第一篇：智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)計論文

1智能變電站二次系統(tǒng)配置方案

1.1保護配置

保護配置主要從變壓器保護、線路保護以及母線保護三個方面進行。在進行線路保護時要注意提高采樣值差量和暫態(tài)量的速度。在進行變壓器保護時要注意勵磁涌流的影響，通常會采用廣義瞬時功率保護原理來輔助差動保護。這兩點都是易于實現(xiàn)的主保護原理。廣域后備保護系統(tǒng)由于其具有智能決策功能，可以在進行后背保護在線整定時集中全網(wǎng)信息，利用最少的通信量最快的數(shù)據(jù)更新速度完成決策工作。智能變電站二次系統(tǒng)在進行保護時簡化了原來的布線，將主保護功能由原集控室下放到設(shè)備單元內(nèi)，使通信網(wǎng)絡(luò)的負擔(dān)減輕。并利用集中式母線保護和具有主站的分布式差動來實現(xiàn)母線主保護。

1.2通信配置

在通信配置這一方面，智能變電站與傳統(tǒng)變電站的差別不大，但是就其發(fā)展而言，數(shù)據(jù)的更快速的傳播與數(shù)據(jù)量的加大會對通信配置提出更加安全可靠的要求。1.3計量配置采用三態(tài)數(shù)據(jù)為預(yù)處理數(shù)據(jù)的計量模塊，進行誤差量溯源實現(xiàn)現(xiàn)場檢驗和遠程檢驗。根據(jù)計量模塊所具有的通信優(yōu)勢，促進變電站與大用戶之間的互動，進行信息采集與資源的優(yōu)化配置，促進各個智能化電網(wǎng)環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)運行。

2智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)計方案及應(yīng)用

2.1系統(tǒng)構(gòu)成過程層、間隔層、站控層是變電站二次系統(tǒng)在功能邏輯方面的劃分。其中站控層對間隔層以及過程層起到一個全面監(jiān)測與管理的作用。其主要構(gòu)成是操作員站、主機、保護故障信息子站、遠動通信裝置、功能站。間隔層具有獨立運作的能力，能夠在沒有網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)下或是站控層失效的狀態(tài)下獨立完成監(jiān)控，由測量、保護、錄波、相量測量等組成。過程層主要進行采集電氣量、監(jiān)測設(shè)備運行狀態(tài)以及執(zhí)行控制命令的工作，由合并單元、互感器、智能終端構(gòu)成。

2.2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

過程網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)標準是電壓等級。主要的網(wǎng)絡(luò)形式有雙星形、單星形、點對點等。通常要依據(jù)不同電壓等級和電氣一次主接線配置不同的網(wǎng)絡(luò)形式。單套配置的保護及安全自動裝置、測控裝置要采用相互獨立的數(shù)據(jù)接口控制器同時接入兩套不同的過程層網(wǎng)絡(luò)。雙重化配置的保護及安全自動裝置應(yīng)分別接入不同的過程層網(wǎng)絡(luò)。單星形以太網(wǎng)絡(luò)適合用于110KV變電站站控層、間隔層網(wǎng)絡(luò)。雙重化星形以太網(wǎng)絡(luò)適合用于220KV及以上變電站站控層、間隔層網(wǎng)絡(luò)。考慮到變電站網(wǎng)絡(luò)安全方面以及運行維護。智能變電站，特別是高電壓等級、聯(lián)網(wǎng)運行的變電站，在兼顧網(wǎng)絡(luò)跳閘方式的同時仍保留直采直跳的方式。

2.3二次系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計原則

本文以220KV變電站為例，分析站控層設(shè)備的配置。遠動通信裝置與主機均采用雙套配置，無人值班變電站主機可兼操作員工作站和工程師站。保護及故障信息子站與變電站系統(tǒng)共享信息采集，無需獨立配置。

1）網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備配置需按一定原則進行。特別是交換機的端口數(shù)量一定要符合工程規(guī)模需求，端口規(guī)格在100M~1000M范圍內(nèi)。兩臺智能電子設(shè)備所接的數(shù)據(jù)傳輸路由要控制在4個交換機以內(nèi)。每臺交換機的光纖接入量要控制在16對以內(nèi)。由于網(wǎng)絡(luò)式數(shù)據(jù)連接中交換機起到重要的作用，為保證智能變電站的安全運行，交換機必須保證安全穩(wěn)定，避免故障的發(fā)生。

2）應(yīng)對獨立配置的隔層設(shè)備測控裝置進行單套配置，采用保護測控一體化裝置對110KV及以下電壓等級進行配置，采用保護測控一體化裝置對繼電保護就地安裝的220KV電壓等級進行配置。繼電保護裝置的配置原則與常規(guī)變電站一致，220KV變電站故障錄波及網(wǎng)絡(luò)分析記錄裝置按照電壓等級分別配置，統(tǒng)一配置110KV及以下變電站，單獨配置主變壓器。

3）過程層的配置。對于110KV及以上主變壓器本體配置單套的智能終端，對于采用開關(guān)柜布置的66KV及以下配電裝置無需配置智能終端。在配電裝置場地智能組件柜中分散布置智能終端。

4）合并單元的配置。110KV及以下電壓等級各間隔單套配置，雙重化保護的主變各側(cè)冗余配置，同一間隔內(nèi)電壓互感器和電流互感器合用一個合并單元。

3結(jié)束語

綜上所述，智能變電站的發(fā)展、變革以及建設(shè)是實現(xiàn)電網(wǎng)發(fā)展完善的基礎(chǔ)。智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)計方法的不斷發(fā)展優(yōu)化會促進智能變電站作用及優(yōu)勢的更好的發(fā)揮。針對我國智能化變電站二次系統(tǒng)設(shè)計的實踐經(jīng)驗及相關(guān)原則，其應(yīng)用發(fā)展道路一定會更廣闊。

第二篇：110kv變電站二次系統(tǒng)設(shè)計

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摘

要

本論文主要講述的是110kV變電站繼電保護的配置，整定計算。目前，110kV變電站主要是直接向廣大用戶供應(yīng)和分配電能，是包括發(fā)電、輸變電和配電在內(nèi)的整個電力系統(tǒng)的最終環(huán)節(jié)。由于電力系統(tǒng)具有發(fā)、供、用同時的特點，一旦配電系統(tǒng)發(fā)生故障，將造成系統(tǒng)對用戶供電的中斷，同時也有可能使整個電力系統(tǒng)受到影響，甚至被破壞,造成巨大的經(jīng)濟損失。因此，必須提高110kV配電系統(tǒng)的可靠性，給變電站的設(shè)備裝設(shè)動作可靠、迅速、性能完善的保護，把故障影響限制在最小范圍內(nèi)，保證向用戶提供持續(xù)的電能。

電力系統(tǒng)繼電保護和安全自動裝置是電力系統(tǒng)的重要組成部分。它對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運行和對用戶的不間斷供電起著極為重要的作用，沒有繼電保護的電力系統(tǒng)是不能運行的。電力系統(tǒng)繼電保護的設(shè)計與配置是否合理直接影響到電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。如果設(shè)計與配置不當，繼電保護將不能正確動作，從而會擴大事故的停電范圍。給國民經(jīng)濟帶來嚴重的惡果，有時還可能造成人身和設(shè)備安全事故。因此，為了保證110kV變電站的正常運行，必須根據(jù)《規(guī)程》來設(shè)置變電站所需要的保護裝置，并根據(jù)滿足選擇性、速動性、靈敏性、可靠性進行整定值，使整個系統(tǒng)的各種繼電保護有機協(xié)調(diào)地布置，正確地發(fā)揮作用。

設(shè)計共分為六個章節(jié)，第二章給出了系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)并確定了主接線方式；第三章介紹了各種繼電保護的原理；第四章為短路計算，確定系統(tǒng)短路時的短路電流；第五章為整定計算，為系統(tǒng)配備的各種繼電保護整定出動作值。其中變壓器的主保護包括瓦斯保護和縱聯(lián)差動保護,后備保護包括復(fù)合電壓啟動過電流保護、零序電流保護和過負荷保護。母線配備了母線完全電流差動保護，簡單可靠。110kV側(cè)線路配備了三段距離保護，35kV側(cè)配備了三段距離保護和電流速斷保護，10kV側(cè)只設(shè)置了電流速斷保護即可滿足要求。關(guān)鍵詞：配電系統(tǒng), 變電站, 電力系統(tǒng)繼電保護, 短路電流，整定計算

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Abstract

What this text mainly told is system disposition of relay protection of 110kV distribution, calculate whole definitely.At present, 110kV transformer substation to supply the masses of users with and assign the electric energy directly mainly, it is the final links of the whole power system including generate electricity , the power transmission and transformation and distribution.Because the power system takes place, supports, uses the characteristic at the same time , once the distribution system breaks down, the ones that cause the system to supply power to users break down, may make the whole power system influenced at the same time , even destroyed, cause the enormous economic losses.So must improve 110kV distribution dependability of system, apparatus to give transformer substation install movement reliable , rapidly , complete protection of performance, influence the trouble to confine to minimum range, guarantee to offer the lasting electric energy to users.The relay protection of power system and security automatics are important components of the power system.It operates and plays an extremely important role safly in users' incessant power supply steadily in the power system, the power system without relay protection can not run.The peace and steadiness that design and disposition of relay protection of power system influence the power system directly rationally runs.It design and it is the improper since it dispose,relay protection can movements correct,it thus not will expand by power cut range of accident.Bring the serious evil consequence to national economy, may also cause the apparatus incident of personal sum sometimes.So for guarantee 110kV normal running of transformer substation , must follow “ rules ” come , set up protector transformer substation need, and moving , sensitivity , dependability carry on whole definite value according to the alternative of meeting, rapidly, make various relay protection of the whole system fix up organically coordinating , function correctly.Design is divided into six chapters, the system is given in chapter II of the

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original data and determine the main wiring;third chapter describes the principles of various relay;fourth chapter short circuit calculations, determine the system's short circuit short circuit current;fifth chapter setting calculation, the system is equipped with a variety of protective relaying action value set.In which the main transformer protection, including gas conservation and differential protection, backup protection, including composite voltage start over-current protection, zero sequence current protection and overload protection.Bus equipped with a bus full current differential protection, simple and reliable.110kV side of the line with three distance relay, 35kV side with three distance relay and Current Protection, 10kV side only set the trip current protection requirements can be met.Keyword: distribution system , transformer substation , power system relay protection, short circuit electric current, complete calculation

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目 錄 緒論.............................................................1

1.1 繼電保護的作用.............................................1 1.2 繼電保護系統(tǒng)設(shè)計基本要求...................................2 1.3 繼電保護裝置的組成.........................................3 2 原始數(shù)據(jù)及主接線介紹.............................................5 2.1 主變壓器及線路主要參數(shù).....................................5 2.2 變電站電氣主接線簡介.......................................7 3 繼電保護原理介紹.................................................9 3.1 變壓器保護.................................................9 3.1.1 縱聯(lián)差動保護..........................................9 3.1.2瓦斯保護.............................................13 3.1.3復(fù)合電壓啟動過電流保護...............................14 3.1.4 零序電流保護.........................................15 3.1.5過負荷保護...........................................15 3.2 母線保護..................................................16 3.3 線路保護..................................................17 3.3.1 三段式電流保護.......................................17 3.3.2相間距離保護.........................................20 4 短路電流計算....................................................22 4.1短路計算說明...............................................22 4.2母線短路電流計算...........................................22 4.2.2三相對稱短路時的電流計算.............................23 4.2.3不對稱短路的電流計算.................................25 4.3線路短路電流計算...........................................27 4.3.1各線路阻抗參數(shù).......................................27 4.3.2 110kV線路短路電流計算...............................27 4.3.3 35kV線路短路電流計算................................29

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4.3.4 10kV線路短路電流計算................................31 5 整定計算........................................................33 5.1線路最大負荷電流計算.......................................33 5.2主變壓器保護的整定計算.....................................35 5.2.1縱差動保護整定計算...................................35 5.2.2 復(fù)合電壓啟動過電流保護的整定計算.....................37 5.2.3 過負荷保護的整定計算.................................38 5.3 母線保護的整定計算........................................38 5.4 線路保護的整定計算........................................41 5.4.1 110kV線路保護的整定計算.............................41 5.4.2 35kV線路保護的整定計算..............................43 5.4.3 10kV線路保護整定計算................................47 6 總結(jié)............................................................51 致謝..............................................................52 參考文獻..........................................................53

V ****大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 緒 論

1.1 繼電保護的作用

電力系統(tǒng)在運行中，可能發(fā)生各種故障和不正常運行狀態(tài)，最常見同時也是最危險的故障是發(fā)生各種型式的短路。在發(fā)生短路時可能產(chǎn)生以下的后果： 1.通過故障點的很大的短路電流和所燃起的電弧，使故障元件損壞； 2.短路電流通過非故障元件，由于發(fā)熱和電動力的作用，引起它們的損壞或縮短它們的使用壽命；

3.電力系統(tǒng)中部分地區(qū)的電壓大大降低，破壞用戶工作的穩(wěn)定性或影響工廠產(chǎn)品質(zhì)量；

4.破壞電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)振動，甚至使整個系統(tǒng)瓦解；

電氣元件的正常工作遭到破壞，但沒有發(fā)生故障，這種情況屬于不正常運行狀態(tài)。例如，因負荷超過電氣設(shè)備的額定值而引起的電流升高（一般又稱過負荷），就是一種最常見的不正常運行狀態(tài)。由于過負荷，使元件載流部分和絕緣材料的溫度不斷升高，加速絕緣的老化和損壞，就可能發(fā)展成故障。此外，系統(tǒng)中出現(xiàn)功率缺額而引起的頻率降低，發(fā)電機突然甩負荷而產(chǎn)生的過電壓，以及電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩等，都屬于不正常運行狀態(tài)。

故障和不正常運行狀態(tài)，都可能在電力系統(tǒng)中引起事故。事故，就是指系統(tǒng)或其中一部分的正常工作遭到破壞，并造成對用戶少送電或電能質(zhì)量變壞到不能容許的地步，甚至造成人身傷亡和電氣設(shè)備的損壞。

系統(tǒng)事故的發(fā)生，除了由于自然條件的因素（如遭受雷擊等）以外，一般者是由于設(shè)備制造上的缺陷、設(shè)計和安裝的錯誤、檢修質(zhì)量不高或運行維護不當而引起的。因此，只要充分發(fā)揮人的主觀能動性，正確地掌握客觀規(guī)律，加強對設(shè)備的維護和檢修，就可能大大減少事故發(fā)生的機率，把事故消滅在發(fā)生之前。

在電力系統(tǒng)中，除應(yīng)采取各項積極措施消除或減少發(fā)生故障的可能性以外，故障一旦發(fā)生，必須迅速而有選擇性地切除故障元件，這是保證電力系統(tǒng)安全運行的最有效方法之一。切除故障的時間常常要求小到十分之幾甚至百分之幾秒，實踐證明只有裝設(shè)在每個電氣元件上的保護裝置才有可能滿足這個要求。****大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書

這種保護裝置直到目前為止，大多是由單個繼電器或繼電器與其附屬設(shè)備的組合構(gòu)成的，故稱為繼電保護裝置。在電力式靜態(tài)保護裝置和數(shù)字式保護裝置出現(xiàn)以后，雖然繼電器已被電力元件計算機所代替，但仍沿用此名稱。在電業(yè)部門常用繼電保護一詞泛指繼電保護技術(shù)式由各種繼電保護裝置組成的繼電保護系統(tǒng)。繼電保護裝置一詞則指各種具體的裝置。

繼電保護裝置，就是指能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。它的基本任務(wù)是： 1.自動、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到破壞，保證其它無故障部分迅速恢復(fù)正常運行；

2.反應(yīng)電氣元件的不正常運行狀態(tài)，并根據(jù)運行維護的條件（例如有無經(jīng)常值班人員），而動作于發(fā)出信號、減負荷或跳閘。此時一般不要求保護迅速動作，而是根據(jù)對電力系統(tǒng)及其元件的危害程度規(guī)定一定的延時，以免不必要的動作和由于干擾而引起的誤動作。

1.2 繼電保護系統(tǒng)設(shè)計基本要求

電網(wǎng)對繼電保護的基本要求是可靠性、選擇性、快速性、靈敏性，即通常所說的“四性”，這些要求之間，有的相輔相成、有的相互制約，需要對不同的使用條件分別進行協(xié)調(diào)。

