220KV变电站自动化系统设计说明书

1 22020 世纪末到 21 世纪初，由于半导体芯片技术、通信技术以及计算机技术飞速发展，变电站自动化技术也已从早期、中期发展到当前的变电站自动化技术阶段。 目前国际上关于变电站自动化系统和通讯网络的国际标准还没有正式公布，国内也没有相应的技术标准出台。标准和规范的出台远落后于技术的发展，导致变电站自动化系统在通讯网络的选择、通讯传输协议的采用方面存在很大的争议，在继电保护和变电站自动化的关系及变电站自动化的概念上还存在分歧。市场竞争日益激烈，不同厂家的设备质量和技 术（软硬件方面）差异甚大，各地方电力公司的要求也不尽相同，导致目前国内变电站自动化技术千差万别。 改革开放以来，随着我国国民经济的快速增长，电力系统也获得了前所未有的发展，电网结构越来越复杂，各级调度中心需要获得更多的信息以准确掌握电网和变电站的运行状况。同时，为了提高电力系统的可控性，要求更多地采用远方集中监视和控制，并逐步采用无人值班管理模式。显然传统的变电站已经远远不能满足现代电力系统管理模式的需求。 我国对变电站的技术研究的其中一个主要方面是在 220以下中低压变电站中采用综合自动化技术，全面提 高变电站的技术水平和运行管理水平，而且技术不断得到完善和成熟。总体来说，实现变电站综合自动化，其优越性主要有：提高了供电质量、变电站的安全可靠运行水平，降低造价，减少了投资，促进了无人值班变电站管理模式的实行。 本设计中变电站的设计思路是紧跟现代化国内外变电站综合自动化技术的发展趋势，根据最新和最权威的设计规程和规范，采用先进的原理技术，摒弃落后和即将淘汰的技术，确定科学的模式和结构，选择质量优良和性能可靠的产品，因此，在学习借鉴国外先进技术的同时，结合我国的实际情况，全面系统地研究探讨符合 2 国情的变电站系统 设计模式，完成本次毕业设计。 定原始资料并简要分析 建设规模：该变电所主变采用 2120电压等级为 220/110/变压器， 220出线四回， 110出线八回， 35出线八回。 该地区的负荷预测情况及发展： 现状负荷统计为 868102005 年统计负荷为892602010年统计负为 118840负荷水平 年 增长率为 220统短路容量为 5600110统短路容量为 600 本设计中各级电压侧年最大负 荷利用小时数为： 220 600 小时 /年 110 600 小时 /年 35 000 小时 /年 所用负荷有：主控制室照明、主建筑物和辅助建筑物照明等为 60炉 动力、检修间动力、主变冷却装置动力等 为 250 负荷统计如下：（表 2 单 位： 号 用电单位 现状负荷 2005 年统计负荷 2010 年统计负荷 1U 南区甲线 16800 16800 24600 2U 南区乙线 14500 14500 20400 3U 北区甲线 13700 14200 16700 4U 北区乙线 12000 12100 16500 1S 水 厂 4200 4400 5680 2S 矿冶厂 2960 3160 3580 3S 化肥厂 3300 3600 5180 4S 建材厂 1850 1900 2450 6S 制药厂 11900 12700 15150 3 7S 医 院 1320 1220 2620 8S 火车站 4280 4680 5980 合计 86810 89260 118840 气主接线： 220用双母线带简易旁路 110用双母线接线 10用双母线接线 变压器选择 主变参数：型号 0000/220 额定电压 220/121/11定容量 90000/90000/90000 P K（ 1 2） 395 P K（ 1 3） 414 P K（ 3 2） 280 最大负荷： 11015 0 5 小负荷： 1108 0 2 压侧的电压为： 231 220求中压侧电压不超过 110121围，低压侧电压不超过 10围。 