220KV变电站电气一次部分设计书

220KV变电站电气一次部

分设计书

第1章引言

1.1 国外现状和发展趋势

数字化变电站技术发展现状和趋势

以往制约数字化变电站发展的主要是IEC61850的应用不成熟，智能化一次设备技术不成熟，网络安全性存在一定隐患。但2005年国网通信中心组织的IEC61850互操作试验极大推动了IEC61850在数字化变电站中的研究与应用。目前IEC61850技术在变电站层和间隔层的技术已经成熟，间隔层与过程层通信的技术在大量运行站积累的基础上正逐渐成熟。

当前的变电站自动化技术

20世纪末到21世纪初，由于半导体芯片技术、通信技术以及计算机技术飞速发展，变电站自动化技术也已从早期、中期发展到当前的变电站自动化技术阶段。其重要特点是：以分层分布结构取代了传统的集中式；把变电站分为两个层次，即变电站层和间隔层，在设计理念上不是以整个变电站作为所要面对的目标，而是以间隔和元件作为设计依据，在中低压系统采用物理结构和电器特性完全独立，功能上既考虑测控又涉及继电保护这样的测控保护综合单元对应一次系统中的间隔出线，在高压超高压系统，则以独立的测控单元对应高压或超高压系统中的间隔设备；变电站层主单元的硬件以高档32位工业级模件作为核心，配大容量存、闪存以及电子固态盘和嵌入式软件系统；现场总线以及光纤通信的应用为功能上的分布和地理上的分散提供了技术基础；网络尤其是基于TCP/IP的以太网在变电站自动化系统中得到应用；智能电子设备（IED）的大量应用，诸如继电保护装置、自动装置、电源、五防、电子电度表等可视为IED而纳入一个统一的变电站自动化系统中；与继电保护、各种IED、远方调度中心交换数据所使用的规约逐渐与国际接轨。这个时期国代表产品有CSC系列、NSC系列及BSJ系列。

国外变电站自动化技术

国外变电站自动化技术是从20世纪80年代开始的，以西门子公司为例，该公司第一套全分散式变电站自动化系统LSA678早在1985年就在德国汉诺威正式投入运行，至1993年初，已有300多套系统在德国和欧洲的各种电压等级的变电站运行。在中国，1995年亦投运了该公司的LSA678变电站自动化系统。LSA678的系统结构有两类，一类是全分散式，另一类是集中和分散相结合，两类系统均由6MB测控系统、7S/7U保护系统、8TK开关闭锁系统三部分构成。

原始变电站自动化系统存在的问题

资料分目前国际上关于变电站自动化系统和通讯网络的国际标准还没有正式公布，国也没有相应的技术标准出台。标准和规的出台远落后于技术的发展，导致变电站自动化系统在通讯网络的选择、通讯传输协议的采用方面存在很大的争议，在继电保护和变电站自动化的关系及变电站自动化的概念上还存在分歧。市场竞争日益激烈，不同厂家的设备质量和技术（软硬件方面）差异甚大，各地方电力公司的要求也不尽相同，导致目前国变电站自动化技术千差万别。

改革开放以来，随着我国国民经济的快速增长，电力系统也获得了前所未有的发展，电网结构越来越复杂，各级调度中心需要获得更多的信息以准确掌握电网和变电站的运行状况。同时，为了提高电力系统的可控性，要求更多地采用远方集中监视和控制，并逐步采用无人值班管理模式。显然传统的变电站已经远远不能满足现代电力系统管理模式的需求。

传统变电站一般采用常规设备，二次设备中的继电保护和自动装置、远动装置等采用电磁式或晶体管式，体积大，设备笨重，主控室、继电保护室占地面积大。常规装置结构复杂，可靠性低，维护工作量大。因此，传统变电站的设计思路和方法已经被国外摒弃和淘汰。采用一种更先进的技术改造变电站是一种必然趋势。

而变电站综合自动化技术在电力行业中已经引起越来越多的重视，特别是近年来，随着微电子技术、计算机技术和通信技术水平的不断进步，变电站综合自动化技术也得到了迅速发展，并逐渐得到了国外很多国家的广泛应用。那么，何谓变电站综合自动化呢？它是指利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对变电站主要设备和传、配电线路的自动监视、测量、控制、保护以及与调度通信等综合性自动化功能。其重要特点是：以分层分布结构取代了传统的集中式；把变电站分为两个层次，即变电站层和间隔层，在设计理念上不是以整个变电站作为所要面对的目标，而是以间隔和元件作为设计依据。