(l)可靠性：是對繼電保護最基本的性能要求，它又可分為可信賴性和安全性2個方面?？尚刨囆砸罄^電保護在異?；蚬收锨闆r下，能準確地完成設(shè)計所要求的動作；安全性要求繼電保護在非設(shè)計所要求動作的所有情況下，能夠可靠地不動作。

(2)選擇性：是指在對電網(wǎng)影響可能最小的地方，實現(xiàn)斷路器的控制操作，以終止故障或電網(wǎng)事故的發(fā)展。如對電力設(shè)備的繼電保護，當電力設(shè)備故障時，要求最靠近故障點的斷路器動作斷開電網(wǎng)的供電電源，即電力設(shè)備繼電保護的選擇性。選擇性除了決定于繼電保護裝置本身的性能外，還要求滿足從電源算起，愈靠近故障點，其繼電保護裝置的故障啟動值愈小，動作時間愈短；而對振蕩解列裝置，則要求當電網(wǎng)失去同步穩(wěn)定性時，其所動作的斷路器斷開點，在解列后兩側(cè)電網(wǎng)可以各自安全地同步運行，從而終止振蕩等。

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(3)快速性：是指繼電保護應(yīng)以允許的可能最快的速度動作于斷路器跳閘，以斷開故障或終止異常狀態(tài)的發(fā)展。繼電保護快速動作可以減輕故障元件的損壞程度，提高線路故障后自動重合閘的成功率，并特別有利于故障后的電力系統(tǒng)同步運行的穩(wěn)定性?？焖偾谐€路和母線的短路故障，是提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的最重要手段。

(4)靈敏性：是指繼電保護對設(shè)計規(guī)定要求動作的故障和異常狀態(tài)能夠可靠動作的能力。故障時進入裝置的故障量與給定的裝置啟動值之比，為繼電保護的靈敏系數(shù)，它是考核繼電保護靈敏性的具體指標，在一般的繼電保護設(shè)計與運行規(guī)程中都有具體的規(guī)定要求。

1.3 繼電保護裝置的組成

一般而言，整套繼電保護裝置由測量元件、邏輯環(huán)節(jié)和執(zhí)行輸出三部分組 成，如圖1.1所示，分述如下。

圖1.1繼電保護裝置的組成

(1)測量比較部分

測量比較部分是測量通過被保護的電氣元件的物理參量，并與給定的值進行比較，根據(jù)比較的結(jié)果，給出“是”、“非”（“0”或“1”）性質(zhì)的一組邏輯信

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號，從而判斷保護裝置是否應(yīng)該啟動。

(2)邏輯部分

邏輯部分使保護裝置按一定的邏輯關(guān)系判斷故障的范圍和類型，最后確定 是應(yīng)該使斷路器跳閘、發(fā)出信號或是不動作及是否延時等，并將對應(yīng)的指令傳給執(zhí)行輸出部分。

(3)執(zhí)行輸出部分

執(zhí)行輸出部分根據(jù)邏輯部分傳來的指令，最后完成保護裝置所擔(dān)負的任務(wù)。如在故障時動作于跳閘；不正常運行時發(fā)出信號；而在正常運行時不動作等。

****大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 原始數(shù)據(jù)及主接線介紹

2.1 主變壓器及線路主要參數(shù)

1、主變壓器參數(shù)如下：

型號：SSZ9 31500/110 額定電壓：110±8×1.25%/38.5±2×2.5%/10.5 容量比：100/100/100 參數(shù)：Uk1-2%=10.5 Uk1-3%=17.5 Uk2-3%=6.5 接線方式：YN，yd，d11

2、系統(tǒng)示意圖及各側(cè)出線參數(shù)：

圖2.1系統(tǒng)示意圖

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表2-1 110kV側(cè)出線參數(shù)

線型 Pmax(MW)Pmin(MW)COSΦ L（km）1 LGJ-300 50 40 0.86 50 2 LGJ-300 60 45 0.86 60 3 LGJ-150 55 42 0.86 50 4 LGJ-150 48 35 0.86 40 表2-2 35kV側(cè)出線參數(shù)

線型 Pmax(MW)回路數(shù) COSΦ L（km）供電方式 1 LGJ-120 14 1 0.8 12 架空 2 LGJ-120 15 1 0.8 15 架空 3 LGJ-120 27 1 0.85 8 架空 4 LGJ-120 18 1 0.85 6 架空 5 LGJ-120 17 1 0.8 10 架空 6 LGJ-120 25 1 0.85 12 架空 表2-3 10kV側(cè)出線參數(shù)

線型 Pmax(MW)回路數(shù) COSΦ L（km）供電方式 1 LGJ-120 5 1 0.8 6 架空 2 LGJ-120 4 1 0.8 4 架空 3 LGJ-120 3 1 0.8 3 架空 4 LGJ-120 8 1 0.8 8 架空 5 LGJ-120 4 1 0.8 7 架空 6 LGJ-120 5 1 0.8 5 架空 7 LGJ-120 7 1 0.8 8 架空 8 LGJ-120 3 1 0.8 9 架空

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2.2 變電站電氣主接線簡介

電氣主接線是由各種電氣設(shè)備及其接線組成，用以接收和分配電能，是供電系統(tǒng)的重要組成部分。它與電源的回路數(shù)，電壓等級和負荷的大小、級別以及所用變壓器的臺數(shù)、容量等因素有關(guān)。確定變電所的主接線對變電所電器設(shè)備的選擇，配電裝置的布置及運行的可靠性與經(jīng)濟性等都有密切的關(guān)系，主接線設(shè)計是變電所設(shè)計中的重要任務(wù)之一。

1、電氣主接線設(shè)計原則

電氣主接線設(shè)計時，所遵循的原則：符合設(shè)計任務(wù)書的要求，符合有關(guān)的方針，政策和技術(shù)規(guī)范，規(guī)程；結(jié)合具體工程特點，設(shè)計出技術(shù)經(jīng)濟合理的主接線。根據(jù)以上原則于任務(wù)書本設(shè)計主接線方案應(yīng)達到以下要求：

一、根據(jù)變電所在電力系統(tǒng)中的地位，作用和用戶性質(zhì)，應(yīng)滿足電力負荷，特別是其中一、二及負荷對供電的可靠性要求，保證必要的供點可靠性。

二、主接線應(yīng)力求接線簡單，運行靈活與操作方便。應(yīng)能適應(yīng)必要的各種運行方式，便于切換操作和檢修，切適應(yīng)負荷的發(fā)展。

三、應(yīng)符合有關(guān)國家標準和技術(shù)規(guī)范的要求，能充分保證運行，維護和檢修的安全和方便，保證人身和設(shè)備的安全。

四、在保證以上幾項要求的條件下，應(yīng)盡量使主接線簡單，降低投資，節(jié)省運行費用。節(jié)約電能和有色金屬的消耗量。

五、滿足擴建的要求。

2、電氣主接線方案比較及選擇

（1）110kV側(cè)主接線方案

對于僅有兩條到四條110 kV出線的變電所，由于110 kV開關(guān)站間隔不多，主接線不宜設(shè)計得過于復(fù)雜，同時各個主變應(yīng)考慮接在同一條母線上，以減小兩臺主變同時失去的可能性。故從各個方面綜合考慮，單母線接線是一種相對合理的選擇。

單母線接線中，主變110 kV側(cè)設(shè)開關(guān)，各側(cè)有一套斷路器，各主變間通過母線連接，以減小兩臺主變同時跳閘的概率。

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結(jié)合本站實際，從接線的可靠性、靈活性、經(jīng)濟性等進行全面比較后，最終采用了單母線分段的接線方案。

（2）35kV側(cè)主接線方案

電壓等級為35kV～60kV，出線為4～8回，可采用單母線分段接線。當一段母線發(fā)生故障時，分段斷路器自動將故障段隔離，保證正常段母線不間斷供電，不致使重要用戶停電，可提高供電可靠性和靈活性。

經(jīng)分析35kV側(cè)采用單母線分段接線，既考慮了供電可靠性又考慮了經(jīng)濟性。

（3）10kV側(cè)主接線方案

6～10kV配電裝置出線回路數(shù)目為6回及以上時，可采用單母線分段接線。

2、主接線的最終確定（1）110kV接線

出線四回，采用單母分段接線。（2）35kV接線

出線六回，采用單母分段接線。（3）10kV接線

出線八回，采用單母分段接線。（4）系統(tǒng)參數(shù)（電源）

110KV側(cè)Sn=5210MVA 等值電抗Xd=0.0192

****大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 繼電保護原理介紹

3.1 變壓器保護

變壓器是電力系統(tǒng)普遍使用的重要電氣設(shè)備。它的安全運行直接關(guān)系到電力系統(tǒng)供電和穩(wěn)定運行，特別是大容量變壓器，一旦因故障而損壞造成的損失就更大。因此必須針對變壓器的故障和異常工作情況，根據(jù)其容量和重要程度，裝設(shè)動作可靠，性能良好的繼電保護裝置。一般包括：

1.反映內(nèi)部短路和油面降低的非電量（氣體）保護，又稱瓦斯保護。2.反映變壓器繞組和引出線的多相短路及繞組匝間短路的縱聯(lián)差動保護，或電流速斷保護。

3.作為變壓器外部相間短路和內(nèi)部短路的后備保護的過電流保護（或帶有復(fù)合電壓起動的過電流保護或負序電流保護或阻抗保護）。

4.反映中性點直接接地系統(tǒng)中外部接地短路的變壓器零序電流保護。5.反映大型變壓器過勵磁的變壓器過勵磁保護及過電壓保護。6.反映變壓器過負荷的變壓器過負荷（信號）保護。7.反映變壓器非全相運行的非全相保護。

3.1.1 縱聯(lián)差動保護

變壓器的縱差動保護主要用來反應(yīng)變壓器繞組及其套管、引出線上的相間短路，同時也可以反應(yīng)變壓器繞組匝間短路及中性點直接接地系統(tǒng)側(cè)繞組、套管、引出線的單相接地短路。

本次設(shè)計所采用的變壓器型號均為：SSZ9 31500/110對于這種大型變壓器而言，它都必需裝設(shè)單獨的變壓器差動保護，這是因為變壓器差動保護通常采用三側(cè)電流差動，其中高電壓側(cè)電流引自高壓熔斷器處的電流互感器，中低壓側(cè)電流分別引自變壓器中壓側(cè)電流互感器和低壓側(cè)電流互感器，這樣使差動保護的保護范圍為三組電流互感器所限定的區(qū)域，從而可以更好地反映這些區(qū)域內(nèi)相間短路，高壓側(cè)接地短路以及主變壓器繞組匝間短路故障。所以我們用縱聯(lián)差動保護作為兩臺變壓器的主保護，其接線原理圖如圖3.1。正常情況下,I'2=I''2即：

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'I1''''n2I1I1??????nT（變壓器變比）

'n1n1n2I1所以這時Ir=0，實際上，由于電流繼電器接線方式，變壓器勵磁電流，變比誤差等影響導(dǎo)致不平衡電流的產(chǎn)生，故Ir不等于0，針對不平衡電流產(chǎn)生的原因不同可以采取相應(yīng)的措施來減小。

盡管縱聯(lián)差動保護有很多其它保護不具備的優(yōu)點，但當大型變壓器內(nèi)部產(chǎn)生嚴重漏油或匝數(shù)很少的匝間短路故障以及繞組斷線故障時，縱聯(lián)差動保護不能動作，這時我們還需對變壓器裝設(shè)另外一個主保護——瓦斯保護。

圖3.1 縱聯(lián)差動保護原理示意圖

保護的構(gòu)成：主要由帶短路線圈的BCH-2型差動繼電器構(gòu)成； 保護的電流互感器：接至變壓器三側(cè)的斷路器內(nèi)側(cè)；

保護裝置的保護范圍：除了變壓器本身外還包括變壓器至三側(cè)斷路器之間的連線；

保護動作：跳開變壓器三側(cè)的斷路器；

保護的動作時限：保護裝置本身的動作時間（即0秒切除故障）；

變壓器縱聯(lián)差動保護整定原則如下：

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(1)按平均電壓（變壓器額定電壓及變壓器最大額定容量）計算各側(cè)二次額定電流，完成主變電流互感器參數(shù)、額定電流、平衡系數(shù)的計算。1)一次側(cè)額定電流

IN1?SN3UN

（3-1）

式中

SN——變壓器額定容量。由設(shè)計任務(wù)書知為40MVA；

UN——變壓器各側(cè)額定電壓； 2)選擇電流互感器變比為

nTACal?KjxIN（3-2）

式中

Kjx——為電流互感器接線系數(shù)。當三角形接線時，Kjx?3；當為星形接線時，Kjx?1。

選擇標準變比nTA?nTACal 3)二次側(cè)額定電流

IN2?KjxIN1nTA

（3-3）

式中

Kjx——為電流互感器接線系數(shù)。當三角形接線時，Kjx?3；當為星形接線時，Kjx?1。

(2)計算各側(cè)外部短路時的短路電流值

按短路電流計算方法進行各側(cè)短路電流值的計算(3)計算差動保護的動作電流

按下述條件計算差動保護的動作電流，并選取最大者。

1)按躲過變壓器空投時和外部故障切除后電壓恢復(fù)時變壓器產(chǎn)生的勵磁涌流計算，即

Idz?KkIeb

（3-4）

式中

Idz——保護動作電流；

Ieb——變壓器額定電流（折算至基本側(cè)）；

Kk——可靠系數(shù)，取1.3。

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2)按躲過外部短路時的最大不平衡電流計算，即

Idz?KkIbp

（3-5）

式中

Ibp——不平衡電流；

Kk——可靠系數(shù)，取1.3。

3)按躲過電流互感器二次回路斷線時計算，即

Idz?1.3Ifh.max

（3-6）

式中

Ifh.max——正常運行時變壓器的最大負荷電流。當不能確定時，采用變壓器額定電流。

計算中，各側(cè)所有的短路電流均應(yīng)歸算到基本側(cè)。這樣求出的是基本側(cè)的動作電流計算值（Idz.jb.js）。

選用上述三條件算得的保護動作電流的最大值作為計算值。(4)基本側(cè)繼電器線圈匝數(shù)計算

三繞組變壓器基本側(cè)直接接差動線圈，其余兩側(cè)接相應(yīng)的平衡繞圈。基本側(cè)繼電器動作電流計算為

Idzj.jb.js?(Idzj.bh.jb.js?Kjx)/nLH.jb

（3-7）

式中

Idzj.jb.js——基本側(cè)繼電器動作電流計算值；

Idz.jb.js——基本側(cè)保護動作計算值；

nLH.jb——基本側(cè)電流互感器變比；

Kjx——電流互感器的接線系數(shù)?；緜?cè)繼電器線圈匝數(shù)（差動線圈匝數(shù)）計算為

Wg.jb.js?Wcd.js?AW0Idzj.jb.js?60Idzj.jb.js

（3-8）

式中

AW0——繼電器的動作安匝，一般可用實測值。若無此值，可采用額定值，即AW0?60；

Wcd.js——差動線圈匝數(shù)計算值（直接接基本側(cè)）。接繼電器線圈實有抽頭，選用較計算值小而相近的抽頭匝數(shù)，作為差動線圈的整定匝數(shù)（Wcd.z）。

基本側(cè)實際的繼電器動作電流計算為

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Idzj.jb?AW0

（3-9）Wcd.z

保護的實際動作電流計算

Idz.jb?Idzj.jbnLH

（3-10）Kjx式中

nLH——電流互感器變比；

Kjx——為電流互感器接線系數(shù)。當三角形接線時，Kjx?3；當為星形接線時，Kjx?1。

(5)保護靈敏度計算，即

Klm?KconIk?.min?

