变电站自动化

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1、变电站自动化1.1 题目来源及背景变电站是输配电系统中的一个重要环节， 它起着电能的汇集和分配等重要作用， 对电网安全和经济运行起着举足轻重的作用。 变电站是电力系统的一部分， 其功能是变换电压等级、 汇集配送电能，主要包括变压器、母线、线路开关设备、建筑物及电力系统安全和控制所需的设施。因此，本文的主要工作是设计新建一个 110kV 的降压变电站，将杭钢转炉厂其中四台 LF 炉(1#LF炉、 2#LF 炉、 5#LF 炉、 6#LF 炉) 的负荷从总降变分配出去， 从而降低总降变供电压力， 并且将四台 LF 炉冲击性负荷分配出去后还可以减少大量的谐波，提高供电质量及其它用户的供电稳定性，降低

2、电气系统安全隐患，达到安全、经济运行的目的。国内外发展状况：随着我国电力系统逐渐向大电网、超高压、大容量等的迅速发展， 高压开关设备在近些年来也都有了很大程度上的发展，并且不断向小型化、无油化、免维护 ( 或者少维护 ) 、高可靠性等方向发展， 高耗能的变电设备也在逐步进行淘汰。近几年来世界上各个国家的著名的电气设备公司都在相继研制、 开发了各种类型的高压或是超高压型 GIS 组合电器。随着 GIS 气体封闭式组合电器不断完善及电力系统的需要， 全国各地区 110kV 及以上电压等级的变电站的高压设备选用 GIS组合电器己成为 110kV变电站的最主要的发展趋势。 同时，国内外一些高压开关生产

3、厂也己经可以生产 110kV 户外紧凑型组合电器。目前，国外广泛采用的 110kV 紧凑型组合电器的主要产品有 COMPASS, COMPACT, MCI等，其中， COMPASS在我国己得到了广泛的应用。户外插接式智能型组合电器则是一种功能更加完备的高压开关， 它包含一次、 二次设备以及相关的插接式复合光缆等。 户外插接式智能型组合电器 在 国 外 被 称 为 PASS (Plug and Switch System)，例如美国 ABB公司从 1969 年就开始提供 GIS, 90 年代初期， ABB公司在总结和吸收了世界各国己投入运行的 5000多个 SF6GIS间隔运行经验的基础上，开发

4、研制出了 LK-04 型 GIS，其额定电压为 145kV, LK-04 型 GIS 将所有元件模块化，并采用组合式的隔离开关 / 接地开关单元、插接式高压电缆头、电压互感器、就地控制柜也是布置在本体上、 智能化运行和管理等许多新的技术，使得 GIS 组合电器向模块化、 组合化、小型化、智能化等方向又迈进了一大步。 近几年内，美国 ABB公司又在 ELK- 04 型(145kV) GIS 组合电器的基础上针对 110kV 电压等级，又设计了最新的 EXK-O1 型 GIS 组合电器，其额定电压为 123kV (BIL 值为 550kV)，该 GIS 全部通过型式试验。它使得 GIS 组合电器的

5、体积、 尺寸变得更小、质量变得更轻，从而进一步提高了 110kVGIS 的性价比。西门子公司也在1968 年开始生产 8D型 GIS 组合电器， 90 年代后期，西门子公司在总结世界各国约 6000 个该型号 GIS 组合电器的运行经验后，开发了新型的 8DN8型 GIS，其额定电压为 145kV (BIL 值为 650kV)，该 GIS也全部通过了型式试验。 其每个标准得出线间隔( 电缆出线 ) 外形尺寸为 : 长 3. 5 米、宽 0. 8 米、高 2. 85 米，体积为 7. 98 立方米，重量 ( 静荷载) 为 3 吨。这是世界上至今为止尺寸、体积最小，重量最轻的 110kV GIS

