110kV数字化变电站变压器测控保护电气工程专业

II110kV数字化变电站变压器测控保护摘要 在数字化技术迅猛发展的今天，电力系统中变电站的发展也越来越趋向于数字化，自动化水平越来越高。数字化变电站把传统变电站中的模拟转换为数字信息，相较传统变电站具有很大的优势。因此对数字化变电站原理、设计流程的学习，对以后可能参与相关工作，进行更进一步的研究等都具有重要作用。 本文首先介绍了数字化变电站的意义、发展趋势等内容，然后对数字化变电站具体设计的内容和原则进行叙述和总结。本次设计的主要内容有：学习数字化变电站的相关理论；熟知数字化变电站设计的流程；重点学习数字化变电站二次部分设计；按照相关规程原则对二次设备进行选型；进行设计图纸识读，分析断路器回路逻辑，端子排走向等；对数字化变电站的结构和组成有了清晰的认识；对整个数字化变电站二次部分的设计流程和内容有了很详细的了解，包括保护测控、计量、组屏、远动通信装置等部分；并进行了二次设备的选型，相关原理的学习。关键词：数字化变电站、110kV数字化变电站变压器测控保护、电气二次设计VI 第 页110kV digital transformer test and control protectionAbstract Today, with the rapid development of digital technology, the development of substation is becoming more and more digital and the level of automation is becoming higher and higher. Digital substation converts analog information into digital information in traditional substation, and builds on IEC61850 communication standard, which overcomes many shortcomings of automatic substation. Therefore, the digital substation principle, design process learning, the future may participate in related work, further research and so on have an important role. This paper first introduces the significance and development trend of digital substation, and then describes and summarizes the content and principles of the specific design of digital substation. The main contents of this design are: related theoretical study of digital substation; familiar with digital substation design process; the two part design of digital substation according to the two key learning; equipment selection of principle; design drawing recognition, analysis of circuit breaker circuit logic, terminal to have a clear understanding of the structure; and the composition of digital substation; have a very detailed understanding of the digital substation two part of the design process and content, including protection and control, measurement, group screen, telecontrol communication device and other parts; and for the selection of the two device, the related principle of learning.Keywords:Transformer substation, 110kV digital substation transformer, measurement and control protection, electrical two times design第一章 绪论11.1本次设计的目的及意义11.2数字化变电站的研究现状及发展趋势11.3数字化变电站的结构及特点2 1.4数字化变电站相较传统变电站的优势41.5本次变电站原始资料51.6本次设计主要工作6第二章 