2（3-11）

Iop.b式中

Ik?.min——變壓器內(nèi)部故障時，歸算至基本側(cè)總的最小短路電流；若為單電源變壓器，應(yīng)為歸算至電源側(cè)的最小短路電流；

Kcon——接線系數(shù)；

Iop.b——基本側(cè)保護一次動作電流；若為單側(cè)電源變壓器，應(yīng)為電源側(cè)保護一次動作電流。

3.1.2瓦斯保護

瓦斯保護主要用來保護變壓器的內(nèi)部故障，它由于一方面簡單，靈敏，經(jīng)濟；另一方面動作速度慢，且僅能反映變壓器油箱內(nèi)部故障，就注定了它只有與差動保護配合使用才能做到優(yōu)勢互補，共同構(gòu)成變壓器的主保護。(1)瓦斯保護的工作原理：

瓦斯保護的測量元件是瓦斯繼電器。瓦斯繼電器安裝于變壓器油箱和油枕的通道上，當變壓器內(nèi)部故障時，故障點的局部溫度將使變壓器油溫上升，體積膨脹，甚至出現(xiàn)沸騰，有熱空氣被排出而形成上升氣流，在故障點產(chǎn)生電弧，則變壓器油和絕緣材料將分解出大量氣體，這些氣體自油箱流向油枕上部，故障程度越嚴重，產(chǎn)生的氣體越多，流向油枕的氣流速度越快，甚至氣流中還夾雜著變壓器油，利用上述氣體來實現(xiàn)的保護裝置叫瓦斯保護。

為了便于氣體順利通過瓦斯繼電器，在安裝時應(yīng)使變壓器油箱頂蓋及連接

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管與水平面稍有傾斜。

當變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障時，有輕瓦斯產(chǎn)生，瓦斯繼電器KG的上觸點閉合，作用于預(yù)告信號；當發(fā)生嚴重故障時，重瓦斯沖出，瓦斯繼電器的下觸點閉合，經(jīng)中間繼電器KC作用于信號繼電器KS，發(fā)出警報信號，同時斷路器跳閘。瓦斯繼電器的下觸點閉合，也可利用切換片XB切換位置，只給出報警信號。(2)瓦斯保護的整定：

瓦斯保護有重瓦斯和輕瓦斯之分，它們裝設(shè)于油箱與油枕之間的連接導(dǎo)管上。其中輕瓦斯按氣體容積進行整定，整定范圍為：250～300cm3,一般整定在250cm3。重瓦斯按油流速度進行整定，整定范圍為：0.6～1.5m/s,一般整定在1m/s。瓦斯保護原理如圖3.2所示。

圖3.2 瓦斯保護原理示意圖

3.1.3復(fù)合電壓啟動過電流保護

當靈敏度不滿足要求時宜采用復(fù)合電壓起動的過電流保護（1）安裝在高壓側(cè)的過電流保護： 保護的構(gòu)成：主要由電流繼電器組成；

保護裝置的作用：作為變壓器本身主保護的后備以及相鄰元件的后備； 保護的電流互感器：安裝在變壓器高壓側(cè)；

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保護的動作時限：

第一段時限使中壓側(cè)斷路器跳開（即0.5秒切除故障）； 第二段時限使變壓器三側(cè)的斷路器跳開（即1秒切除故障）；

保護構(gòu)成：主要由電流繼電器、低電壓繼電器和負序電壓繼電器組成； 保護裝置的作用：作為變壓器本身主保護的后備以及相鄰元件的后備；（2）安裝在高壓側(cè)復(fù)合電壓起動電流保護：

保護的電流互感器：安裝在變壓器高壓側(cè)；

保護的電壓互感器：安裝在變壓器中壓側(cè)；

保護的動作時限：

第一段時限使中壓側(cè)斷路器跳開（即0.5秒切除故障）； 第二段時限使變壓器三側(cè)的斷路器跳開（即1秒切除故障）

3.1.4 零序電流保護

在中性點直接接地系統(tǒng)中，接地短路是常見的故障形式，所以處于該系統(tǒng)中的變壓器要裝設(shè)接地（零序）保護，以反映變壓器高壓繞組、引出線上的接地短路，并作為變壓器主保護和相鄰母線、線路接地保護的后備保護。

對降壓變壓器，如果中、低壓側(cè)沒有電源（無發(fā)電機）時，即使中性點接地運行，其中性點的零序電流保護也沒必要運行。

3.1.5過負荷保護

為防御變壓器差動保護范圍外的相間短路引起變壓器過流，應(yīng)裝設(shè)變壓器過流保護，如果變壓器過負荷時間過長將引起變壓器過電流，勢必影響繞組絕緣的壽命，因此還應(yīng)加裝過負荷保護。

保護構(gòu)成：主要由電流繼電器組成； 保護的電流互感器：安裝在變壓器高壓側(cè)上；

保護裝置的作用：作為變壓器本身主保護的后備以及相鄰元件的后備； 保護動作：發(fā)出變壓器過負荷信號；

保護的動作時限：比變壓器復(fù)合電壓起過電流保護的動作時限大0.5秒（即1秒）；

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3.2 母線保護

母線故障是電氣設(shè)備最嚴重的故障之一，它將使連接于故障母線上的所有設(shè)備被迫停電。當未裝設(shè)專用的母線保護時，如果母線故障,只能依靠相鄰元件保護的后備作用切除故障，這將延長故障切除時間,并且往往會擴大停電范圍,對高壓電網(wǎng)安全運行不利，因此在35~500KV的發(fā)電廠或變電所母線上，應(yīng)裝設(shè)專用的母線保護裝置。

由設(shè)計的已知條件可知,110kV母線均是采用單母線接線,對于單母線我們可以采用母線完全電流差動保護。

母線完全差動保護的原理接線圖如圖3.5所示,和其它元件的差動保護一樣,也是按環(huán)流法的原理構(gòu)成。在母線的所有連接元件上必須裝設(shè)專用的電流互感器,而且這些電流互感器的變比和特性完全相同,并將所有電流互感器的二次繞組在母線側(cè)的端子互相連接,在外側(cè)的端子也互相連接,差動繼電器則接于兩連接線之間,差動電流繼電器中流過的電流是所有電流互感器二次電流的相量和。這樣,在一次側(cè)電流總和為零時,在理想的情況下,二次側(cè)電流的總和也為零。此圖為母線外部K點短路的電流分布圖,設(shè)電流流進母線的方向為正方向。圖中線路I,II接于系統(tǒng)電源,而線路III則接于負載。

圖3.4 母線完全電流差動保護的原理接線圖

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3.3 線路保護

3.3.1 三段式電流保護

(1)瞬時（無時限）電流速斷保護 1)整定計算

瞬時電流速斷保護（又稱第Ⅰ段電流保護）它是反映電流升高,不帶時限動作的一種電流保護。

在單側(cè)電源輻射形電網(wǎng)各線路的始端裝設(shè)有瞬時電流速斷保護。當系統(tǒng)電源電勢一定，線路上任一點發(fā)生短路故障時，短路電流的大小與短路點至電源之間的電抗（忽略電阻）及短路類型有關(guān)，三相短路和兩相短路時，流過保護安裝地點的短路電流為

Ik?3??Es（3-12）

Xs?X1lEs3?（3-13）2Xs?X1lIk?2??式中 Es——系統(tǒng)等效電源相電勢；

Xs——系統(tǒng)等效電源到保護安裝處之間的電抗；

X1——線路單位公里長度的正序電抗；

l——短路點至保護安裝處的距離，km。

電流速斷保護的動作電流可按大于本線路末端短路時流過保護安裝處的最大短路電流來整定，即

11Iop?K1relIkB.max（3-14）

1式中 Iop又稱一次動1——保護裝置Ⅰ段瞬時電流速斷保護的動作電流，作電流；

1Krel——可靠系數(shù)，考慮到繼電器的整定誤差、短路電流計算誤差和非周期分量的影響等而引入的大于1的系數(shù)，一般取1.2~1.3;IkB.max——被保護線路末端B母線上三相短路時流過保護安裝處的最大短路電流，一般取次暫態(tài)短路電流周期分量的有效值。2)靈敏系數(shù)的校驗

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瞬時電流速斷保護的靈敏系數(shù)，是用其最小保護范圍來衡量的，規(guī)程規(guī)定，最小保護范圍lmin不應(yīng)小于線路全長的15%~20%。

由上得最小保護長度

lmin?1Es(1?Xs.max)（3-15）X1Iop1式中 Xs.max——系統(tǒng)最小運行方式下，最大等值電抗，?；

X1——輸電線路單位公里正序電抗，?/km。同理，最大保護長度

lmax?E1(1s?Xs.min)X1Iop1（3-16）

式中 Xs.min——系統(tǒng)最大運行方式下，最小等值電抗，?；

通常規(guī)定，最大保護范圍lmax?50%l（l為被保護線路長度），最小保護范圍lmin?(15%~20%)l時，才能裝設(shè)瞬時電流速斷保護。(2)限時電流速斷保護

由于瞬時電流速斷保護不能保護線路全長，因此可增加一段帶時限的電流速斷保護（又稱第Ⅱ段電流保護）。用以保護瞬時電流速斷保護保護不到的那段線路，因此，要求限時電流速斷保護應(yīng)能保護線路全長。1)整定計算

限時電流速斷保護的動作電流IⅡop1應(yīng)大于相鄰支路的瞬時電流速斷保護的ⅡⅠ動作電流IⅠop2，即Iop1?Iop2，寫成等式為

ⅡⅠIⅡ?Kop1relIop2（3-17）

式中 KⅡrel——配合系數(shù)，因考慮短路電流非周期分量已經(jīng)衰減，一般取1.1~1.2。

2)靈敏系數(shù)的校驗

其計算公式為

Ksen?Ik.min（3-18）ⅡIop 18 ****大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書

式中 Ik.min——在被保護線路末端短路時，流過保護安裝處的最小短路電流；

IⅡop——被保護線路的限時電流速斷保護的動作電流。規(guī)程規(guī)定，Ksen?1.3~1.5。3)時限整定

Ⅱ為了保證選擇性，保護1的限時電流速斷保護的動作時限t1，還要與保護2的瞬時電流速斷保護、保護3的差動保護（或瞬時電流速斷保護）動作時限tⅠ

2、tⅠ3相配合，即

Ⅱt1?tⅠ2??t Ⅱt1?tⅠ3??t

式中 ?t——時限級差。

對于不同型式的斷路器及保護裝置，?t在0.3~0.6s范圍內(nèi)。

(3)定時限過電流保護 1)整定計算

定時限過電流保護動作電流整定一般應(yīng)按以下兩個原則來確定： A.在被保護線路通過最大正常負荷電流時，保護裝置不應(yīng)動作，即

ⅢIop1?IL.max（3-19）

B.為保證在相鄰線路上的短路故障切除后，保護能可靠地返回，保護裝置的返回電流Ire應(yīng)大于外部短路故障切除后流過保護裝置的最大自起動電流Is.max，即

Ire?Is.max（3-20）

根據(jù)第B條件，過電流保護的整定式為

Iop1ⅢⅢKrelKss?IL.max

（3-21）

KreⅢ式中 Krel——可靠系數(shù)，取1.15~1.25；

Kss——負荷自起動系數(shù)，由電網(wǎng)電壓及負荷性質(zhì)所決定，取2~5；

Kre——返回系數(shù)，與保護類型有關(guān)。電流繼電器的返回系數(shù)一般取0.85~0.95；

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IL.max——最大負荷電流。2)靈敏系數(shù)的校驗

其計算公式為

Ksen?Ik.min（3-22）ⅢIop當過電流保護作為本線路主保護的近后備保護時，Ik.min應(yīng)采用最小運行方式下，本線路末端兩相短路的短路電流來進行校驗，要求Ksen?1.3~1.5；當過電流保護作為相鄰線路的遠后備保護時，Ik.min應(yīng)采用最小運行方式下，相鄰線 路末端兩相短路時的短路電流來進行校驗，要求Ksen?1.2；作為y,d連接的變壓器遠后備保護時，短路類型應(yīng)根據(jù)過電流保護接線而定。3)時限整定

為了保證選擇性，過電流保護的動作時限按階梯原則進行整定，這個原則是從用戶到電源的各保護裝置的動作時限逐級增加一個?t。

在一般情況下，對于線路Ln的定時限過電流保護動作時限整定的一般表達式為

tn?t(n?1).max??t（3-23）

式中 tn——線路Ln過電流保護的動作時間，s；

t(n?1).max——由線路Ln供電的母線上所接的線路、變壓器的過電流保護最長動作時間，s。

3.3.2相間距離保護

電流保護的主要優(yōu)點是簡單，可靠，經(jīng)濟，但它的靈敏性受系統(tǒng)運行方式變化的影響較大，特別是在重負荷，長距離，電壓等級高的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中，很難滿足選擇性，靈敏性以及快速切除故障的要求，為此，必須采用性能完善的保護裝置，因而就引入了“距離保護”。

距離保護是反饋故障點至保護安裝點之間的距離或阻抗，并根據(jù)距離的遠近而確定動作時間的一種保護裝置。該裝置的主要元件為距離或阻抗繼電器，它可根據(jù)其端子所加的電壓和電流側(cè)知保護安裝處至短路點之間的阻抗值，此

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阻抗稱為阻抗繼電器的測量阻抗。其主要特點是：短路點距離保護安裝點越近，其測量阻抗越??；相反地，短路點距離保護安裝點越遠，其測量阻抗越大，動作時間就越長。這樣就可保證有選擇地切除故障線路，如圖5.6所示，K點短路時，保護1的測量阻抗是Zk，保護2的測量阻抗是（ZAB+ZK）。由于保護1距離短路點較近，而保護2距離短路點較遠，所以，保護1的動作時間就比保護2的 短。這樣故障就由保護1動作切除，不會引起保護2的誤動作。這種選擇性的配合是靠適當?shù)倪x擇各保護的整定阻抗值和動作時限來完成的。

圖3.6 距離保護的基本原理

****大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 短路電流計算

4.1短路計算說明

短路計算是電力系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)備選擇，繼電保護設(shè)計，整定的依據(jù)，是解決一系列問題的基本計算。一般包括發(fā)生短路時的系統(tǒng)的運行方式及短路類型和短路點等條件。在實用計算中，采取一些簡化假設(shè)：

1、所有電源電勢等電位。

2、不記磁路飽和，忽略線路電容、電阻。

3、把負荷當作恒定電抗。

4、電力系統(tǒng)均為金屬性短路。

4.2母線短路電流計算

4.2.1主變標幺值參數(shù)計算（取SB=100MVA，UB=UAV，SN=31.5MVA）

Uk1%?11(Uk(1?3)%?Uk(1?2)%?Uk(2?3)%)?(17.5?10.5?6.5)?10.75 2211Uk2%?(Uk(1?2)%?Uk(2?3)%?Uk(1?3)%)?(10.5?6.5?17.5)??0.25(4-1)

2211Uk3%?(Uk(1?3)%?Uk(2?3)%?Uk(1?2)%)?(17.5?6.5?10.5)?6.75

22得XT1?Uk1%SB10.75100????0.34 100STN10031.5Uk2%SB?0.25100?????0.008(近似為0)（4-2）100STN10031.5Uk3%SB6.75100????0.21 100STN10031.5XT2?XT3?

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系統(tǒng)等值阻抗圖：

圖4.1 系統(tǒng)等值阻抗圖

4.2.2三相對稱短路時的電流計算

基準值的選擇，取SB=100MVA，Ud1=115kV,Ud2=37kV,Ud3=10.5kV

最大運行方式下：

d1(3)時有

Xd1 =x1=0.0192

(3)Id1?SB1?

圖4.2短路等值阻抗圖

0.01923Ud1=26.15(kA)

(3)d2時有

1Xd2 =x1+x2

2=0.0192+0.17

=0.1892

圖4.3短路等值阻抗圖

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I(3)1d2?SB0.1892?3U d=8.25(kA)d(3)3時有

Xd3 =(x1+112x2)+ 2x3

=(0.0192+0.17)+0.105 =0.2942 I(3)1SBd3?0.2942?3U

d3=18.69(kA)

最小運行方式下：

d(3)1時有

Xd1 =x1=0.0192 I(3)d1?10.0192?SB3U

d1=26.15(kA)d(3)2時有

Xd2 =x1+x2

=0.0192+0.34

=0.3592

I(3)1d2?SB0.3592?3U d2

圖4.4短路等值阻抗圖

圖4.5短路等值阻抗圖

圖4.6短路等值阻抗圖

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=4.34(kA)

d3時有(3)Xd3 =x1+x2+x3

=0.0192+0.34+0.21

=0.5692(3)Id3?SB

1?0.56923Ud3=9.66(kA)

圖4.7短路等值阻抗圖

4.2.3不對稱短路的電流計算

電力系統(tǒng)中的短路故障大多數(shù)是不對稱的。為了保證電力系統(tǒng)和各種電氣設(shè)備的安全運行，需進行各種不對稱故障的分析和計算。發(fā)生不對稱短路時，電力系統(tǒng)的三相電流和電壓是不平衡的。因此，不能采用計算三相短路電流的算法進行分相計算。一般求解不對稱故障問題常用的方法是對稱分量法。在用對稱分量發(fā)分析和計算系統(tǒng)短路時，所采用的參數(shù)是電力系統(tǒng)各元件的相序參數(shù)。一般在線性電路中可以應(yīng)用疊加原理，得到不對稱分量分別按對稱三相電路求解，然后將結(jié)果疊加起來，得到不對稱三相電路的解，用于后面的繼電保護靈敏度的校驗。最大運行方式下

零序網(wǎng)如右圖所示

X1?Xd1?0.0192 Xd0?3X1//(X2?X3)

=0.0576∥0.55

=0.052 d1(1)時有

圖4.8零序阻抗圖

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3If0?SB3E?

