、保护原理、定值与参数设定，以及外部接线端子与二次图）详见相关产品说明书。

7. 220/380V低压配电系统微机监控系统

1）220/380V低压配电系统特点

（1）应用范围广，现在工业与民用用电除矿井、医疗、危险品库等外，均为220/380V，所以应用范围非常广泛。

（2）低压配电系统一般均为TN—S，或TN—C—S系统。TN—C系统为三个相线（A、B、C）与一个中性线（N），N线在变压器中性点接地或在建筑物进户处重复接地。输电线为四根线，电缆为四芯，没有保护地线（PE），少一根线。设备外壳，金属导电部分保护接地接在中性线（N）上，称为接零系统，接零系统安全性较差，对电子设备干扰大，设计规范已规定不再采用。

TN—S系统为三个相线，一个中性线（N）与一个保护地线（PE）。N线与PE线在变压器中性点集中接地或在建筑物进户线处重复接地。输电线为五根，电缆为五芯。中性线（N）与保护地线（PE）在接地点处连接在一起后，再不能有任何连接，因此中性线（N）也必须用绝缘线。中性线（N）引出后如果不用绝缘对地绝缘，或引出后又与保护地线有连接，虽然用了五根线，也为TN—C系统，这一点应特别引起注意。TN—S或TN—C—S系统安全性好，对电子设备干扰小，可以共用接地线（CPE），，采用等电位连接后安全性更好，干扰更小。所以设计规范规定除特殊场所外，均采用TN—S或TN—C—S系统。

（3）220/380V低压配电系统的保护现在仍采用低压断路器或熔断器。所以220/380V只有监控没有保护。监控包括电流、电压、电度、频率、功率、功率因数、温度等测量（遥测），开关运行状态，事故

跳闸，报警与事故预告（过负荷、超温等）报警（遥信）与电动开关远方合分闸操作（遥控）等三个内容（简称三遥），而没有保护。

（4）220/380V低压配电系统一次回路一般均为单母线或单母线分段，两台以上变压器均为单母线分段，有几台变压器就分几段，这是因为用户变电站变压器一般不采用并列运行，这是为了减小短路电流，降低短路容量，否则，低压断路器的断开容量就要加大。

（5）220/380V低压配电系统进线、母联、大负荷出线与低压联络线因容量较大，一般一路（1个断路器）占用一个低压柜。根据供电负荷电流大小不同，一个低压开关柜内有两路出线（安装两个断路器），四路出线（安装四个断路器），以及五、六、八与十路出线，不象高压配电系统一个断路器占用一个开关柜。因此低压监控单元就要有用于一路、两路或多路之分，设计时要根据每个低压开关的出线回路数与低压监控单元的规格来进行设计。

（6）低压断路器除手动操作外，还可以选用电动操作。大容量低压断路器一般均有手动与电动操作，设计时应选用带遥控的低压监控单元，小容量低压断路器，设计时，大多数都选用只有手动操作的断路器，这样低压监控单元的遥控出口就可以不接线，或选用不带遥控的低压监控单元。

2）220/380V低压配电系统微机监控系统的设计

（1）220/380V低压配电系统微机监控系统首先根据一次系统及用户要求进行遥测、遥信及遥控设计。

（2）测量回路设计

A 测量部分的二次接线与高压一样，电流回路串联于电压互感器二次回路，电压回路并联于电压测量回路。由于220/380V低压配电系统没有电压互感器，电压测量可以直接接到220/380V母线上，和电度表电压回路一样一般可以不加熔断器保护，但柜内接线应尽量短，有条件时最好加熔断器保护，以便于检修。

B 电度测量可选用自带电源有脉冲输出的脉冲电度表，对于有计算功率与电度功能的低压监控单元，只作为内部计费时，可以不再选用脉冲电度表。

C 选用有显示功能的低压监控单元，可以不再设计电流、电压表，选用不带显示功能的低压监控单元时还应设计电流或电压表，不应两种都设计。

（3）信号回路设计

设计时，低压断路器要增加一对常开接点接到低压监控单元开关状态输入端子上。有事故跳闸报警输出接点的，再将其接到低压监控单元事故预告端子上。

（4）遥控回路设计

低压监控系统的遥控设计比较简单，电动操作的低压断路器都有一对合分闸按钮，只要将低压监控单元合分闸输出端子分别并在合分闸按钮上即可，必要时，可设计一个就地与遥控操作转换开关，防止就地检修开关时，遥控操作引起事故。

（5）供电电源与通信电缆设计

低压监控单元电源为交流220V供电，耗电量一般只有几瓦，设计时将其电源由端子上引到一个220V/5A两极低压断路器上，再引到开关柜端子上，然后统一用KVV—3×1.0电缆集中引到低压柜一路小容量出线上。需要时可加一个UPS电源。

通信电缆一般距离不超过200米可选用KVV—3×1.0普通屏蔽控制电缆，超过200米时应选用屏蔽双绞线（最好选带护套型）或计算机用通信电缆。

8.变配电站综合自动化系统

1）系统组成

高压采用微机保护，低压采用监控单元，再用通信电缆将其与计算机联网之后就可以组成一个现代化变配电站管理系统——变配电站综合自动化系统。

2）变配电站综合自动化系统设计内容

A高压微机保护单元（组屏或安装在开关柜上）选型及二次图设计。

B低压微机监控单元（安装在开关柜上）选型及二次图设计。

C管理计算机（放在值班室，无人值班时可放在动力调度室）选型。

D模拟盘（放在值班室或调度室）设计。

E上位机（与工厂计算机或电力部门调度联网）联网方案设计。

F通信电缆设计（包括管理计算机与上位机）。

3）管理计算机

管理计算机可根据系统要求进行配置。

4）模拟盘

用户要求有模拟盘时，可以设计模拟盘，小系统可以用挂墙式，大系统用落地式，模拟盘尺寸根据供电系统一次图及值班室面积来决定。模拟盘采用专用控制单元，将其通信电缆引到管理计算机处。模拟盘还需要一路交流220V电源，容量只有几十瓦，设计时应与管理计算机电源一起考虑。

5）变配电站综合自动化系统主要功能

变配电站综合自动化系统的管理计算机通过通信电缆与安装在现场的所有微机保护与监控单元进行信息交换。管理计算机可以向下发送遥控操作命令与有关参数修改，随时接受微机保护与监控单元传上来的遥测、遥信与事故信息。管理计算机就可通过对信息的处理，进行存盘保存，通过记录打印与画面显示，还可以对系统的运行情况进行分析，通过遥信可以随时发现与处理事故，减少事故停电时间，通

过遥控可以合理调配负荷，实现优化运行，从而为实现现代化管理提供了必须的条件。

管理计算机软件要标准化，操作要简单方便，人机界面好，组态方便，用户使用与二次开发简单，容易掌握。

变压器在额定状态下的输出能力的保证值，单位用伏安(VA)、千伏安(kVA)或兆伏安(MVA)表示，由于变压器有很高运行效率，通常原、副绕组的额定容量设计值相等。

KV.A是变压器中的容量

KVA为视在功率，它的大小和功率因素有关！ 例如： 功率因素cosΦ=0.8 有功功率为P=1Kw

则tgΦ=0.75，所以视在功率S的平方=P的平方+P*tgΦ的平方 即S=1.25KVA

功率因数为1时，1KVA=1KW

高强度钢管塔产品特点（山东龙光银河杆塔有限公司）

高强度钢管塔结构是一种新型钢─砼复合结构，它不仅可以充

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