6、组合电器。此外，法国的阿尔斯通公司、 口本的三菱公司、 伊林公司灯都相继开发出了新一代的 110kVGIS。国家电力公司目前也 GIS 组合电器，并在 500kV 变电站逐步进行工业性应用试验。 这些 GIS 组合电器运行可靠性高、 施工安装简单、 节省占地面积和空间、运行维护方便， 是高压电气设备未来发展的一个主要方向，也符合我国国情和技术发展的大方向。变电所一次设备主接线方式的现状通常， 110kV 变电站最常用的主接线方式主要有 : 单母线、单母线分段带旁路、 单母线分段、双母线分段带旁路、 双母线、1 个半断路器接线、线路变压器组接线及桥形接线等。 随着生产厂生产的高压电气设备质量的不

7、断提高以及电网可靠性要求的增加， 变电站主接线方式简化趋于可能。例如，高压断路器是变电站主要的电气设备，其制造技术再近年来有了很大程度的发展， 可靠性也大大提高， 维护时间较少甚至免维护。 特别是国外一些知名生产厂家的超高压断路器一般均可达到 20 年左右不大修，更换元件费时也很短。因此，从形式上看，变电站一次系统主接线的发展过程经历了由简单到复杂， 再由复杂回到简单的过程。在 70 年代，由于当时受到制造技术、控制技术和通信技术等条件的制约， 为了提高供电系统的可靠性， 产生了主接线从简单到复杂的演变过程。 在当今的技术环境下， 随着新技术、高质量电气产品的广泛应用， 某些条件下采用简单的主

8、接线方式会比复杂主接线方式更加可靠、更加安全。因此，变电所主接线方式也就口趋简化。变电所电气主接线方式应该根据可靠性、经济性、灵活性及技术环境统一性来决定。为了进一步控制工程造价， 提高经济效益， 经过专家反复论证，我国少数变电站设计目前己经逐渐采用了一些新的、 更为简单的主接线方式。 近期，国内新建的部分 110kV 电压等级的枢纽变电站的主接线采用双母线不带旁路母线。在采用 GIS 的情况下，优先采用单母线分段接线。而在终端变电站中，应尽量采用线路变压器组接线方式等。变电站二次回路的发展现状综合自动化变电站与传统的变电站在二次回路进行比较，综合自动化变电站具有接线较为简单，设备相对减少，接

9、线方式更合理，系统性强等特点。传统的变电站的二次回路可以说是一个复杂的网络，它既包含了控制系统、 测量系统、信号系统与监察系统， 又包含了继电保护、 调节系统、自动装置系统及操作电源系统等。 其中光是信号系统就包含了位置信号、瞬时预警信号、事故音响信号、 延时预警信号等。 这些二次回路中，各系统之间都是靠硬件连接， 因此二次接线就比较复杂。而综合自动化的变电站在基本原理上打破原来的框架。如原来靠硬件连线的系统，现在可以通过数字通信进行联系，原来控制屏、保护屏、信号屏等各屏内设备间的连线由保护装置内部的电路板取代， 这样二次回路的接线就更简单得多了。 传统变电站的二次设备， 是分散地装设在控制屏

10、、 信号屏及保护屏上， 每一个电气元件都要配置测量仪表、转换开关、光字牌、位置指示灯等。而每一套继电保护都是需要要有若干个中间继电器、 交流测量继电器、 信号继电器等组成。一个变电站包括多个电气单元就会有很多的二次设备。而综合自动化变电站一个电气单元的控制、测量、保护及信号可以在一个保护测控装置内实现，继电保护则是由一套微机保护装置组成。综合自动化变电站中， 也可以取消中央信号屏及控制屏。 这样，二次设备相应减少了很多。综合自动化变电站中， 二次设备是按照每一个电气单元配置， 二次接线也是按电气单元， 一对一的方式进行连接。 不同的电气单元之间， 只有操作闭锁回路的连接，保护之间配合的连接，相

