1、浙 江 大 学 远 程 教 育 学 院本 科 生 毕 业 论 文 开 题 报 告题 目 110KV 变电站电气系统设计初探专 业 电气工程及其自动化学习中心 大埔县姓 名 陈启帆 学 号 指导教师2013 年 10 月 5 日1一、大埔县三河镇建 110KV 变电站的意义广东省大埔县三河镇距离大埔县城只有15公里，汇集了铁路、高速公路的出口，是通向珠江三角区和闽西地区的交通枢纽。三河镇工业园区，规模不断壮大，企业的用电需求量日益增多，原来的供电系统捉襟见肘，已经跟不上经济发展的步伐。大埔县县政府已经拟定在三河镇建成110KV变电站，该项工程将于2013年12月动工。建成后，将为工业园区和三河镇
2、各企业的用电需求和供电质量发挥了重要的作用，将极大地推动当地经济的发展。笔者以该变电站设计为毕业设计课题，通过本次设计，对电气工程及其自动化专业的主干课程有一个较为全面，系统的掌握，增强理论联系实际的能力，提高工程意识，锻炼独立分析和解决电力工程设计问题的能力，为未来的实际工作奠定必要的基础。二、110KV变电站的国内、外现状及发展趋势 由于现代科学技术的发展，电力网容量的增大，电压等级的提高，综合自动化水平的需求，使变电站设计问题变得越来越复杂，除了常规变电所之外，还出现了微机变电所、综合自动化变电所、小型化变电所和无人值班变电所等。当前随着我国城乡电网建设与改造工作的开展，对变电所设计也提
3、出了更高更新的要求。我国常规城网变电所的主要问题是设备陈旧，占地面积大与现代化的城市建设不相适应。为了改变这种面貌，城网变电所已向小型化方向发展，开始采用全封闭组合电器，即 GIS 成套设备。全封闭组合电器（GIS）就是由于 SF6气体的出现而发展的一种新型高压成套设备。它包括断路器、隔离开关、接地开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、母线、出现套管或电缆终端。这些设备按变电所主接线的要求依次连接组成一个整体，各元件的高压带电部位均封闭于接地的金属壳内，并充以 SF6气体，作为绝缘的灭弧介质，称之为 SF6气体绝缘变电站，简称 GIS。目前，GIS 的发展趋向，是将变压器一、二次开关全部合为一
4、体，或为气体绝缘组合的供电系统。自从计算机技术深入到电力系统以来，国外微机监测技术应用较为普遍。变电站综合自动化系统，集保护、远动、监控为一体，是一种分布式的综合自动化装置，其把继电保护、远动技术、参数监测等各种功能分布在各个单片机上，而这些单片机通过计算机网络连接起来一个有机的自动化装置。三、本课题的研究内容、方法、手段及预期成果本课题主要分析变电站建设的原始资料设计一个 110kv 的变电站。涉及内2容有：1分析原始资料，拟定电气主接线方案。 2. 通过短路电流计算形成短路电流计算表。 3. 对主要电气设备（如变压器、断路器、隔离开关、避雷器、母线、熔断器、互感器等）进行选择并加以校验。
5、4. 通过对元件正常、故障，事故状态的分析给出继电保护设置方案并进行整定计算，画出原理图并进行选择（优先考虑微机保护） 。 方法及手段：电气主接线是根据电力系统和变电所具体条件确定的，它以电源和出线为主体，在进出线路多时（一般超过四回）为便于电能的汇集和分配，常设置母线作为中间环节，使接线简单清晰、运行方便，有利于安装和扩建。1主接线选择的主要原则1）变电所主接线要与变电所在系统中的地位、作用相适应。根据变电所在系统中的地位，作用确定对主接线的可靠性、灵活性和经济性的要求；2）变电所主接线的选择应考虑电网安全稳定运行的要求，还应满足电网出故障时应处理的要求；3）各种配置接线的选择，要考虑该配置
6、所在的变电所性质，电压等级、进出线回路数、采用的设备情况，供电负荷的重要性和本地区的运行习惯等因素；4）近期接线与远景接线相结合，方便接线的过程；5）在确定变电所主接线时要进行技术经济比较；2主接线的方式主要有：单母线接线、单母分段、单母分段带旁路母线、桥形接线、一个半断路器（3/2）接线、双母接线、双母线分段接线。预期成果：本次设计为 110kV 变电站初步设计，分为任务书、计算书、说明书等分，同时绘制 3 张图纸，A0：变电站主接线图；A1:进线保护原理图；A2:变电所供电系统图。该变电站有 3 台主变压器，初期上 2 台，分为三个电压等级：110kV、35kV、10kV，各个电压等级均采
