2022年变电站综合自动化系统 .pdf

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1、I 变电站综合自动化系统摘要变电站综合自动化系统自20 世纪 90 年代以来，一直是我国电力行业中的热点之一。它既是电力建设的需要也是市场的需要，我国每年变电站的数量以3% 5% 的速度增长， 每年有千百座新建变电站投入运行；同时根据电网的要求，每年又有不少变电站进行技术改造，以提高自动化水平。近几年来我国变电站综合自动化技术，无论从国外引进的，还是国内自行开发研制的系统，在技术和数量上都有显著的发展。本文首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数，分析负荷发展趋势 , 从负荷增长方面阐明了建站的必要性然后通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑，并通过对负荷资料的分析，安全，经济及可靠性

2、方面考虑，确定了110kV，35kV，10kV 以及站用电的主接线，然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数，容量及型号，同时也确定了站用变压器的容量及型号， 最后，根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，对高压熔断器，隔离开关，母线，绝缘子和穿墙套管，电压互感器，电流互感器进行了选型，从而完成了110kV变电站的设计。关键词 ：变电站 ; 变压器 ; 主接线名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 10 页 - - - - - - - - - 1 1 供电

3、结构设计供电结构总体要求：电气主接线是指变配电传输电能的通路，这些通路中有变压器、母线、断路器、隔离开关、电抗器以及线路等电气设备。它们的连接方式，对供电的可靠性、运行灵活性、 检修是否方便以及经济上是否合理等均起着决定性的作用，并且对电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方式的拟定也有较大的影响。所以，合理确定电气主接线方案，是变配甩所设计中的一项首要任务。电气主接线应根据它在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件来确定，井应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。（一）可靠性（l ） 主接线的可靠性应包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中可靠性的综合。主接线的可靠性在

4、很大程度上取决于设备的可靠性，采用可靠性高的电气设备还可以简化接线。(2 ）主接线可靠性的衡量标准是运行实践，所以，在确定主接线时要考虑断路器检修时，不宜影响对系统的供电。断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电，尽量避免全部停运的可能性。(3 ）要充分考虑煤矿用电设备对供电可靠性的要求。下列安全用电负荷的配电装置必须由两个独立电源供电：（二）灵活性主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。(1 ）调度时序叮以灵活地投入和切除变庄器和线路，调配电源和负荷满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及待殊运行方式卜的系统调度要求。(

5、2) 检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不影响电力网的运行和对用户的供电。井上地面变电站主接线结构设计：主变压器一次接线：矿区或矿井变电所的主变压器一般选用两台。当一台停止运行时，其余主变压器容量应能保证矿井全部一、二级负荷用电需要。而与此相配合的接线方式有母线分段式，桥型接线，环网供电等，本设计由于是大容量供电，采用如图所示的全桥式接线方式。若采用并联运行方式则有利于负荷分配和降低线损，但是由于线路不独立，保护设置复杂，一般的电流，电压保护不起作用，采用纵差保护要沿线路假设控制线，采用横差保护当线路不长时有较大死去，难以整定，此外，胸痛短路电流较大，对所选设备

6、的短路承名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 10 页 - - - - - - - - - 2 受能力要求高，经济性差，故一般不采用此方案。若采用一路使用，一路带点备用的方案，线路独立，保护设置方便，简单，容易整定，运行较为灵活，短路电流相对较小，但由于一回线路承担全矿负荷，线路电压损失和功率损失都较大，故在一定条件下可以采用此方案。该方案在目前的现场也有运用。本设计综合上述两种方案的优点，采用两回路分裂运行，该方案同样是线路独立，保护设置方便，简单。容易整定，

7、而且运行灵活，短路电流相对较少，负荷电流近似为全矿总电流的一半，故电压损失和功率损失都比较小，等于集中了前两种方案的优点，所以是较优的运行方式。待建 110 kV盐北变电站主要用于对盐北地区的用户用电进行正常供电。考虑到盐北地区的地理位置和以后的发展情况确定建立盐北变电站，该变电所主要用于对一些主要用户进行供电，比如水厂等，为了确保供电的安全可靠性，110 kV 侧用内桥接线，对于一些重要的用户应采用双回路供电。待建的盐北变电所周围的自然环境条件如下：（1）待建 110kV盐北变电站从相距30km的 110kV东郊变电站受电。（2） 待建 110kV盐北变电站年负荷增长率为5% ，变电站总负荷

8、考虑五年发展规划。（3）地区气温 : 年最高气温 35，年最低气温 15。年平均气温 15。在修建给变电所的时候， 应充分考虑自然环境对变电所的电气设备的影响，确保变电站的工作安全可靠，考虑到该地区以后的发展前景，变电所按每年5%的负荷递增，所以要求在变电所内要有一定的备用线路。根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数，分析负荷发展趋势。从负荷增长方面阐明了建站的必要性，然后通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑，并通过对负荷资料的分析，安全，经济及可靠性方面考虑，确定了110kV，35kV，10kV的接线方式， 然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数，容量及型号，最后，对高压断路

