1、题 目 220kV 变电站电气部分的设计一、选题的目的及研究意义变电站是把一些设备组装起来，用以切断或接通、改变或者调整电压，在电力系统中，变电站是输电和配电的集结点，变电站主要分为：升压变电站，主网变电站，二次变电站，配电站。变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施，它通过其变压器将各级电压的电网联系起来。变电站起变换电压作用的设备是变压器，除此之外，变电站的设备还有开闭电路的开关设备，汇集电流的母线，计量和控制用互感器、仪表、继电保护装置和防雷保护装置、调度通信装置等，有的变电站还有无功补偿设备。 变电站的主要设备和连接方式，按其功能不同而有差异。变电
2、所是电力供应的设施之一，在从发电厂长途输送电力时需要提高电压以减少传输时耗损，到用户端供电线路之前必须降低电压，再由变压器降为用户所需的电压。变电所变换电压并分配用电量，所以要尽可能靠近用电多的地方才有效率。我国电力工业的技术水平和管理水平正在逐步提高，现在已有许多变电站实现了集中控制和采用计算机监控电力系统也实现了分级集中调度，所有电力企业都在努力增产节约，降低成本，确保安全远行。随着我国国民经济的发展，电力工业将逐步跨入世界先进水平的行列。电力工业的发展,单机容量的增大、总容量在百万千瓦以上变电所的建立促使变电所建筑结构和设计不断地改进和发展。我选择设计本课题，是对自己已学知识的整理和进一
3、步的理解、认识，学习和掌握变电所电气部分设计的基本方法培养独立分析和解决问题的工作能力及实际工程设计的基本技能。电力工业的迅速发展，对变电所的设计提出了更高的要求，更需要我们提高知识理解应用水平，认真对待。220kV 区域降压变电站是电网建设和电网络改造中非常重要技术环节，所以做好 220kV 变电站的设计是我国电网建设的重要环节。220kV 变电所的设计需要既能保证安全可靠性和灵活性，又能保证保护环境、节约资源、易于实现自动化设计方案。在这种要求下，220kV 变电所电气主接线简单清晰、接地和保护安全高效、建筑结构布置紧凑、电磁辐射污染最小已是大势所趋。因而，220kV 变电站应从电力系统整
4、体出发,力求电气主接线简化,配置与电网结构相应的保护系统，采用紧凑布置、节约资源、安全环保的设计方案。基于此，我以节约资源、保护环境、设计高安全、高质量的 220kV 变电所为目的，从电源设置、主接线形式确定、设备选择和配电装置布置等方面提出了新的设计思路。12二、综述与本课题相关领域的研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域等随着经济的发展，现代电网结构日趋复杂，电网容量不断扩大，对电网运行的可靠性要求也越来越高。而电力系统对变电站又提出了减人的要求，这两者之问的矛盾可以通过变电站自动化技术来解决。专题报道中的文献论述了变电站综合自动化技术的发展过程、新的设计思想，报道了所采用的最新技术，汇集
5、了其主要特点，并预测了变电站自动化其今后的发展趋势。变电站自动化系统集电力系统、电子技术、自动化、继电保护之大成，以计算机和网络技术为依托，面向变电站通盘设计，用分散、分层、分布式结构实现面向对象的设计思想。它用高性能单片机构成的 IED(数字智能电子设备)和计算机主机替代了数量大、功能和结构单一的继电器、仪表、信号灯、自动装置、控制屏等设备，用计算机局域网络(LAN)替代了大量复杂的连接电缆和二次电缆，在遵循信息共享、减少硬件重复配置的原则下，做到继电保护相对独立和有一定的冗余，提高变电站运行的安全可靠性，减少系统维护工作量和提高维护水平。通过网络及杂志我们可以发现，近年来一些发达国家的能源
6、不是很丰富，进而导致电力资源不是充足。为了满足国内的需求，减少在网路中的损耗，这些发达国家已经形成了完善的变电设计理论。比较完善的变电站设计理论，是真正的做到了节约型，集约型，高效型。发达国家通过改善优化变电站结构，降低变电站的功率损耗，尽可能地提高变电站的可靠性，尽可能地使变电站的灵活性提高，尽可能地提高经济性。然而在国内，变电站的设计中仍然存在很多问题，比如可靠性还欠提高。我国经济的发展给电力行业带来两个问题：一是电力能源的需求持续增长，城市和农村用电量和密度越来越来高，需要更多的深入市区农村的变电站，以减少线路的功率损耗，提高电力系统的稳定性等，然而这些变电站占地面积大；二是城区地价昂贵