数字化变电站电气设计72.1数字化变电站电气设计总原则72.2数字化变电站电气一次设计内容、原则及方案72.3数字化变电站电气二次设计内容、原则及方案112.3.1继电保护装置112.3.2测控装置142.3.3同期142.3.4调度系统142.3.5远动通信装置152.3.6五防系统162.3.7同步对时系统162.3.8计量装置182.3.9直流电源系统192.4二次设备组屏及布置19第三章 110kV数字化变电站变压器测控保护设计233.1保护配置原则23 3.2保护选型233.3保护原理243.3.1差动保护243.3.2瓦斯保护253.3.3过电流保护263.3.4零序保护263.3.5复合电压闭锁（方向）过流保护263.3.6间隙保护283.3.7过负荷保护28第四章 设计图纸304.1识图方法304.2 110kV变压器测控保护原理接线图304.2.1开关柜交、直流回路图304.2.2开关柜断路器控制回路314.2.3开关柜网络及对时回路图344.3断路器逻辑功能分析34第五章 总结36致谢36参考文献3744 第 页第一章 绪论1.1本次设计的目的及意义 目前，变电站自动化系统设备之间仍然存在，彼此之间缺乏可操作性，无法实现集成的问题，变电站自动化系统的网络化和计算化仅仅实现了很小一部分。传统的综合自动化技术不能满足现在电网的需求，电网的快速发展给系统的安全稳定运行带来了许多问题，对于数字化变电站的研究及发展可以说是迫在眉睫。由于智能开关、光电式互感器等新兴技术渐渐成熟，不久，变电站的自动化系统可以实现完全的数字化。 在变电站实现数字化功能的过程中，变电站会创建一个基于IEC61850的信息化平台以及网络通信平台，设备与设备之间的信息将得到更多的共享。数字化变电站的智能设备具有可靠性高、环保低碳、集成度高等特点，不但具有完成普通功能的能力，而且能进行一些更加智能的功能，如顺序控制，智能报警和分析，变电站区域控制等。在与传统的变电站相比较之中，数字化变电站采用更先进的智能化设备；具有更高的自动化；二次系统更简洁；具有更高的经济效益。因此将来需要更加投入的发展数字化变电站技术，提高智能变电站技术水平，以满足日益增高的电能需求，力求达到电网安全、稳定运行的目标。 此次设计的目的在于检验我们是否灵活掌握大学四年学习的专业知识，在完成设计的过程中，通过查阅相关文献、资料、规程规范，重点学习变电站相关知识点，更是温习了四年间课堂上所学的专业知识。这次的设计因为是一个工程设计，更加偏向于实际运用，对于我课本理论的实际运用有着大大的提升。1.2数字化变电站的研究现状及发展趋势 随着经济的蓬勃发展，工业水平大大提高，信息技术的迅猛发展，变电站的发展越来越迅速。然而人们对于电能需求越来越大，为了高效率输送电能，电压等级也越来越高，可利用的土地资源越来越少，传统变电站可靠性差、结构复杂、占地面积大的问题已经远远不满足人们对于电网的需求，由于IEC61850标准的应用、光电式互感器的研发使用，在我国已经建立起相当数量的数字化变电站。 除此之外，在计算机技术高速发展的今天，人们在各方各面都会运用到计算机技术，电网当然也不可避免，运用计算机技术实现通过计算机操控变电站得以实现。传统变电站的由于二次系统相当繁杂，已渐渐被综合自动化系统所取代，成为目前电力系统的主要发展方向。现在的综合自动化系统相比较传统变电站二次系统，更加简单，可靠性更高，对以后二次系统的扩建也更加方便。 1.3数字化变电站的结构及特点（1）数字化变电站的结构 数字化变电站对系统中一、二次设备进行了数字化，建立在基于ICE61850标准的高速网络通信平台的基础上，将整个变电站数字化信息统一标准，使得各个设备间的信息能够共享及互操作，通过采集大量的实时信息数据传输到控制中心，能够同时实现数据量监控，控制保护，信息集成管理等功能。数字化变电站由站控层、间隔层、过程层、站控层网络、间隔层网络构成。 数字化变电站结构图如图2.2所示图2.2站控层、间隔层、过程层设备如图2.3、图2.4、图2.5主机、操作员台五防主机站控层设备远动装置同步对时系统保信子站图2.3测控装置间隔层设备继电保护装置计量装置故障及录波装置图2.4电子式互感器过程层设备智能终端合并单元图2.5 站控层的主要功能是负责汇集实时数据并记录；按需调度，接收调度或控制中心命令下发到间隔层，过程层；通过全站通信网络实现保护的功能闭锁控制；具有监视系统，实现人机联系；对过程层、间隔层进行监控和维护等。 间隔层的主要功能是负责间隔层与过程层间实时数据的汇总与传输；包含各种继电保护装置，实现保护，各种逻辑功能的判别及发令；完成自动控制，数据的封锁和同步操作，实现三层之间的互操作，并实现连接功能。 过程层的主要功能是采集相关的数据、转化、合并。（2） 数字化变电站的特点 数字化变电站具有以下特点l 数据采集数字化l 系统分层分布化l 系统结构紧凑化l 系统建模标准化l 信息交互网络化l 设备检修状态化l 设备操作智能化1.4数字化变电站相较传统变电站的优势（1）电子式互感器的优势 电子式互感器相较传统互感器具有无铁芯，绝缘简单，可靠性高、体积小、重量小、动态范围大、运行安静等优点。（2）二次系统的改进 二次接线的简化,常规变电站所需要的一次、二 次设备之间连接的大量电缆,而且保护装置间的一些功能启动及闭锁均需要通过硬接点来实现,使接线变得复杂。这样不仅增加了投资成本,也使得人为接线出错的概率增加。光缆替代了复杂大量的二次电缆，这使得布线更容易，并减少由于手动布线错误事故的概率。（3）良好的经济效益 数字化变电站相较传统变电站，具有更加简单的结构，例如上面提到二次系统的差别，占地面积更下小，具有更好的经济效益。