（4-3）

2x1?Xd03Ud11003?115 =33.19?=16.66(kA)d1(1.1)時有

3If0?SB3E100??24.35??12.22(kA)x1?2Xd03Ud13?115最小運行方式下由于零序阻抗值基本不變化,所以所有數(shù)據(jù)與最大運行方式下近似相等。

由課本可知，當系統(tǒng)為無限大系統(tǒng)或距短路點很遠時，此時的兩相短路電流可采用實用計算方法。本系統(tǒng)電源的容量為5210MVA,為了減少計算量可以近似按無限大系統(tǒng)是計算。

即：

(2)Id? 3(3)Id

（4-4）

2最大運行方式下：

d1(2)時有

(2)Id1?3(3)Id1?22.65(kA)2最小運行方式下：

d1(2)時有

(2)Id1?3(3)Id1?22.65(kA)2

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4.3線路短路電流計算

4.3.1各線路阻抗參數(shù)

查手冊得：LGJ-300型線路x0?0.404(Ω)/km LGJ-150型線路x0?0.425(Ω)/km LGJ-120型線路x0?0.435(Ω)/km 實際計算阻抗有名值為：x?x0?l(Ω)（4-5）表4-1 各側(cè)阻抗計算值(Ω)L-1 L-2 L-3 L-4 L-5 L-6 L-7 L-8 110KV 20.2 24.24 21.25 17 35KV 5.22 6.525 3.48 2.61 4.35 5.22 10KV 2.61 1.74 1.305 3.48 3.045 2.175 3.48 3.915 標幺值計算為：x*?x?SB；（4-6）2UB表4-2 各側(cè)阻抗標幺值

L-1 L-2 L-3 L-4 L-5 L-6 L-7 L-8

110KV 0.15 0.18 0.16 0.13 35KV 0.38 0.48 0.25 0.19 0.32 0.38 10KV 2.37 1.58 1.18 3.16 2.76 1.97 3.16 3.55

4.3.2 110kV線路短路電流計算

最大運行方式下

發(fā)生d(3)時Id?1SB計算數(shù)值如下： ?Xd1?xL3Ud1L-1 Id?1100??3.14(kA)0.0192?0.153?115 27 ****大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書

L-2 Id?1100??2.52(kA)0.0192?0.183?1151100??2.80(kA)

0.0192?0.163?1151100??3.36(kA)0.0192?0.133?115SB3E?

2x1?x03Ud1L-3 Id?L-4 Id?發(fā)生d(1)時x1?Xd1?xL;x0?Xd0?3xL;3If0?計算數(shù)值如下：

L-1 x1?0.0192?0.15?0.1692

x0?0.052?0.45?0.502 3If0?3100??1.79(kA)0.84043?115L-2 x1?0.0192+0.18=0.1992 x0?0.052+0.54=0.592 3If0?3100??1.52(kA)0.99043?115L-3 x1?0.0192+0.16=0.1792 x0?0.052+0.48=0.532 3If0?3100??1.22(kA)0.89043?115L-4 x1?0.0192+0.13=0.1492 x0?0.052+0.39=0.442 3If0?3100??2.03(kA)0.74043?115 28 ****大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書

發(fā)生d(1.1)時

x1?Xd1?xL;x0?Xd0?3xL;3If0?計算數(shù)值如下：

L-1 x1?0.0192?0.15?0.1692

x0?0.052?0.45?0.502 3If0?SB3E?

x1?2x03Ud13100??1.28(kA)1.17323?115L-2 x1?0.0192+0.18=0.1992 x0?0.052+0.54=0.592

3If0?3100??1.09(kA)1.38323?115L-3 x1?0.0192+0.16=0.1792 x0?0.052+0.48=0.532 3If0?3100??1.21(kA)1.24323?115L-4 x1?0.0192+0.13=0.1492 x0?0.052+0.39=0.442 3If0?3100??1.46(kA)1.03323?115最小運行方式下由于變壓器等效阻抗值變化不大,所以所有數(shù)據(jù)與最大運行方式下近似相等

4.3.3 35kV線路短路電流計算

最大運行方式下發(fā)生d(3)時Id?SB1? 計算數(shù)值如下：

Xd2?xL3Ud2 29 ****大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書

L-1 I1d?0.1892?0.38?1003?37?2.74(kA)L-2 I1d?0.1892?0.48?1003?37?2.33(kA)

L-3 I1d?0.1892?0.25?1003?37?3.55(kA)L-4 I1d?0.1892?0.19?1003?37?4.11(kA)

L-5 I1d?0.1892?0.32?1003?37?3.06(kA)

L-6 I?1d0.1892?0.38?1003?37?2.74(kA)

最小運行方式下發(fā)生d(3)時I1SBd?X?d2?xL3Ud2L-1 Id?10.3592?0.38?1003?37?2.11(kA)

L-2 I1d?0.3592?0.48?1003?37?1.86(kA)

L-3 I1d?0.3592?0.25?1003?37?2.56(kA)

L-4 I1d?0.3592?0.19?1003?37?2.84(kA)L-5 I1d?0.3592?0.32?1003?37?2.30(kA)L-6 I1d?0.3592?0.38?1003?37?2.11(kA)

計算數(shù)值如下：

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4.3.4 10kV線路短路電流計算

最大運行方式下發(fā)生d(3)時Id?SB1 計算數(shù)值如下： ?Xd3?xL3Ud3L-1 I1d?0.2942?2.37?1003?10.5?2.06(kA)L-2 I1d?0.2942?1.58?1003?10.5?2.93(kA)

L-3 I1d?0.2942?1.18?1003?10.5?3.73(kA)L-4 I1d?0.2942?3.16?1003?10.5?1.59(kA)L-5 I1d?0.2942?2.76?1003?10.5?1.80(kA)

L-6 I1d?0.2942?1.97?1003?10.5?2.43(kA)

L-7 I1d?0.2942?3.16?1003?10.5?1.59(kA)

L-8 I1d?0.2942?3.55?1003?10.5?1.43(kA)

最小運行方式下發(fā)生d(3)時I1SBd?X?d3?xL3Ud3L-1 I1d?0.5692?2.37?1003?10.5?1.87(kA)L-2 I1d?0.5692?1.58?1003?10.5?2.56(kA)

計算數(shù)值如下：

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L-3 Id?1100??3.73(kA)0.5692?1.183?10.51100??3.14(kA)

0.5692?3.163?10.51100??1.65(kA)

0.5692?2.763?10.51100??2.17(kA)0.5692?1.973?10.51100??3.14(kA)0.5692?3.163?10.51100??1.33(kA)0.5692?3.553?10.5 L-4 Id?L-5 Id?L-6 Id?L-7 Id?L-8 Id?

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5.1線路最大負荷電流計算

IL.max?由前面線路參數(shù)表可計算如下： 1、110KV側(cè)線路 L-1 IL.max?Pmax（5-1）

3UNcos?503?115?0.86603?115?0.86?0.29?kA? ?0.35?kA? L-2 IL.max?L-3 IL.max?553?115?0.86483?115?0.86?0.32?kA? ?0.28?kA? L-4 IL.max?2、35KV側(cè)線路 L-1 IL.max?143?37?0.8?0.27?kA?

L-2 IL.max?153?37?0.8273?37?0.85?0.29?kA?

?0.49?kA? L-3 IL.max?L-4 IL.max?183?37?0.85?0.33?kA?

L-5 IL.max?173?37?0.8?0.33?kA?

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L-6 IL.max?3、10KV側(cè)線路 L-1 IL.max?253?37?0.85?0.46?kA?

53?10.5?0.843?10.5?0.8?0.34?kA?

L-2 IL.max??0.27?kA?

L-3 IL.max?33?10.5?0.883?10.5?0.843?10.5?0.853?10.5?0.873?10.5?0.8?0.21?kA? ?0.55?kA? ?0.27?kA? ?0.34?kA? L-4 IL.max?L-5 IL.max?L-6 IL.max?L-7 IL.max??0.48?kA?

L-8 IL.max?33?10.5?0.8?0.21?kA?

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5.2主變壓器保護的整定計算

5.2.1縱差動保護整定計算

一、計算變壓器各側(cè)一次電流，選擇電流互感器的變比，確定各側(cè)二次額定電流：

表5-1

變壓器相關(guān)參數(shù)計算

名稱

各側(cè)數(shù)值

額定電壓(kV)

115

10.5

額定電流(A)31.5?1033?115?158.131.5?1033?37?491.5

31.5?1033?10.5?1732.1

電流互感器 Y

Y

D 接線方式

電流互感器

158.1/5

491.5/5

3?1732.1/5 計算變比

選用電流互 200/5

500/5

3000/5 感器變比

二次額定電 158.1/40=3.95

491.5/100=4.915

3000/600=5 流（A）

10.5kV側(cè)的二次額定電流最大，所以選取該側(cè)為保護的基本側(cè)。

二、確定保護的一次動作電流：

1、按躲開變壓器的勵磁涌流整定：

Idz?Kk?Ie.B

（Kk取1.5）

（5-2）

=1.5×1732.1

=2598.15（A）

2、器外部三相短路時的最大不平衡電流來整定

(3)Idz?Kk(Kfzq?Ktxfwc??U??fza)Id（Kk取1.3）（5-3）.max

= 1.3(1.0×1×0.1 + 0.1+ 0.05)×3.73×1000

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=994(A)其中Ktx為電流互感器同型系數(shù)，型號相同時取0.5，型號不同時取1，這

Kfzq為非周期分量引起的誤差，里為避免以后更換設(shè)備的方便故取1；取1；?fza(3)建議采用中間值0.05；?U取0.1；Id.max為變壓器外部最大運行方式下的三相短路電流。

3、按躲開電流互感器二次回路斷線時變壓器的最大負荷電流整定：

Ldz?Kk?Ith.max

（Kk取1.3）

= 1.3×1732.1 = 2251.7(A)

三、確定保護的二次動作電流：

1、基本側(cè)差動繼電器的動作電流為：

Idzdz.j.jb?kjx?In

?3?2598.1530050?7.5(A)

2、基本側(cè)差動線圈工匝數(shù)為：（AW0為60）

WAW0cd.jb.z?I

dz?j?jb

?607.5?8

選用的差動線圈匝數(shù)為8匝

四、差動保護的實際動作電流：

1、差動保護的實際二次動作電流：

IAW0dz.j.jb?W?60?7.5(A)

cd?jb?z8

∴ 差動保護實際一次動作電流為：

5-4）

5-5）

5-6）（（（****大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書

Idz.jb?Idz?j?jb?nLKjx7.5?3000

3（5-7）

?5?2598.2(A)

五、動作時限：0秒

六、靈敏度校驗：

Id?.min為實際可能的方式下在差動保護范圍內(nèi)發(fā)生兩相短路時總的最小短路電流；

Id?.min是在系統(tǒng)最小運行方式下兩臺變壓器并聯(lián)運行時低壓側(cè)兩相短路取得；接線系數(shù)Kjx取2

kjx?Id?.minIdz.j.jb?nL.jb2??3?9.66?10002?3.72?2（滿足要求）

（5-8）7.5?30005Ksen?5.2.2 復(fù)合電壓啟動過電流保護的整定計算

過電流元件動作值Iop按躲開站變額定電流IN.st整定,即: Iop?110kV側(cè)：krel?IN.st（5-9）kre ?1.1531500??214(A)0.853?115 其中krel可靠系數(shù),一般為1.15～1.25,這里取1.15, kre是返回系數(shù),這里取0.85 運行方式下線路末端的兩相短路電流對保護裝置進行靈敏度的校驗。

3(3)3Id.min?1.33?1000?2?2?5.4?1.3，滿足要求。（5-10）

IOP213Ksen 37 ****大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書

35kV側(cè)：Iop?krel1.1531500?IN.st???665（A）kre0.853?37取最小運行方式下線路末端的兩相短路電流對保護裝置進行靈敏度的校驗。

3(3)3Id.min?1.33?1000?2?2?1.73?1.3，滿足要求

IOP665krel1.1531500?IN.st???2343（A）kre0.853?10.5Ksen10kV側(cè):Iop?取最小運行方式下線路末端的兩相短路電流對保護裝置進行靈敏度的校驗。

3(3)3Id.min?1.33?100022???0.5?1.3，不滿足要求 IOP2343Ksen最終整定電流取最小值即110KV側(cè)的整定結(jié)果。保護動作時限為0.5秒。

5.2.3 過負荷保護的整定計算

取可靠系數(shù)Krel為1.05,返回系數(shù)Kres為0.85,IN為保護安裝側(cè)變壓器的額定電流。因是單側(cè)電源三繞組降壓變壓器且三側(cè)繞組容量相同，則過負荷保護裝在電源側(cè)（即110KV側(cè)）。

按躲開變壓器額定電流來整定：

IdzKk1.0531.5?103??IN???195.35(A)Kh0.853?115動作時限：比降壓變壓器復(fù)合電壓起動的過電流保護的動作時限大0.5秒，即0.5+0.5=1秒。

5.3 母線保護的整定計算

根據(jù)本設(shè)計的實際情況，決定采用完全電流差動母線保護對變電站的母線進行保護。

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所用設(shè)備差動繼電器的動作電流按下述兩個原則整定，并取其中的較大者為整定值。

（1）躲過外部故障時的最大不平衡電流。其動作電流按下式計算

Iop，K?KrelIdsp.max?Krel?0.1?Ik..max/nTA（5-11）式中：Krel為可靠系數(shù)，取為1.3；

Ik..max為在母線范圍外任一連接元件上短路時，流過差動保護電流互感器的最大短路電流；

nTA為母線保護用電流互感器的變比。110kV母線： Iop，K?Krel?0.1?Ik..max/nTA

=1.3?0.1?36?1000/40

=10.92（A）

35kV母線：

Iop，K?Krel?0.1?Ik..max/nTA

=1.3?0.1?4.11?1000/100

=5.343（A）

10kV母線：

Iop，K?Krel?0.1?Ik..max/nTA

=1.3?0.1?3.73?1000/600

=0.808（A）

（2）躲過電流互感器二次回路一相短線時流過差動繼電器的最大電流。

其動作電流按下式計算

Iop，K?Krel?Il..max/nTA

（5-12）式中Il..max為所有連接元件中最大的負荷電流。

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110kV母線: Iop，K?Krel?Il..max/nTA

=1.3?350/40

=11.38（A）

35kV母線： Iop，K?Krel?Il..max/nTA

=1.3?490/100

=6.37（A）

10kV母線： Iop，K?Krel?Il..max/nTA

=1.3?550/600

=1.19（A）

根據(jù)計算值可知母線動作電流如下：

110kV母線：Iop，K?11.38（A）

35kV母線：Iop，K?6.37（A）10kV母線：Iop，K?1.19（A）

當保護范圍內(nèi)部故障時，應(yīng)采用下式校驗靈敏系數(shù)，其值一般應(yīng)不低于2。

Ksen?Ik.min

（5-13）

Iop.k?nTA式中Ik.min為母線故障時的最小短路電流。110kV母線： Ksen?Ik.min22.65?1000??49.76?2

Iop.k?nTA11.38?404.34?3?10002?5.9?2 6.37?100 40 35kV母線： Ksen?Ik.min?Iop.k?nTA****大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書

10kV母線： Ksen?Ik.min?Iop.k?nTA9.66?3?10002?11.7?2 1.19?600

由計算結(jié)果知整定值符合要求。

5.4 線路保護的整定計算

5.4.1 110kV線路保護的整定計算

一、相間距離保護的整定計算 1.距離Ⅰ段

為了保證選擇性，保護瞬時動作的距離Ⅰ段動作阻抗應(yīng)按躲過相鄰下一元件首端短路的條件選擇，即

' Zop?krel?ZL 可靠系數(shù)krel=0.85

（5-14）

'?0.85?20.2=17.17(Ω)L-1 Zop'?0.85?24.24=20.604(Ω)L-2 Zop'?0.85?21.25=18.0625(Ω)L-3 Zop'?0.85?17=14.45(Ω)L-4 Zop2.距離Ⅱ段

動作阻抗按下式整定

“ Zop ?ksen?ZL 靈敏系數(shù)ksen=1.3

（5-15）”?1.3?20.2=26.26(Ω)L-1 Zop“?1.3?24.24=31.512(Ω)L-2 Zop”?1.3?21.25=27.625(Ω)L-3 Zop“?1.3?17=22.1(Ω)L-4 Zop

3.距離Ⅲ段

動作阻抗按下式整定

****大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書

”'Zop?ZL.min

（5-16）

krel?kre?kzq0.9Ee ZL.min?IL.max

3（5-17）

krel?1.3 kre?1.2 kzq?2

式中Ee為電網(wǎng)的額定線電壓；

IL.max為線路的最大負荷電流。

0.9?110“' L-1 Zop?30.290.9?1103/1.3?1.2?2?63.17(?)

