110kV變電所電氣二次部分初步設(shè)計

1、110kV變電所電氣二次部分初步設(shè)計一、     課題的來源、目的意義（包括應(yīng)用前景）、國內(nèi)外現(xiàn)狀及水平課題的來源：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，對供電質(zhì)量的要求日益提高。國家提出了加快城網(wǎng)和農(nóng)網(wǎng)建設(shè)及改造，拉動內(nèi)需的發(fā)展計劃，城網(wǎng)和農(nóng)網(wǎng)110kV變電所的建設(shè)迅猛發(fā)展。在城市人口集中、高樓大廈林立、用地十分緊張的情況下，城市的高低壓線路走廊受到限制，給城市高低壓網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和變電所建設(shè)帶來一定困難。農(nóng)村自身的特點也給農(nóng)網(wǎng)和變電所建設(shè)帶來一定困難。如何設(shè)計城網(wǎng)和農(nóng)網(wǎng)110kV變電所，是城網(wǎng)和農(nóng)網(wǎng)建設(shè)、改造中需要研究和解決的一個重要課題。 本畢業(yè)設(shè)計為邵

2、陽學(xué)院二三級電氣工程及自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計，設(shè)計題目為：110kV變電站（電氣二次部分）設(shè)計。此設(shè)計任務(wù)旨在體現(xiàn)自己對本專業(yè)各科知識的掌握程度，培養(yǎng)自己對本專業(yè)各科知識進(jìn)行綜合運用的能力，同時檢驗本專業(yè)學(xué)習(xí)四年以來的學(xué)習(xí)結(jié)果,是畢業(yè)前的一次綜合性訓(xùn)練，是對在大學(xué)幾年所學(xué)知識的全面檢查。通過本次畢業(yè)設(shè)計，既有助于提高自己綜合運用知識的能力，同時也有助于以后在工作崗位能很快的適應(yīng)工作環(huán)境。目的意義：110kV變電所是電力配送的重要環(huán)節(jié)，也是電網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。變電所設(shè)計質(zhì)量的好壞，直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、靈活和經(jīng)濟(jì)運行，為滿足城鎮(zhèn)負(fù)荷日益增長的需要，提高對用戶供電的可靠性和電能質(zhì)量。隨著國民

3、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的增長需要，迫切要求增長供電容量，擬新建110kV變電所。變電站是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它直接影響整個電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟(jì)運行，是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，起著變換和分配電能的作用。電氣主接線是發(fā)電廠變電所的主要環(huán)節(jié)，電氣主接線的擬定直接關(guān)系著全所電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護(hù)和自動裝置的確定，是變電站電氣部分投資大小的決定性因素。隨著變電所綜合自動化技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，變電站綜合自動化系統(tǒng)取代或更新傳統(tǒng)的變電所二次系統(tǒng)，繼而實現(xiàn)“無人值班”變電所已成為電力系統(tǒng)新的發(fā)展方向和趨勢。 發(fā)展、現(xiàn)狀及水平：目前，我國小城市和西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展對電能資源的要求

4、也越來越高，西部主要是高原地帶，在高海拔的條件下，農(nóng)村現(xiàn)有的變電技術(shù)遠(yuǎn)達(dá)不到經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，這也在一定程度上影響了西部地區(qū)和中小城市變電技術(shù)的推廣和應(yīng)用技術(shù)的深化。因此，一方面需要創(chuàng)造條件有針對性地提高對小城市以及農(nóng)村的變電站的建設(shè)，加強(qiáng)專業(yè)知識的培訓(xùn)來提高變電技術(shù)；另一方面，可以通過媒介積極開展技術(shù)交流，通過實踐去體驗、探索。 當(dāng)今世界各方面因素正沖擊著全球電力工業(yè)，在國外變電所技術(shù)有十分劇烈的競爭，而世界范圍內(nèi)的變電所都采用了新技術(shù); 其次，不同的環(huán)境要求給所有的電力供應(yīng)商增加了額外的責(zé)任，使電力自動化設(shè)備尤其是高壓大功率變電站的市場開發(fā)空間大大拓展。另外高壓變電所的最終用戶對變電站的自動