9、器，隔离开关，母线，电压互感器，电流互感器进行选择，电力系统的无功功率平衡是系统电压质量的根本保证。在电力系统中，整个系统的自然无功负荷总大于原有的无功电源，因此必须进行无功补偿。110kV变电所，采用双回110KV线路接入系统。 35KV 、10KV配电线路均采用双回线供电。110kV 采用内桥接线，安装两台SFPSZ9-75000/110 三相三线圈变压器。35kV、10kV母线采用单母线分段接线。通常情况下 110kV的变电所是在 35kV母线和 10kV母线上进行无功补偿。1.1 原始资料分析表 1-1 待建 110kV 盐北变电所各电压级负荷数据如下表: 电压线路名称最大负COS 负

10、荷供电距Tmax及同名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 10 页 - - - - - - - - - 3 等级荷 （MW ）级别离 （KM ） 时率35kV A 20 0.9 3 10 5000/0.9 B 15 0.9 2 12 造纸厂11 0.9 3 8 化工厂20 0.9 3 7 冶炼厂15 0.9 2 10 10kV A 3 0.85 3 1.5 3500/0.85 B 2 0.85 3 2.5 毛纺厂1 0.85 2 1.0 水泥厂1.2 0.85

11、2 1.5 纺织厂0.8 0.85 2 1.0 水厂2 0.85 3 1.5 1.2 对原始资料的分析计算为满足电力系统对无功的需要，需要在用户侧装设电容器， 进行无功补偿，使用户的功率因数提高， 35kV线路用户功率因数提高到0.9 为宜，10kV线路用户功率因数应不低于0.9 。根据原始资料中的最大有功及调整后的功率因数，算出最大无功，可得出以下数据: 表 1-2 电压等级线路名称最 大 有功（MW ）最大 无功（MVAr ）COS 负荷级别Tmax同时率35KV A 20 9.19 0.9 3 5000 09 B 15 7.27 0.9 2 造纸厂11 5.33 0.9 3 化工厂20

12、9.19 0.9 3 冶炼厂15 7.27 0.9 2 10KV A 3 1.46 0.85 3 3500 085 B 2 0.92 0.85 3 毛纺厂1 0.49 0.85 2 水泥厂1.2 0.58 0.85 2 纺织厂0.8 0.39 0.85 2 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 10 页 - - - - - - - - - 4 水厂2 0.92 0.85 3 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - -

13、 - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 10 页 - - - - - - - - - 5 2 110KV 变电所接入系统设计2.1 确定电压等级及回路数输电线路电压等级的确定应符合国家规定的标准电压等级。选择电压等级时，应根据输送容量和输电距离，以及接入电网的额定电压的情况来确定，输送容量应该考虑变电所总负荷和五年发展规划。因此110kV 盐北变电所的最高电压等级应为 110kV。110kV盐北变电所建成后，所供用户中存在、类重要负荷，因此110KV盐北变电所应采用双回110kV线路接入系统。2.2 110kV 线路导线的规格、型号及截面选择由于 1

14、10kV盐北变电所距离受电110kV某变电站 30KM ， 处于平原河网地区，因此应采用架空线路，导线选择LGJ型。导线截面积选择的一般方法是：先按经济电流密度初选导线标称截面积，然后进行电压损失的校验（1）110kV盐北变电所总负荷的计算：3520 1511 20 15(9.197.275.339.197.27)3535SPjQj（2-1）8138.25j535(15% )(8138.25)1.28103.749Sjj2235103.749114.8()SM VA103211.220.8(1.460.920.490.580.390.92)1010SPjQj104.76j（2-2）510(15

15、% )(104.76)1.2812.86.1Sjj221012.86.114.2()SM VA511011035351010(15% )SKKSKS（2-3）50.950.9(8138.25)0.85(104.76)1.05jj98.746.65j2211098.746.65109.2()SM VA110110cos98.7109.20.9PS（2-4）（2）根据maxT软导线经济电流密度表，确定Jec 35max 3510max 10max35108150001035004835()8110PTP TTPP小 时（2-5）查得 Jec1.15 （A/mm2 ）名师资料总结 - - -精品资料

16、欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 10 页 - - - - - - - - - 6 （3）计算导线的经济截面积jS，查附表找出 S选21100.53(0.5109.21.732110)103249.2()1.15jNjISUSmmJJ（2-6）（4）结论：选取导线规格为2 回 LGJ 240/40 （5）对所选导线进行电压校验；正常运行时： n=2 2298.70.123046.650.430%100%22110NPRQ XUU（2-7）3.8% 10% ，符合要求。故障运行时，考虑一条回

17、路因故障切除，另一条回路能保证全部负荷供电2298.70.123046.650.430%100%22110NPRQ XUU（2-8）7.6% 15% ，符合要求。结论：本变电所经上述计算、校验，决定采用2 回 LGJ 240/40 导线接入系统。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 10 页 - - - - - - - - - 7 3 继电保护配置电网继电保护配置的原则是首先满足继电保护的四项基本要求，即满足选择性、速动性、灵敏性、可靠性。然后各类保护的工作原理

