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1、 11. 引言 1.1 概述变电站是电力系统输电和配电的集结点，担负着变换电压、接受和分配电能、调整电压以及控制电力流向的重要任务，直接影响电力系统的安全与经济运行。其主要有升压变电站、主网变电站、二次变电站以及配电站之分。电力是当今世界使用最为广泛、地位最为重要的能源。变电所是电力系统在实际运用中的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。变电站是供电系统的枢纽，在生产和生活中占有特殊重要的地位。电力系统的运行要求安全可靠、电能质量高、经济性好，便于扩建。但是电力系统的组成元件数量多，结构各异，运行情况复杂，覆盖地域辽阔。因
2、此，受自然条件、设备及人为因素的影响，可能出现各种故障和不正常运行状态。故障中最常见、危害最大的是各种形式的短路。为此，需要安装各种形式的保护装置，用分层控制方式实施安全监控系统，对包括正常运行在内的各种运行状态实施监控，以确保电力系统安全正常且更好的运行。本次毕业设计主要以220kv枢纽变电站为设计对象内容大致包括：分析原始资料绘制电气一次回路主接线图、确定变电所变压器容量的选择、三相不对称短路电流的计算、主变压器保护的配置和计算、各电压等级线路的保护配置等。1.2 我国变电所现状和发展趋势 变电技术的发展与电网的发展和设备的制造水平密切相关。近年来，为了满足经济快速增长对电力的需求，我国电
3、力工业也在高速发展，电网规模不断扩大。目前我国建成的500kV 变电所有近200座，220kV 变电所有几千座；500kV 电网已成为主要的输电网络，大经济区之间实现了联网，最终将实现全国联网。电气设备的制造水平也在不断提高，产品的性能和质量都有了较大的改进。除空气绝缘的高压电气设备外，GIS、组合化、智能化、数字化的高压配电装置也有了新的发展；计算机监控微机保护已经在电力系统中全面推广采用；代表现代输变电技术最高水平的750kV 直流输电，500kV 交流可控串联补偿也已经投入商业运行。我国电网供电的可靠性近年来也有了较大的提高，在发达国家连续发生严重的电网事故的同时，我国电网的运行比较稳定
4、，保证了经济的高速发展。通信网络是综合自动化变电站与常规站的最明显的区别之一， 2只有采用通信网络，才 可 能 节省大量电缆。因此必须保证通信网络安全、可靠，传输速度满足变电站综合自动化系统的要求。全分散式变电站自动化系统的实现尤其依托于如今发展很快的计算机网络技术。引入先进的网络技术使得自动化系统的实现更加简单，性能也大大优于以往的系统，并可解决以往系统中链路信息传输的实时性问题，以及信号传输的容量问题。我国变电站的发展趋势随着计算机网络技术的发展和信息技术的不断进步，变电站的发展看来已经越来越快，目前我国变电站的发展方向趋于以下几个方面：1）数字化数字化变电站技术是变电站自动化技术发展中具
5、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。即数字化变电站内的信息化，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。2）装配化装配式变电站是变电站建设的一场变革,改变了传统的变电站电气布局、土建设计和施工模式。采用全预制装配结构的建筑形式,通过工厂生产预制和现场装配安装两大阶段来建设变电站,大幅缩短了设计及建设周期,减少了变电站占地面积,节约了土地资源。随着国网公司“两型一化”的推
6、广,装配式变电站在全国各地均成功试点,成为今后变电站建设的一种新型模式。 13）智能化智能化电站的发展,特别是智能化开关、光电式互感器等机电一体化设备的出现,以及计算机高速网络在实时系统中的开发应用,使变电站所有信息的采集、传输实现全智能化处理提供了理论和物质基础。技术的发展是没有止境的,随着智能化开关、光电式电流电压互感器、一次运行设备在线状态检测、变电站运行作培训仿真等技术日趋成熟,以及计算机高速网络在实时系统中的开发应用,势必对已有的变电站自动化技术产生深刻的影响,全智能化的变电站自动化系统即将出现。但是目前国内外还没有真正意义上智能化一次设备，一次设备的智能化仍然需要通过一定的二次设备
7、来转化实现，一般采用智能终端的模式。国内目前进行的数字化变电站项目，虽然大多采用此种方式，但是普遍没有对开关内部的二次回路进行集成化改造，智能终端与开关整合度较低。 34）自动化自20世纪80、90年代起，国外和国内先后开发研制成功了变电站所必须的集继电保护、故障录波、远动功能、站内监控等功能为一体的变电站综合自动化系统取代了变电站常规的测量系统，如变送器、录波器、指针式仪表等；取代了常规的操作控制盘、手控无功补偿等装置，以及常规的报警装置如中央信号系统和光字牌等；取代了常规的远动装置等；使变电站的各种装置和保护的信息，融合为一体，并可与上级调度中心进行实时通信，把变电站的自动化程度提高到一个
8、崭新阶段，大大提高了上级调度中心对变电站的实时运行和远方操作的监控能力，为实现变电站无人值班打下了基础。随着科学技术的不断发展，变电站综合自动化系统取代传统的变电站二次系统，已成为电力系统的发展趋势。1.3 原始资料简要分析枢纽变电所有三个电压等级，分别是220/110/35kv，为保证供电的可靠性需要装设两台主变压器，基本资料如下：1）为保证供电的可靠性，变电所220kv侧采用单母线分段接线，系统用两条架空线路向本所供电，cos=0.85。2）110kv侧和35kv侧除本所外无别的电源，110kv侧采用双母线接线,单母线分段运行接线方式，35kv侧采用单母线分段接线。3）110kv侧最大负荷
9、45MVA，重要负荷占60%，最大一回负荷10MVA，cos=0.85。4）35kv侧最大负荷20MVA，最大一回负荷6MVA，cos=0.8。5）220kv线路的主保护瞬时动作，后备保护动作时间为1.5s。110kv出线过流保护时间为1.5s，35kv出线过流保护动作时间为2s。6）220kv侧综合电抗X1=0.179；110kv侧综合电抗X2=1.667。2. 电气主接线设计 2.1 电气主接线设计基本原则电气主接线设计应在参考国家电气主接线设计相关规范，在设计电气主接线时应该满足以下几点基本原则：1） 、可靠性：在安全运行的同时能保证系统和用户输供电的可靠性及电能质量。2） 、灵活性：适