基于紧凑的体系结构设计，特别是集中式面板屏幕后，每个前间隔需要相应的IED，现在可以实现IED的多个间隔的组合，从而减少了足迹；再次,由于设备和接线的精简,以前大量复杂的运行及维护工作也得到精简,降低了运行维护的成本。1.5本次变电站原始资料（1）出线电压等级、出线回路、出线方向本变电站出110kV，35kV及10kV三种电压等级。110kV出线4回。35kV出线8回， 10kV出线24回（2）主变压器规模及参数最终容量240MVA，本期140MVA。主变压器规范：主变型式：三相三绕组降压变调压方式：有载调压电压：11081.25%/38.542.5%/10.5kV容量：40MVA容量比：100/100/100连接组别：YN，yn0，d11阻抗电压百分比：U1-2=10.5%；U1-3=17.5% ；U2-3=6.5%（3）主接线形式110kV采用单母线分段接线，本期建设单母线接线；35kV采用单母线分段接线，本期建设单母线接线。10kV采用单母线分段接线，本期建设单母线接线。1.6本次设计主要工作（1）查阅相关文献，整理总结数字化变电站相关理论知识，结构特点、现状及发展趋势等。查阅变电站设计原则，做好前期知识点梳理为之后的设计部分打下坚实基础。（2）根据之前查阅的资料，设计原则等知识，学习、熟悉数字化变电站的电气设计流程及内容。（3）总结细化二次设计内容，包括保护，测控，计量，三层两网的构建，通信网络的构建，开展数字化变电站电气二次设计（4）进行二次部分设备选型、保护配置选型，确定配屏方案等（5）进行110kV数字化变电站变压器测控保护设计（6）实读二次端子设计，元器件接线等图纸，弄懂其逻辑图及端子排的走向。第2章 数字化变电站电气设计2.1数字化变电站电气设计总原则 数字化变电站的设计包括一次部分的设计和二次部分的设计，贵州电网数字化变电站建设应符合南方电网公司的总体发展思路，技术上不低于Q/CSG11006数字化变电站技术规范的要求。数字化变电站建设应兼顾可用产品的技术水平和未来发展趋势，以确保贵州电网的安全可靠为基础，降低变电站故障率，考虑运行和检修的便利性，实现变电站整个生命周期内的综合成本优化。数字化变电站的设计应符合以下几条原则：（1）满足系统安全、可靠、经济运行的原则（2）一致性和互操作原则（3）继承与发展相结合原则（4）保持合理冗余原则（5）逐步推进原则（6）应用非传统互感器原则（7）通信网络的实时性和稳定性并重原则（8）实用性和合理发展的原则2.2数字化变电站电气一次设计内容、原则及方案一次部分设计主要包括以下部分：（1）电气主接线设计 主接线代表了变电站电气部分主体结构，是电力系统接线的主要组成部分，是变电站电气设计的首要部分。本110kV数字化变电站电气主接线图见附图1。（2） 变压器的选择 在变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。（3） 短路电流的计算 短路计算在电气主接线设计，保护设备选型，接地装置设计等地方都需要用到，是电气一次设计的重要组成部分（4）直流系统的设计 在发电厂和变电站，需要可靠的直流电源提供电源控制、保护、自动化和应急照明，在变电站完全停电的情况下也不能例外。设计原则：l 额定电压：220V、110V、48V。l 允许偏差：-20%+15%。l 纹波系数：不大于5%。l 开入电压：弱电开入24V，强电开入220V或110V。（5）高压电气设备的选择电器选择是发电厂和变电站电气设计的主要内容之一。分为：1）按正常工作条件选择电器（如额定电压和最高工作电压、按短路情况校验）2）按短路情况校验（热稳定、动稳定等）（6） 防雷设置 变电站大部分设备价格昂贵，在防雷方面应做到内部外部都有良好的防雷措施。为了充分发挥防雷设备的保护作用，变电站应有良好的接地系统。（7） 绝缘接地 通常把电气设备的中性点和装置外导电部分与大地相连称为接地 接地的作用是保证电气设备安全运行和保护电力工作人员安全，通常是由金属导线与接地装置连接来实现。设计原则：l 为防止点击伤害，保护装置的金属外壳、屏（柜、箱）应实现导电性互连，其金属框架及底座应可靠接地。装置的外露可导部分与保护接地端子或屏柜接地铜排之间的电阻不应超过0.1。l 新装置绝缘电阻在施加直流500V时不应小于100M。l 接地端子应能可靠连接截面不小于4mm2多股铜线。l 保护屏（柜）应装有接地铜排、总接地端子，汇接屏（柜、箱）接地线、保护线、等电位连接线、安全接地线、功能接地线等各种接地线，搭接屏（柜）间专用接地铜排、控制室屏蔽接地网。l 在正常工作大气条件下，装置内部应既无凝露，也不应结冰。（8）一次设备的配置 电气一次部分主要设备包含了电子式互感器、智能开关、合并单元等。1） 电子式互感器：由连接到传输系统和二次转换器的一个或多个电流、电压传感器组成，目前多采用光电子器件传输正比于被测量的量，供给设备。配置原则：l 110kV 及以上电压等级宜采用常规互感器，当条件具备时可采用电子式互感器。l 主变中性点（或公共绕组）及主变间隙电流互感器宜采用传统电流互感器。l 10kV/35kV 应采用常规互感器。 根据设计原则，本次设计的110kV数字化变电站的35/10kV侧采用常规式互感器，其余110kV主变、线路、母线均采用电子式互感器。2） 智能终端：与传统一次设备就近安装，实现信息采集、传输、处理、控制的智能化电子装置。