7、，环境要求严格，在稠密的市区选择变电站址相当困难。在农村，农田的保护非常严格。我国开始开发新的技术，即建设地下变电站。而建设地下变电站可以利用城化绿化带或者利用大厦的地下室。例如前者有上海人民广场，北京王府井 220kV 变电站，还有北京西单 110kV 变电站。此外计算机的渗透已经达到每一个角落，电力系统也不可避免地进入了微机控制时代，变电站综合自动化系统取代传统的变电站二次系统，已成为当前电力系统发展的趋势。我国变电站综合自动化技术应用的越来越成熟。变电站综合自动化系统以其简单可靠、可扩展性强、兼容性好等特点逐步为国内用户所接受，并在一些大型变电站监控项目中获得成功的应用。数字化变电站技术
8、是变电站自动化技术发展中具有里程碑意义的一次变革，对变电站自动化系统的各方面将产生深远的影响。数字化变电站三个主要的特征就是“一次设备智能化，二次设备网络化，符合 IEC61850 标准” ，即数字化变电站内的信息全部做到数字化，信息传递实现网络化，通信模型达到标准化，使各种设备和功能共享统一的信息平台。这使得数字化变电站在系统可靠性、经济性、维护简便性方面均比常规变电站有大幅度提升。数字化变电站在我国发展迅速，从 1995 年德国提出制定 IEC61850 的设想开始，中国就一直关注 IEC61850 的发展。全国电力系统管理及其信息交换标准化技术委员会自 2000 年起，将对IEC6185
9、0 的转化作为工作重点之一。从 CD（委员会草案）到 CDV，从 FDIS 到正式出版物，标委会及其工作组专家密切跟踪 IEC 标准的进展，用近 5 年的时间，二十多位专家的辛勤工作，完成了IEC61850 到行业标准 DL/T860 的转化。标准转化的同时，国内顶级设备制造商如南瑞集团、北京四方、国电南自、许继电器等同步开展了标准研究和软硬件开发。2006 年以来，相继有采用 IEC61850 标准的变电站投入运行，从110kV 到 500kV，从单一厂家到多家集成，国内对数字化变电站工程实践的探索正在向纵深发展。3三、对本课题将要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟采用的研究方法（技术
10、路线）或设计（实验）方案进行说明主要问题：220kV 降压变电所电气部分设计的研究主要内容是结合相关的设计手册，辅助资料和国家有关规程，主要完成该变电站的一次、二次部分设计，参考国内外最新的设计方法、研究成果和新的电气设备，对降压变电所的电气主接线方案，主变压器的选择，电气设备的选择（包括断路器，隔离开关，熔断器等） ，配电装置的选择以及防雷保护的设计。主变压器、各侧电压等级的电气主接线和相关一次、二次设备、避雷装置、继电保护装置进行选择。同时，完成变电站一次、二次部分总接线图初步设计图和详细设计图。思路与方法：根据毕业设计任务书所提供的原始数据，以中华人民共和国国家标准 35220kV 变电
11、所设计规范 、 降压变电所设计规范等技术规范、规程为标准。参考电力工程设计手册 、 电力系统分析 、 高电压技术 、 中低压配电实用技术 、 电力系统继电保护原理等书籍，结合具体学习的特点，准确的知识资料，通过严密的全面的分析，对变电所的主要电气设备、电气主接线、保护装置及接地网进行初步设计。在设计过程中，我们应该注意紧密结合变电所的生产实际和农网改造及变电所设计要求及国内外变电所设计所存在的问题和困难、与其它电力系统课程相关资料之间的联系。通过合理的电气主接线设计、电气设备合理选择（达到电气设备能够充分合理的利用，既能保证设备容量要求有保证电气设备充分利用资源） 、整体布局的紧凑以及综合自动
12、化技术涉及和应用，合理地将通信设施并入主控室，达到简单高效地监控和控制的目的，简化变电所内附属设备，从而达到减少变电所占地面积，优化变电所设计，降低投资的目的。在最后对所有的电气设备，电气主接线，电气的二次接线，电气设备保护装置等进行优化使整个设计方案能够达到安全、可靠、经济、环保地对用户供电的目的。研究方法：了解并掌握 220kV 降压变电所的国内外现状特点和发展前景，查阅资料，结合电力系统方向所学专业课程以及他人的设计、研究成果， 掌握变电所设计的过程和方法，并归纳、创新出自己的研究方案。根据各地不同情况，在借鉴已建 220 kV 降压变电所设计经验的基础上，对 220 kV降压变电所所址