10、用各种运行方式，又便于检修。 43） 、操作方便：主接线应简单清晰、布置对称合理、运行方便，使设备切换所需的操作步骤最少，操作力求简单化。4） 、经济性：在满足以上三个条件的情况下，在建设变电站时应该力求投资经费和维护费用最低。5） 、便于扩建：主接线除满足当前地需要外，还应考虑将来有发展地可能性。要兼顾未来的负荷发展趋势选择合理的接线设计方案。2.2 电气接线方式以及优缺点分析一、单母线接线优点：接线简单清晰，操作方便，所需设备较少，便于扩建和采用成套配电装置。缺点：不够灵活可靠，当某一元件需要检修时，会导致整个配电装置停电。适用范围：6-10KV配电装置的出线回路数不超过5回；35-63K
11、V配电装置出线回路数不超过3回；110-220KV配电装置的出线回路数不超过2回。二、单母线分段接线优点：用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电，能保证重要用户供电的可靠性。缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电。当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。扩建时需向两个方向均衡扩建。适用范围：6-10KV配电装置出线回路数为6回及以上时；35KV配电装置出线回路数为4-8回时；110-220KV配电装置出线回路数为3-4回时。三
12、、双母线接线 优点：供电可靠,可以轮流检修一组母线而不致使供电中断；一组母线故障时，能迅速恢复供电；检修 任一回路的母线隔离开关，只停该回路。调度灵活，各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。扩建方便，向双母线的左右任何的一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷均匀分配，不会引起原有回路的停电。便于试验，当个别回路需要单独进行试验时，可将该回路分开，单独接至一组母线上。缺点：增加一组母线会使每回线路需要增加一组母线隔离开关。当母线故障或检 5修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。适用范围：6-10KV配电装置，当短路电流较大，
13、出线需要带电抗器时；35KV配电装置，当出线回路数超过8回时，或连接的电源较多、负荷较大时；110-220KV配电装置，出线回路数为5回及以上时，或110-220KV配电装置在系统中占重要地位，出线回路数为4回及以上时。四、双母线分段接线优点：双母线分段可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个元件可完全分别接到不同的母线上，对大容量且相互联系的系统是有利的。由于这种母线接线方式是常用传统技术的一种延伸，因此在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问题，而较容易实现分阶段的扩建等优点。缺点：容易受到母线故障的影响，断路器检修时需要停运线路。占地面积较大。适用范围：一般当连接的进出线回路数在11回
14、以上时时，母线才分段。五、双母线带旁路接线优点：具有双母线接线的优点，当线路（主变压器）断路器检修时，仍有继续供电。缺点：旁路的倒换操作比较复杂，增加了误操作的机会，也使保护及自动化系统复杂化，投资费用较大。适用范围：出线达到5个回路以上时，才增设专用的旁路断路器，出线少于5个回路时，则采用母联兼旁路或旁路兼母联的接线方式。根据原始资料可见：220kv侧采用单母线分段接线，110kv侧采用用双母线接线分段运行，35kv侧采用单母线分段运行；在110kv侧有重要负荷，所以主变压器需要两台以保证供电的可靠性，由此可得枢纽变电所线路方案见图1-1。下图接线方式有以下优点：供电可靠性较高，有两台主变向
15、系统供电，其中一台停运时可启用另外一台主变，并且当35kv、220kv侧出现故障时，可部分停电进行抢修，保证了重要负荷的供电，操作灵活性较高。建设占用土地合理，投资相对比较少。 6图 1-1 220kv 枢纽变电所主接线设计图3. 主变压器选择 3.1 主变压器容量和台数的确定原则一、主变压器容量选择应遵循以下几点原则：1）装单台变压器时，其额定容量 Sn 应满足所有用电设备的计算负荷 Sc，并且应该考虑负荷的发展留有一定的容量裕度，考虑变压器的经济运行，即：Sn（1.511.4） 。2）根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台主变压器停运时
16、，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷；对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的 70%80%。3）同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多。应从全网出发，推行系列化、标准化。 7二、主变压器的台数的确定有一下规则：1）应满足用电负荷对可靠性的要求。在有一级和二级负荷的变电所中，选择两台主变压器，在技术、经济上比较合理时，主变压器也可多于两台。2）对季节性负荷或昼夜负荷变化较大的宜采用经济运行方式的变电所，技术经济合理时可选用两台主变压器。3）三级负荷一般选用一台主变压器，但是负荷较大时可选择两台。根据原始资料分析系统含有一级负荷，所以选择采用两台主变压器以保证系统供电的可靠性。3.2 本所主变压器容量的确定单台主变压器独立运行，另外选一台作为备用主变；根据原始资料有，110kv 侧最大负荷为 45MVA，功率因数 cos=0.85；35kv 侧最大功率为 20MVA，功率因数cos=0.8，由此可得系统负荷的总负荷：根据当地用电负荷增长