11、应之间的连接大为减少。 对变电站的一些公用二次设备和一些不属于各个电气单元的二次设备将它们组合为公用屏。 这样，从变电站整体来看，二次回路的接线比较合理，系统性强，也有规律，使得运行维护人员易于掌握。变电站综合自动化的发展现状变电站综合自动化是在计算机技术及网络通信的基础上发展起来的。国外从80 年代初就开始进行研究开发， 迄今为止，各大电力设备生产厂家都陆续地推出了系列产品。如ABB,德国AEG公司、 SIEMENTS、法国阿尔斯通公司、美国西屋公司、口本口立等公司， 都分别推出自己的变电站综合自动化产品。 世界各国新建的变电站也大都是采用了全数字化的二次设备，相应采用了变电站综合自动化技术

12、。并且随着工EC相关标准的不断颁布， 工业国家的变电站综合自动化技术己进入规范发展的阶段。 我国对变电站综合自动化的研究及设计开发相对于世界发达国家来说比较晚，大约从 90 年代开始，初期阶段主要研制和生产集中式的变电站综合自动化系统。90 年代中期，开始研制分散式变电站综合自动化系统，与国外先进水平相比， 自动化产品的差距不断减小。许多高校、制造厂家、科研单位以及规划设计、运营部门和基建在学习与借鉴国外先进技术的同时， 正在结合我国的实际情况， 共同努力继续开发设计更加符合我国国情的变电站综合自动化系统。 国内科研院校及制造厂商如南瑞、清华紫光、四方及许继等生产厂家，经过多年的研究开发己经逐

13、渐形成了技术成熟、 运行可靠的自动化产品，并取得了宝贵的运行经验，也得到了广大用户的肯定。目前特别是微机保护、防误操作、监控、小电流接地选线、故障录波等功能的不断完善， 为一体化的设计提供了良好的基础。同时，在激烈的市场竞争中，许多生产厂家也深感唯有一体化的设计， 才能够大幅度地降低成本，增强竞争力，提高性价比，保持并扩大市场份额。 ABB, GE, S 工 MENTS等外国知名厂家早在几年前就己推出了一体化产品， 并且取得了成功。1.4 论文的结构安排全文共包括六章内容。第一章为绪论，主要介绍了目前国内外高压电器的发展现状， 包括主接线方式、 G工 s, 二次系统、综合自动化等方面的内容。第

14、二章为确定主接线方式， 根据主接线方式的确定原则， 以及杭钢目前的负荷分布情况， 确定了本设计的主接线方式，不仅能够满足安全、稳定的特点，还保留了灵活性以及以后扩建的可能性。第三章为电气一次设备的选型，主要是110kV, 35kV, 6kV 设备的规格型号等，选择原则主要是在能够满足系统要求的前提下， 尽可能选择无油化，易检修等特点。第四章为二次系统的选择， 本设计采用杭州华光 HE2000发电厂及变电站综合自动化系统，剔除了原有的常规保护。 针对不同电气设备的保护需求，配置合理的综保装置。变电站基于无人值守的选择，实现“四遥” 。第五章为无功补偿的选型， 介于传统静态无功补偿的劣势，本设计采

15、用动态无功补偿装置，克服了原有静态补偿的劣势， 不仅大大起到节能的效果，而且能有效降低谐波污染，对电网安全稳定运行起到很大的作用。第六章为结论部分，对全文进行总结。第二章变电所总体结构设计变电站的总体结构设计是变电站设计的核心之一，尤其是电气主接线的设计更是电力系统的非常重要的环节。 电气主接线方式及其接入系统后的可靠性、经济性及灵活性决定了变电站运行的安全性及经济效益，并且对电气一、二次设备的选型、继电保护、配电装置布置及控制方式有非常大的影响。 因此，必须协调处理好各方面的关系，全面分析相关的影响因素，正确评价一个变电站的主接线方式及其接入系统的可靠性与经济性。2.1 电气主接线的设计原则电气主接线的设计以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程的实际情况，在保证供电可靠性、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护的方便，尽可能的节省投资， 就近取材，力争电气设备元件与设计的先进性和可靠性，坚持可靠、适用、先进、美观、经济的原则。同时，设计的主接线方式应该能够满足供电可靠