220kV變電站電氣一次初步設(shè)計 李輝,220kV變電站電氣一次初步設(shè)計,李輝,kv,變電站,電氣,一次,初步設(shè)計 220kV變電站電氣一次初步設(shè)計文獻(xiàn)綜述 一、變電站建設(shè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢概述 現(xiàn)代電力系統(tǒng)是一個巨大的嚴(yán)密的整體，各類發(fā)電廠變電站分工完成整個電力系統(tǒng)的發(fā)電，變電和配電的任務(wù)。變電站是電力系統(tǒng)中變換電壓，接受和分配電能，控制電力的流向和調(diào)整電壓的電力設(shè)施，他通過其變壓器將各級電壓的電網(wǎng)聯(lián)系起來。我國電力系統(tǒng)的變電站大致分為四大類：系統(tǒng)樞紐變電站，地區(qū)一次變電站，地區(qū)二次變電站，終端變電站。 由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電力網(wǎng)容量的增大，電壓等級的提高，綜合自動化水平的需求，使變電站設(shè)計問題越來越復(fù)雜，除了常規(guī)變電站之外，又出現(xiàn)了微機(jī)變電所，綜合自動化變電所，小型化變電所和無人值班變電所。目前發(fā)達(dá)國家已經(jīng)形成了完善的變電設(shè)計理論，通過改善優(yōu)化變電站結(jié)構(gòu)，降低功率損耗，提高變電站的可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性，真正的做到了向節(jié)約型，集約型，高效型發(fā)展。當(dāng)前，隨著我國城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)與改造工作的開展，對變電站設(shè)計也提出了更高、更新的要求。[1] 同西方發(fā)達(dá)國家相比，由于我國變電站自動化系統(tǒng)應(yīng)用起步較晚，變電站運(yùn)行管理的理念也有很大差異，使我們的變電站無人值守運(yùn)行水平與之相比還有很大的差距。在我國，許多220 kV及以下電壓等級變電站已經(jīng)開始由監(jiān)控中心進(jìn)行監(jiān)控，基本上實(shí)現(xiàn)了變電站無人值守。但作為國內(nèi)電網(wǎng)中最高電壓等級的500 kV和330 kV變電站，即使采用了變電站自動化系統(tǒng)，也都實(shí)行有人值守的管理方式。而在歐美發(fā)達(dá)國家，各個電壓等級變電站都能實(shí)現(xiàn)無人值守。由此可見，在國內(nèi)外無人值守變電站之間、國內(nèi)外變電站自動化系統(tǒng)之間都還有很大的差距。 我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來了電力能源的需求持續(xù)增長，城市和農(nóng)村用電需求越來越來高，需要更多的深入市區(qū)和農(nóng)村的變電站，以減少線路的功率損耗，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性等。然而這些變電站占地面積大，同時城區(qū)地價昂貴，環(huán)境要求嚴(yán)格，在農(nóng)村，農(nóng)田的保護(hù)非常嚴(yán)格。我國常規(guī)城網(wǎng)變電所主要問題使設(shè)備陳舊，占地面積大，目前已向小型化發(fā)展開始采用全封閉組合電器，即GIS成套設(shè)備。 全封閉SF6組合電器（GIS）設(shè)備因其小型化、無油化、安全性好、采用大塊式地基沉降小、可靠性高的特點(diǎn)得到了大力推廣使用；通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，綜合造價與戶外敞開式配電裝置相當(dāng)，具有良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。[2] 在建配電室和柱上變壓器等供電方式已經(jīng)不能滿足人們的需求時，箱式變供電應(yīng)運(yùn)而生。箱式變電所, 是由成套變電所發(fā)展而來,這類變電所無需土建房屋, 只是把高低壓開關(guān)柜集中在一個箱式外殼內(nèi)，也被稱為戶外成套變電所。[3] 隨著技術(shù)進(jìn)步，微型計算機(jī)技術(shù)在電力系統(tǒng)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，它集變電站中的控制、保護(hù)、測量、中央信號、故障錄波等功能于一身，替代了原常規(guī)的突出式和插件式電磁保護(hù)、晶體管保護(hù)、集成電路保護(hù)。變電站綜合自動化和無人值守成為當(dāng)今電網(wǎng)調(diào)度自動化領(lǐng)域中熱門的話題，在城、農(nóng)網(wǎng)建設(shè)改造中正被廣泛采用。[4] 變電站綜合自動化技術(shù)，是指采用微機(jī)保護(hù)和微機(jī)遠(yuǎn)動技術(shù)，分別采集變電站的模擬量、脈沖量、開關(guān)狀態(tài)量及一些非電量信號，經(jīng)過功能的重新組合，按照預(yù)定的程序和要求實(shí)現(xiàn)變電站監(jiān)視、測量、協(xié)調(diào)和控制自動化的集合體和全過程，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和資源共享，提高變電站自動化的整體效益。