7、用单母分段的主接线方式供电，本次设计中要进行短路电流计算，主要设备选择及校验（包括断路器、隔离开关、电流互感器、母线等） ，并同时附带涉及所用电和直流系统、继电保护和监控系统、过压保护、接地、通信等。3根据已有条件，初步设计主接线如下图 2-2 所示，110KV 侧采用单母分段，35KV 采用单母分段带旁母，10KV 采用单母分段。图 2-2 单母线分段接线图四、设计方案的设想与分析1、主变压器的选择变电站主变容量，一般应按 510 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其容量。对重要变电站，应考虑当 1 台变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力允许时间内，应满
8、足一类及二类负荷的供电。对一般性变电站，当 1 台主变压器停运时，其余变压器容量，其余，变压器容量应满足全部负荷的 60%70%。1） 主变压器相数的选择容量为 300MW 及以下机组单元接线的变压器和 110kv 及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。因为单相变压器组相对投资大，占地多，运行损耗也较大。同时配电装置结构复杂，也增加了维修工作量。2） 绕组数的选择电力变压器按每相的绕组数为双绕组、三绕组或更多绕组等型式；按电磁结构分为普通双绕组、三绕组、自耦式及低压绕组分裂式等型式。3） 容量的选择本系统有 110kv 和 10kv 两个负荷系统，其最大负荷为 240MVA 和 100MV
9、A,功率因数均为 0.8。42、短路计算计算短路电流的目的主要是为了选择断路器等电气设备或对这些设备提出技术要求；评价确定网络方案，研究限制短路电流措施；为继电保护设计与调试提供依据；分析计算送电线路对通讯网络设施的影响等。1）整定计算的要求选择规定的运行方式；2）确定短路段及短路类型；3）对确定的短路点经过网络的合并，化简求出归算到短路点的各序综合阻抗、 、 ；X1204）短路类型及电力系统故障的知识求出短路点的总电流；5）按网络结构求出流过被整定保护装置的短路电流。3、设备的选择及动、热稳定校验1）电气设备选择的一般原则应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展；应按当
10、地环境条件校核；应力求技术先进和经济合理；与整个工程的建设标准应协调一致；同类设备应尽量减少品种；选用的新产品均应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格；2）额定电压电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，有时会高于电网的额定电压 ，故所选电气设备允许的最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压。因此，在电气设备时，一般可按照电气设备的额定电压 不低于装置地NU点电网额定电压 的条件选择。即： 。NSUNUS3）额定电流电气设备的额定电流 是在额定环境温度下，电气设备的长期允许电流。NI应不小于该贿赂在各种合理运行方式下的最大持续工作电流 ，即： NI maxINI。max54）短路热稳定
11、校验短路电流通过电器时，电气设备各部件温度应不超过允许值。满足热稳定条件。 tI2kQ5）电动力稳定校验电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，也称动稳定。满足动稳定的条件为： esish4、主变压器的保护主要是对变压器的相间短路的保护，对变压器绕组和引出线上发生故障，以及发生匝间短路时，其保护瞬时动作，跳开各侧电源断路器。设计（论文）进度安排及完成的相关任务（以教学周为单位）：周 次 设计（论文）任务及要求1-2 了解课题情况，查阅相关论文、收集整理资料3-4 拟定主接线方案，准备开题5-7 短路电流计算，主要电气设备的选择和校验8-10 高低压配电装置布置及总体平面布置设计10-14
12、绘制变压器保护的原理图，选择保护元件，进行整定计算15-16 撰写毕业论文，整理毕业设计资料并准备答辩参考文献1 熊信银.发电厂电气部分.第四版.中国电力出版社.2009 2 陈珩.电力系统稳态分析.第三版.中国电力出版社.20073 李光琦.电力系统暂态分析.第三版.中国电力出版社.20074 杨淑英.邹永海.电力系统分析复习指导与习题精解.第二版.中国电力出版.20081、主接线的设计原则 考虑变电站在电力系统的地位和作用变电站在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素。变电站是枢纽变电站、地区变电站、终端变电站、企业变电站还是分支变电站，由于它们在电力系统中的地位和作用不同，对主接6