5、控制、節(jié)能、環(huán)保意識越來越強(qiáng)烈，迫使其上游提供者尤其是系統(tǒng)集成商更加重視地區(qū)性電能分配技術(shù)方面的需要，所以變電所在世界上飛速的發(fā)展，從而要求我國變電技術(shù)上也要加入世界先進(jìn)的變電技術(shù)行業(yè)。 隨著電網(wǎng)建設(shè)改造和110kV變電所深入負(fù)荷中心與電網(wǎng)配電自動化系統(tǒng)的實施，要求電網(wǎng)變電所既要安全可靠地向用戶供電，又能與配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)資源共享，實現(xiàn)變電所遠(yuǎn)動通信，實時數(shù)據(jù)測量和采集，電氣設(shè)備運行監(jiān)控，一、二次設(shè)備實時運行狀態(tài)監(jiān)測，防誤操作閉鎖、電容器的自動投退，主變有載開關(guān)的自動調(diào)節(jié)，小電流接地系統(tǒng)的選線以及繼電保護(hù)和自動裝置的投退，定值的檢查和遠(yuǎn)方修改等功能，從而在配電網(wǎng)絡(luò)正常運行時，能監(jiān)視各種運行工況

6、，優(yōu)化運行方式，合理控制負(fù)荷，調(diào)整電壓和無功功率，自動計量計費。在配電網(wǎng)發(fā)生異?；蚬收蠒r，能迅速查出異常情況并快速切除，隔離故障，迅速恢復(fù)非故障線路供電。要實現(xiàn)這些功能，采用常規(guī)變電所的一、二次設(shè)計，選用傳統(tǒng)的二次設(shè)備是很難滿足要求的，必須利用先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)， 研制和開發(fā)變電所自動化系統(tǒng)，以全微機(jī)化的新型二次設(shè)備代替常規(guī)設(shè)備，盡量做到硬件資源、信息資源共享，用不同的模塊軟件實現(xiàn)常規(guī)設(shè)備的各種功能，用計算機(jī)局域網(wǎng)代替大量信號電纜的聯(lián)接，用主動模式代替常規(guī)設(shè)備的被動模式。變電所自動化系統(tǒng)，不僅功能上滿足了配電自動化的要求，而且集微機(jī)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集和微機(jī)保護(hù)于一體，將調(diào)度自動化、繼電保護(hù)、變電管理

7、和通信等綜合為一體，做到硬、軟件資源共享。實現(xiàn)了配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)和城網(wǎng)變電所的遙控、通測、通信、遙調(diào)的要求，并實現(xiàn)了變電所的無人值班運行，同時簡化了變電所二次部分的硬件配置，減輕了施工安裝和運行維護(hù)的工作量，降低了變電所的總造價和運行費用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，斷路器交流操作技術(shù)的成熟，保護(hù)和監(jiān)控系統(tǒng)安全可靠性的提高和對室外環(huán)境的適應(yīng)范圍擴(kuò)大，小型化無人值班110kV變電所必然向"三無"(即無人值班、無房屋建筑、無電纜溝二、課題研究的主要內(nèi)容、研究方法或工程技術(shù)方案和準(zhǔn)備采取的措施課題研究的主要內(nèi)容： 1.確定電氣主接線。2.確定電壓互感器和電流互感器的配置。3.變壓器、

8、出線繼電保護(hù)配置。 4.操作電源系統(tǒng)設(shè)計。 5.控制、信號系統(tǒng)設(shè)計。研究方法：首先根據(jù)任務(wù)書上所給系統(tǒng)與線路及所有負(fù)荷的參數(shù)，分析負(fù)荷發(fā)展趨勢。然后通過對擬建變電站的概括以及出線方向來考慮，并通過對負(fù)荷資料的分析，安全，經(jīng)濟(jì)及可靠性方面考慮，確定了110kV，35kV，10kV以及站用電的主接線，最后，根據(jù)最大持續(xù)工作電流及短路計算的計算結(jié)果，對電壓互感器，電流互感器進(jìn)行了選型，確定電壓互感器和電流互感器的配置，配置系統(tǒng)繼電保護(hù)及自動裝置，從而完成了110kV電氣主接線和二次部分的設(shè)計：1、根據(jù)任務(wù)書的要求，擬定34個初步方案，經(jīng)初步經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，得出兩個較優(yōu)方案，并進(jìn)行主接線方案設(shè)計論證。

9、2、配置各電壓等級的電壓互感器和電流互感器。 3、配置主變壓器保護(hù),110kV線路繼電保護(hù)（選用微機(jī)保護(hù)）。4、配置系統(tǒng)繼電保護(hù)及自動裝置。5、設(shè)計操作電源系統(tǒng)。 6、設(shè)計控制、信號系統(tǒng)。準(zhǔn)備采取的措施：本次110kV變電站的設(shè)計，經(jīng)過四年的專業(yè)課程學(xué)習(xí)，在已有專業(yè)知識的基礎(chǔ)上，了解了當(dāng)前我國變電站技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及技術(shù)發(fā)展趨向，按照現(xiàn)代電力系統(tǒng)設(shè)計要求，確定設(shè)計一個110kV變電所電氣二次部分，采用微機(jī)監(jiān)控技術(shù)及微機(jī)保護(hù)，選用目前較為先進(jìn)的二次設(shè)備。將此變電站做為一個樞紐變電站考慮，三個電壓等級，即110kV/35kV/10kV。設(shè)計中依據(jù)變電所總布署設(shè)計技術(shù)規(guī)程、交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕

