220kV變電站電氣一次初步設(shè)計(jì) 李輝
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220kV變電站電氣一次初步設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述一、變電站建設(shè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢概述現(xiàn)代電力系統(tǒng)是一個(gè)巨大的嚴(yán)密的整體,各類發(fā)電廠變電站分工完成整個(gè)電力系統(tǒng)的發(fā)電,變電和配電的任務(wù)。變電站是電力系統(tǒng)中變換電壓,接受和分配電能,控制電力的流向和調(diào)整電壓的電力設(shè)施,他通過其變壓器將各級(jí)電壓的電網(wǎng)聯(lián)系起來。我國電力系統(tǒng)的變電站大致分為四大類:系統(tǒng)樞紐變電站,地區(qū)一次變電站,地區(qū)二次變電站,終端變電站。由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,電力網(wǎng)容量的增大,電壓等級(jí)的提高,綜合自動(dòng)化水平的需求,使變電站設(shè)計(jì)問題越來越復(fù)雜,除了常規(guī)變電站之外,又出現(xiàn)了微機(jī)變電所,綜合自動(dòng)化變電所,小型化變電所和無人值班變電所。目前發(fā)達(dá)國家已經(jīng)形成了完善的變電設(shè)計(jì)理論,通過改善優(yōu)化變電站結(jié)構(gòu),降低功率損耗,提高變電站的可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性,真正的做到了向節(jié)約型,集約型,高效型發(fā)展。當(dāng)前,隨著我國城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)與改造工作的開展,對(duì)變電站設(shè)計(jì)也提出了更高、更新的要求。1同西方發(fā)達(dá)國家相比,由于我國變電站自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用起步較晚,變電站運(yùn)行管理的理念也有很大差異,使我們的變電站無人值守運(yùn)行水平與之相比還有很大的差距。在我國,許多220 kV及以下電壓等級(jí)變電站已經(jīng)開始由監(jiān)控中心進(jìn)行監(jiān)控,基本上實(shí)現(xiàn)了變電站無人值守。但作為國內(nèi)電網(wǎng)中最高電壓等級(jí)的500 kV和330 kV變電站,即使采用了變電站自動(dòng)化系統(tǒng),也都實(shí)行有人值守的管理方式。而在歐美發(fā)達(dá)國家,各個(gè)電壓等級(jí)變電站都能實(shí)現(xiàn)無人值守。由此可見,在國內(nèi)外無人值守變電站之間、國內(nèi)外變電站自動(dòng)化系統(tǒng)之間都還有很大的差距。我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來了電力能源的需求持續(xù)增長,城市和農(nóng)村用電需求越來越來高,需要更多的深入市區(qū)和農(nóng)村的變電站,以減少線路的功率損耗,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性等。然而這些變電站占地面積大,同時(shí)城區(qū)地價(jià)昂貴,環(huán)境要求嚴(yán)格,在農(nóng)村,農(nóng)田的保護(hù)非常嚴(yán)格。我國常規(guī)城網(wǎng)變電所主要問題使設(shè)備陳舊,占地面積大,目前已向小型化發(fā)展開始采用全封閉組合電器,即GIS成套設(shè)備。全封閉SF6組合電器(GIS)設(shè)備因其小型化、無油化、安全性好、采用大塊式地基沉降小、可靠性高的特點(diǎn)得到了大力推廣使用;通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,綜合造價(jià)與戶外敞開式配電裝置相當(dāng),具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。2在建配電室和柱上變壓器等供電方式已經(jīng)不能滿足人們的需求時(shí),箱式變供電應(yīng)運(yùn)而生。