13、线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。考虑近期和远期的发展规模，电站主接线设计应根据 510 年电力系统发展规划进行。应根据负荷的大小和分布、负荷增长速度及地区网络情况和潮流分布，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线的形式及站连接电源数和出线回数。考虑负荷的重要性分级和出线回路多少对主接线的影响，一、二级负荷，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一、二级负荷不间断供电；三级负荷一般只需一个电源供电。变台数对主接线的影响，电站主变的容量和台数，对变电站主接线的选择将产生直接的影响。通常对大型变电站，由于其传输容量大，对供电可靠性高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高
14、。而容量小的变电站，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性要求低。考虑备用量的有无和大小对主接线的影响， 、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求。电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同，例如，当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时是否允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式。2.2 线设计的基本要求根据有关规定：变电站电气主接线应根据变电站在电力系统的地位，变电站的规划容量，负荷性质线路变压器的连接、元件总数等条件确定。并应综合考虑供电可靠性、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过度或扩建等要求。可靠
15、性所谓可靠性是指主接线能可靠的工作，以保证对用户不间断的供电，衡量可靠性的客观标准是运行实践。主接线的可靠性是由其组成元件（包括一次和二次设备）在运行中可靠性的综合。因此，主接线的设计，不仅要考虑一次设备对供电可靠性的影响，还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。同时，可靠性并不是绝对的而是相对的，一种主接线对某些变电站是可靠的，而对另一些变电站则可能不是可靠的。评价主接线可靠性的标志如下：（1）断路器检修时是否影响供电；（2）线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路的回数和停运时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电；（3）变电站全部停电的可能性。主接线的灵活性有以下几方面的要求：
16、7（1）调度灵活，操作方便。可灵活的投入和切除变压器、线路，调配电源和负荷；能够满足系统在正常、事故、检修及特殊运行方式下的调度要求。（2）检修安全。可方便的停运断路器、母线及其继电器保护设备，进行安全检修，且不影响对用户的供电。（3）扩建方便。随着电力事业的发展，往往需要对已经投运的变电站进行扩建，从变压器直至馈线数均有扩建的可能。所以，在设计主接线时，应留有余地，应能容易地从初期过度到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备改造量最小。可靠性和灵活性是主接线设计中在技术方面的要求，它与经济性之间往往发生矛盾，即欲使主接线可靠、灵活，将可能导致投资增加。所以，两者必须综合考虑，在满足技术要求