10、緣配合、火力發(fā)電廠、變電所二次接線設(shè)計技術(shù)規(guī)程、高壓配電裝置設(shè)計技術(shù)規(guī)程、110kV-330kV變電所計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)程及本專業(yè)各教材。1、系統(tǒng)繼電保護(hù)及自動裝置繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要屏障，在此設(shè)計變電站繼電保護(hù)結(jié)合我國目前繼電保護(hù)現(xiàn)狀突出繼電保護(hù)的選擇性，可靠性、快速性、靈敏性、運用微機(jī)繼電保護(hù)裝置及微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)提高變電站綜合自動化水平。2、繼電保護(hù)配置原則根據(jù)GB14285繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程中有關(guān)條款繼電保護(hù)二十五項反事故措施要點、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)教材。3、110千伏系統(tǒng)保護(hù)110千伏線路配置階段式距離保護(hù)，要求能反應(yīng)相間及接地故障。對于110千伏雙母線接

11、線，配置一套能快速有選擇性切除故障的母線保護(hù)。每條線路配置功能齊全，性能良好的的故障錄波裝置。4、主變壓器保護(hù)電力變壓器是電力系統(tǒng)中大量使用的重要的電氣設(shè)備,它的故障將對供電可靠性和系統(tǒng)正常運行帶來嚴(yán)重的后果,同時大容量變壓器也是非常貴重的設(shè)備, ,因此必須根據(jù)變壓器的保護(hù)的容量和重要程度裝設(shè)性能良好、動作可靠的保護(hù)。變壓器故障可分為油箱內(nèi)部故障和油箱外部故障。油箱內(nèi)部故障包括相間短路、繞組的匝間短路和單相接地短路；油箱外部故障包括引線及套管處會產(chǎn)生各種相間短路和接地故障。變壓器的不正常工作狀態(tài)主要由外部短路或過負(fù)荷引起的過電流、油面降低。對于上述故障和不正常工作狀態(tài)變壓器應(yīng)裝設(shè)如下保護(hù)：（1

12、）為反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部各種短路和油面降低，對于0.8MVA及以上的油侵式變壓器和戶內(nèi)0.4MVA以上變壓器,應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。（2）為反應(yīng)變壓器繞組和引線的相間短路,以及中性點直接接地電網(wǎng)側(cè)繞組和引線的接地短路及繞組匝間短路,應(yīng)裝設(shè)縱差保護(hù)或電流速斷保護(hù)。對于6.3MVA及以上并列運行變壓器和10MVA及以上單獨運行變壓器, 以及6.3MVA及以上的所用變壓器,應(yīng)裝設(shè)縱差保護(hù)。（3）為反應(yīng)變壓器外部相間短路引起的過電流和同時作為瓦斯、縱差保護(hù)(或電流速斷保護(hù))的后備應(yīng)裝設(shè)過電流保護(hù).例如,復(fù)合電壓起動過電流保護(hù)或負(fù)序過電流保護(hù)。（4）為反應(yīng)大接地電流系統(tǒng)外部接地短路,應(yīng)裝設(shè)零序電流保護(hù)。（5）為

13、反應(yīng)過負(fù)荷應(yīng)裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)。5、互感器的選擇： 互感器是電力系統(tǒng)中測量儀表、繼電保護(hù)等一次設(shè)備獲取電氣一次回路信息的傳感器。互感器將高電壓、大電流按比例變成低電壓（100、100/）和小電流（5、1A）。電流互感器的二次側(cè)絕對不能夠開路。電壓互感器的二次側(cè)絕對不能夠短路。 （1） 種類和型式的選擇 選擇電流互感器時，應(yīng)根據(jù)安裝地點（如屋內(nèi)、屋外）和安裝方式（如穿墻式、支持式、裝入式）選擇其型式。當(dāng)一次電流較小時，宜優(yōu)先采用一次繞組多匝式，弱電二次額定電流盡量采用1A，強(qiáng)電采用5A。（2）一次回路額定電壓和電流的選擇 ， 式中 、分別為電氣設(shè)備和電網(wǎng)的額定電壓,、分別為電氣設(shè)備的額定電流和電網(wǎng)的