[5] 變電所綜合自動化在功能上歸納分類應(yīng)包括:微機(jī)遠(yuǎn)動部分;微機(jī)保護(hù)部分;故障錄波及故障處理部分;高壓設(shè)備絕緣在線監(jiān)測部分。在設(shè)備結(jié)構(gòu)上,主要有集中式、分布式、部分功能集中部分功能分布式三種不同組成方式。[6] 隨著電力系統(tǒng)自動化技術(shù)的發(fā)展，無人值守變電站也逐漸普及。20 世紀(jì)80 年代以來,根據(jù)“小容量、密布點(diǎn)、短半徑”的建設(shè)原則和“戶外式、小型化、造價低、安全可靠、技術(shù)先進(jìn)”的發(fā)展方向,全國建成農(nóng)村小型化變電所上千座,運(yùn)行情況良好。[7]農(nóng)村無人值班變電所的模式,以小型化模式為基礎(chǔ),簡化主接線,采用檢修周期長、可靠性高的新型設(shè)備,裝設(shè)以微機(jī)為核心的繼電保護(hù)裝置、智能化遠(yuǎn)動裝置RTU 和其它自動化設(shè)備,實(shí)現(xiàn)變電所綜合自動化。[8] 日前我國電力系統(tǒng)己經(jīng)實(shí)現(xiàn)了“網(wǎng)廠分開”，并將繼續(xù)開放電力市場，引入競爭機(jī)制，逐步實(shí)施“競價上網(wǎng)”，需要減人增效，提高電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益;因此變電站實(shí)施無人值班，減少建筑和占地面積已成為必然趨勢。[9] 隨著變電站綜合自動化系統(tǒng)、基于微機(jī)數(shù)字信息的二次設(shè)備的不斷推廣和普及，現(xiàn)有變電站已經(jīng)具備了一定的數(shù)字式和自動化特征。而隨著數(shù)字化技術(shù)不斷發(fā)展, 數(shù)字化變電站將是繼綜合自動化技術(shù)后電力系統(tǒng)變電站建設(shè)的又一次革新。 “數(shù)字化變電站”的概念，可以理解為在現(xiàn)有變電站技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合電子式互感器、光纖網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、站內(nèi)設(shè)備互操作技術(shù)的發(fā)展，向數(shù)字化、自動化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向的進(jìn)一步延伸。[10]其基本特征可概括為一、二次設(shè)備的數(shù)字化和智能化、通信網(wǎng)絡(luò)化、模型和通信協(xié)議統(tǒng)一化、運(yùn)行管理的自動化等。[11] 數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的研究目前尚處于起步階段，還有一些技術(shù)問題需要解決，但可以預(yù)計，在現(xiàn)有技術(shù)水平不斷發(fā)展和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)不斷總結(jié)的基礎(chǔ)上，隨著技術(shù)進(jìn)步和電網(wǎng)運(yùn)行的要求，尤其是智能電器技術(shù)和電子式互感器技術(shù)的突飛猛進(jìn)，數(shù)字化變電站將以其在數(shù)字化、自動化、智能化、安全性和互操作性等方面的優(yōu)勢，成為未來變電站技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。 二、220KV變電站一次系統(tǒng)設(shè)計的主要工作概述 1）電氣主接線的設(shè)計。[12] 電氣主接線是變電站設(shè)計的首要部分，主接線的擬定直接關(guān)系著變電站電氣設(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。 主接線必須滿足可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性三項(xiàng)基本要求。可靠性指能夠長期、連續(xù)、正常地向用戶供電的能力。靈活性是指滿足調(diào)度時、檢修時以及擴(kuò)建時的要求，使工程改擴(kuò)建時的工程量較小。經(jīng)濟(jì)性涉及到一次投資、運(yùn)行費(fèi)用和占地面積等。 主接線的設(shè)計步驟包括對原始資料的分析，根據(jù)對電源和進(jìn)出線回路數(shù)、電壓等級、變壓器臺數(shù)、傳輸容量、負(fù)荷性質(zhì)等不同考慮擬定出可行的方案若干，依據(jù)對主接線的基本要求，通過技術(shù)上論證各方案優(yōu)劣，經(jīng)過初步的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較，確定2-3個較好方案，進(jìn)行全面的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，以確定技術(shù)上合理、經(jīng)濟(jì)上可行最優(yōu)主接線方案。 2）短路電流的計算。[13] 短路電流計算是變電所設(shè)計中的一個重要環(huán)節(jié)，用以進(jìn)行電氣主接線比選、導(dǎo)體和電器的選擇和校驗(yàn)、確定中性點(diǎn)接地方式、確定分裂導(dǎo)線間隔棒的距離、驗(yàn)算接地裝置的接觸電壓和跨步電壓、選擇繼電保護(hù)裝置和進(jìn)行整定計算等。 