我国对变电站的技术研究的其中一个主要方面是在220kV及以下中低压变电站中采用综合自动化技术，全面提高变电站的技术水平和运行管理水平，而且技术不断得到完善和成熟。总体来说，实现变电站综合自动化，其优越性主要有：提高了供电质量、变电站的安全可靠运行水平，降低造价，减少了投资，促进了无人值班变电站管理模式的实行。本设计中变电站的设计思路是紧跟现代化国外变电站综合自动化技术的发展趋势，根据最新和最权威的设计规程和规，采用先进的原理技术，摒弃落后和即将淘汰的技术，确定科学的模式和结构，选择质量优良和性能可靠的产品，因此，在学习借鉴国外先进技术的同时，结合我国的实际情况，全面系统地研究探讨符合国情的变电站系统设计模式，完成本次毕业设计。

1.2原始资料简要分析

1、建设规模：该变电所主变采用2×120MVA,其电压等级为220/110/38.5kV的变压器，220kV进出线四回，110kV进出线八回，35kV进出线八回。

根据建厂规模，对本变电所的电气主接线进行设计确定出2～3种方案，进行技术和经济比较，确定出最佳方案。

2、该地区的负荷预测情况及发展：2001年负荷为60MW,负荷水平增长率为10%。

根据负荷预测及发展情况，可了解该地区的负荷情况及发展，根据负荷情况对主变压器的台数、容量等进行选择。

3、220kV系统短路容量为5600MVA，110kV系统短路容量为600MVA。

根据以上两系统的短路容量，可计算出两系统的综合电抗标幺值。进而进行短路电流的计算。收集、了解国外电气设备的现状和发展趋势，了解设备和导体选择的条件，对本变电所进行电气设备和导体的选择。

4、本设计中各级电压侧年最大负荷利用小时数为：

220kV侧 Tmax=3600小时/年

110kV侧 Tmax=4600小时/年

35kV侧 Tmax=4000小时/年

根据以上年最大负荷利用小时数，可查表得出导体经济电流密度，进而按照经济电流密度进行母线截面的选择。

5、所用负荷有：主控制室照明、主建筑物和辅助建筑物照明等为60KW，锅炉动力、检修间动力、主变冷却装置动力等为250KW。

根据以上所用负荷，可确定所用电设计的相关情况，如对所用变压器和所用主接线进行设计。

6、所址概括：该变电所地势较平，占地面积大，交通便利，出线走廊开阔，地震烈度为7度，该所接近负荷中心，区域稳定可满足建所要求。

根据以上所址概述，可了解到该设计中变电所的周边环境情况，可推测该所地处平原地区，占地面积大，由此根据变电所配电系统和配电装置的设计原则，对本变电所进行高压配电系统及配电装置设计；接近负荷中心，则要求供电的可靠性、调度的灵活性更高，由35kV电压送电，该负荷侧可采用双回路送电。

第2章电气主接线的设计

发电厂和变电所的电气主接线是指由发电机、变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线和电缆等电气设备，按一定顺序连接的，用以表示生产、汇集和分配电能的电路。电气主接线又称为一次接线或电气主系统，代表了发电厂和变电所电气部分的主体结构，直接影响着配电装置的布置、继电保护配置、自动装置和控制方式的选择，对运行的可靠性、灵活性和经济性起决定性的作用。

2.1 电气主接线设计概述

2.1.1 对电气主接线的基本要求

电气主接线的基本要求：

（1）电气主接线应根据系统和用户的要求，保证供电的可靠性和电能质量。对三类负荷以一个电源供电即可。对一类负荷和二类负荷占大多数的用户应由两个独立电源供电，其中任一电源必须在另一电源停止供电时，能保证向重要负荷供电。

电压和频率是电能质量的基本指标，在确定电气主接线时应保证电能质量在允许的变动围之。

（2）电气主接线应具有一定得灵活性和方便性，以适应电气装置的各种运行状态。不仅要求在正常运行时能安全可靠地供电，而且在系统故障或设备检修及故障时，也能适应调度的要求，并能灵活、简便、迅速地倒换运行方式，使停电时间最短，影响围最小。

（3）电气主接线应在满足上述要求的前提下，尽可能经济。应尽量减少设备投资费用和运行费用，并尽量减少占地面积，同时注意搬迁费用、安装费用和外汇费用。

（4）具有发展和扩建的可能性。电气主接线在设计时应尽量留有发展余地，不仅要考虑最终接线的实现，同时还要兼顾到从初期接线过渡到最终接线的可能和分阶段施工的可行方案，使其尽可能的不影响连续供电或在停电时间最短的情况下完成过渡方案的实施。

2.1.2 变电所电气主接线的设计原则

变电所主接线的设计必须满足上述四个基本要求，以设计任务书为依据，一国家经济建设方针、政策及有关技术规为准则，结合工程具体特点，准确地掌握基础资料，做到既要技术先进，又要经济实用。

在工程设计中，经上级主管部门批准的设计任务书或委托书事必不可少的。它将根据国家经济发展及电力负荷增长率的规划，给出所设计的变电所的容量、电压等级、出线回路数、主要是负荷要求、电力系统参数和对变电所的而具体要求，以及设计的容和围，这些原始资料是设计的依据，必须进行详细的分析和研究，从而可以初步拟定一些主接线方案。国家方针政策、技术规和标准是根据国家实际状况，结合电力工业的技术特点而制定的准则，设计时必须严格遵循。结合对主接线的基本要求，设计的主接线应供电可靠、灵活、经济、留有扩建和发展的余地。设计时，在进行论证分析阶段，更应该辩证的统一供电可靠性与经济性的关系，以使设计的主接线具有先进性和可行性。