”' L-2 Zop?0.350.9?1103/1.3?1.2?2?52.34(?)

“' L-3 Zop?0.320.9?1103/1.3?1.2?2?57.25(?)

”' L-4 Zop?0.28/1.3?1.2?2?65.43(?)

靈敏度校驗 Ksen?L-1 Ksen?“'ZopZl

63.17?3.13?1.5 20.252.34L-2 Ksen??2.16?1.5

24.2457.25L-3 Ksen??2.69?1.5

21.2565.43L-4 Ksen??3.85?1.5

17由以上計算可知整定結(jié)果符合要求。

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5.4.2 35kV線路保護的整定計算

一、相間距離保護的整定計算 1.距離Ⅰ段

'Zop?krel?ZL krel?0.85

'?0.85?5.22?4.437(?)L-1 Zop'?0.85?6.525?5.55(?)L-2 Zop'?0.85?3.48?2.958(?)L-3 Zop'?0.85?2.61?2.22(?)L-4 Zop'?0.85?4.35?3.70(?)L-5 Zop'?0.85?5.22?4.437(?)L-6 Zop2.距離Ⅱ段

動作阻抗按下式整定

Zop”?ksen?ZL 靈敏系數(shù)ksen=1.3

''?1.3?5.22?6.786(?)L-1 Zop''?1.3?6.525?8.48(?)L-2 Zop''?1.3?3.48?4.524(?)L-3 Zop''?1.3?2.61?3.393(?)L-4 Zop''?1.3?4.35?5.655(?)L-5 Zop''?1.3?5.22?6.786(?)L-6 Zop3.距離Ⅲ段

動作阻抗按下式整定

“'Zop?ZL.min ZL.min?krel?kre?kzq0.9EeIL.max3

krel?1.3 kre?1.2 kzq?2

0.9?35”'L-1 Zop?30.27/1.3?1.2?2?21.59(?)

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0.9?35L-2 Z“'3op?0.29/1.3?1.2?2?20.1(?)

0.9?35L-3 Z”'3op?0.49/1.3?1.2?2?11.90(?)

0.9?35L-4 Z“'3op?0.33/1.3?1.2?2?17.66(?)

0.9?35L-5 Z”'3op?0.33/1.3?1.2?2?17.66(?)

0.9?35L-6 Z“'3op?0.46/1.3?1.2?2?12.67(?)

靈敏度校驗

KZ”'opsen?Z

lL-1 K21.59sen?5.22?4.14?1.5 L-2 K20.1sen?6.525?3.08?1.5

L-3 K11.9sen?3.48?3.42?1.5

L-4 K?17.66sen2.61?6.77?1.5

L-5 K17.66sen?4.35?4.06?1.5

L-6 K?12.67sen5.22?2.43?1.5

由以上計算可知整定結(jié)果符合要求。二、三段式電流保護的整定計算 瞬時電流速斷保護（又稱第Ⅰ段電流保護）

I'op?krel?Id.max krel?1.2 式中Id.max為線路在最大運行方式下的三相短路值

L-1 I'op?1.2?2.74?3.288(kA)44

5-18）（****大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書

L-2 I'op?1.2?2.33?2.796(kA)L-3 I'op?1.2?3.55?4.26(kA)L-4 I'op?1.2?4.11?4.932(kA)L-5 I'op?1.2?3.06?3.672(kA)L-6 I'op?1.2?2.74?3.288(kA)靈敏度校驗：按線路30%處發(fā)生d(2)故障時校驗

I(2)3SBd.min?2?1X? d2?xL30%3UBL-1 I(2)1d.min?2?10.1892?0.38?30%?10037?4.45(kA)L-2 I(2)?11d.min2?0.1892?0.48?30%?10037?4.05(kA)L-3 I(2)d.min?12?11000.1892?0.25?30%?37?5.11(kA)L-4 I(2)d.min?12?10.1892?0.19?30%?10037?5.48(kA)L-5 I(2)d.min?12?10.1892?0.32?30%?10037?4.73(kA)L-6 I(2)d.min?12?10.1892?0.38?30%?10037?4.45(kA)因為I(2)d.min?Iop所以靈敏度合格 限時電流速斷保護（第又稱Ⅱ段電流保護）

(2)I“minop?Id.k ksen?1.3 sen3L-1 I”op?2.11?21.3?1.4(kA)L-2 I“1.86?3op?21.3?1.24(kA)L-3 I”2.56?3op?21.3?1.71(kA)

5-19）（

第三篇：智能制造系統(tǒng)論文

智能制造概述

摘要：介紹了智能制造提出的背景、主要研究內(nèi)容和目標, 人工智能與 I M T、I M S的關(guān)系, I M S 和C I M S, 智能制造的物質(zhì)基礎(chǔ)及理論基礎(chǔ), 智能制造系統(tǒng)的特征及框架結(jié)構(gòu), 并簡要介紹了智能加工中心 IMC, 智能制造技木的發(fā)展趨勢，以及智能制造系統(tǒng)研究成果及存在問題。關(guān)鍵詞：智能制造，IMS, IMC, IMT。

Abstract：Intelligent Manufacturing introduced the background, main contents and objectives, Artificial Intelligence and IMT, IMS relations, IMS and CIMS, intelligent manufacturing and the material basis of the theoretical basis of the characteristics of intelligent manufacturing system and the framework structure, and gave a briefing on intelligence Machining Center IMC, intelligent manufacturing technology development trend of wood, as well as the Intelligent Manufacturing Systems research results and problematic.Key words: Intelligent Manufacturing, IMS, IMC, IMT。

一.智能制造提出的背景

制造業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè)部門, 是決定國家發(fā)展水平的最基本因素之一。從機械制造業(yè)發(fā)展的歷程來看, 經(jīng)歷了由手工制作、泰勒化制造、高度自動化、柔性自動化和集成化制造、并行規(guī)劃設(shè)計制造等階段。就制造自動化而言, 大體上每十年上一個臺階: 50～ 60年代是單機數(shù)控, 70 年代以后則是CNC 機床及由它們組成的自動化島, 80 年代出現(xiàn)了世界性的柔性自動化熱潮。與此同時, 出現(xiàn)了計算機集成制造, 但與實用化相距甚遠。隨著計算機的問世與發(fā)展, 機械制造大體沿兩條路線發(fā)展: 一是傳統(tǒng)制造技術(shù)的發(fā)展, 二是借助計算機和自動化科學(xué)的制造技術(shù)與系統(tǒng)的發(fā)展。80年代以來, 傳統(tǒng)制造技術(shù)得到了不同程度的發(fā)展,但存在著很多問題。先進的計算機技術(shù)和制造技術(shù)向產(chǎn)品、工藝和系統(tǒng)的設(shè)計人員和管理人員提出了新的挑戰(zhàn), 傳統(tǒng)的設(shè)計和管理方法不能有效地解決現(xiàn)代制造系統(tǒng)中所出現(xiàn)的問題, 這就促使我們借助現(xiàn)代的工具和方法, 利用各學(xué)科最新研究成果, 通過集成傳統(tǒng)制造技術(shù)、計算機技術(shù)與科學(xué)以及人工智能等技術(shù), 發(fā)展一種新型的制造技術(shù)與系統(tǒng), 這便是智能制造技術(shù)(In telligen t M anufactu r ingTechno logy, I M T)與智能制造系統(tǒng)(In telligen tM anufactu r ing System , I M S)[1 ]。

年代以后, 世界各國競相大力發(fā)展 I M T 和I M S 的深層次原因有:(1)集成化離不開智能 制造系統(tǒng)是一個復(fù)雜的大系統(tǒng), 其中有多年積累的生產(chǎn)經(jīng)驗, 生產(chǎn)過程中的人—機交互作用, 必須使用的智能機器(如智能機器人)等。脫離了智能化, 集成化也就不能完美地實現(xiàn)。

(2)機器智能化比較靈活 可以選擇系統(tǒng)智能化, 也可以選擇單機智能化;單機可發(fā)展一種智能,也可發(fā)展幾種智能;無論在系統(tǒng)中或單機上, 智能化均可工作, 不像集成制造系統(tǒng), 只有全系統(tǒng)集成才可工作。

(3)智能化的經(jīng)濟效益較高 現(xiàn)有的計算機集成制造系統(tǒng)(Compu ter In tegratedM anufactu r ingSystem , C I M S)少則投資數(shù)千萬元, 多則投資數(shù)億元乃至數(shù)十億元, 很少有企業(yè)能承擔(dān)得起, 而且投入正常運行的很少, 維護費用也高, 還要廢棄原有的設(shè)備, 難以推廣。

(4)白領(lǐng)化使得有豐富經(jīng)驗的機械工人和技術(shù)人員日益缺少，產(chǎn)品制造技術(shù)越來越復(fù)雜, 促使使用人工智能和知識工程技術(shù)來解決現(xiàn)代化的加工問題。(5)工廠生產(chǎn)率的提高更多地取決于生產(chǎn)管理和生產(chǎn)自動化 人工智能與計算機管理相結(jié)合, 使得不懂計算機的人也能通過視覺、對話等智能手段實現(xiàn)生產(chǎn)管理的科學(xué)化。

總之，以計算機信息技術(shù)為基礎(chǔ)的高新技術(shù)得到迅猛發(fā)展 ,為傳統(tǒng)的制造業(yè)提供了新的發(fā)展機遇。計算機技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)與傳統(tǒng)制造技術(shù)相結(jié)合 ,形成了先進制造技術(shù)概念。冷戰(zhàn)結(jié)束以后 ,國際間競爭的重點由單純的軍事實力較量轉(zhuǎn)向以發(fā)展經(jīng)濟和提高國民生活水平的綜合國力較量 ,隨之而來的這種國際間高新技術(shù)領(lǐng)域的競爭愈演愈烈 ,且其發(fā)展形式由最初的僅依托本國的人力、物力和財力 ,發(fā)展到國際間的大規(guī)模合作。近年來由發(fā)達國家倡導(dǎo)的面向21世紀的 “智能制造系統(tǒng)”、“信息高速公路” 等國際研究計劃 ,無疑是該背景下的產(chǎn)物 ,也是國際間進行高科技研究開發(fā)的具體表現(xiàn)和積極占領(lǐng) 21 世紀高科技制高點的象征。二.主要研究內(nèi)容和目標

智能制造在國際上尚無公認的定義。目前比較通行的一種定義是, 智能制造技術(shù)是指在制造工業(yè)的各個環(huán)節(jié), 以一種高度柔性與高度集成的方式,通過計算機來模擬人類專家的制造智能活動。因此, 智能制造的研究開發(fā)對象是整個機械制造企業(yè), 其主要研究開發(fā)目標有二: ①整個制造工作的全面智能化, 它在實際制造系統(tǒng)中首次提出了以機器智能取代人的部腦力勞動作為主要目標, 強調(diào)整個企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營過程大范圍的自組織能力;②信息和制造智能的集成與共享, 強調(diào)智能型的集成自動化。目前, I M T 和 I M S 的研究方向已從最初的人工智能在制造領(lǐng)域中的應(yīng)用(A i M)發(fā)展到今天的I M S, 研究課題涉及的范圍由最初僅一個企業(yè)內(nèi)的市場分析、產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)計劃、制造加工、過程控制、信息管理、設(shè)備維護等技術(shù)型環(huán)節(jié)的自動化, 發(fā)展到今天的面向世界范圍內(nèi)的整個制造環(huán)境的集成化與自組織能力, 包括制造智能處理技術(shù)、自組織加工單元、自組織機器人、智能生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)、多級競爭式控制網(wǎng)絡(luò)、全球通訊與操作網(wǎng)等。

由日本提出的 I M S 國際合作研究計劃對 I M S的解釋可以看出, I M S 的研究包括智能活動、智能機器以及兩者的有機融合技術(shù), 其中智能活動是問題的核心。在 I M S 研究的眾多基礎(chǔ)技術(shù)中, 制造智能處理技術(shù)是最為關(guān)鍵和迫切需要研究的問題之一, 因為它負責(zé)各環(huán)節(jié)的制造智能的集成和生成智能機器的智能活動。在一個國家甚至世界范圍內(nèi), 企業(yè)之間有著密切的聯(lián)系, 譬如, 采用相同的生產(chǎn)設(shè)備和系統(tǒng), 有著類似的生產(chǎn)控制與管理方式,上下游產(chǎn)品之間的聯(lián)系, 等等。其間存在的突出問題是產(chǎn)品和技術(shù)的規(guī)范化、標準化和通用化、信息自動交換形式與接口以及制造智能共享等。

國際 I M S 計劃的基本觀點如下: ①I M S 是21世紀的制造系統(tǒng), 必須開發(fā)與之相適應(yīng)的制造技術(shù);②應(yīng)對這些技術(shù)進行組織化和系統(tǒng)化;③加強技術(shù)的標準化;④考慮人的因素;⑤保護環(huán)境。該計劃由已有生產(chǎn)技術(shù)的體系化和標準化、21 世紀生產(chǎn)技術(shù)的研究與開發(fā)兩大部分構(gòu)成。

1992 年4 月在日本召開的第一次國際技術(shù)委員會, 確定了4 個主題: ①技術(shù)課題;②選擇原則;③評價程序;④執(zhí)行準則。由國際 I M S 中心成員提出的首批10 項研究課題是①企業(yè)集成;②全球制造;③系統(tǒng)單元技術(shù);④清潔制造技術(shù);⑤人與組織研究;⑥先進的材料加工技術(shù);⑦全球并行工程(評估和實施);⑧自主模塊的系統(tǒng)設(shè)備與分布控制;⑨快速產(chǎn)品開發(fā);b k知識系統(tǒng)化(設(shè)計與制造)。美國國家科學(xué)基金會(N SF)已連續(xù)數(shù)年重點資助了與智能制造有關(guān)的研究項目, 這些項目覆蓋了智能制造的絕大部分技術(shù)領(lǐng)域, 包括制造過程中的智能決策、基于多施主(mu lt i-agent)的智能協(xié)作求解、智能并行設(shè)計、物流傳輸?shù)闹悄茏詣踊?、智能加工系統(tǒng)和智能機器等。

日本提出的智能制造系統(tǒng)國際合作計劃, 以高新計算機為后盾、深受其 “真空世界” 計算機研究計劃的影響。其主要研究內(nèi)容如下: ①強調(diào)部分代替人的智能活動, 實現(xiàn)部分人的技能;②使用智能計算機技術(shù)來集成設(shè)計制造過程, 使之一體化, 以虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)虛擬制造, 以多媒體的人機接口技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù), 實現(xiàn)職業(yè)教育;③強調(diào)全球制造網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)制造技術(shù), 通過衛(wèi)星、In ternet 和數(shù)字電話網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)全球制造;④強調(diào)智能化與自律化的智能加工系統(tǒng)以及智能化CNC、智能機器人的研究。⑤重視分布式人工智能技術(shù)的應(yīng)用, 強調(diào)自律協(xié)作代替集中遞階控制。