箱式變電所, 是由成套變電所發(fā)展而來,這類變電所無需土建房屋, 只是把高低壓開關(guān)柜集中在一個(gè)箱式外殼內(nèi),也被稱為戶外成套變電所。3隨著技術(shù)進(jìn)步,微型計(jì)算機(jī)技術(shù)在電力系統(tǒng)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用,它集變電站中的控制、保護(hù)、測量、中央信號(hào)、故障錄波等功能于一身,替代了原常規(guī)的突出式和插件式電磁保護(hù)、晶體管保護(hù)、集成電路保護(hù)。變電站綜合自動(dòng)化和無人值守成為當(dāng)今電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化領(lǐng)域中熱門的話題,在城、農(nóng)網(wǎng)建設(shè)改造中正被廣泛采用。4變電站綜合自動(dòng)化技術(shù),是指采用微機(jī)保護(hù)和微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù),分別采集變電站的模擬量、脈沖量、開關(guān)狀態(tài)量及一些非電量信號(hào),經(jīng)過功能的重新組合,按照預(yù)定的程序和要求實(shí)現(xiàn)變電站監(jiān)視、測量、協(xié)調(diào)和控制自動(dòng)化的集合體和全過程,從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和資源共享,提高變電站自動(dòng)化的整體效益。5 變電所綜合自動(dòng)化在功能上歸納分類應(yīng)包括:微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)部分;微機(jī)保護(hù)部分;故障錄波及故障處理部分;高壓設(shè)備絕緣在線監(jiān)測部分。在設(shè)備結(jié)構(gòu)上,主要有集中式、分布式、部分功能集中部分功能分布式三種不同組成方式。6隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展,無人值守變電站也逐漸普及。20 世紀(jì)80 年代以來,根據(jù)“小容量、密布點(diǎn)、短半徑”的建設(shè)原則和“戶外式、小型化、造價(jià)低、安全可靠、技術(shù)先進(jìn)”的發(fā)展方向,全國建成農(nóng)村小型化變電所上千座,運(yùn)行情況良好。7農(nóng)村無人值班變電所的模式,以小型化模式為基礎(chǔ),簡化主接線,采用檢修周期長、可靠性高的新型設(shè)備,裝設(shè)以微機(jī)為核心的繼電保護(hù)裝置、智能化遠(yuǎn)動(dòng)裝置RTU 和其它自動(dòng)化設(shè)備,實(shí)現(xiàn)變電所綜合自動(dòng)化。8日前我國電力系統(tǒng)己經(jīng)實(shí)現(xiàn)了“網(wǎng)廠分開”,并將繼續(xù)開放電力市場,引入競爭機(jī)制,逐步實(shí)施“競價(jià)上網(wǎng)”,需要減人增效,提高電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益;因此變電站實(shí)施無人值班,減少建筑和占地面積已成為必然趨勢。9隨著變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、基于微機(jī)數(shù)字信息的二次設(shè)備的不斷推廣和普及,現(xiàn)有變電站已經(jīng)具備了一定的數(shù)字式和自動(dòng)化特征。而隨著數(shù)字化技術(shù)不斷發(fā)展, 數(shù)字化變電站將是繼綜合自動(dòng)化技術(shù)后電力系統(tǒng)變電站建設(shè)的又一次革新。 “數(shù)字化變電站”的概念,可以理解為在現(xiàn)有變電站技術(shù)的基礎(chǔ)上,結(jié)合電子式互感器、光纖網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、站內(nèi)設(shè)備互操作技術(shù)的發(fā)展,向數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向的進(jìn)一步延伸。10其基本特征可概括為一、二次設(shè)備的數(shù)字化和智能化、通信網(wǎng)絡(luò)化、模型和通信協(xié)議統(tǒng)一化、運(yùn)行管理的自動(dòng)化等。