我国《变电所设计技术规程》对主接线设计作了如下规定：

在满足运行要求时，变电所高压侧应尽量采用断路器较少的或不用断路器的接线。在110~220kv变电所中，当出现为2回时，一般采用桥型接线；当出线不超过4回时，一般采用单母线分段接线；当枢纽变电所的出线在4回及以上时，一般采用双母线。在35kv 变电所中，当出线为2回时，一般采用桥型接线；当出线为2回以上时，一般采用单母线分段或单母线接线。出线回路数和电源数较多的污秽环境中的变电所，可采用双母线接线。在6~10kv变电所中，一般采用单母线接线或单母线分段接线。

旁路设施可按主接线基本形式中所述的情况设置。

2.1.3 电气主接线的设计步骤

电气主接线的设计伴随着发电厂或变电所的整体设计，即按照工程基本建设程序，经历可行性研究阶段、初步设计阶段、技术设计阶段和施工设计等四个阶段。在各阶段中随要求、任务的不同，其深度，广度也有所差异，但总的设计思路、方法和步骤相同。

1、对原始资料进行综合分析

（1）变电所的情况，包括变电所的类型，在电力系统中的地位和作用，近期及远景规划容量，近期和远景与电力系统的连接方式和各级电压中性点接地方式、最大负荷利用小时数及可能的运行方式等。

（2）负荷情况，包括负荷的性质及其地理位置、输电电压等级、出线回路数及输送容量等。电力负荷的原始资料室设计主接线的基础数据，应在电力负荷预测的基础上确定，其准确性直接影响主接线的设计质量。

（3）环境条件，包括当地的气温、湿度、污秽、覆冰、风向、水文、地质、海拔高度及地震等因素。这些对主接线中电器的选择和配电装置的实施均有影响，必须予以重视；此外，对重型设备的运输，也应充分考虑。

（4）设备情况。为使所设计的主接线可行，必须对各主要电器的性能、制造能力、供货情况和价格等资料汇集并进行分析比较，保证设计具有先进性、经济性和可行性。

2、确定主变压器的容量和台数

变电所主变压器的容量，一般应按5~10年规划负荷来选择，根据城市规划、负荷性质、电网结构等综合考虑确定。对重要变电所，应考虑当1台主变压器停运时，其余变压器容量在记及过负荷能力允许时间，应满足Ⅰ类及Ⅱ类负荷的供电；对一般性变电所，当1台主变压器停运时，其余变压器容量应能满足全部负荷的70﹪至80﹪。

变电所主变压器的台数，对于枢纽变电所在中、低压侧已形成环网的情况下，以设置2台主变压器为宜；对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，可设3台主变压器，以提高供电可靠性。

3、主接线方案的拟定与选择

根据设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，根据对电源盒出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等，可拟定出若干个主接线方案。依据对主接线的基本要求，从技术上论证并淘汰一些明显不合理的方案，最终保留2～3个技术上相当，又都能满足任务书要求的方案，在进行经济比较。对于在系统中占有重要地位的大容量变电所的主接线，还应进行可靠性定量分析计算比较，最终确定出在技术上合理、经济上可行的最终方案。

4、所用电源的引接

确定所用电源的引接方式。

5、短路电流计算和主要电气选择

对所选的电气主接线进行短路电流计算，并选择合理的电气设备。

6、绘制电气主接线图

对最终确定的主接线，按工程要求绘制工程图。

2.2 主接线的基本接线形式及其特点

电气主接线的型式是多种多样的，按有无母线可分为有母线型的主接线和无母线型的主接线两大类。

2.2.1 有母线型的电气主接线

1、单母线接线及单母线分段接线

（1）单母线接线

单母线接线供电电源在变电站是变压器或高压进线回路。母线既可保证电源并列工作，又能使任一条出线都可以从任一个电源获得电能。各出线回路输入功率不一定相等，应尽可能使负荷均衡地分配在各出线上，以减少功率在母线上的传输。

单母接线的优点：接线简单清晰、设备少、操作方便、经济性好，并且母线便于向两端延伸，扩建方便和采用成套配电装置。

缺点：①可靠性差。母线或母线隔离开关检修或故障时，所有回路都要停止工作，也就成了全厂或全站长期停电。②调度不方便，电源只能并列运行，不能分列运行，并且线路侧发生短路时，有较大的短路电流。

适用围：一般只适用于一台发电机或一台主变压器的以下三种情况：

①6～10kV配电装置的出线回路数不超过5回；

②35～63kV配电装置的出线回路数不超过3回；