短路電流的計算步驟可歸納為：選擇短路計算點(diǎn)；繪制等值網(wǎng)絡(luò)圖；化簡等值網(wǎng)絡(luò)圖；求計算電抗；有運(yùn)算曲線法得出各電源供給的短路電流周期分量標(biāo)幺值；及無限大電源供給的短路電流周期分量；計算短路電流周期分量有名值和短路容量、短路電流沖擊值等。 3）主要電氣設(shè)備的選擇[14] 電氣設(shè)備選擇是設(shè)計的主要內(nèi)容之一。各種電氣設(shè)備的作用和工作條件不盡相同，具體的選擇方法也不完全一樣，但對他們的基本要求是一致的。電氣設(shè)備要能可靠的工作，必須按正常工作條件進(jìn)行選擇，并按短路狀態(tài)來校驗(yàn)熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定。 需選擇的電氣設(shè)備包括主變壓器、各電壓等級的母線、絕緣子、斷路器、隔離開關(guān)、電壓及電流互感器等。 主變壓器的容量、臺數(shù)直接影響主接線的形式和配電裝置的結(jié)構(gòu)。變電站主變壓器的容量依據(jù)負(fù)荷性質(zhì)，按一臺停運(yùn)時其余容量在計及過負(fù)荷能力時，應(yīng)能滿足全部負(fù)荷70%-80%。主變壓器的臺數(shù)，對于樞紐變電站應(yīng)不少于2臺，以滿足可靠性要求。此外還需選擇變壓器的型式和結(jié)構(gòu)。 斷路器和隔離開關(guān)是變電站的重要開關(guān)電器。 斷路器選擇中涉及到:(1)種類和型式的選擇。高壓斷路器按絕緣介質(zhì)分少油、多油、空氣、真空、SF6等型式。(2)額定電壓和電流選擇。（3）開斷電流的選擇。它是表征斷路器完成最基本開斷電流功能的重要參數(shù)。不僅要求斷路器可靠的滅弧，而且要求斷路器不重燃，以限制操作過電壓倍數(shù)。（4）短路開合電流的選擇。它是表征高壓斷路器在一些特殊情況下開斷短路電流的特性參數(shù)。 隔離開關(guān)與斷路器配套使用，不能用來接通和斷開負(fù)荷電流和短路電流。主要用作隔離電壓、倒閘操作、分合小電流。其額定電壓、電流的選擇及短路動、熱穩(wěn)定的校驗(yàn)與斷路器基本相同。 互感器是電力系統(tǒng)中測量儀表、繼電保護(hù)獲取電氣一次回路信息的傳感器。分電壓和電流互感器。其選擇依據(jù)有：（1）種類和型式。（2）一次額定電壓、電流（電壓互感器涉及到二次額定電壓）。（3）額定容量和準(zhǔn)確級。（4）動、熱穩(wěn)定校驗(yàn)。 三、220kV變電站一次系統(tǒng)設(shè)計主要內(nèi)容 本次畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容為220kV降壓變電所電氣一次初步設(shè)計，屬于常規(guī)變電所的設(shè)計。根據(jù)變電所設(shè)計的基本原理，務(wù)求掌握常規(guī)變電所的電氣一次系統(tǒng)的原理及設(shè)計過程。 從電網(wǎng)供電流程來看，從大型發(fā)電廠生產(chǎn)的電能通過高壓變電站以及中心變電站輸送，然后再經(jīng)過電纜或架空線路向下一級的中間變電站或終端變電站最終提供給用戶。因此，變電站是電網(wǎng)系統(tǒng)中的主要供電節(jié)點(diǎn)。[15] 220kV降壓變電所電氣部分設(shè)計的研究主要內(nèi)容是結(jié)合相關(guān)的設(shè)計手冊，輔助資料，主要完成該變電站的一次部分設(shè)計，參考國內(nèi)外最新的設(shè)計方法、研究成果和新的電氣設(shè)備，對降壓變電所的電氣主接線方案，主變壓器的選擇，電氣設(shè)備的選擇（包括斷路器，隔離開關(guān)，熔斷器等），配電裝置的選擇以及防雷保護(hù)的設(shè)計。主變壓器、各側(cè)電壓等級的電氣主接線和相關(guān)一次、二次設(shè)備、避雷裝置、繼電保護(hù)裝置進(jìn)行選擇。同時，完成變電站一次部分總接線圖、220kV變電所平面布置初步設(shè)計圖和詳細(xì)設(shè)計圖。 本次變電站的設(shè)計要做到概念清晰，層次分明，結(jié)合自己選擇的參考資料，并參考變電站一次設(shè)計的規(guī)范，經(jīng)過查閱資料，了解其基本過程，整理相關(guān)的思路，在老師的指導(dǎo)下，細(xì)致縝密的完成整個設(shè)計過程，具體的設(shè)計規(guī)范步驟如下： 1、根據(jù)原始資料選擇5～7種合理的電氣主接線； 2、進(jìn)行初步技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，選擇2種較好的電氣主接線； 3、選擇主變壓器的容量和型號； 4、計算兩種主接線的短路電流； 5、根據(jù)短路電流計算結(jié)果選擇電氣設(shè)備； 6、通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定最佳方案； 7、防雷系統(tǒng)設(shè)計； 8、屋內(nèi)外配電裝置設(shè)計和總平面布置 9、繪制圖紙：電氣主接線、電氣總平面布置、防雷與接地各一張，配電裝 置斷面圖3～4張。 參考文獻(xiàn)： [1]LIU Huiyuan1,HAO Houtang2,LI Yanxin2,SUN Bin2.Research on a Synchronism Scheme for Digital Substations. 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