18、、性能结合电网的电压等级、网络结构、接线方式等特点进行选择，使之能够有机配合起来，构成完善的电网保护3.1 主变压器保护配置（1）瓦斯保护：作为变压器的主保护，反应变压器油箱内部故障，包括绕组的相间短路，接地短路，匝间短路以及铁芯烧损，油面降低等。轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于断开变压器各侧断路器。（2）纵差保护：作为主变压器的主保护，反应变压器绕组、套管和引出线上的相间短路，大电流接地系统侧绕组和引出线的单相接地、短路以及绕组匝间短路，采用三相CT分别装于主变三侧四点上用专用的CT 。（3） 复合电压启动的定时限过流保护：是瓦斯保护、 纵差保护的后备保护，反应发生各种不对称短路时出现的负序电

19、压。（4）零序电流保护：反应变压器外部接地短路。（5）过负荷保护：反应变压器对称过负荷，保护接于一相电流上，常延时动作于信号，和过流保护共用一个CT 。3.2 母线及线路保护（1）母线保护：35kV单母线分段 (分列运行 )，不采用专门的保护，当母线故障时，可由变压器 35kV侧断路器跳开切除故障。10kV单母线分段 (分列运行 )，不采用专门的保护，当母线故障时，可由变压器 10kV侧断路器跳开切除故障。（2）线路保护：在 35KV小接地电流系统的线路上， 应装设反映相间故障和单相接地故障的保护装置。考虑反映相间故障装设两段式电流保护：限时电流速断保护、定时过流保护。保护动作于出线断路器，保

20、护采用两相式接线。加装三相一次重合闸。反映单相接地故障，加装反映零序电压的接地信号装置，单相接地时发出信号。在 10kV小接地电流系统的线路上， 应装设反映相间故障和单相接地故障的保护装置。考虑反映相间故障装设两段式电流保护：限时电流速断保护、定时过流保护。保护动作于出线断路器，保护采用两相式接线。加装三相一次重合闸。反映单相接地故障，加装反映零序电压的接地信号装置，单相接地时发出信号。母联开关保护：加装带时限的定限时过流保护，作为母线充电时的保护。1）110kV进线：因为待建110kV变电所处在系统的受电端，故110KV进线不设保护名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - -

21、 - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 10 页 - - - - - - - - - 8 2）35kV线路保护： ( 电流速断保护、 定时限过流保护 ) 二段式电流保护、 快速重合闸段电流速断保护作为主保护，反应于相间故障时因电流增大而瞬时动作的电流保护，保护线路全长的15%20%。段定时限过流保护，作为段电流速断保护的后备保护，不仅能保护本线路的全长， 而且也能保护相邻线路的全长。 电流保护采用二相CT(A、 C相) 。当线路上出现瞬时故障如不终止供电，应装设自动重合闸装置。当线路发生单相接地故障时，因 35kV为小电流

22、接地系统， 可以继续运行2 小时，故只作用于信号，而不跳开断路器，接于PT的开口三角处。（3）10kV线路保护：二段式电流保护(电流速断保护、定时限过流保护) 、快速重合闸主保护采用二段定时限电流速断保护，比段高 t 时限，保护线路全线的 70%80%。当线路上出现瞬时故障如不终止供电，应装设自动重合闸装置。当线路发生单相接地故障时，因 10kV为小电流接地系统， 可以继续运行2 小时，故只作用于信号，而不跳开断路器，接于PT的开口三角处。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - -

23、第 9 页，共 10 页 - - - - - - - - - 9 参考文献1 王立舒 . 农村发电厂变电所电气一次设计手册. 哈尔滨 : 东北农业大学出版社 ,1998. 2 周文俊 . 电气设备实用手册 . 北京 : 中国水利水电出版社,1999:45 149. 3 丁毓山 , 雷振山. 中小型变电所实用设计手册. 北京: 中国水利水电出版社,2000. 4 王世新 . 农村发电厂变电站电气部分. 北京: 中国农业出版社 ,1996. 5 何仰赞 . 电力系统分析 . 武汉: 华中理工大学出版社 ,2002:166 222. 6 孙 国 凯 , 柴玉 华 . 电力系 统继 电保 护. 北 京

24、: 中国 水利 水 电出 版社,1999:87 142. 7 张玉诸 . 发电厂及变电所的二次接线. 哈尔滨 : 东北农业大学出版社,2000. 8 赵玉林 . 高电压技术 . 北京: 机械工业出版社 ,2001:12 61. 9 国家电力公司农电工作部.35kV 及以上工程 . 北京: 中国电力出版社,2002. 10 谈 笑 君 , 尹 春 燕 . 变 配 电 所 及 其 安 全 运 行 . 机 械 工 业 出 版社,2000:12 136. 11 曹绳敏 . 电气系统课程设计及毕业设计参考资料. 北京 : 中国水利水电出版社 ,1995. 12 许敬贤 , 张道民 . 电力系统继电保护 . 北京: 中国工业出版社 ,1964. 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 10 页 - - - - - - - - -