I M T 與 I M S 的研究與開發(fā)對于提高產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率和降低成本, 提高國家制造業(yè)響應(yīng)市場變化的能力和速度, 以及提高國家的經(jīng)濟實力和國民的生活水準, 均具有重大的意義。其研究目標是要實現(xiàn)將市場適應(yīng)性、經(jīng)濟性、人的重要性、適應(yīng)自然和社會環(huán)境的能力、開放性和兼容能力等融合在一起的生產(chǎn)系統(tǒng): ①使整個制造過程實現(xiàn)智能化, 并具有自組織能力;②I M S 是一個集成許多工廠和多種機器設(shè)備的混合系統(tǒng);③具備滿足各種社會需求的柔性;④能充分發(fā)揮人的作用;⑤易于操作;⑥總效率高;⑦能避免重復(fù)投資等。人工智能的目的是為了用技術(shù)系統(tǒng)來突破人的自然智力的局限性 ,達到對人腦的部分代替、延伸和加強的目的 ,使那些單靠人的天然智能無法進行或帶有危險性的工作得以完成 ,從而使人類的智慧能集中到那些更富于創(chuàng)造性的工作中去。人是制造智能的重要來源 ,在制造業(yè)走向智能化過程中起著決定性作用。目前在整體智能水平上 ,與人工系統(tǒng)相比 ,人的智力仍然是遙遙領(lǐng)先的。人工智能模擬的藍本主要是人類的智能 ,但人類的智能是隨時間不斷變化的 ,而這種變化又是無止境的 ,只有人與機器有機高度結(jié)合 ,才能實現(xiàn)制造過程的真正智能化。智能制造被稱為新世紀的制造技術(shù) ,目前之所以還不能實現(xiàn) ,是由于要受到目前科學(xué)技術(shù)、人以及經(jīng)濟等諸多方面的制約。智能與思維智能 ,就是在各種環(huán)境和目的的條件下正確制定決策和實現(xiàn)目的的能力。在這里 ,給定的環(huán)境和目的是問題的約束條件 ,制定正確的決策是智能的中心環(huán)節(jié) ,而有效地實現(xiàn)目的 ,則是智能的評判準則。從信息處理的角度講 ,智能可以看成是獲取、傳遞、處理、再生和利用信息的能力。而思維能力是整個智能活動中最復(fù)雜、最核心的部分 ,主要指處理和再生信息的能力。這種信息處理的過程是十分復(fù)雜和多樣化的 ,歸納起來 ,大體可分為 3 種基本的類型 ,即:經(jīng)驗思維、邏輯思維和創(chuàng)造性思維。在工藝設(shè)計過程中 ,這三種類型的思維都存在 ,在不同層次的決策中起著重要作用。

總之，智能制造技術(shù)是制造技術(shù)、自動化技術(shù)、系統(tǒng)工程與人工智能等學(xué)科互相滲透、互相交織而形成的一門綜合技術(shù)。其具體表現(xiàn)為:智能設(shè)計、智能加工、機器人操作、智能控制、智能工藝規(guī)劃、智能調(diào)度與管理、智能裝配、智能測量與診斷等。它強調(diào)通過“ 智能設(shè)備 ” 和“ 自治控制 ” 來構(gòu)造新一代的智能制造系統(tǒng)模式。智能制造系統(tǒng)具有自律能力、自組織能力、自學(xué)習(xí)與自我優(yōu)化能力、自修復(fù)能力 ,因而適應(yīng)性極強 ,而且由于采用 VR技術(shù) ,人機界面更加友好。因此 , I M技術(shù)的研究開發(fā)對于提高生產(chǎn)效率與產(chǎn)品品質(zhì)、降低成本 ,提高制造業(yè)市場應(yīng)變能力、國家經(jīng)濟實力和國民生活水準 ,具有重要意義。智能制造是制造系統(tǒng)柔性自動化和集成自動化的新發(fā)展和重要組成部分 ,因此未來智能制造將向智能集成的方向發(fā)展 ,未來智能制造的研究將著重于智能傳感與檢測(如智能傳感器、智能傳感與檢測技術(shù)、光纖傳感技術(shù)等)。

三.人工智能與 I M T、I M S 人工智能的研究, 一開始就未能擺脫制造機器生物的思想, 即 “機器智能化”。這種以 “自主” 系統(tǒng)為目標的研究路線, 嚴重地阻礙了人工智能研究的進展。許多學(xué)者已意識到這一點, Feigenbaum、N ew ell、錢學(xué)森從計算機角度出發(fā), 提出了人與計算機相結(jié)合的智能系統(tǒng)概念。目前國外對多媒體及虛擬技術(shù)研究進行大量投資, 以及日本第五代智能

計算機研制計劃的擱淺等事例, 就是智能系統(tǒng)研究目標有所改變的明證。

人工智能技術(shù)在機械制造領(lǐng)域中的應(yīng)用涉及市場分析、產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)規(guī)劃、過程控制、質(zhì)量管理、材料處理、設(shè)備維護等諸方面。結(jié)果是開發(fā)出了種類繁多的面向特定領(lǐng)域的獨立的專家系統(tǒng)、基于知識的系統(tǒng)或智能輔助系統(tǒng), 形成一系列的 “智能化孤島”。隨著研究與應(yīng)用的深入, 人們逐漸認識到, 未來的制造自動化應(yīng)是高度集成化與智能化的

人—機系統(tǒng)的有機融合, 制造自動化程度的進一步提高要依賴于整個制造系統(tǒng)的自組織能力。如何提高這些 “孤島” 的應(yīng)用范圍和在實際制造環(huán)境中處理問題的能力, 成為人們的研究焦點。在80 年代末和90 年代初, 一種通過集成制造自動化、新一代人工智能、計算機等科學(xué)技術(shù)而發(fā)展起來的新型制造工程—— I M T 和新——代制造系統(tǒng)—— I M S 便脫穎而出。

人工智能在制造領(lǐng)域中的應(yīng)用與 I M T 和I M S 的一個重要區(qū)別在于, I M S 和 I M T 首次以部分取代制造中人的腦力勞動為研究目標, 而不再僅起 “輔助和支持” 作用, 在一定范圍還需要能獨立地適應(yīng)周圍環(huán)境, 開展工作。

四.I M S 和C I M S C I M S 發(fā)展的道路不是一帆風(fēng)順的。今天,C I M S 的發(fā)展遇到了不可逾越的障礙, 可能是剛開始時就對C I M S 提出了過高的要求, 也可能是C I M S 本身就存在某種與生俱來的缺陷, 今天的C I M S 在國際上已不像幾年前那樣受到極大的關(guān)注與廣泛地研究。從C I M S 的發(fā)展來看, 眾多研究者把重點放在計算機集成上, 從科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)狀看, 要完成這樣一個集成系統(tǒng)是很困難的。

C I M S 作為一種連接生產(chǎn)線中的單個自動化子系統(tǒng)的策略, 是一種提高制造效率的技術(shù)。它的技術(shù)基礎(chǔ)具有集中式結(jié)構(gòu)的遞階信息網(wǎng)絡(luò)。盡管在這個遞階體系中有多個執(zhí)行層次, 但主要控制設(shè)施仍然是中心計算機。C I M S 存在的一個主要問題是用于異種環(huán)境必須互連時的復(fù)雜性。在C I M S 概念下, 手工操作要與高度自動化或半自動化操作集成起來是非常困難和昂貴的。在C I M S 深入發(fā)展和推廣應(yīng)用的今天, 人們已經(jīng)逐漸認識到, 要想讓C I M S 真正發(fā)揮效益和大面積推廣應(yīng)用, 有兩大問題需要解決: ①人在系統(tǒng)中的作用和地位;②在不作很大投資對現(xiàn)有設(shè)施進行技術(shù)改造的情況下亦能應(yīng)用C I M S。現(xiàn)有的C I M S概念是解決不了這兩個難題的。今天, 人力和自動化是一對技術(shù)矛盾, 不能集成在一起, 所能做的選擇, 或是昂貴的全自動化生產(chǎn)線, 或是手工操作, 而缺乏的是人力和制造設(shè)備之間的相容性,人機工程只是一個方面的考慮, 更重要的相容性考慮要體現(xiàn)在競爭、技能和決策能力上。人在制造中的作用需要被重新定義和加以重視。

事實上, 在70 年代末和80 年代初, 人們已開始認識到人的因素在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的作用。英國出版公司(IFS)于 1984 年就首次發(fā)起了第一屆“制造中人的因素” 研討會, 目的在于提高人們對制造環(huán)境中人的因素及其所起作用的認識。事實證明, 人是 I M S 中制造智能的重要來源。值得指出的是, C I M S 和 I M S 都是面向制造過程自動化的系統(tǒng), 兩者密切相關(guān)但又有區(qū)別。

C I M S 強調(diào)的是企業(yè)內(nèi)部物料流的集成和信息流的集成;而 I M S 強調(diào)的則是更大范圍內(nèi)的整個制造過程的自組織能力。從某種意義上講, 后者難度更大, 但比C I M S 更實用、更實際。C I M S 中的眾多研究內(nèi)容是 I M S 的發(fā)展基礎(chǔ), 而 I M S 也將對C I M S 提出更高的要求。集成是智能的基礎(chǔ), 而智能也將反過來推動更高水平的集成。I M T 和 I M S 的研究成果將不只是面向21 世紀的制造業(yè), 不只是促進C I M S 達到高度集成, 而且對于FM S、M S、CNC 以至一般的工業(yè)過程自動化或精密生產(chǎn)環(huán)境而言, 均有潛在的應(yīng)用價值。有識之士對人工智能技術(shù)、計算機科學(xué)和C I M S 技術(shù)進行了全面的反思。他們在認識機器智能化的局限性的基礎(chǔ)上, 特別強調(diào)人在系統(tǒng)中的重要性。如何發(fā)揮人在系統(tǒng)中的作用, 建立一種新型的人—機的協(xié)同關(guān)系, 從而產(chǎn)生高效、高性能的生產(chǎn)系統(tǒng), 這是當前眾多學(xué)者都會提出的問題, 也正是C I M S 所忽視的關(guān)鍵因素, 這一因素導(dǎo)致了C I M S 發(fā)展中不可逾越的障礙。值得一提的是有的學(xué)者特別強調(diào) “人件(Humanw are)” 在系統(tǒng)中的重要性, 提出C I M S 的開放結(jié)構(gòu)體系思想。最引人注目的是歐共體的ESPR IT 計劃中單獨列出的一個研究子項, 即 “以人為中心的C I M S”。甚至有人索性稱以人為中心的 C I M S 為 H I M S(HumanIn tegrated M anufactu r ing System), 指出集成制造系統(tǒng)首先是 “人的集成”。耐人尋味的是, 目前研究的 “精良生產(chǎn)” 與 “敏捷制造” 等新型制造系統(tǒng)的主要出發(fā)點也是強調(diào) “人” 的作用, 即 “以人為中心”。

五．智能制造的物質(zhì)基礎(chǔ)及理論基礎(chǔ) 1.智能制造系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)主要有:

(1)數(shù)控機床和加工中心 美國于 1952 年研制成功第一臺數(shù)控銑床 ,使機械制造業(yè)發(fā)生一次技術(shù)革命。數(shù)控機床和加工中心是柔性制造的核心單元技術(shù)。(2)計算機輔助設(shè)計與制造提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期 ,改變了傳統(tǒng)用手工繪圖、依靠圖紙組織整個生產(chǎn)過程的技木管理模式。

(3)工業(yè)控制技術(shù)、微電子技術(shù)與機械工業(yè)的結(jié)合 — — — 機器人開創(chuàng)了工業(yè)生產(chǎn)的新局面 ,使生產(chǎn)結(jié)構(gòu)發(fā)生重大變化 ,使制造過程更富于柔性擴展了人類工作范圍。

(4)制造系統(tǒng)為智能化開發(fā)了面向制造過程

中特定環(huán)節(jié)、特定問題的 “智能化孤島”,如專家系統(tǒng)、基干知識的系統(tǒng)和智能輔助系統(tǒng)等。

(5)智能制造系統(tǒng)和計算機集成制造系統(tǒng)用

計算機一體化控制生產(chǎn)系統(tǒng) ,使生產(chǎn)從概念、設(shè)計到制造聯(lián)成一體 ,做到直接面向市場進行生產(chǎn) ,可以從事大小規(guī)模并舉的多樣化的生產(chǎn);近年來 ,制造技術(shù)有了長足的發(fā)展和進步 ,也帶來了很多新問題。數(shù)控機床、自動物料系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)、機器人等在工業(yè)公司得到了廣泛的應(yīng)用 ,越來越多的公司使用了 “計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)”、“柔性制造系統(tǒng)(FMS)”、“工廠自動化(FA)”、“多目標智能計算機輔助設(shè)計(M1CAD)”、“模塊化制造與工廠(MXMF)、并行工程(CE)”、“智能控制系統(tǒng)(ICS)” 以及 “智能制造(IM)”、“智能制造技術(shù)(IMT)” 和 “智能制造系統(tǒng)(IMS)” 等等新術(shù)語。先進的計算機技術(shù)、控制技術(shù)和制造技術(shù)向產(chǎn)品、工藝和系統(tǒng)的設(shè)計師和管理人員提出了新的挑戰(zhàn) ,傳統(tǒng)的設(shè)計和管理方法不能再有效地解決現(xiàn)代制造系統(tǒng)提出的問題了。要解決這些問題、需要用現(xiàn)代的工具和方法 ,例如人工智能(AI)就為解決復(fù)雜的工業(yè)問題提出了一套最適宜的工具。2.智能制造技術(shù)的理論基礎(chǔ)

智能制造技術(shù)是采用一種全新的制造概念和實現(xiàn)模式。其核心特征強調(diào)整個制造系統(tǒng)的整體“智能化” 或 “自組織能力” 與個體的 “自主性”?！爸悄苤圃靽H合作研究計劃J IRPIMS” 明確提出: “智能制造系統(tǒng)是一種在整個制造過程中貫穿智能活動 ,并將這種智能活動與智能機器有機融合 ,將整個制造過程從訂貨、產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)到市場銷售等各個環(huán)節(jié)以柔性方式集成起來的能發(fā)揮最大生產(chǎn)力的先進生產(chǎn)系統(tǒng)”?；谶@個觀點,在智能制造的基礎(chǔ)理論研究中 ,提出了智能制造系統(tǒng)及其環(huán)境的一種實現(xiàn)模式 ,這種模式給制造過程及系統(tǒng)的描述、建模和仿真研究賦予了全新的思想和內(nèi)容 ,涉及制造過程和系統(tǒng)的計劃、管理、組織及運行各個環(huán)節(jié) ,體現(xiàn)在制造系統(tǒng)中制造智能知識的獲取和運用 ,系統(tǒng)的智能調(diào)度等 ,亦即對制造系統(tǒng)內(nèi)的物質(zhì)流、信息流、功能決策能力和控制能力提出明確要求。作為智能制造技術(shù)基礎(chǔ) ,各種人工智能工具 ,及人工智能技術(shù)研究成果在制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用 ,促進了智能制造技術(shù)的發(fā)展。而智能制造系統(tǒng)中 ,智能調(diào)度、智能信息處理與智能機器的有機融合而構(gòu)成的復(fù)雜智能系統(tǒng) ,主要體現(xiàn)在以智能加工中心為核心的智能加工系統(tǒng)的智能單元上。作為智能單元的神經(jīng)中樞——智能數(shù)控系統(tǒng) ,不僅需要對系統(tǒng)內(nèi)部中各種不確定的因素如噪聲測量、傳動間隙、摩擦、外界干擾、系統(tǒng)內(nèi)各種模型的非線性及非預(yù)見性事件實施智能控制 ,而且要對制造系統(tǒng)的各種命令請求做出智能反應(yīng)。這種功能已遠非傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)所能勝任 ,這是一個具有挑戰(zhàn)性的新課題。對此有待研究解決的問題有很多 ,其中包括智能制造機理、智能制造信息、制造智能和制造中的計算幾何等?？傊?,制造技術(shù)發(fā)展到今天 ,已經(jīng)由一種技術(shù)發(fā)展成為包括系統(tǒng)論、信息論和控制論為核心的、貫穿在整個制造過程各個環(huán)節(jié)的一門新型的工程學(xué)科 ,即制造科學(xué)。制造系統(tǒng)集成與調(diào)度的關(guān)鍵是信息的傳遞與交換。從信息與控制的觀點來看 ,智能制造系統(tǒng)是一個信息處理系統(tǒng) ,由輸入、處理、輸出和反饋等部分組成。輸入有物質(zhì)(原料、設(shè)備、資金、人 員)、能量與信息;輸出有產(chǎn)品與服務(wù);處理包括物料的處理與信息處理;反饋有產(chǎn)品品質(zhì)回饋與顧客反饋。制造過程實質(zhì)上是信息資源的采集、輸入、加工處理和輸出的過程 ,而最終形成的產(chǎn)品可視為信息的物質(zhì)表現(xiàn)形式。