变压器参数计算 抗值计算 1 2） （ 1 2） （ 2N） 3 395理 1 3） 414 2 3） 280 1/2 1 2） 1 3） 2 3） 1/2（ 395 414 280） 同理 4 W 1/2 1 2） 1 3） 2 3） V , 同理 000 (00*200)/(1000*90*90)=同理 00（ 20*220） /10090 选择分接头 最大、最小负荷时的电压损耗 : (V ( (V (V (V (V 最大、最小负荷时，各绕组归算至高压母线电压 最大负荷时： 225 V V 最小负荷时： 220 V V 5 选择高压侧分头电压 3 3 0=226 于是可选 220 分接头，其中 V=V 校验低压母线实际电压 V3 03 V2(110*100%= 校验合格 110：10)=()/(00)*定为 7A 10)=(1*3330)/(200*7)= 校验合格 10：0)=()/200)*1732=整定为 13A 0)=(1*23910)/1200*13)= 校验合格 流速断保护 变压器的电流速断保护的速断电流按下式整定： m a 21 电流速断保护的灵敏度按下式校验： K 斯保护： 瓦斯保护装置接 线由信号回路和跳闸回路组成。变压器内部发生轻微故障时，继电器触点闭合，发出瞬时 “轻瓦斯动作 ”信号。变压器内部发生严重故障时，油箱内产生大量气体，强烈的油流冲击挡板，继电器触点闭合，发出重瓦斯跳闸脉冲，跳开变压器各侧断路器。变压器严重漏油使油面降低时，继电器动作，同样发出 “ 轻瓦斯动作 ” 信号。 22 电站的直击雷保护 为了避免变电站的电气设备及其他建筑物遭受直接雷击，需要装设避雷针或避雷线，使被保护物体处于避雷针或避雷线的保护范围之内；同时还要求雷击避 雷针或避雷线时，不应对被保护物发生反击。 电站应装设直击雷保护装置的设施 外配电装置，包括组合导线和母线廊道； 处理室、燃油泵房、露天油罐及其架空管道、装设油台、大型变压器修理间、易燃材料仓库等建筑物； 电活动特殊强烈地区的主厂房、主控制室和高压屋内配电装置室。 击雷保护的措施 主厂房需装设的直击雷保护，或为了保护其他设备而在主厂房上装设的避雷针，应采取如下措施： （ 1）加强分流：用扁钢将所有避雷针水平连接起来，并与主厂 房内钢筋焊接成一体。在适当地方接引下线，一般应每隔 1020m 引一根。引下线数目尽可能多些； （ 2）防止反击：设备的接地点尽量远离避雷针接地引下线的入地点，避雷针接地引下线尽量远离电气设备； （ 3）装设集中接地装置：上述接地应与总接地网连接，并在连接处加装集中接地装置，其工频接地电阻应不大于 10。 控制室及屋内配电装置直击雷的保护措施： （ 1）若有金属屋顶或屋顶上有金属结构时，将金属部分接地； （ 2）屋顶为钢筋混泥土结构，将其钢筋焊接成网接地。 综上，对变电所必须进行防雷保护的对象和措施， 可见下表： 23 表 7电所必须进行防雷保护的对象和措施 建筑物及构筑物名称 建筑物的结构特点 防雷措施 110以上配电装置 金属结构 在架构上装设避雷针或独立避雷针 钢筋混泥土结构 在架构上装设避雷针或独立避雷针。当在架构上装设避雷针时，可将架构支柱主钢筋作引下线接地，作引下线的钢筋不少于2 根 屋外安装的变压器 装设独立避雷针 屋外组合导线及母线桥 装设独立避雷针；在不能装设独立避雷针时，考虑在附近主厂房屋顶装设避雷针 主控制楼（室） 金 属结构 金属架构接地 但在雷电活动特殊强烈地区应设独立避雷针 钢筋混泥土结构 钢筋焊接成网并接地 屋内配电装置 钢筋混泥土结构 钢筋焊接成网并接地 变压器检修间 钢筋混泥土结构 钢筋焊接成网接地 本设计中采用 220110电装置构架上装设避雷针， 35内配电装置上装设独立避雷针进行直接保护，钢筋混泥土结构焊接成网并接地，为了防止反击，主变构架上不设置避雷针。 