17、前提下，做到经济合理。（1）投资省。主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关等一次设备投资；要使控制、保护方式不过于复杂，以利于运行并节约二次设备和电缆投资；要适当限制短路电流，以便选择价格合理的电器设备；在终端或分支变电站中，应推广采用直降式（110/610kV）变电站和以质量可靠的简易电器代替高压侧断路器。（2）年运行费小。年运行费包括电能损耗费、折旧费以及大修费、日常小修维护费。其中电能损耗主要由变压器引起，因此，要合理地选择主变压器的型式、容量、台数以及避免两次变压而增加电能损失。(3)占地面积小。电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约用地和节省架构、导线、绝缘子及安装费用
18、。在运输条件许可的地方，都应采用三相变压器。（3）在可能的情况下，应采取一次设计，分期投资、投产，尽快发挥经济效益。按电力系统110kv降压变电站设计规范，主接线的设计可以有多种方法，在设计变电站时要根据，变电站的用途，周围的环境，建设的预算等方面的因素，因地制宜选择最佳的接线方法。2.3 接线的接线方法方式一：线路-变压器组接线。变电所 110kV 电源进线，采用双电源“T”型接线，或一路“T”接、另一路和其他城网变电所联络。高压侧主接线采用线路-变压器组两断路器的形式，低压侧采用单母线四分段、带旁母接线方式(若 10kV 采用手车式开关就不设旁母，下同)。这种接线的优点是接线简洁、高压设备
19、少、占地少、投资省、继电保护简单，可以在任一个电源失电的情况下，以备用自投进行负荷转移，从而8以最快的速度恢复供电。其缺点是当高压任何一个电源失电时，都要停一台主变压器，需短时对部分用电负荷限电。这种接线方式建议用于只承担受电功能，没有功率转移任务的城网 110kV变电所。方式二：内桥接线。变电所 110kV 电源进线采用两路接 110kV 电网，高压侧主接线采用内桥接线方式，低压侧采用单母线两分段带旁母接线方式。这种接线的优点是四个回路只有三台断路器，需要的断路器较少，而且线路的投入和切除比较方便。当线路发生故障时，仅线路断路器断开，不影响其他回路运行。其缺点是运行的灵活性和可靠性较差；一、
20、二次运行操作较复杂；同时当变压器发生故障时，与该台变压器相联的两台断路器都断开，从而影响一回未发生故障的线路的运行。由于变压器故障少，系统中应用较多。这种接线方式建议用于高压线路运行操作频繁但不承担电网穿越功率经过的城网变电所。方式三：单母线接线。变电所 110kV 电源进线采用两路接 110kV 电网，一主一备；高压侧主接线采用单母线方式，低压侧采用单母线两分段带旁母接线方式。这种接线的优点是供电可靠，运行灵活，在 110kV 主供电源失电的情况下，以高压备用自投自动恢复供电。其缺点是高压设备较多，占地增大，投资增大。这种接线方式建议在既要具有受电功能又要承担功率转移任务的城网变电所采用。方
21、式四：单母线分段接线出线回路数增多时，可用断路器将母线分段，成为单母线分段接线据电源的数目和功率，母线可分为 23 段。段数分得越多，故障时停电范围越小，但使用的断路器数量越多，其配电装置和运行也就越复杂，所需费用就越高。母线分段后，可提高供电的可靠性和灵活性。在正常运行时，可以接通也可以断开运行。当分段断路器 QFd 接通运行时，任一段母线发生短路故障时，在继电保护作用下，分段断路器 QFd 和接在故障段上的电源回路断路器便自动断开。这时非故障段母线可以继续运行，缩小了母线故障的停电范围。当分段断路器断开运行时，分段断路器除装有继电保护装置外，还应装有备用电源自动投入装置，分段断路器断开运行
22、，有利于限制短路电流。对重要用户，可以采用双回路供电，即从不同段上分别引出馈电线路，由两个电源供电，以保证供电可靠性。92.4 初步方案的设计变电站主接线的设计要求，根据变电站在电力系统中的地位、负荷性质、出线回路数等条件和具体情况确定。通常变电站主接线的高压侧，应尽可能采用短路器数目教少的接线，以节省投资，随出线数目的不同，可采用桥形、单母线、双母线及角形接线等。如果变电站电压为超高压等级，又是重要的枢纽变电站，宜采用双母线带旁母接线或采用一台半断路器接线。变电站的低压侧常采用单母分段接线或双母线接线，以便于扩建。610KV 馈线应选轻型断路器，如 SN10 型少油断路器或 ZN13 型真空
23、断路器；若不能满足开断电流及动稳定和热稳定要求时，应采用限流措施。在变电站中最简单的限制短路电流的方法，是使变压器低压侧分列运行；若分列运行仍不能满足要求，则可装设分列电抗器，一般尽可能不装限流效果较小的母线电抗器。故综合从以下几个方面考虑，路器检修时，是否影响连续供电，路能否满足,类负荷对供电的要求，型机组突然停电对电力系统稳定运行的影响与产生的后果等因素。（1）主接线方案的拟定：对本变电所原始材料进行分析，结合对电气主接线的可靠性、灵活性及经济性等基本要求，综合考虑。在满足技术、经济政策的前提下，力争使其技术先进，供电可靠，经济合理的主接线方案。此主接线还应具有足够的灵活性，能适应各种运行
