变电站电气部分设计开题报告

1一、选题的依据及意义设计依据：1.1江西省电力公司文件“关于南昌艾湖220kV输变电工程初步设计审查（技术部分）的会议纪要”（赣电基[2003]10号）；1.2《中华人们共和国电力行业标准（220kV~500kV变电所设计技术规程）》；1.3水利电力西北电力设计院，电力工程电气设计手册，中国电力出版社，1989.1。设计意义：此座变电站（一期）建设完成后，将满足届时周边工业园区以及配套生活、娱乐区的用电需求，之后各期的建设均能同步满足当地发展的用电需要，为该地区经济发展和城市建设的顺利进行提供电能保障。二、国内外研究现状及发展趋势（含文献综述）2.1国外的研究现状近年来一些发达国家的能源不是很丰富，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。2.1.1保证供电可靠性方面，发达国家，如法国，均采用先进的设备，单个变电站的可靠性较高，接线以简单、实用为指导思想；同时追求合理的电网规划，建设坚强的电网，以提高整个电力系统的可靠性，增强电网抵御事故的能力。2.1.2提高变电站经济性方面，西方国家大部分采用无人值班、远方监控的运行管理方式，并按照分层分区的原则设置集控站或集控中心对所辖变电站采用远方操作方式，减少运行值班人员的开支；另外，采用变电站间的相互备用的方法，减少备用的投入。2.1.3合理利用土地方面，以法国为例，电力公司已项目寿命内的效益最大化为原则，综合考虑对周边环境的影响、基建投资费用、运行维护的成本等诸多因素后，确定变电站的占地面积，并不单一追求变电站占地面积最小。2.2国内的研究状况我国电力建设经过多年的发展，系统容量越来越大，短路电流不断增大，对电气设备、系统内大量信息的实时性等要求越来越高;而随着科学技术的高速发展，制造、材料行业，尤其是计算机及网络技术的迅速发展，电力系统的变电技术也有了新的飞跃，我国变电站设计出现了一些新的趋势。2.2.1变电站接线方案趋于简单随着制造厂生产的电气设备质量的提高以及电网可靠性的增加，变电站接线简化趋于可能。例如，断路器是变电站的主要电气设备，其制造技术近年来有了较大发展，可靠性大为提高，检修时间少。特别国外一些知名厂家生产的超高压断路器均可达到20年不大修，更换部件费时很短。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已逐渐采用一些新的更为简单的接线方案。2.2.2大量采用新的电气一次设备2近年来电气一次设备制造有了较大发展，大量高性能、新型设备不断出现，设备趋于无油化，采用SF6气体绝缘的设备价格不断下降，伴随着国产GIS向高电压、大容量、三相共箱体方面发展，性能不断完善，应用面不断扩大，许多城网建设工程、用户工程都考虑采用GIS配电装置。变电站设计的电气设备档次不断提高，配电装置也从传统的形式走向无油化、真空开关、SF6开关和机、电组合一体化的小型设备发展。这些户外高压和超高压组合电器共同特点是以SF6断路器为核心，与其它高压电气设备进行组合，形式繁多，通过插接式复合光缆，与就地布置的控制保护智能柜连接在一起的完整超高压开关系统。2.2.3变电站综合自动化技术变电站综合自动化系统近几年一直是电力建设的一个热点。无论国内国外，还是从管理方、运行方及设计单位对于变电站实现综合自动化均取得了共识。伴随着计算机技术、网络技术和通信技术的发展，变电站综合自动化也采用了新的技术，其技术动向主要集中在以下两个方面。(1)全分散式变电站自动化系统:新型的全分散式变电站自动化系统，设计思想上实现了变电站二次系统由“面向功能”设计向“面向对象”设计的重要转变。系统不再单纯考虑某一个量，而是为某一设备配置完备的保护、监控和测量功能装置，以完成特定的功能，从而并保证了系统的分布式开放性。其特点是各现场输入输出单元部件分别安装在中低压开关柜或高压一次设备附近，现场单元部件可以是保护、监控和测量功能的集成装置，亦可以是现场的保护、监控和测量部件分别保持其独立性。变电站遥测遥信采集及处理、遥控命令执行和继电保护功能等均由现场单元部件独立完成，并将这些信息通过网络送至后台主计算机。(2)引入先进的网络技术: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，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。2.2.4变电站占地及建筑面积减少变电站接线方案的简化，组合电器、管母线及钢支架等的采用，使变电站布置更为简单，取消站前区和优化布置使变电站占地大幅度下降。据有关资料介绍，采用GIS的配电装置和敞开式配电装置相比可节省占地80%以上。采用PASS的配电装置和敞开式配电装置相比可节省占地40%-60%。即使同样敞开式配电装置，由于简化接线(比如取消旁路母线等)也会减少变电站占地面积。分散式变电站自动化系统的采用，电缆大量减少，主控楼在活动地板下敷设电缆，取消电缆夹层，主控楼建筑面积减少。另外，针对一些110kV及以下变电站实现无人值班，设计中取消了与运行人员有关的建筑和设施，建筑面积更是大为减少。2.3变电站设计中的热点难点2.3.1提高供电可靠性从变电站（尤其是220kV的非终端变电站）、输配电线路到电力用户，有成千上万的设备及控制和保护装置，它们分布在各种不同的环境和地区，都可能发3生不同类型的故障或事故，影响电力系统正常运行和对用户的正常供电。因此，从电力系统规划到运行都要重视供电可靠性的提高。2.3.2提高经济性变电站在电网建设中无论投资，还是运行和维护都是主要部分。它的建设和运行维护在未来电力市场中面临新的挑战，在提高供电可靠性、改善供电质量的同时，必须降低成本，同时满足环境的日益严格要求。