11 數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的研究目前尚處于起步階段,還有一些技術(shù)問題需要解決,但可以預(yù)計(jì),在現(xiàn)有技術(shù)水平不斷發(fā)展和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)不斷總結(jié)的基礎(chǔ)上,隨著技術(shù)進(jìn)步和電網(wǎng)運(yùn)行的要求,尤其是智能電器技術(shù)和電子式互感器技術(shù)的突飛猛進(jìn),數(shù)字化變電站將以其在數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化、安全性和互操作性等方面的優(yōu)勢,成為未來變電站技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。二、220KV變電站一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要工作概述1)電氣主接線的設(shè)計(jì)。12電氣主接線是變電站設(shè)計(jì)的首要部分,主接線的擬定直接關(guān)系著變電站電氣設(shè)備的選擇,配電裝置的布置,繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的確定,是變電站電氣部分投資大小的決定性因素。主接線必須滿足可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性三項(xiàng)基本要求。可靠性指能夠長期、連續(xù)、正常地向用戶供電的能力。靈活性是指滿足調(diào)度時(shí)、檢修時(shí)以及擴(kuò)建時(shí)的要求,使工程改擴(kuò)建時(shí)的工程量較小。經(jīng)濟(jì)性涉及到一次投資、運(yùn)行費(fèi)用和占地面積等。主接線的設(shè)計(jì)步驟包括對(duì)原始資料的分析,根據(jù)對(duì)電源和進(jìn)出線回路數(shù)、電壓等級(jí)、變壓器臺(tái)數(shù)、傳輸容量、負(fù)荷性質(zhì)等不同考慮擬定出可行的方案若干,依據(jù)對(duì)主接線的基本要求,通過技術(shù)上論證各方案優(yōu)劣,經(jīng)過初步的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較,確定2-3個(gè)較好方案,進(jìn)行全面的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較,以確定技術(shù)上合理、經(jīng)濟(jì)上可行最優(yōu)主接線方案。2)短路電流的計(jì)算。13短路電流計(jì)算是變電所設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié),用以進(jìn)行電氣主接線比選、導(dǎo)體和電器的選擇和校驗(yàn)、確定中性點(diǎn)接地方式、確定分裂導(dǎo)線間隔棒的距離、驗(yàn)算接地裝置的接觸電壓和跨步電壓、選擇繼電保護(hù)裝置和進(jìn)行整定計(jì)算等。短路電流的計(jì)算步驟可歸納為:選擇短路計(jì)算點(diǎn);繪制等值網(wǎng)絡(luò)圖;化簡等值網(wǎng)絡(luò)圖;求計(jì)算電抗;有運(yùn)算曲線法得出各電源供給的短路電流周期分量標(biāo)幺值;及無限大電源供給的短路電流周期分量;計(jì)算短路電流周期分量有名值和短路容量、短路電流沖擊值等。3)主要電氣設(shè)備的選擇14電氣設(shè)備選擇是設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容之一。各種電氣設(shè)備的作用和工作條件不盡相同,具體的選擇方法也不完全一樣,但對(duì)他們的基本要求是一致的。電氣設(shè)備要能可靠的工作,必須按正常工作條件進(jìn)行選擇,并按短路狀態(tài)來校驗(yàn)熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定。需選擇的電氣設(shè)備包括主變壓器、各電壓等級(jí)的母線、絕緣子、斷路器、隔離開關(guān)、電壓及電流互感器等。主變壓器的容量、臺(tái)數(shù)直接影響主接線的形式和配電裝置的結(jié)構(gòu)。變電站主變壓器的容量依據(jù)負(fù)荷性質(zhì),按一臺(tái)停運(yùn)時(shí)其余容量在計(jì)及過負(fù)荷能力時(shí),應(yīng)能滿足全部負(fù)荷70%-80%。