24、方式的变化，且在检修、事故等特殊状态下操作方便、调度灵活、检修安全、扩建发展方便。初步设计以单母线接线法和单母线分段接线法两种设计方案中选择出最优方案。两种方案接线形式如下：方案一：110KV 侧采用内桥接线，35KV 采用单母分段，10KV 单母接线。10图 2-1 单母线接线图方案二：110KV 侧采用单母分段，35KV 采用单母分段带旁母，10KV 采用单母分段。图 2-2 单母线分段接线图（2）最优方案的选择：由以上两个方案比较可知方案的 110KV 母线侧若增加负荷时不便于扩建，35KV、10KV 出线的某一回路出现故障时有可能使整个线路停止送电，所以很难保证供电的可靠性、不便于扩建
25、检修，故不采用。方案的 110KV 母线侧便于扩建，35KV 线路故障、检修、切除或投入时，不影响其余回路工作，便于倒闸操作，10KV 侧某一线路出现故障时不至于使整个母线停电，满足供电可靠、操作灵活、扩建方便等特点，所以采用方案，主接线图如图所示。 2.5 值班综合自动化随着城网建设改造和城网 110kV 变电所深入负荷中心与城网配电自动化系统的实施，要求城网变电所既要安全可靠地向用户供电，又能与配电网自动化系统资源共享，实现变电所远动通信，实时数据测量和采集，电气设备运行监控，一、二次设备实时运行状态监测，防误操作闭锁、电容器的自动投退，主变有载开关的自动调节，小电流接地系统的选线以及继电
26、保护和自动装置的投退，定值的检查和远方修改等功能，从而在配电网络正常运行时，能监视各种运行工况，优化运行方式，合理控制负荷，调整电压和无功功率，自动计量计费。在配电网发生异常或故障时，能迅速查出异常情况并快速切除，隔离故障，11迅速恢复非故障线路供电。要实现这些功能，采用常规变电所的一、二次设计，选用传统的二次设备是很难满足要求的，必须利用先进的计算机技术， 研制和开发城网变电所自动化系统，以全微机化的新型二次设备代替常规设备，尽量做到硬件资源、信息资源共享，用不同的模块软件实现常规设备的各种功能，用计算机局域网代替大量信号电缆的联接，用主动模式代替常规设备的被动模式。3. 课题进度安排表周
27、次 课 题 安 排1 熟悉设计任务，准备英文翻译资料2 查阅资料，英文翻译3 了解开题报告，初审英文翻译电子稿4 写开题报告，上交外文翻译5 讨论设计方案，审阅开题报告6 变电站总体设计7 熟悉 autoCAD8 画图, 变电站主接线图9 保护配置图10 变电所供配电气系统图11 确定论文大纲，写毕业设计论文12 撰写毕业设计论文13 撰写毕业设计论文14 修改毕业设计论文15 准备答辩16 答辩4.主要参考文献1 王梅义.高压电网继电保护运行技术M.北京：电力工业出版社 .1981.2 Fairchild Semiconductor.MC78XX/LM78XX/MC78XXA 3-Termi
28、nal 1A Positive Voltage RegulatorJ.2001.3 洪佩孙.电力系统继电保护M.北京：水利电力出版社 .1987.4 葛耀中.数字计算机在继电保护中的应用A.继电器.1978(3).125 Intel 8279/8279-5 Programmable Keyboard/Display Interface.1987.6 杨奇逊.微型机继电保护基础M.北京水利电力出版社 .1988.7 T.Shibata. Development of Reverse Osmosis Membrane Process for Advanced Treatment of Waste WaterA. NIPPON STEEL TECHNICAL REPORT.1996.8 杨奇逊.变电站综合自动化技术发展趋势，电力系统自动化E.1995.19（10）7-9.9 段玉清.贺家李.基于人工神经网络方法的微机变压器保护A.中国电机工程学报.1998.10 贺家李.电力系统继电保护技术的现状与发展M.中国电力 .1999.32（10）：38-411 胡万海等.多层自动布线印制板的设计与实现M.学苑出版社.2009.3.指 导 教 师 意 见指导教师签字：年 月 日
