《10KV智能变电站设计》9800字

10KV智能变电站设计目录TOC\o"1-2"\h\u14217摘要 4316331绪论 7147011.1课题的研究背景和意义 7321751.2对国内和国外智能变电站发展的简单概况 793021.3课题研究内容 820300210KV智能变电站电气部分的设计 9179462.1设备用电负荷的计算 9155602.2变压器型号的选择 9264352.3短路电流 993572.4电气主接线方案设计 10205262.5站用变、接地方式及接地变的选择 1155652.6导线截面积的选择 11212322.7互感器的选择 12317832.8高压断路器及隔离开关的选择 12324493无功补偿 13230774防雷接地装置 14175514.1防雷装置 14238114.2接地装置 14256645系统继电保护的选择 15162166二次设备的选择 1647616.1主变压器智能化方案 1658986.210KV开关柜智能化方案 17129446.3变电站自动化系统 17151376.4站控层设备及网络配置 17202136.5间隔层设备 1836026.6站控层 185980总结 1817487参考文献 1919696附录 211绪论1.1课题的研究背景和意义进入21世纪后经济发展可观，在此前提条件下科学技术也不甘落后，电力技术也是不断增长、日益成熟。现今，工业的发展、第三产业的兴起，电力供应性、稳定性、可持续性更是经济发展过程的重要部分。“绿水青山就是金山银山”。在经济发展的同时，伴随着的环境保护问题也是不可忽视的重要部分，所以环境保护问题也成为经济发展过程中不得不被提及到的议题。要想拥有更好的生活环境，就要走可持续发展的发展道路呀。智能电网已成为当今电力行业发展目标，智能变电站的投入与推广的道路也显得十分必要。现今，以往的常规变电站日渐朝向智能化、数字化开始发展、转型。智能变电站使变电站的日常巡视、维护，以及维持电力系统供电可靠性等工作都朝着操作简单、问题醒目直观、简化以往繁琐系统结构的方向发展。智能变电站运行的时候，设备的故障信息、动作信息、信号发出、电网运行状态参数等也更方便查收。相较以往的常规变电站，更提高了供电可靠性、造价经济性、电网供电安全性。众所周知，智能电网的重要六大环节，即发、输、变、用、配、调。智能化变电站投入使用过程中，通过这六大环节实现电网智能化，即转换电压，接收电能，分配电压，调节电压还有潮流控制等各个环节，这些环节在电力运行过程中也是发挥着举足轻重的作用呀。所以，智能变电站不仅是在原有的变电环节技术上的新发展、新上升必不可少的组成部分，而且更是智能电网的积极响应。1.2对国内和国外智能变电站发展的简单概况1.2.1国内智能变电站发展概况自21世纪以来，国民经济迅速发展。发展的同时也带来了一系列的问题。在此忧患意识下，我国科学发展观的提出更使许多电力从业者、研究者意识到我们应走“全面、协调、可持续”的发展道路。关于智能电网的发展与建设于2009年我国的“十二五规划纲要”和政府的报告中被明确提出。这次纲要性文件的规划，是有关智能电网建设的规划第一回提出。从这以后有关智能电网的研究不断深入开展，交流讨论的阵容越来越大，业界内外对智能电网呼声也是越来越响亮的，响应时代的号召与社会的实际需求，我国的传统变电站也逐步开始向着智能化变电站转型、改造升级，力求提高在全国范围内智能化变电站的使用率，于是关于智能化变电站的建设正在如火如荼的进行着。在建设中不断学习、不断探索，我国对智能化变电站无论是理论的研究还是现实的建设经验都趋向于越来越成熟的发展中。现今，全国智能变电站小规模的新建及改造工程小规模已取得可观结果，在电力设备制造厂商的研究以及中国电力科学研究院翻译下，我国现已发布IEC61850系列标准的正式版。现今，我国已有多个地区中有投入运行的智能变电站，在此基础上使我国的智能变电站有了更好的发展。在我国建设智能电网已经形成了共识，且国家电网制定的《智能电网巩固技术标准体系计划》是全球首个旨在明确智能电网巩固技术标准发展蓝图。