配置原则：l 主变压器、高压断路器和母线设备（PT 间隔、母线地刀）均宜配置智能终端，电抗器、电容器组、避雷器等可根据需要配置。l 110kV 电压等级智能终端应单套配置（除主变除各侧）。l 主变各侧智能终端应双重化配置。l 主变本体智能终端与主变非电量保护宜一体化配置，宜单套配置。l 35/10kV 采用户内开关柜布置时，智能终端功能由“四合一”一体化装置完成。l 在没有关口计量点的间隔，智能终端和合并单元可以一体化配置。 根据设计原则，本次设计的110kV数字化变电站的35/10kV侧并不采用智能终端，而是由“四合一”一体化装置完成相关功能。其中110kV主变各侧智能终端双重化配置，110kV线路智能终端单套配置。3）合并单元：将多个转换器的电流和电压数据结合在一起的一个物理单元。配置原则：l 110kV 及以下电压等级各间隔合并单元宜单套配置（除主变各侧）。l 主变各侧合并单元应双重化配置。l 中性点（或公共绕组）、间隙合并单元宜双套配置。l 35/10kV 采用户内开关柜布置时，间隔合并单元功能由“四合一”一体化装置完成。l 10kV/35kV 应配置母线合并单元。l 母线合并单元按双重化配置。l 在没有关口计量点的间隔，合并单元和智能终端可一体化配置。 根据设计原则，本次设计的110kV数字化变电站的35/10kV侧并不采用合并单元，而是靠“四合一”一体化装置完成相关功能。其中110kV主变合并单元采用双重化配置，110kV母线合并单元采用双重化配置，而110kV线路侧间隔合并单元采用单套配置。2.3数字化变电站电气二次设计内容、原则及方案数字化变电站电气二次设计包含以下部分：2.3.1继电保护装置 当电力设备或线路发生故障时，发出警报信息或控制断路器断开进行保护的装置。继电保护装置应满足四性，即可靠性、选择性、灵敏性和速动性。其中又包含了：变压器保护、线路保护、母线保护、35kV/10kV“四合一”一体化装置等。（1）继电保护设计总原则：l 110kV 变电站主变保护双重化配置，其余保护单套配置。l 110kV 主变保护宜采用保护、测控分开独立配置。l 110kV 线路、分段保护宜采用保护、测控一体化配置。l 主变主保护、各侧后备保护宜一体化配置。l 主变非电量保护、主变本体智能终端应一体化配置，宜单套配置。l 双重化配置的保护，对应的合并单元、智能终端应双重化配置。（2）变压器保护设计原则l 110kV 主变保护采样采用网络化模式，保护启动、保护跳闸和位置开入信息通过 GOOSE 网络传输。l 主变保护应能够满足采用常规互感器接合并单元和电子式互感器接合并单元的混合模式。l 主变保护应具有间隔采样值投退功能。l 110kV 及以下主变保护功能配置应满足 Q/CSG-2011 南方电网 10kV110kV 元件保护技术规范要求。（3）线路保护设计原则l 110kV 线路保护功能配置应满足南方电网 Q/CSG-2011南方电网 10kV110kV 线路保护技术规范要求。l 每套保护包含完整的主、后备保护功能；线路过电压及就地判别功能可集成于线路保护装置中。l 110kV 线路保护采样宜采用点对点模式，保护跳闸和位置开入等信息通过 GOOSE 网络传输。（4）母线保护设计原则l 110kV 母线保护宜单重化配置，110kV 变电站宜采用 GOOSE 和 SV 统一组网。l 在组网模式下，母线保护具备 2 个独立的站控层 MMS 以太网接口，具备 2 个独立的过程层 GOOSE 以太网接口，具备多个过程层 DL/T860.92 以太网采样值接口接入母线相关间隔合并单元采样数据。l 失灵保护包含在母差保护中，不再单独设失灵保护装置及相应的失灵启动装置。若 GOOSE 网络接收启动失灵中断，应闭锁相应的断路器的失灵功能。l 母差保护应具有间隔采样值投退功能。l 当采用网络采样时，母线保护应增加不同合并单元相同计数器采样到达时刻的判断，当相同计数器采样到达时刻的时间差T1 比正常情况到达的时间差T2大于2ms 时（即T1-T22ms），则认为是失步，闭锁差动保护并告警。l 母线保护应能够满足采用常规互感器接合并单元和电子式互感器接合并单元的混合模式。l 在组网模式下，母线保护采样宜采用单网接入方式。（5）35kV/10kV“四合一”一体化装置设计原则l 35kV 电压等级采用开关柜安装，应采用“四合一”一体化装置（除主变 35kV侧外）。l 10kV 及以下电压等级开关柜安装时应采用“四合一”一体化装置（除主变 10kV侧外）。l 主变 35kV/10kV 侧进线配置智能终端和合并单元，其保护功能由主变保护完成。 根据设计原则，本次数字化变电站电气设计，主变采用保护、测控分开独立配置的双重化配置，对应的合并单元、智能终端也双重化配置；其余保护采用保护、测控一体化配置的单套配置。各部分选择保护具体如下：110kV变压器保护n 主保护：主变纵差保护、瓦斯保护n 高压侧后备保护：复合电压闭锁（方向）过流保护、过负荷保护、零序电流电压保护、间隙保护n 中压侧后备保护：复合电压闭锁（方向）过流保护、过负荷保护、零序电压保护、间隙保护n 低压侧后备保护：复合电压闭锁（方向）过流保护、过负荷保护、零序电压保护、间隙保护线路保护n 110kV线路：线路电流差动保护、阶段式零序电流保护、复合电压启动的过电流保护、过负荷保护n 35kV线路：三段式电流保护n 10kV线路：三段式电流保护母线保护n 110kv母线：电流母线差动保护、过电流保护、过负荷保护n 35kV母线：电流母线差动保护n 10kV母线：电流母线差动保护10kv电容器保护：电流速断保护、过电流保护、电容器不平衡电压保护、低电压保护站用变保护：电流速断保护、过电流保护、过负荷保护全站保护配置图详见附图22.3.2测控装置 测量和监测全站线的电量，并在线路出现故障时保护；监控车站设备的信号，如开关、刀闸位置、报警信号等，开关闸刀开关遥控功能。 