2.3.3提高变电站用地的利用效率随着经济和城市建设的发展，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；而城市土地十分宝贵，地价越来越昂贵，环境要求严格，在稠密的市区选择变电站址相当困难。另一方面，在农村，农田的保护又非常严格。这就造成了现在变电站土地利用困难的问题。2.4可研究分析的方案2.4.1提高变电站供电可靠性的技术措施(1)选用高度可靠的供电设备，其次要做好供电设备的维护工作，防止各种可能的误操作。在科学治理的基础上，“状态维修”制度比定期计划维修制度要优越，它不但可提高供电可靠性，而且有显著经济效益。(2)提高送电线路和变电站主接线的可靠性。向城市和工业地区供电的变电站进线应采用双回线，以不同的电源供电。重要的用户亦要采用双回线双电源供电。双回线供电与单回线供电相比，可靠性要高得多。(3)配(供)电管治理系统。配电系统计算机监控和信息治理系统不仅能提高供电可靠性，而且具有显著经济效益。目前正在研究的配电治理系统(DMS)，是在用于输电系统的能量治理系统(EMS)基础上发展起来的综合自动化系统。它是一个以电力系统中的配电系统，直至用户为控制与治理对象，具备数据采集与监视(SCADA)、负荷控制与治理、自动绘制地图与设备治理、工作顺序治理和网络分析等功能的计算机控制系统。(4)合理配置继电保护装置，包括高低压用电设备的熔丝保护及保护整定值的配合。当电气设备发生事故时，用保护装置迅速切断故障，使事故影响限制在最小的范围。(5)采用安全自动装置。例如，在变电站装设低频率自动减负荷装置，当系统频率降低到一定数值时，自动断开某些配电线路的断路器，切除部分不重要负荷，使电力系统出力与用电负荷平衡，频率迅速恢复正常，以确保重要用户的连续供电。提高供电可靠性的自动装置还有高压线路的自动重合闸、自动解列装置、按功率或电压稳定极限的自动切负荷装置等等。2.4.2提高变电站经济性的可研究措施(1)采用最合适的运行方式，对于每个变电站而言，都有最适合的运行方式，对于最合适运行方式的研究，要通过对变电站电气模型经过计算，再得出结论。(2)选用适合的变压器，通过对负荷的估计，采用多台变压器，在负荷较低时可以将其中的一部分停运，尽量使变压器在接近满负荷的状态下运行，降低损耗。2.4.3提高变电站土地利用效率的可研究措施(1)采用组合电器、管母线及钢支架等，使变电站布置更为简单，占地大幅度下降。采用GIS的配电装置和敞开式配电装置相比可节省占地80%以上。采用PASS的配电装置和敞开式配电装置相比可节省占地40%-60%。4(2)简化变电站接线方案，对于同样形式的配电装置（组合式或敞开式），由于简化接线(比如取消旁路母线等)会减少变电站占地面积。(3)采用分散式变电站自动化系统，电缆大量减少，主控楼在活动地板下敷设电缆，取消电缆夹层，主控楼建筑面积减少。(4)针对一些110kV及以下变电站实现无人值班，设计中取消了与运行人员有关的建筑和设施，建筑面积更是大为减少。而今，更高电压等级的变电站也有向无人值守方式发展的趋势。2.5现有的方法2.5.1现有提高供电可靠性的方法选用高度可靠的供电设备；合理配置继电保护装置；提高送电线路和变电站主接线的可靠性；采用安全自动装置等。2.5.2现有提高经济性的方法采用简化的主接线的形式；采用多台主变运行；与其他变电站户为备用电源；采用适合的运行方式等。2.5.3现有提高土地利用效率的方法采用室内式多层变电站；大量采用组合电器；采用地下变电站形式；采用无人值守形式；简化变电站线路布置等。2.6.未来发展方向随着电网运行水平的提高，各级调度中心和变电站集控中心对变电站的信息量采集要求是越来越多，以便能够及时掌握电网及变电站的运行情况，提高变电站的可控性。目前，变电站的发展趋于以下几个方面：2.6.1数字化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数字化，信息传递实现网络化，通信模型达到标准化，使得各种设备和功能共享统一的信息平台。2.6.2装配化装配化变电站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，大幅缩短设计及建设周期，减少变电站占地面积，节约土地资源。、2.6.3智能化智能化变电站的发展，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，使得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。三、本课题研究内容1.根据规定的容量选择主变；2.设计电气主接线方案；3.电气总平面设计；4.短路电流计算；5.一次设备的选择及校验；6.各级电压配电装置的布置；7.二次回路方案的选择及继电保护的整定；8.所用电设计；59.防雷接地方案的设计；四、本课题研究方案4.1提高供电可靠性的方案4.1.1通过对各种主接线形式可靠性的计算分析，选用可靠性较高的主接线形式。4.1.2根据短路电流计算的结果对继电保护设备进行整定计算，选择最合适的继保设备。4.1.3通过对相应配电产品的分析对比，选择可靠性最优的设备。4.2提高变电站经济性的方案4.2.1通过对变电站所承担负荷的分析，合理选择主变台数及型号。4.2.2通过对负荷情况的分析和预测，制定合理的运行方式；根据负荷的变化，及时对运行方式进行调整。4.2.3其他变电站形成相互备用，降低成本。4.2.4分期建设，根据当地负荷增加情况逐步增加容量。4.3提高变电站土地利用效率的方案4.3.1采用组合电器。4.3.210kV侧设备采用室内布置。4.3.3在活动地板下敷设