以“大电网运行与清洁能源消纳”为主体的研究讨论会在南京召开时，吸引了世界范围内众多电力领域的专家参加并依此主题展开了深刻的讨论、互相交流各自的观点与看法，我国的智能电网发展已逐渐走上了“中国创造”和“中国引领”的道路上，我国智能变电站的发展水平也日趋成熟。1.2.2国外智能变电站的发展现状由于环境、气候等一系列的自然客观原因，现今，各国都在对能源清洁化、高效化进行探索和挖掘，电网发展自然也不例外。许多欧美国家基于稳定、可靠的用电需求，也在不断地积极投入智能变电站的建设和发展中。但由于欧美国家用电设备起步早、传统设备发展时间长的客观原因，对老化设备进行改造升级的要求更为严格，使用新技术、利用新设备更是成为增强电网可靠性，变电站的使用率的依托，一系列的客观需求使智能变电站的研究与发展也是刻不容缓。例如，以美国为首的部分发达国家对于部分变电站已经可以实现无需工作人员进行现场实地进行值守，当地电力系统运行和用电需求也可根据实际的需要也可以实现统一调度。对比国内外智能变电站的发展现状，我们显然得知，将传统的变电站改造、发展为如今时势所需的智能变电站已经成为全世界电网发展的共同起始点。而将这一出发点与落脚点发展成为现实就不可避免的需要致力于提高智能变电站设计的电力从业人员与电力研究人员。为智能变电站的健康运行保驾护航，向实现智能电网的现实目标发展迈进，智能化变电站的一系列发展问题仍需不断地进行探索、学习与进步。1.3课题研究内容智能变电站的研究和建设显然已是优化电力系统设备发展、电网响应低碳发展的现实需要，所以，10KV智能变电站是本文的主要研究对象。其中对智能变电站的规划设计进行一系列详细的阐述，例如：涵盖的有智能变电站设计、一次侧接线方式、用电负荷、短路电流计算和主要设备的选择等。210KV智能变电站电气部分的设计2.1设备用电负荷的计算简便且直观是系数法来计算负荷的大小的一大优点，所以我们可以采用系数法计算负荷，其计算公式为：有功功率=K无功功率=tanθ视在功率2.2变压器型号的选择表2-2变压器参数项目参数型号S11-1250/10型式三相油浸式变压器额定电压10±5％/0.4KV容量1250KVA接线组别Dyn11阻抗电压（％）4.5空载电流（％）0.5损耗（W）空载：1365负载：120002.3短路电流三相系统中发生的短路是有以下4种基本类型，即：三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路。在其之中，因为电力系统种发生三相短路时，各个相的阻抗都是相同，三相回路仍然对称，所以又称它是对称短路。其余三种短路（两相短路、两相接地短路和单相接地短路）均使三相回路的阻抗不对称，所以皆被称为不对称短路。表2-3各相短路发生概率短路类型概率单相短路65%两相短路接地20%两相短路10%三相短路5%2.3.1短路电流的危害当短路故障出现在了电力系统时，电压下降。短路时，电压下降大，持续时间就会长，自然而然电流就会急剧升高，这使得导体和绝缘也温度大幅度升高，产生大量热量，致使其极易产生损坏或改变其原有的正常形状。与此同时，还会产生一些电磁的干扰，电磁干扰不仅会影响通信线路，而且其不良影响还会涉及到部分电子设备，破坏了电力系统的运行稳定性。一方面，通信线路受电磁干扰威胁其正常运行，另一方面，不对称短路的不平衡方式的电流也是会对通信设备产生不良影响的。2.3.2短路电流计算（1）并列运行基准电流==5.498A短路电流==21.9A冲击电流=1.8=55.7（2）分列运行短路电流==16.66冲击电流=1.8=42.42.4电气主接线方案设计依据相关技术规范及设计标准来考量电气设备，电气主接线设计的考量过程中我们既要保证其坚不可摧的可靠性，而且要符合经济性标准，更要符合灵活性的要求。根据规程规定单母线分段接线适用于6~10KV出线，出线较多时，为提高供电可靠性，可母线分成段。单母线分段接线最好是选择二至三段的为好。