设计原则：l 110kV 电压等级测控装置宜单套独立配置。l 110kV 电压等级测控装置宜采用测保一体化装置（主变除外）。l 主变测控宜采用测控、保护独立分开配置。l 一台主变宜采用仅配置一个测控装置。 根据设计原则，本次设计的110kV数字化变电站的110kV主变及线路采用保护、测控分开独立配置的双重化配置，对应的合并单元、智能终端也双重化配置；其余35/10kV线路测控保护采用保护、测控一体化配置的单套配置。2.3.3同期 变电站自动化系统应具有同期功能，应能检测和比较断路器两侧PT二次电压的幅值、相角和频率，自动捕捉同期点，发出合闸命令，以满足断路器的同期合闸和重合闸同期闭锁要求。2.3.4调度系统 主要功能：（1）采集站内各表征运行状态的实时信息。（2）负责接收和执行上级调度中心发出的执行和控制命令。（3）实现站内不同层直接数据互通。（4）实现人机联系，为调度人员提供完整实用的系统实时信息。设计原则：l 110kV 变电站宜采用主机兼操作员工作站，双套配置。l 主机具有主处理器及服务器的功能，是站控层数据收集、处理、存储及发送的中心，管理和显示有关的运行信息，供运行人员对变电站的运行情况进行监视和控制，间隔层设备工作方式的选择，实现各种工况下的操作闭锁逻辑等。 根据设计原则，本站采用主机兼操作员工作站，双套配置。2.3.5远动通信装置 站内数据的采集，并向调度端发送；根据调度命令，完成对指定对象的遥控操作；以信息共享方式与监控系统进行数据交换，通过远程指令实现远方操作。设计原则：l 应能实现DL/T 5002-2005 和DL/T 5003-2005 中规定的与变电站自动化系统有关的全部功能，以满足电网调度实时性、安全性和可靠性要求。l 远动装置必须具备同时与多个相关调度通信中心/集控站进行数据通信的能力，并且与不同调度通信中心/集控站通信的实时数据库具有相对独立性，不相互影响数据的刷新。l 远动装置应直接从间隔层测控单元获取调度所需的数据，实现远动信息的直采直送，远动装置和站控层主机的运行互不影响。l 远动装置能同时支持网络通道和专线通道两种方式与各级调度连接，并可根据实际需要灵活配置。l 必须能适应各级调度的通信规约及相应的实施细则，应能同时支持DL/T634.51012002 和DL/T634.51042002 规约。l 远动装置宜设置远方诊断接口，以便实现远方组态和远方诊断功能，并进行远方组态、诊断和数据备份时不能影响远动系统正常工作。l 具备SOE、遥控操作事件记录功能，各记录数不小于999 条。l 远动装置采用双机配置，应具备远动装置故障、双机切换、主备状态等信号上传调度的功能。 根据设计原则，本次设计的110kV数字化变电站的35/10kV侧和110kV侧远动装置采用双重化配置，分别连接不同的直流母线，并与对时系统相连。2.3.6五防系统 通过对站内信息的检测，实现“五防”，即防止误分、合断路器；防止带负荷分、合隔离开关；防止带电挂接地线；防止带地线送电；防止误入带电隔间。设计原则：l 五防子系统宜与后台软件一体化配置，五防工作站与其中一台操作员站宜能实现互为备用的功能。l 五防子系统主要包含五防工作站、电脑钥匙、充电通信控制器、编码锁具等，实现面向全站设备的综合操作闭锁功能。l 五防子系统应具备紧急情况的五防解锁功能。 根据设计原则，本站采用五防系统应与后台软件一体化配置，并与一台操作员站互为备用。2.3.7同步对时系统 为变电站内各二次设备统一时间基准；为某些设备，如电能表提供数据同步；使保护装置同步。设计原则：l 一个变电站应配置一套同步对时系统，每套同步对时系统包括主、从时钟源、扩展设备。l 每套系统的双时钟源，一台采用北斗卫星作为标准时钟源，另一台采用 GPS卫星作为标准时钟源,优先采用北斗卫星作为对时源，同步对时系统宜采用铷原子钟作为装置守时时钟源。l GPS 源与北斗源的切换应实现无缝切换，且无跳变。在任何情况下，都尽量避免飞点或乱码的产生。l 同步对时系统电源应支持直流双电源，支持热拔插。l 同步对时系统异常应提供相应的告警信号给后台，宜采用 MMS 报文方式接入。l GPS 源与北斗源运行方式要求：1）GPS 源与北斗源都锁定各自卫星信号时，默认北斗源为同步基准源，且考虑GPS 源与北斗源的初始状态到此状态的切换，有时差时采用步进方式实现稳定输出(例如初始状态为 GPS 卫星带着运行，输出与天上卫星时间有较大偏差)。2）GPS 源锁定卫星信号，北斗源没有锁定卫星信号时，以 GPS 源为同步基准源，且考虑 GPS 源与北斗源的初始状态到此状态的切换，有时间差时采用步进方式实现稳定输出。3）GPS 源没有锁定卫星信号，北斗源锁定卫星信号时，以北斗源为同步基准源，且考虑 GPS 源与北斗源的初始状态到此状态的切换，有时间差时采用步进方式实现稳定输出。4）GPS 源与北斗源都没有锁定卫星信号时，默认以北斗源所在守时时钟源为同步基准源，且考虑 GPS 源与北斗源的初始状态到此状态的切换，有时间差时采用步进方式实现稳定输出。