13、的选择、电气主接线、二次接线的设计、电气设备的平面布置、电气设备选型、防火、防雷、接地、防电磁辐射、防噪声等方面提出一系列设计思路。（1）主变容量和型号的选择是根据负荷发展的要求。包括主变压器型号的选择，冷却方式，有无励磁，有载还是无载调压方式。（2）变电所的主接线应根据变电所在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并且满足运行可靠，简单灵活、操作方便和节约投资等要求，便于扩建。主接线必须满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。供电可靠性是指能够长期、连续、正常地向用户供电的能力，我们可以进行定量评价。灵活性的基本要求是满足调度时灵活性的要求，满足检修时灵活性的要求以及满足扩
14、建时灵活性的要求，大的电力工程往往要分期建设，从最初的主接线过渡到最终的主接线，每次过渡都应该比较方便，对已运行部分影响小，改建的工程量不大。（3）短路电流的计算及电气设备的选择根据电力系统接线图及本所电气主接线图，拟订必要的短路计算点，用实用计算法或上机计算出选择电气设备所需的各组短路电流。并将计算值列表备用。包括：a 短路电流的计算方法；b 设计中通常以三相短路作为电气设备的选择方法；c 根据短路计算网络的具体情况，可按同一变比法或按个别变化法计算短路电流。应选择的电气设备如下：各电压等级的母线、绝缘子、断路器、隔离开关、电压及电流互感器。按正常情况下选择电气设备，按短路情况下校验电气设备
15、的动稳定，热稳定等。对于软母线来说不用校验其动稳定，对于开关来说不用校验其开断能力。4四、检索与本课题有关参考文献资料的简要说明1胡鹏飞;基于 MS.NET 多层分布式继电保护图模一体化系统研究J;四川大学;2005 2曹发文;电力系统可视化图形平台及其相关问题研究J;华中科技大学;2005 3邱吉福;电力系统智能化图形平台的研究J;华北电力大学（北京）;2006 4周媛;面向对象的图示化变配电所二次智能 CAD 系统的研究J;湖南大学;2006 5黄伟;地区电网安全经济运行辅助决策系统的研究与开发J;郑州大学;2006 6王海东;基于.NET 控件模型的电力系统软件开发M;南昌大学;2007
16、 7王占朝;基于面向对象的图形化操作票专家系统的研究M;西华大学;2008 8 李正军;PLC 在变电站跳合闸电源回路控制中的应用M;1996 中国控制与决策学术年会论文集M;1996 9赵伟;吉化化肥厂电气系统成本管理研究M;大连理工大学;1999 10刘军;高压电气设备在线监测信息管理和故障诊断系统的研究J;华北电力（北京）大学;2002 11蒋陆萍;新型 220KV 线路微机保护装置的分析与研究J;湖南大学;2002 12孟文涛;蒙达公司 220KV 系统铁磁谐振的分析研究J;华北电力（北京）大学;2002 13蒋毅;广元市电网谐波抑制方法研究J;重庆大学;2002 14张晶晶;高压输电
17、线路改进的单端测距法的原理和实现M;合肥工业大学;2003 15边丽江;数字式自适应型备用电源自动投入装置的研究M;太原理工大学;2002 16谭甜源;配电网有源滤波技术的研究和工程应用M;中南大学;2004 17刘侠;220KV 三绕组变压器电压无功控制策略研究M;天津大学;2003 18贺润明;220KV 变电站变压器互投装置的设计M;华北电力大学（河北）;2004 19电力工业部西北电力设计院.电气工程设计手册电气一次部分M.北京：中国电力出版社，1998 20RobertH.Miller,PowerSystemOperation,McGraw-HillBookCompany M,New
18、York.198321Ata.Elahi.Nerwork Communicationas TechnologyM.北京：科学出版社，20015五、毕业设计进程安排3 月 9 日3 月 15 日，阅读毕业设计任务书，了解与课题相关的工程背景。3 月 5 日 3 月 25 日，收集、查找与本课题相关的书籍、文献资料。3 月 25 日3 月 27 日，准备毕业设计开题报告，并对毕业设计做总体规划安排。3 月 27 日4 月 21 日，完成变电站的主接线设计4 月 23 日5 月 5 日，完成短路计算，电气设备的选择。5 月 7 日5 月 26 日，完成防雷接地设计，完成总平面布置和配电装置设计。5 月 28 日6 月 20 日，撰写毕业论文（设计）并征求导师意见，完成论文。六、指导教师意见1对开题报告的评语2对开题报告的意见及建议指导教师（签名）： 年 月 日 所在院（系）审查意见：负责人签字(盖公章) 年 月 日