六．智能制造系統(tǒng)的特征及框架結(jié)構(gòu)

1.為了提出有我國特色的智能制造模式 ,首先要搞清智能系統(tǒng)應(yīng)具有什么特征。當前對智能系統(tǒng)的理解有兩種不同的意見:一種是從科學(xué)的角度來看這個問題的意見 ,即認為只有具備下列特征的系統(tǒng)才能稱為智能系統(tǒng):一個系統(tǒng)既具有人類智能(或部分地),又具有與人類實現(xiàn)其智能相似的過程與途徑。另一種是從工程的角度來看這個問題的意見 ,即認為一個系統(tǒng)只要具有(或部分具有)人類智能就稱為智能系統(tǒng) ,而不管實現(xiàn)其智能的過程與途徑。我們這里所討論的問題是關(guān)于智能制造系統(tǒng)的問題 ,也就是從工程角度來討論智能系統(tǒng)的問題。我們認為:在工程上 ,智能系統(tǒng)的特征有以下幾個方面 ,具有下列特征之一的系統(tǒng) ,從工程角度看 ,就可稱為智能系統(tǒng)：(1)多信息感知與融合;(2)知識表達、獲取、存儲和處理(主要是識別、設(shè)計、計算、優(yōu)化、推理與決策);(3)聯(lián)想記憶與智能控制;(4)自治性 自相似、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織、自維護;(5)機器智能的演繹(分解)與歸納(集成);(6)容錯。

2.智能制造系統(tǒng)模式的框架結(jié)構(gòu)

整個系統(tǒng)是一個多智能體分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) ,分成四個部分:中心層、管理層、計劃層和生產(chǎn)層。每個層由具有自治性的多智能體組成 ,這種多智能體具有相似的結(jié)構(gòu) ,但根據(jù)任務(wù)的不同而有不同的自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織、自維護功能。智能系統(tǒng)有一定的容錯能力 ,可以在不完整的信息或偶然誤差出現(xiàn)時正常地工作。系統(tǒng)與因特網(wǎng)兼容 ,可以進行企業(yè)動態(tài)聯(lián)盟、招標、投標及電子商務(wù) ,還可形成虛擬制造的支持環(huán)境。

七． 智能加工中心 IMC 1.智能加工中心是智能制造系統(tǒng)中一種典型的智能加工機器。作為以 IMC 為主的智能加工單元 ,其任務(wù)為感知、決策、加工、控制與學(xué)習(xí)。智能加工中心既是智能制造過程和系統(tǒng)的實驗和應(yīng)用對象 ,也是智能制造技術(shù)的縮影和實現(xiàn)通道。它與普通的加工中心(MC)有著本質(zhì)的區(qū)別 ,除了完成數(shù)控代碼規(guī)定的加工任務(wù)外 ,能夠根據(jù)信息的綜合進行自主決策 ,實時調(diào)整自身行為 ,適應(yīng)環(huán)境和自身的不確定性變化 ,即應(yīng)具有 “自主性” 和 “自組織” 能力 ,實現(xiàn)對 IMC的數(shù)控系統(tǒng)進行實時干預(yù)與智能控制。數(shù)控加工中心的實時智能控制 ,表現(xiàn)為三個方面:第一是遠程控制 ,通過通信線路對加工現(xiàn)場進行控制 ,對加工中心的加工操作和加工狀態(tài)進行監(jiān)視;第二是故障識別與處理 ,如刀具磨損識別與自動更換備用刀具、自激振動識別與自動抑制或消除等;第三是自適應(yīng)控制 ,根據(jù)檢測到的過程控制信息自適應(yīng)地改變加工參數(shù)。而智能加工中心對信息的獲取與處理表現(xiàn)在對加工環(huán)境和加工狀態(tài)的自主響應(yīng)能力 ,其中對刀具狀態(tài)的監(jiān)測是評判加工狀態(tài)的重要依據(jù)。加工中心刀具狀態(tài)實時在線智能監(jiān)測系統(tǒng) ,及基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊識別模式的多傳感器融合技術(shù)的刀具磨、破損監(jiān)測

系統(tǒng)的成功開發(fā) ,為智能制造信息的自動獲取 ,成功提供了有力的保證。2.智能加工中心的主要功能

在智能加工中心中 ,智能數(shù)控系統(tǒng)是 IMC 的神經(jīng)中樞 ,其智能化程度直接決定了整個智能制造系統(tǒng)的智能水平。智能數(shù)控系統(tǒng)具有高級的自主控制功能 ,能將任務(wù)請求、作業(yè)規(guī)劃、軌跡控制、過程監(jiān)視與控制、錯誤自修復(fù)等功能有機結(jié)合起來。面向制造系統(tǒng) ,它是任務(wù)驅(qū)動的柔性規(guī)劃學(xué)習(xí)系統(tǒng) ,而面對復(fù)雜的物流加工環(huán)境 ,它又是 “刺激一反應(yīng)” 型的再勵系統(tǒng) ,能對來自內(nèi)部和外界環(huán)境的多種刺激做出理智的決策 ,從而以最優(yōu)策略完成目標任務(wù)。通過對智能制造環(huán)境下的加工過程進行分析 ,確定加工中心應(yīng)具備的主要功能有:(1)感知功能 ,根據(jù)多種傳感器信號的收集、特征提取和信息融合 ,實現(xiàn)加工對象感知和系統(tǒng)狀態(tài)感知。

(2)決策功能 ,在感知的基礎(chǔ)上通過決策 ,明確其在整個制造系統(tǒng)中的作用、與其它智能機器的關(guān)系 ,并確定自身的行為方式。

(3)控制功能 ,智能加工中心根據(jù)決策結(jié)果進行處理 ,采用最優(yōu)化的方式完成加工任務(wù) ,并保證加工過程得到可靠的監(jiān)視和維護。

(4)通信功能 ,包括與 CAD/ CAM 系統(tǒng)的智能通信 ,實現(xiàn)數(shù)據(jù)與知識的交流 ,支持并行工程策略;與其它智能加工機器的智能通信 ,交流狀態(tài)信息 ,協(xié)調(diào)加工負荷;與人類專家和操作人員的智能通信 ,提供良好的人機交互環(huán)境 ,為智能機器提供知識單元 ,做出相應(yīng)決策。

(5)學(xué)習(xí)功能 ,依據(jù)決策、控制和加工指令 ,以及由此引起的狀態(tài)變化和最終加工任務(wù) ,學(xué)習(xí)和積累相關(guān)知識 ,改進決策和控制策略。此外 ,還包括從人類專家和其它智能機器直接獲取知識。

八．智能制造技木的發(fā)展趨勢 智能制造是從 80 年代末發(fā)展起來的 ,最旱的幾本有關(guān)智能制造及系統(tǒng)方面的專著是在 1988年由 Wrightfg MilaciC 等人編寫的 ,隨后、Kusiak和 Pain也相繼出版了這方面的研究著作。這些專著所描述的 IMS仍基于設(shè)計與制造技術(shù)所提出的問題和解決的工具與方法。在許多工業(yè)化國家、人工智能已被當作求解現(xiàn)代工業(yè)提出的問題的工具和方法。因此 ,這些專著僅著力于人工智能在制造業(yè)中的應(yīng)用和智能系統(tǒng)研究與應(yīng)用中提出的問題的求解、使用基于知識的系統(tǒng)(如級聯(lián)結(jié)構(gòu)系統(tǒng))和優(yōu)化方法來解決自動化制造環(huán)境中零件、產(chǎn)品、系統(tǒng)的設(shè)計與制造 ,以及自動制造系統(tǒng)的規(guī)劃與調(diào)度(管理)問題。先進的工業(yè)化國家在研究 FMS、CIMS、FA 及AI籌的基礎(chǔ)上 ,為了進行國際間制造業(yè)的共同協(xié)作研究、開發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)、物流、信息流、經(jīng)營管理乃至制造過程的集成化與智能化等而提出來的智能制造系統(tǒng) ,也是為了解決各發(fā)達國家面臨的企業(yè)活動全球化、重復(fù)投資增大、現(xiàn)場熟練技術(shù)工人不足和社會對產(chǎn)品的需求變化等因素而倡導(dǎo)的國際制造業(yè)的合作。在迸行智能制造及其相關(guān)技術(shù)與系統(tǒng)的研究方面、首推日本在 1990 年提議和倡導(dǎo)的日、美、歐之間建立的國際運營委員會、國際技術(shù)委員會和附屬機構(gòu) IMS中。大有主宰未來制造技術(shù)的趨勢。1991～ 1993 年 Barschdor 汀和 Monostori 等應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANNS)到智能制造中進行加工過程的建模、監(jiān)測、診斷、自適應(yīng)控制;通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的知識表示和學(xué)習(xí)能力 ,縮短 CIMS的反應(yīng)時間 ,提高產(chǎn)品的質(zhì)量 ,使系統(tǒng)更可靠。而 Furukawa則對智能機器的設(shè)計程序及它在自動導(dǎo)引車中的應(yīng)用作了介紹。被稱為是二十一世紀的制造技術(shù)的智能制造系統(tǒng) ,目前國內(nèi)外已相繼開展了國際聯(lián)合研究計劃。智能制造系統(tǒng)與當前任何制造系統(tǒng)相比 ,在體系結(jié)構(gòu)上有著根本意義上的不同 ,具體體現(xiàn)在:一是采用開放式系統(tǒng)設(shè)計策略。通過計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù) ,實現(xiàn)共享制造數(shù)據(jù)和制造知識 ,以保證系統(tǒng)質(zhì)量。這是將計算機界先進的設(shè)計和開發(fā)思想融入到制造系統(tǒng)的結(jié)果 ,因而使制造系統(tǒng)向擬人化的方向進一步發(fā)展。二是采用分布式多自主體智能系統(tǒng)設(shè)計策略 ,其基本思想是:賦予制造系統(tǒng)中各組成部分或子系統(tǒng)一定的自主權(quán) ,使其形成一個封閉的具有完整功能的自主體 ,這些自主體以網(wǎng)絡(luò)智能結(jié)點的形式聯(lián)接在通訊網(wǎng)絡(luò)上 ,各個智能結(jié)點在物理上是分散的 ,在邏輯上是平等的。通過各結(jié)點的協(xié)同處理與合作 ,共同完成制造系統(tǒng)任務(wù) ,實現(xiàn)人與人的知識在制造中的核心地位。此外 ,生物制造與仿生機械的科學(xué)與技術(shù)、生物自生長成形制造、綠色制造的科學(xué)與技術(shù)包括產(chǎn)品與人類和自然的協(xié)調(diào)理論 ,產(chǎn)品綠色工藝(如Near2Zero Waste)等也極大地豐富了智能制造的范疇 ,促進了智能制造系統(tǒng)的發(fā)展。目前 ,我國一些高等院校也在進行智能制造技術(shù)的研究 ,如南京航空航天大學(xué)機電學(xué)院朱劍英教授成立的智能制造科研組 ,一方面跟蹤國際智能制造的最新研究動態(tài) ,另一方面從事智能制造關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)的預(yù)研工作 ,為地區(qū)及我國智能制造技術(shù)的發(fā)展做出了一定貢獻。遺憾的是 ,由于種種原因 ,我國政府主管部門和有關(guān)大公司、廠家并無跡象表明對智能制造已引起足夠的重視 ,至今也未得到我國機械學(xué)科的普遍關(guān)注。相信隨著人們對智能制造系統(tǒng)認識的逐步深入 ,智能制造系統(tǒng)必將得以迅猛發(fā)展 ,迎頭趕上世界先進發(fā)展水平。

九．智能制造系統(tǒng)研究成果及存在問題

目前對分布式制造系統(tǒng)的研究雖然還處于初期階段 ,但已在不同層次、不同側(cè)面上取得了大量令人振奮的基礎(chǔ)理論研究成果和應(yīng)用成果 ,如制造 Agent的個體目標機制(如獎懲機制、市場機制、目標函數(shù)等)等。這些研究成果奠定了MAS在制造控制中應(yīng)用的基礎(chǔ)。但是 ,由于制造 Agent 在信息、知識和控制上的完全分布 ,每個 Agent 對環(huán)境、對整個問題求解活動及其他Agent 的意圖只有部分的、不完全的知識 ,并且擁有的知識可能互相不一致 ,各個 Agent只能根據(jù)不完備的知識與不完整、不同步的信息做出局部決策。又由于整個系統(tǒng)缺乏類似中央控制的機制 ,因而整個系統(tǒng)的控制和決策往往不能達到最優(yōu)效果 ,而且不可避免地存在大量難以解決的決策沖突(C onflict)和死鎖(Deadlock)。因此 ,對分布式自治制造系統(tǒng)中異構(gòu) Agent 間的相互合作以及全局協(xié)調(diào)機制的研究 ,是分布式自治制造系統(tǒng)最重要 ,也是最基本的問題 ,更是其走向?qū)嵱盟酱鉀Q的核心問題。協(xié)調(diào)是指一組 Agent 完成一些集體活動時相互作用的性質(zhì)。在分布式制造系統(tǒng)中 ,全局協(xié)調(diào)和優(yōu)化是一個在多目標動態(tài)約束下 ,各類活動和資源的最佳組合和排序的動態(tài)求取過程 ,它可以描述為兩個子問題 ,即局部調(diào)度決策和全局資源協(xié)調(diào)。由于 “組合爆炸” 現(xiàn)象的存在 ,當前采用的普遍方法是談判和投標(Neg otiation and Bidding)。談判被定義為:在開放的、動態(tài)的制造控制環(huán)境下 ,擁有任務(wù)訂單的 Agent(協(xié)調(diào)者),及欲參與任務(wù)執(zhí)行的 Agent(投標者)之間傳遞各自的資源、愿望和能力信息 ,反復(fù)進行協(xié)商 ,直到其中一個Agent 或一組Agent 被選出組成執(zhí)行該任務(wù)的隊列的過程。在這個過程中出現(xiàn)的沖突和死鎖或者由協(xié)調(diào)者來解決 ,或者由沖突中的 Agent 自行解決。為了加快談判過程 ,許多研究工作致力于改進談判策略和開發(fā)支持協(xié)商的協(xié)議和語言 ,目前已提出了諸如一步談判、多步談判、合同網(wǎng)等多種談判策略和協(xié)議。分析這種談判過程 ,可以看出:

(1)在當前所采用的模型中 ,談判是基于對談判者的知識與能力、討價還價過程、收益計算 ,以及子系統(tǒng)的影響(或能力)的平衡的顯式表達 ,以可計算的迭代模型模擬社會或生物界的組織形式和進化過程的協(xié)調(diào)和協(xié)作方法;

(2)各個Agent 總是將其他Agent 的局部調(diào)度作為其預(yù)測信息 ,以計算其自己的局部調(diào)度決策。依次地 ,又將決策結(jié)果傳遞給其他 Agent。宏觀上看 ,這是一個串行過程。當一個Agent 產(chǎn)生的結(jié)果不可接受時 ,又需要進行反復(fù)通信和迭代。因而 ,各個 Agent 的內(nèi)部可以看作是一個局部閉環(huán)反饋控制系統(tǒng) ,而沖突則是其外部擾動;

(3)全局協(xié)調(diào)的目標是要完全消解沖突 ,因而各 Agent 總是要利用最新的信息來處理沖突。因此 ,談判實際上是一種外部合作機制。這種方法在一定程度上解決了開放環(huán)境中的 Agent 協(xié)調(diào)和協(xié)作的組合優(yōu)化問題 ,但是該方法的一個固有缺陷是它只是對社會市場或生物界的組織形式和進化過程的直覺模仿[1 ],尚缺乏對其基本原理、機制和限制條件的深刻認識和理論上的證明 ,例如 ,在什么條件下談判的過程是收斂的、穩(wěn)定的。如何得到期望的結(jié)構(gòu)或功能等。尤其當系統(tǒng)規(guī)模較大 ,而且 Agent 處于信息連續(xù)變化的高度紊亂的環(huán)境中(如由于市場的快速變化 ,經(jīng)常會有一些短期的、緊急的訂單需要及時處理)時 ,有可能引起沖突的傳播(即任何兩個實體間沖突的解決會觸發(fā)其他沖突的出現(xiàn))。這種特性類似于自催化過程 ,各個制造Agent 間正向先進制造技術(shù)的源泉.科學(xué)通報,1998 , 43-33727.[4 ] 史忠植.高級人工智能.北京: 科學(xué)出版社, 1998.[5]楊文通 ,王曹 劉志峰 ,等 數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化制造技術(shù)北京 電子工業(yè)出版社 , [6]王英林 ,劉敏 ,張申生 ,基于Agent的敏捷供應(yīng)鏈及相關(guān)技術(shù) 中國機械工程 , [7]張軍 ,趙江洪 網(wǎng)絡(luò)協(xié)同數(shù)控機床工業(yè)設(shè)計系統(tǒng)中的知識獲取與應(yīng)用研究 〔機械工程學(xué)報 〕 ,