l 在组网模式下，采用如下配置：1）在 SV 组网模式下，双重化配置的主变保护所对应的合并单元，A、B 套不能同时用同一个时钟扩展装置。2）在 SV 组网模式下，如有母线差动保护，各间隔合并单元应采用同一个源的时钟扩展板对时。 根据设计原则，本站站内采用一套对时系统，每套系统的双时钟源，一台采用北斗卫星作为标准时钟源，另一台采用 GPS卫星作为标准时钟源；组网运行时，A、B套分别接在不同的对时系统。2.3.8计量装置 数字化电能表能计量各个方向的有功无功电量，具有电能计量、信息储存及处理、实时监测等功能。设计原则：l 数字化电能表宜按间隔配置。l 新建和改造数字化变电站中直接用于贸易结算的电能计量装置必须按照相关电能计量装置典型设计的要求配置电能计量装置，宜增加一块数字化电能表作为副表使用。l 技术要求：1）关口电能表采用常规表计，应就地安装于开关柜内。每一线路的主副电能表应垂直排列或水平排列，副表应在主表下方或右方。2）准确度等级：满足有功 0.2S 级（无功 2.0）或 0.5S 级（无功 2.0）。3）测量制式：三相三线或三相四线装置。4）通信接口: 数字化电能表提供至少 1 个光纤以太网口、1 个电以太网口和 2 组独立的 485 通信串口。5）数字化电能表应支持 DL/T860.92 协议与过程层通信；应支持通过 MMS 把告警信息及电能量上送站控层；应支持 485 通讯串口和电能计量系统采集终端装置的通讯功能及本地通讯功能，支持 DL/T6452007 多功能电能表通信规约，串行码输出应有可靠的防干扰措施。6）数字化电能表应有抵御采样值接口通信异常的能力：在参比电压/电流、参比频率、cos =1.0 时，采样值报文以 0.01%的概率丢失采样值，被试电能表的电能量误差应满足相关基本误差要求。在采样值网络发生报文丢帧、错帧等异常工况时，电能表应能正常工作，并发出警告，记录相关事件。 根据设计原则，本站采用计量装置应选用准确度等级0.2S，三相四线制。2.3.9直流电源系统 为站内各装置提供电源。设计原则：l 直流网络宜采用辐射供电方式。直流负荷统计应充分考虑数字化变电站新增的智能终端、合并单元，二次安防、遥视系统、保信子站以及有源式电子式互感器采集器等的直流负荷。l 双配置继电保护、传感模块、采样单元和电子式互感器合并单元应冗余配置，和他们的直流电源应取自不同段直流母线分别。l 对双套配置的智能终端，其直流电源应分别取自不同段直流母线。l 直流分配器与现场智能终端之间的直流电源线应充分考虑电压降和有效的抗干扰能力。 根据设计原则，本站采用直流网络采用辐射方式向各个部分供电，双重化配置连接两条不同直流母线。2.4二次设备组屏及布置（1）站控层组屏l 远动工作站，组屏1面l 站控层交换机柜 1面l 同步对时屏 1面l 二次安全防护屏 1面l 网络分析屏 1面l 故障录波屏 1面l 电度表屏 1面l 备用 3面l 直流充电屏 1面l 直流馈线屏 2面l 通信电源屏 1面l UPS逆变电源屏 1面l 备用屏位 2面l 站用电源屏 2面（2）间隔层组屏l 110kV电压等级l 110kV电压等级线路采用保护测控装置一起组屏，采用电子式互感器的合并单元宜与保护屏共屏安装 2面 l 110kV备自投屏 1面l 110kV线路智能终端柜 1面l 35kV/10kV 保护测控一体化装置就地布置于开关柜内 0面l 110kV变电站每台变压器的保护、测控采用电子式互感器的合并单元1面l 母线、公用测控屏：每个电压等级宜配置1台公共测控装置，按每段母线宜配置1台测控装置，每个电压等级可组成1面测控屏 110kV 1面 l AB两网交换机不同屏（3）过程层组屏l 采用电子式互感器的合并单元宜安装在继电器室，宜与保护装置合并组柜。 0面l 采取模拟量接入的合并单元应该和智能终端装在就地汇控柜。 0面l 过程层交换机应该按照网络分别组柜，每面柜组不超过6台交换机。 1面l 智能终端应该安装在所在间隔的智能汇控柜内或者智能就地柜里，智能汇控柜或者智能就地柜应该布置于配电装置现场。 0面表2.4组屏表屏的名称数量屏号远动通信控制屏11B站控层交换机柜12B同步对时屏13B主变保护测控屏14B主变保护测控屏15B主变本体智能终端柜16B110kV备自投屏17B110kV线路保护测控屏18B110kV线路保护测控屏19B二次安全防护屏110B110kV母线及公用测控屏111B110kV线路智能终端柜112B过程层交换机屏113B网络分析屏114B故障录波屏115B电度表屏116B备用317B18B直流充电屏119B直流馈线屏120B通信电源屏221BUPS逆变电源屏122B站用电源屏223B24B备用屏位225B26B屏位布置图见附图3第三章 110kV数字化变电站变压器测控保护设计3.1保护配置原则（1） 对外部相间短路引起的变压器过电流，变压器应装设相间短路后备保护。保护带延时跳开相应的断路器。相间短路后备保护宜选用过电流保护、复合电压启动的过电流保护或复合电流保护（2） 110kV500kV降压变压器、升压变压器和系统联络变压器，相间短路后备保护用过电流保护不能满足灵敏性要求时，宜采用复合电压起动的过电流保护或复合电流保护。（3） 在中性点直接接地的电网中，如变压器中性点直接接地运行，对单相接地引起的变压器过电流，应装设零序过电流保护。如中性点不接地，应装设零序电压保护。