主變壓器的臺(tái)數(shù),對(duì)于樞紐變電站應(yīng)不少于2臺(tái),以滿足可靠性要求。此外還需選擇變壓器的型式和結(jié)構(gòu)。斷路器和隔離開關(guān)是變電站的重要開關(guān)電器。斷路器選擇中涉及到:(1)種類和型式的選擇。高壓斷路器按絕緣介質(zhì)分少油、多油、空氣、真空、SF6等型式。(2)額定電壓和電流選擇。(3)開斷電流的選擇。它是表征斷路器完成最基本開斷電流功能的重要參數(shù)。不僅要求斷路器可靠的滅弧,而且要求斷路器不重燃,以限制操作過電壓倍數(shù)。(4)短路開合電流的選擇。它是表征高壓斷路器在一些特殊情況下開斷短路電流的特性參數(shù)。隔離開關(guān)與斷路器配套使用,不能用來接通和斷開負(fù)荷電流和短路電流。主要用作隔離電壓、倒閘操作、分合小電流。其額定電壓、電流的選擇及短路動(dòng)、熱穩(wěn)定的校驗(yàn)與斷路器基本相同?;ジ衅魇请娏ο到y(tǒng)中測量儀表、繼電保護(hù)獲取電氣一次回路信息的傳感器。分電壓和電流互感器。其選擇依據(jù)有:(1)種類和型式。(2)一次額定電壓、電流(電壓互感器涉及到二次額定電壓)。(3)額定容量和準(zhǔn)確級(jí)。(4)動(dòng)、熱穩(wěn)定校驗(yàn)。三、220kV變電站一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容為220kV降壓變電所電氣一次初步設(shè)計(jì),屬于常規(guī)變電所的設(shè)計(jì)。根據(jù)變電所設(shè)計(jì)的基本原理,務(wù)求掌握常規(guī)變電所的電氣一次系統(tǒng)的原理及設(shè)計(jì)過程。從電網(wǎng)供電流程來看,從大型發(fā)電廠生產(chǎn)的電能通過高壓變電站以及中心變電站輸送,然后再經(jīng)過電纜或架空線路向下一級(jí)的中間變電站或終端變電站最終提供給用戶。因此,變電站是電網(wǎng)系統(tǒng)中的主要供電節(jié)點(diǎn)。15 220kV降壓變電所電氣部分設(shè)計(jì)的研究主要內(nèi)容是結(jié)合相關(guān)的設(shè)計(jì)手冊,輔助資料,主要完成該變電站的一次部分設(shè)計(jì),參考國內(nèi)外最新的設(shè)計(jì)方法、研究成果和新的電氣設(shè)備,對(duì)降壓變電所的電氣主接線方案,主變壓器的選擇,電氣設(shè)備的選擇(包括斷路器,隔離開關(guān),熔斷器等),配電裝置的選擇以及防雷保護(hù)的設(shè)計(jì)。主變壓器、各側(cè)電壓等級(jí)的電氣主接線和相關(guān)一次、二次設(shè)備、避雷裝置、繼電保護(hù)裝置進(jìn)行選擇。同時(shí),完成變電站一次部分總接線圖、220kV變電所平面布置初步設(shè)計(jì)圖和詳細(xì)設(shè)計(jì)圖。本次變電站的設(shè)計(jì)要做到概念清晰,層次分明,結(jié)合自己選擇的參考資料,并參考變電站一次設(shè)計(jì)的規(guī)范,經(jīng)過查閱資料,了解其基本過程,整理相關(guān)的思路,在老師的指導(dǎo)下,細(xì)致縝密的完成整個(gè)設(shè)計(jì)過程,具體的設(shè)計(jì)規(guī)范步驟如下:1、根據(jù)原始資料選擇57種合理的電氣主接線; 2、進(jìn)行初步技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較,選擇2種較好的電氣主接線;3、選擇主變壓器的容量和型號(hào);4、計(jì)算兩種主接線的短路電流;5、根據(jù)短路電流計(jì)算結(jié)果選擇電氣設(shè)備;6、通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定最佳方案;7、防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì);8、屋內(nèi)外配電裝置設(shè)計(jì)和總平面布置9、繪制圖紙:電氣主接線、電氣總平面布置、防雷與接地各一張,配電裝 置斷面圖34張。參考文獻(xiàn):1LIU Huiyuan1,HAO Houtang2,LI Yanxin2,SUN Bin2.Research on a Synchronism Scheme for Digital Substations. 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