第四篇：關(guān)于智能變電站設(shè)計的畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告

華 北 電 力 大 學(xué)

畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告

題目： 浙江云林110kV智能變電站設(shè)計

學(xué)生姓名： ** 學(xué) 號： ********** 所在院系： 電氣與電子工程學(xué)院 專業(yè)班級：******** 指導(dǎo)教師： ***** 職 稱： 副教授

2011 年 4 月 5 日

一、選題背景和意義

變電站作為輸配電系統(tǒng)的信息源和執(zhí)行終端，要求提供的信息量和實現(xiàn)的集成控制越來越多，因此，目前的變電站迫切需要一個簡約的、智能的系統(tǒng)，實現(xiàn)信息共享，以減少投資，提高運行、維護效率。這些運行和管理的需求使智能變電站成為變電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展新方向。隨著計算機應(yīng)用技術(shù)和現(xiàn)代電子技術(shù)的飛速發(fā)展，智能變電站離我們越來越近。

建設(shè)智能變電站（即數(shù)字化變電站）的必要性 1.電力市場化改革的需要

變電站作為輸配電系統(tǒng)的重要組成部分，市場化改革對其也提出了新的要求：從變電站外部看，更加強調(diào)變電站自動化系統(tǒng)的整體信息化程度，和與電力系統(tǒng)整體的協(xié)調(diào)操作能力；從變電站內(nèi)部看，體現(xiàn)在集成應(yīng)用的能力上，也不同于傳統(tǒng)的變電站自動化裝置的智能。2． 現(xiàn)有變電站自動化系統(tǒng)存在的不足

1）裝置功能獨立，且部分內(nèi)容重復(fù)，缺乏高級應(yīng)用。雖然獨立的裝置實現(xiàn)了智能，但是卻沒有真正意義上的變電站系統(tǒng)智能，由于功能獨立，裝置間缺乏整體協(xié)調(diào)、集成應(yīng)用和功能優(yōu)化；高級應(yīng)用功能，如狀態(tài)估計、故障分析、決策支持等尚未完全實現(xiàn)。

2）二次接線復(fù)雜、CT/VT負載過重由于測量數(shù)據(jù)和控制機構(gòu)不能共享，自動化裝置之間缺乏通信等原因，變電站內(nèi)二次接線十分復(fù)雜，且系統(tǒng)內(nèi)使用的通訊規(guī)約不統(tǒng)一，不同的廠家使用不同的通訊規(guī)約，在系統(tǒng)聯(lián)調(diào)的時候需要進行不同程度的規(guī)約轉(zhuǎn)換，加大了調(diào)試的復(fù)雜性，也增加了運行、維護的難度，給設(shè)計、調(diào)試和維護帶來了一定的困難，降低了系統(tǒng)的可靠性。同時，存在大量硬接線，造成CT/VT負載過重。

3）裝置的智能化優(yōu)勢未得到充分利用。由于站內(nèi)各套獨立的自動化裝置間缺乏集成應(yīng)用，使得智能裝置的作用并未完全發(fā)揮，從而降低了自動化系統(tǒng)的使用效率和投資價值。

4）缺乏統(tǒng)一的信息模型。相互獨立的自動化裝置間缺乏互操作性，一方面局限了其在站內(nèi)的應(yīng)用，另一方面也給集控中心對信息的集成和維護帶來困難。

數(shù)字化變電站是基于IEC61850標準體系上，采用了非常規(guī)互感器、智能化的一次設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)智能設(shè)備之間的互操作和信息的共享。因為IEC61850技術(shù)的先進性，它將推動我國電力系統(tǒng)自動化控制的變革，為我國電力系統(tǒng)穩(wěn)健、持續(xù)的發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)，也將產(chǎn)生巨大的效益。數(shù)字化變電站是智能電網(wǎng)發(fā)展的主要方向。

二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

我國的智能變電站的發(fā)展及研究現(xiàn)狀：

國家電網(wǎng)公司在《國家電網(wǎng)公司“十一五”科技發(fā)展規(guī)劃》中明確擔(dān)出在‘十一五’期間要研究、實施示范智能變電站。國內(nèi)各網(wǎng)省公司紛紛開始智能變電站試點工程的建設(shè)。

目前，智能變電站技術(shù)很多，有些已成熟，有些還在研究階段，有的還處于概念階段。如：

1）一次設(shè)備智能化的實踐：目前已有應(yīng)用，如淮北桓潭110kV智能變電站。2）二次功能網(wǎng)絡(luò)化的實踐：目前已有工程應(yīng)用，如洛陽金谷園110kV數(shù)字化變電站。

3）設(shè)備狀態(tài)檢修的實踐：智能一次設(shè)備狀態(tài)檢修的實踐，繼電保護二次設(shè)備狀態(tài)檢修的實踐，目前正在開展研究。

4）站內(nèi)智能高級應(yīng)用方案研究：智能告警及分析決策經(jīng)濟運行與優(yōu)化控制等，正在研究階段。

5）分布協(xié)同智能控制與智能保護研究：目前正在研究階段。6）主變壓器應(yīng)用新型光柵式溫度在線監(jiān)控系統(tǒng)：目前正在研究階段。7）GIS組合電氣應(yīng)用SF6壓力、微水在線監(jiān)測系統(tǒng)。

智能變電站研究、建設(shè)工作尚處于赴階段，重點工作主要集中在智能化開關(guān)設(shè)備的研究開發(fā)，尚不具備大范圍推廣應(yīng)用的基本條件。主要問題表現(xiàn)在： 1）智能變電站沒有相應(yīng)的設(shè)計規(guī)范、驗收規(guī)范、裝置檢驗規(guī)程、計量檢定規(guī)程、運行規(guī)范等，需要在實踐中不斷研究、摸索并制定。

2）智能變電站技術(shù)尚不成熟，在智能設(shè)備檢測裝置、一體化信息、平臺開發(fā)等方面還存在不足之處。

3）智能變電站的投產(chǎn)，使得原有的檢驗手段已不能滿足現(xiàn)場檢驗的需要，亟待研究新的檢測方法，配置相應(yīng)的檢測儀器。

4）智能變電站與傳統(tǒng)變電站的導(dǎo)致在維護界限、人員分工等方面需要重新劃分。

國外的變電站自動化技術(shù)的發(fā)展：

國外的變電站自動化技術(shù)的發(fā)展是從20世紀80年代開始的，以德國西門子公司為例，該公司于1985年投運了第一套變電站自動化系統(tǒng)LSA-678，此后陸續(xù)在德國及歐洲投運的該型變電站自動化系統(tǒng)達300多套，LSA-678變電站綜合自動化系統(tǒng)1995年在中國正式投運。LSA-678系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有兩類：一類是全分布式系統(tǒng)；另一類是集中與分布式相結(jié)合的系統(tǒng)。這兩類系統(tǒng)均由64MB測控系統(tǒng)、7S/7U保護系統(tǒng)和8TK開關(guān)閉鎖系統(tǒng)三部分構(gòu)成。

20世紀90年代，日本在多座高壓變電站采用了以計算機監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)的運行系統(tǒng)，其主要特點是繼電保護裝置下放至開關(guān)站，并設(shè)置微機控制終端，采集測量值和斷路器觸點信息，通過光纜傳輸?shù)街骺刂剖业暮笈_計算機系統(tǒng)中，斷路器及隔離開關(guān)的操作命令也由主控制室通過光纜下達至終端執(zhí)行。

總體上來看，國外變電站自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢同國內(nèi)的發(fā)展趨勢基本上一致，分布式變電站自動化系統(tǒng)已逐步成為技術(shù)發(fā)展的主流。

三、設(shè)計（論文）的主要研究內(nèi)容及預(yù)期目標

主要研究內(nèi)容：

1）分析智能變電站和傳統(tǒng)變電站的區(qū)別。2）分析智能變電站需求和功能

3）了解數(shù)字化變電站三層網(wǎng)絡(luò)的含義，在變電站內(nèi)，三層網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各智能設(shè)備的類型和特點是什么。

4）了解GOOSE、MMS、SV的組網(wǎng)特性。

5）以浙江110KV云林變?yōu)槔?，對站?nèi)的二次設(shè)備產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控后臺進行設(shè)計和配置。其中包括：

Ⅰ.完成智能變電站一次系統(tǒng)設(shè)計

包括變壓器的選擇：變壓器型號及臺數(shù)的確定；變壓器中性點接地方式選擇、變壓器容量的選擇等；電氣主接線設(shè)計：主接線設(shè)計的原則、常見的主接線方式、主接線的經(jīng)濟技術(shù)方案比較、主接線的確定；短路電流計算的相關(guān)要求和規(guī)定、短路點的選取、短路電流的計算；電氣設(shè)備選擇的原則、主要電氣設(shè)備的選擇等。Ⅱ.完成智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)計 包括通信方式設(shè)置，通訊系統(tǒng)協(xié)議等。

本文將以浙江云林110KV變電站為契機，設(shè)計出技術(shù)先進、穩(wěn)定、典型的新型智能變電站。

四、工作進度安排1、3月25日——4月5日 熟悉課題，收集相關(guān)資料，了解相關(guān)背景知識，進行可行性分析2、4月5日——5月15日 學(xué)習(xí)數(shù)字化前沿技術(shù)和數(shù)字化產(chǎn)品測試，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合IEC61850理論基礎(chǔ)，完成課題的主題設(shè)計，其中包括智能變電站的一次和二次系統(tǒng)的設(shè)計，分別分3周時間共計6周進行了解和設(shè)計。

3、5月15日——5月25日 完成畢業(yè)設(shè)計論文，分初步完成和最后修改兩步完成。

五、參考文獻

[1] 高 翔 數(shù)字化變電站應(yīng)用技術(shù) 北京：中國電力出版社,2008 [2] 高 翔，繼電保護狀態(tài)檢修應(yīng)用技術(shù)，北京：中國電力出版社,2008.[3] 龐紅梅, 李淮海，張志鑫，周海雁 110kV智能變電站技術(shù)研究狀況 電力系統(tǒng)與保護控制，2010.3 [4] 易永輝 智能變電站信息采集及相關(guān)應(yīng)用研究 許繼集團有限公司 2011 [5] GB 14285-2006 繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程

[6] 35～110KV 變電所設(shè)計規(guī)范 GB 50229-2006 主編部門:中華人民共和國能源部 批準部門:中華人民共和國建設(shè)部 施行日期:1993 年 5 月 1 日

[7] 《110(66)千伏～220千伏智能變電站設(shè)計規(guī)范》 國家電網(wǎng)公司，2010 [8] DL/T 587-2007微機繼電保護裝置運行管理規(guī)程 [9] 姚春球, 發(fā)電廠電氣部分.北京:中國電力出版社,2008 [10]許繼 Q/XJS 11.050－2001電力系統(tǒng)保護與監(jiān)控裝置通信規(guī)約[S] [11]殷志良 數(shù)字化變電站中采樣值同步技術(shù)研究[J].華東電力，2008 [12]林宇鋒 智能電網(wǎng)技術(shù)體系探討[J].電網(wǎng)技術(shù)，2009

六、指導(dǎo)教師意見

該同學(xué)查閱了大量智能變電站相關(guān)參考文獻，對論文題目認識清楚，有初步的研究思路，研究計劃合理，完成了開題報告的要求。

指導(dǎo)教師簽名：*****

2011 年 4 月 6 日

第五篇：變電站二次安防系統(tǒng)實施方案

變電站二次安防系統(tǒng)實施方案

本方案為了加強變電站二次系統(tǒng)安全防護，確保電力監(jiān)控系統(tǒng)及電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的安全，主要依據(jù)國家電力監(jiān)管委員會第5號令《電力二次系統(tǒng)安全防護規(guī)定》和原國家經(jīng)貿(mào)委第30號令《電網(wǎng)和電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)及調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)安全防護規(guī)定》編寫。

變電站二次系統(tǒng)的防護目標是抵御黑客、病毒、惡意代碼等通過各種形式對變電站二次系統(tǒng)發(fā)起的惡意破壞和攻擊，以及其它非法操作，防止變電站二次系統(tǒng)癱瘓和失控，并由此導(dǎo)致的變電站一次系統(tǒng)事故。實施重點是強化變電站邊界防護，加強內(nèi)部安全措施，保障變電站安全穩(wěn)定運行。主要包括變電站、換流站、開關(guān)站二次系統(tǒng)安全防護，以及發(fā)電廠的升壓站或開關(guān)站的信息安防應(yīng)用。

變電站二次系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)

變電站監(jiān)控系統(tǒng)主要包括：變電站自動化系統(tǒng)、五防系統(tǒng)、繼電保護裝置、安全自動裝置、故障錄波裝置和電能量采集裝置等；換流站還包括閥控系統(tǒng)及站間協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)等，有人值班變電站還有生產(chǎn)管理系統(tǒng)等；集控站還包括對受控變電站的監(jiān)控系統(tǒng)等。變電站二次系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)如圖所示。

變電站自動化系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)可分為分層分布式（站、間隔、設(shè)備三層）或全分布式（站、設(shè)備二層），如圖所示。

變電站二次系統(tǒng)安全分區(qū)

按變電站的電壓等級、規(guī)模、重要程度的不同以及變電站運行模式（有人值班模式、無人值班少人值守模式、無人值守模式等）差別，變電站二次系統(tǒng)的安全區(qū)劃分應(yīng)該根據(jù)實際情況，按下列原則確定。

220kV 以上變電站二次系統(tǒng)的生產(chǎn)控制大區(qū)應(yīng)當設(shè)置控制區(qū)和非控制區(qū)，其中生產(chǎn)管理系統(tǒng)僅適合于有人值班變電站。

對于不接入省級以上調(diào)度中心的110kV 及以下變電站，其二次系統(tǒng)生產(chǎn)控制大區(qū)可不再進行細分，相當于只設(shè)置控制區(qū)，其中生產(chǎn)管理系統(tǒng)僅適合于有人值班變電站。

變電站二次系統(tǒng)應(yīng)用IEC 61850 國際標準時，應(yīng)依據(jù)本方案的原則，將IEC 61850 規(guī)定的功能模塊適當?shù)闹糜诟靼踩珔^(qū)中，從而實現(xiàn)國際標準與我國電力二次系統(tǒng)安全防護的有機結(jié)合。

變電站二次系統(tǒng)安全防護的邏輯結(jié)構(gòu)

變電站二次系統(tǒng)安全防護的總體部署

對于220kV 以上的變電站二次系統(tǒng)，應(yīng)該在變電站層面構(gòu)造控制區(qū)和非控制區(qū)。將故障錄波裝置和電能量采集裝置置于非控制區(qū)；對繼電保護管理終端，具有遠方設(shè)置功能的應(yīng)置于控制區(qū)，否則可以置于非控制區(qū)。

對于不接入省級以上調(diào)度機構(gòu)的110kV 及以下變電站的二次系統(tǒng)，其生產(chǎn)控制大區(qū)可以不再細分，可將各業(yè)務(wù)系統(tǒng)和裝置均置于控制區(qū)，其中在控制區(qū)中的故障錄波裝置和電能量采集裝置可以通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)或撥號方式將錄波數(shù)據(jù)及計量數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴霞壵{(diào)度中心；在與調(diào)度中心數(shù)據(jù)通信的本側(cè)邊界上，可采用簡單有效的安全防護措施。

當采用專用通道和專用協(xié)議進行非網(wǎng)絡(luò)方式的數(shù)據(jù)傳輸時，可逐步采取簡單加密等安全防護措施。廠站的遠方視頻監(jiān)視系統(tǒng)應(yīng)當相對獨立，不能影響監(jiān)控系統(tǒng)功能。