14、最大負(fù)荷電流。（3）準(zhǔn)確級和額定容量的選擇 互感器所選定準(zhǔn)確級所規(guī)定的額定容量應(yīng)大于等于二次側(cè)所接負(fù)荷，即（4） 熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定的校驗，為電流互感器1S通過的熱穩(wěn)定電流，為電流互感器的動穩(wěn)定電流。6、保護(hù)配置：主變保護(hù)部分采用微機(jī)保護(hù)裝置：（1）差動保護(hù) 防止變壓器繞組和引出線相間短路，直接接地系統(tǒng)側(cè)和引出線的單相接地短路及繞組見的短路。（2）瓦斯保護(hù) 防止變壓器油箱內(nèi)部或斷線故障及油面降低。（3）零序電流保護(hù)、零序電壓保護(hù) 防止直接接地系統(tǒng)中變壓器外部接地短路并作為瓦斯保護(hù)和差動保護(hù)的后備。（4）防止變壓器過勵磁。（5）過電流保護(hù)（或阻抗保護(hù)） 防止變壓器外部相間短路并作為瓦斯保護(hù)和差動保護(hù)

15、的后備。（6）過負(fù)荷保護(hù) 防止變壓器對稱過負(fù)荷。（7）反映變壓器油溫及油箱內(nèi)壓力升高和冷卻系統(tǒng)故障的相應(yīng)保護(hù)。110kV、35kV線路保護(hù)部分：（1）距離保護(hù)（2）零序過電流保護(hù)（3）自動重合閘（4） 過電壓保護(hù) 在變電所周圍裝設(shè)獨立避雷針，為防止直擊雷和雷電波的危害，在35kV和10kV出線均安裝金屬氧化物避雷器；變壓器安裝金屬氧化物避雷器；10kV母線也用一組金屬氧化物避雷器進(jìn)行過壓保護(hù)。10kV線路保護(hù)部分：（1）10kV線路保護(hù)：采用微機(jī)保護(hù)裝置，實現(xiàn)電流速斷及過流保護(hù)、實現(xiàn)三相一次重合閘。 （2）10kV電容器保護(hù)：采用微機(jī)保護(hù)裝置，實現(xiàn)電流過流保護(hù)、過壓、低壓保護(hù)。 （3）10kV

16、母線裝設(shè)小電流接地選線裝置，發(fā)送3）10kV母線裝設(shè)小電流接地選線裝置，發(fā)送有選擇性的單相接地遙信。三、         現(xiàn)有基礎(chǔ)和具備的條件現(xiàn)有基礎(chǔ)：在大學(xué)幾年系統(tǒng)地學(xué)習(xí)了相關(guān)專業(yè)知識，打下了一定的理論基礎(chǔ)；老師悉心地指導(dǎo)和諄諄教誨，打下了一定的思想基礎(chǔ)；學(xué)校先進(jìn)的實驗設(shè)備和老師提供的參考資料，打下了一定的物質(zhì)基礎(chǔ)。具備的條件：（1）可供參考的資料齊全:1 能源部西北電力設(shè)計院編電力工程電氣設(shè)計手冊（電氣二次部分），水利電力出版社，19912 電力工程電氣設(shè)計手冊（上）.水利電力部西北電力設(shè)計院編,19893 電

17、力工程電氣設(shè)計手冊（下）.水利電力部西北電力設(shè)計院編,19894 發(fā)電廠電氣部分.電力工業(yè)出版社. 范錫普編，20045 電力繼電保護(hù)原理.中國水利水電出版社， 19986 發(fā)電廠變電站電氣部分.重慶大學(xué)出版社，20007 變電所設(shè)計技術(shù)規(guī)程.水利水電出版社，20058 高壓配電裝置設(shè)計技術(shù)規(guī)程.水利水電出版社，20019 中小型變電所實用設(shè)計手冊.中國水利水電出版社，200410 發(fā)電廠變電站電氣設(shè)備.中國電力出版社，200411 工廠電氣設(shè)備手冊.水利電力出版社，199912 電氣設(shè)備設(shè)計計算手冊.國防工業(yè)出版社，2000  （2）有專職老師指導(dǎo)和實習(xí)場地實習(xí)：1電氣系專業(yè)實驗室2邵陽電業(yè)局寶慶變電站（3）提供相應(yīng)的軟件和各種資料。（4）借助于網(wǎng)上或圖書館的相關(guān)資料，從實驗中總結(jié)規(guī)律。四、         總的工作任務(wù)，進(jìn)度安排以及預(yù)期結(jié)果總的工作任務(wù)：閱讀相關(guān)資料，從網(wǎng)上搜集資料，再結(jié)合書本所學(xué)對系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計，再在指導(dǎo)老師的幫助下把設(shè)計完成。進(jìn)度安排： 2007年3月12日4月6日：熟悉課題，找參考資料，完成開題報告。 2007年4月7日4月13日：完成主接線方案。 2007年4月14日4月20日：確定電壓互感器和電流互感器的配置。 2007年4月21日5月2日：保護(hù)方式