电站的侵入雷电波保护 置原则 变电站采用避雷针保护后，电气设备几乎可以免受直接雷击。而在与变电站相 24 连 的长达数十、数百公里的输电线路上，虽然有避雷线保护，但由于雷电的绕击和反击，仍然会危及变电站中的电气设备。雷击线路时无论发生绕击还是反击，都会自雷击点产生向变电站方向传播的入侵电压波，入侵电压波的最大幅值等于线路绝缘的冲击放电电压，而变电站电气设备的绝缘水平通常低于低压线路的绝缘水平，因此入侵波对变电站的电气设备会构成严重威胁。 变电站中限制雷电入侵波过电压的主要措施是装设避雷器。在母线上装设避雷器是限制雷电入侵波过电压的主要措施。对于 220以下的一般变电站，无论变电站的电气主接线形式如何，实际上只要 保证每一段可能单独运行的母线上都装有一组避雷器，就可以使整个变电站得到保护。只有当母线或设备连接线很长的大型变电站，或靠近大跨越、高杆塔的特殊变电站，经过计算或验证证明以上布置不能满足要求时，才需要考虑是否在适当位置增设避雷器。 根据避雷器的配置原则，本设计中配电装置的每组母线上，应装设避雷器。此外，变压器中性点接地必须装设避雷器，并接在变压器和断路器之间。避雷器的类型选择为阀式避雷器。 雷器的选择 吹阀式避雷器的电气参数如下： （ 1）额定电压 雷器的额定电压应与其安装地 点系统的额定电压等级相同。 （ 2）灭弧电压 35以下的中性点不接地系统，灭弧电压取为最高工作线电压的 100% 110%；对 110以上的中性点直接接地系统，灭弧电压取为系统最大工作线电压的 80%。 （ 3）工频放电电压 在工频电压作用下，避雷器发生放电的电压值。在中性点绝缘或经阻抗接地的电网中，工频放电电压一般大于最大运行相电压的 中性点直接接地的电网中，工频放电电压应大于最大运行相电压的 3 倍。工频放电电压应大于灭弧电压的 。 （ 4）残压 U 25 （ 5）冲击放电电压 国生产的避雷器其冲击放电电压与 5残压基本相同。 雷器的选择与校验 （ 1） 220避雷器的选择与校验 型式的选择 根据规程及本设计，选用 列磁吹阀式避雷器。 额定电压的选择： 20 因此选 雷器，其参数如下表 8示。 灭弧电压校验： 最高工作电压： a x 直接接地： 0 02 5 a x ，满足要求。 表 7雷器参数 型号 额定电压（ 灭弧电压有效值（ 工频放电电压有效值（ 冲击放电电峰值（ 0 s ）不大于（ s20/8 冲击残压不大于（ 不小于 不大于 20 252 503 580 710 740 工频放电电压校验： 下限值： x 上限值： )( s 580、下限值均满足要求。 残压校验： ）（，满足要 26 求。 冲击放电电压校验： hf s 7 1 0)(6 3 06 6 ,满足要求。 综上，所选 避雷器满足要求 （ 3） 110避雷器的选择和校验 型式的选择 根据规程及本设计，选用 列磁吹阀式避雷器。 额定电压的选择： 1 0 因此选 雷器，其参数如下表 8示。 灭弧电压校验： 最高工作电压： ）（ a x 直接接地： m a x 足要求。 表 7雷器参数 型号 额定电压（ 灭弧电压有效值（ 工频放电电压有效值（ 冲击放电电峰值（ 0 s ）不大于（ s20/8 冲击残压不大于（ 不小于 不大于 10 126 255 290 345 365 工频放电电压校验： 下限值： x 2 1 831 2 632 5 50 上限值： )( s 290、下限值均满足要求。 残压校验： ）（ 365足要求。 27 冲击放电电压校验： ）（ h f s 3 1 73 3 345足要求。 综上，所选 避雷器满足要求。 （ 3） 35避雷器的选择和校验 型式的选择 根据规程及本设 计，选用 列普通阀式避雷器。 