（4） 对于容量为800kVA以上的油浸式变压器应装设瓦斯保护（5） 对400kVA以上的变压器，当数太并列运行，或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。（6） 对于容量为6300kVA及以上变压器应装设纵差保护3.2保护选型根据配置原则及电气主接线图，所选保护配置如下：（1）主保护：差动速断保护、瓦斯保护（2）高压侧后备：复合电压闭锁（方向）过流保护、过负荷保护、零序过流过压保护、间隙保护（3）中压侧后备：复合电压闭锁（方向）过流保护、过负荷保护、零序电压保护、间隙保护（4）低压侧后备：复合电压闭锁（方向）过流保护、过负荷保护、零序电压保护、间隙保护3.3保护原理3.3.1差动保护 纵联保护即是将线路一侧的电气量信息传到另一侧去，安装于线路两侧的保护对两侧电气量进行比较，联合工作。纵差保护即是利用两端电流瞬时值或相量进行比较。电流差动保护的原理是建立在基尔霍夫电流定律的基础上的，具有良好的选择性，能灵敏、快速的切除保护区域内的故障，通常应用在能够方便取得被保护元件两端电流的发电机、变压器保护中。当变压器处没有发生故障或者发生区域外的故障时，流入变压器的电流和流出变压器的电流是相等的，所以继电器不动作。当变压器内部故障时，出现短路电流，差动保护感受到的二次电流的和正比于故障点电流，差动继电器动作。 电流纵差保护不但能够正确区分区外区内故障，而且不需要其他元件配合，可以无延时切除区内故障，故而广泛应用在变压器的主保护中 差动保护动作逻辑框图以二次谐波原理为例，见图4.3.1图4.3.1差动保护动作逻辑图（二次谐波原理）3.3.2瓦斯保护 电力变压器通常是利用变压器油作为绝缘和冷却介质。当变压器邮箱内故障时，在故障电流和电弧作用下，变压器油和其他绝缘材料会受热分解，产生大量气体。气体排出的量及速度和变压器故障的严重程度有关。利用这个气体来实现的保护就叫做瓦斯保护。瓦斯保护能保护变压器邮箱内的各种轻微故障。规程规定对于容量为800kVA及以上的友油浸式变压器应装设瓦斯保护。本次设计采用瓦斯保护作为变压器主保护之一3.3.3过电流保护当变压器发生相间短路时，会出现短路电流，电压下降。过电流保护就是利用这一现象作为保护机制的。过电流保护的工作原理：当流过系统的电流值超过过电流保护装置整定的动作值，且经过一定的时间延时后使保护装置动作，切断故障电路，这就是过电流保护的动作原理。保护动作后，跳开变压器两侧的断路器。保护的启动电流按照躲过变压器可能出现的最大负荷电流来整定。一般采用过电流保护作为变压器的后备保护之一。3.3.4零序保护 当变压器出现接地短路时，三项不对称，会出现零序电流及电压，而利用这一电气量作为保护机制的保护就成为零序保护，零序保护分为零序电压保护及零序电流保护。中性点直接接地的变压器采用零序过电流保护作为变压器的后备保护，而非中性点直接接地的变压器则要采用零序电压保护。本次设计，变压器高压侧采用Y型连接且中性点接地，固选择零序电流保护作为后备保护，中压侧采用Y型连接不接地，低压侧采用三角形连接没有接地这种接线方式，固都采用零序电压保护。3.3.5复合电压闭锁（方向）过流保护 变压器的过流保护是变压器后备保护的重要组成之一,但是仅仅是简单的过流保护已经无法满足随着电力系统中变压器越来越大的容量而产生的对于灵敏度更高的要求。固采用复合电压闭锁过流保护来解决这一问题。 过流保护的动作原理上文已经提到，由于大型设备的启动会产生电流瞬间增大，有可能造成保护的误动，因此为了提高过流保护在发生短路故障时的灵敏度和改善躲过最大负荷电流的条件，所以在过流保护中加装复合电压闭锁。复合电压一般指负序电压和低电压。复合电压闭锁过电流是指：当系统出现对称三相短路时，短路点会出现过电流，同时短路点三相电压均会降底，因此监视某一相低电压即可。低电压和过电流是“与门”关系。同时满足则出口跳闸。当系统出现相间短路时，短路点与电源点之间的线路上会出现较大的负序电压，同时也出现过电流，负序电压和过电流也是“与门”关系。同时满足则出口跳闸。 复合电压过流保护是由1个负序电压继电器和1个接在相间电压上的低电压继电器共同组成的电压复合元件,2个继电器只要有1个动作,同时过电流继电器也动作,整套装置即能启动。复合电压闭锁（方向）过流保护保护动作逻辑图见图4.3.5图4.3.5复合电压闭锁（方向）过流保护保护动作逻辑图3.3.6间隙保护 间隙保护作为非全绝缘变压器中性点经放电间隙接地时单相接地故障的后备保护。间隙保护包括零序过压保护和间隙过流保护。零序过压保护动作电压可通过控制字选择取外接或自产。间隙过流保护动作电流取自变压器经间隙接地回路的间隙零序 CT 的电流，和零序电压二者构成“或门”延时跳闸。间隙保护的动作逻辑框图见图4.3.6。图4.3.6间隙保护的动作逻辑框图3.3.7过负荷保护 变压器长期过负荷运行时，绕组会因发热而受到损伤，对400kVA以上的变压器，当数台并列运行，或单独运行并作为其他符合的备用电源时应根据可能的负荷的情况，装设过负荷保护。本次设计采用过负荷保护作为后备保护之一。第四章 设计图纸4.1识图方法（1）先看一次，后看二次。主要看一次部分的功能及保护接线。比如这一次的主接线图，在有了自己的主观认识和数据之后，对这一次的变电站设计有了初步认识。（2）看完交流，看直流。先看交流回路再查直流回路，交流回路一般来说比较简单。（3）线圈对应查触头，触头连成一条线。指找出继电器的线圈后，再找出与其相应的触头所在的回路，一般由触头再连成另一回路；（4）上下左右顺序看，屏外设备接着连。