额定电压的选择： 5 因此选 雷器，其参数如下表 8 表 7雷器参数 型号 额定电压（ 灭弧电压有效值（ 工频放电电压有效值（ 冲击放电电峰值（ 0 s ）不大于（ s20/8 冲击残压不大于（ 不小于 不大于 5 41 82 98 134 134 灭弧电压校验： 最高工作电压： ）（ a x 非直接接地： a x 足要求。 工频放电电压校验： 下限值： ）（ x 上限值： )( f xg f s 98、下限值均满足要求。 残压校验： ）（ 134足要求。 冲击放电电压校验： ）（ hf s 134足要求。 28 综上，所选 避雷器满足要求。 7 3 变压器的防雷保护 三绕组变压器在正常运行时，可能出现只有高、中压绕组工作而低压绕组开路的情况。这时，当高压或低压侧有雷电波作用时，因处于开路状态的低压侧对地电容较小，低压绕组上的静电分量可达很高的数值以致危及低压绕组的绝缘。为了限制这种过电压，需在低压绕组出线端装一组避雷器，但若在低压绕组接有 25m 以上金属外皮电缆时，因对地电容增大，足以限制静电感应过电压，故可不必再装避雷器。 主变压器 220110中性点是直接接地，因而需在中性点装 设雷电过电压保护装置，选用金属氧化物避雷器。 35中性点是非有效接地，其中性点采用全绝缘，运行经验表明不加保护时的故障率很低，故一般不需保护。 所用变压器高、低压侧均需装设阀式避雷器避雷器。 部过电压保护 内部过电压是指由于短路器操作、故障或其他原因，使系统参数发生变化，从而引起电网电磁能量的转化或积累所造成的电压升高。内部过电压可分为操作过电压和暂时过电压两类。操作过电压的持续时间一般很短（ 内），采用某些限压装置和其他技术措施加以限制。 暂时过电压持续的时间一般较长，应采用相应的措施 加以限制。如为了限制电弧接地过电压对设备绝缘的威胁，本设计主变压器220110采用中性点直接接地的方式，这样单相接地将会造成很大的单相短路电流，断路器将立即跳闸而切断故障，经过一段短时间歇，让故障点电弧熄灭后再自动合闸，如能成功，可立即恢复送电；如不能成功，断路器将再次跳闸，不会出现断续电弧现象，可限制电弧接地过电压。 29 总结 通过本次设计我明白一切问题必须靠自己一点一滴的解决，而且要不断的更正以前的错误。设计是比较简单的，主要是解决主接线方式的问题，而主接线方式是一个很灵活的东西，它反 映了你解决问题的逻辑思维和创新能力，它才是一个设计的灵魂所在。因此大部分时间是用在主接线方式上面的。我想这对自己以后的学习和工作都有很大的帮助。在本次课程设计中遇到了很多实际性的问题，在实际设计中才发现，只有理论与实际相结合，才能更加深入的了解问题。 通过这次课程设计，我发现了自己的不足，在实践中仍存在困惑。我发现了合作的重要性，只有一个团队的人相互配合，认真分析，努力创作，一定会完成任务的。通过这次课程设计，我发现了我的理论知识掌握的不是特别好，而且很多方面掌握的都不到位。 虽然本次课程设计是要求自己独立 完成，但是，彼此还是脱离不了集体的力量，遇到问题和同学互相讨论交流 ， 多和同学讨论。我们在做课程设计的过程中要不停的讨论问题，这样，我们可以尽可能的统一思想，这样就不会使自己在做的过程中没有方向，并且这样也是为了方便最后设计和在一起。讨论不仅是一些思想的问题，还可以深入的讨论一些技术上的问题，这样可以使自己的处理问题要快一些，少走弯路。多改变自己设计的方法，在设计的过程中最好要不停的改善自己解决问题的方法，这样可以方便自己解决问题 。 30 致谢 本文得以完成，首先感谢我的指导老师何颖张尧老师。何 老师的悉心指导使我对课题有了清楚的认识，并提出许多宝贵的意见和建议。何老师认真负责的工作态度，严谨求实的治学精神让学生受益匪浅。 在本文的设计过程中，身边的同学给予