主要针对展开图、端子排图及屏后设备安装图。原则上由上向下、由左向右看，同时结合屏外的设备一起看。这一次识图工作主要针对此项进行，我主要完成的是35kV测控保护装置二次侧的识图，在老师的帮助下，通过查找相关文献，基本掌握了该怎么去读，相关认识和自己的理解如下。4.2 110kV变压器测控保护原理接线图本站采用GFZ600S-T201型智能开关柜，具体图纸如下4.2.1开关柜交、直流回路图 图4.2.1a画出了电流采集器、装置电源、通信电源、操作电源、五防智能闭锁单元的原理接线图 图4.2.1b画出了热交换器，照明灯的原理接线图4.2.1a开关柜直流回路图4.2.1b开关柜交流回路图4.2.2开关柜断路器控制回路断路器的控制方式有就地控制和远方控制，就地控制是在开关柜上对断路器进行控制，远方控制是通过监视主机在变电站主控室或调度中心对断路器进行控制。目前使用的10kV保护测控装置包括了保护、测量、控制、信号的功能。断路器控制与信号回路一般由跳、合闸回路、防跳回路、位置信号等几部分组成。4.2.2a断路器控制回路图14.2.2b断路器控制回路图24.2.2c断路器控制回路图34.2.3开关柜网络及对时回路图图4.2.3说明了智能终端网络对时系统和与GOOSE层信息交流的接线。4.2.3网络及对时回路图4.3断路器逻辑功能分析断路器控制回路图见4.2.2a、4.2.2b、4.2.2c1. 断路器就地合闸触点KSH逆时针旋转90度，1-2 5-6不导通3-4 7-8导通。触点KK顺时针旋转45度，1-2 5-6导通 3-4 7-8不导通。电流通过3YJJ继电器3YJJ断路器闭合电流通过HJ1、HJ2继电器HJ1、HJ2断路器闭合电流通过TBJUa执行合闸动作2. 断路器就地分闸触电逆时针旋转90度，触点KSH1-2 5-6不导通3-4 7-8导通，触点KK逆时针旋转135度，1-2 5-6不导通，3-4 7-8导通电流通过1YJJ继电器1YJJ闭合电流通过STJ1、STJ2继电器STJ2闭合，电流通过手跳动作回路电流通过1YJJ断路器执行跳闸动作3. 断路器遥控跳闸触点KSH保持，1-2 5-6导通 3-4 7-8不导通，触点KK逆时针旋转135度，1-2 5-6不导通 3-4 7-8导通。电流通过3YJJ继电器3YJJ断路器闭合电流通过HJ1、HJ2继电器HJ1、HJ2断路器闭合11-2闭合电流通过遥跳出口电流通过TBJUa执行合闸动作4. 断路器遥控合闸触点KSH保持，1-2 5-6导通 3-4 7-8不导通，触点KK顺时针旋转45度，1-2 5-6导通 3-4 7-8不导通。电流通过1YJJ继电器1YJJ闭合电流通过STJ1、STJ2继电器STJ2闭合11-1闭合电流通过遥合出口电流通过1YJJ断路器执行跳闸动作5.防跳回路在电流在跳闸回路通过断路器STBJa后，电流通过STBJa继电器，通过控制防跳回路的STBJa断路器实现防跳功能第五章 总结 毕业设计在大学学习生涯中有着很重要的作用，是我们大学四年学习的总结，也是少数的能让我们把平时学习的理论知识运用到实际工程中的机会。经过这次设计，提高了我查阅资料，设计规范、手则的能力，将理论结合到实际工程之中，从完全不知道哪里入手、该做什么，到最终完成设计，从中我得到了很大的锻炼。 通过本次设计，使得我对数字化变电站的发展及意义有了深刻的了解，了解了目前传统变电站相对数字化变电站的弊端。数字化变电站是变电站发展的大势所趋，本次设计对我将来工作的方向以及发展都将起到重要的作用。通过本次设计我也是第一次对变电站的设计有了清晰的概念，设计有哪些内容，需要遵循什么规程，该怎么从零开始完成一次设计，所有的这些都是大学四年在课本中无法学到的东西。本次设计中我主要负责的是110kV数字化变电站变压器测控保护部分的选型，加深了对本科继电保护知识，断路器控制逻辑的理解。了解了复合方向闭锁电流保护，间隙保护等目前比较常用的保护。 最后，数字化变电站在国内已经发展了很多年了，但是任然存在很多不足之处：电子式互感器在使用寿命以及运行时间带来测量精度等影响有待解决；变电站的三层两网结构，信息之间的比较，采集变得复杂，是的保护的可靠性降低，等等都是目前数字化变电站面临的问题，这里就不一一列举了。致谢在本次设计的写作与完成中，我得到了很多同学的帮助，感谢老师在我设计过程中给予的精心指导和大力帮助，使我顺利完成了对110kV数字化变电变压器测控保护设计并撰写设计文本。感谢设计过程中给予帮助的同学们，同时非常感谢本论文参考文献中所有的专家学者们，正是有他们对学术孜孜不倦的追求，才使我的设计文本内容更加的丰富。 最后，我诚挚的向审阅本文的专家和对我论文进行指导、帮助的老师、同学致以最高的谢意!参考文献1.电力装置的继电保护和自动装置设计规范S中华人民共和国能源部GB50062-92 2.电力工程电气设计手册（电气二次部分）S北京:中国电力出版社，19913.张保会,尹项根电力系统继电保护M北京:中国电力出版社，20054.杨奇逊微型机继电保护基础M北京:中国电力出版社，20075.继电保护和安全自动装置技术规程S中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局GB/T 14285-20066.110kV变电站计算机监控系统技术规范S.贵州电力设计院，2010，027.徐军岳.数字化变电站应用研究，浙江大学，20