单母线分段可采用双回路供电给一级负荷，母线、母线隔离开关检修仅停一段母线负荷，满足了供电的可靠性，还在系统运行过程中大大的满足了供电的灵活性，单母线分段式接线实在是妙呀。在本次10KV智能变电站设计中，将单母线分段接线方式作为接线方式。单母线分段接线方式在母线上有故障出现时，不管这个故障它是出现在了哪一段的母线上。出现故障要想把故障直接分离开来，那就不得不提及单母线分段式接线方式的妙处。其都是由具备自动跳闸功能的分段断路器来进行故障段母线上的跳闸操作，隔离了故障。以此来避免故障段上的正常的母线受故障不友好打扰，不能影响其他正常母线的正常运行。这种接线方式操作起来简单快捷，影响范围小，方便发生故障时，对母线进行检修，灵活性高，供电可靠性高，唯一不足之处是随着设备数量的增多成本也会随其提高，与其他接线方式相比经济性条件不具备优势。2.5站用变、接地方式及接地变的选择表2-510KV变电站用负荷统计变单位：KW序号名称容量负荷类型1主变20经常、连续210KV操动机构10经常、连续3充电装置7不经常、连续4监控电源0.5经常、连续5保护电源1经常、连续6配电室动力20经常、连续7配电室空调10经常、连续8配电室通风5经常、连续9通信电源3经常、连续10控制电源1经常、连续11户外照明10连续、短时12配电楼照明20连续、短时动力负荷=97.5照明负荷=25根据站用用电计算结果负荷为：S=（0.85×97.5+30）/0.8≈141.1KVA故选用两台100KVA的变压器两台。2.6导线截面积的选择线路的载流量是我们在设计电缆线路的截面选择必不可少的考察依据，所以=×≈961.9（A）当室温大致处在40℃时，校正系数K=0.81，所以可以计算出长期允许的电流=0.81×961.9≈779.14（A）故可选用50×5mm矩形截面铝母线2.7互感器的选择总所周知，互感器分别有电压互感器、电流互感器这两个大类。电压互感器用于电压和功率的测量；交换电流测量和交换电度示数；保护电力拖动线路等重要考察都是需要电流互感器来帮忙的。通过互感器则电力系统中无法用仪器仪表进行直接测量的交流电压或回路中的大电流得以实现测量。2.7.1电流互感器的选择根据安装要求10kV一般制成户内式的。其浇注式电流互感器浇注所使用的树脂并不相同，一般是分为两种。一种是环氧树脂浇注式绝缘，另一种是不饱和树脂浇注式绝缘两种。树脂浇注式电流互感器通常在10～20KV电压等级中选出来使用。本次设计所选用的电流互感器型号为LMZJ1-10Q，具体示数皆如下表：表2-7-1电流互感器参数表型号一次额定电流（A）额定电压（V）准确级组合LMZJ1-10Q3000100.5/10P2.7.2电压互感器的选择因为油浸式电压互感器绝缘性能好，所以本次设计决定使用。防火防潮，制造简单，使用寿命长以及有特有的电气性能是浇注式电压互感器的优点。油浸式电压互感器有普通式、串级式两种方式。普通式通常用于3KV～10KV电压互感器中，串级式的大多都用于110kV及以上电压互感器。结合实际，应本次设计要求，JDZ10-10型号的电压互感器如下表所示：表2-7-2电压互感器参数表型号额定电压比（V）极限输出（V）额定绝缘水平次级组合JDZ10-1010000/1020012/42/750.5/6p2.8高压断路器及隔离开关的选择2.8.1高压断路器的选择高压断路器也称高压开关。在发生故障时，可以及时地切断或闭合高压电路中的空载电流、切断负荷电流。有时候在一些相比较而言，较为特殊的故障发生时，其完善的灭弧结构、断流能力更得以实际性地发挥。其中油断路器、SF6断路器和压缩空气断路器以及真空断路器等是高压断路器的几大分类。要想保障设备正常运行、平稳运行。工作条件、正常环境条件、短路条件以及承受过电压能力条件等条件就不得不列为高压断路器选择时的重要考虑项。高压断路器非但具有控制作用，而且在电力系统运行过程中还具有保护作用。根据日常的实际生产工作所需要来看，在系统运行过程中可以起到保护作用。在设备运行遇到故障时，与保护装置等相配合切换故障部分在系统中运行的成为，以防故障范围扩大影响到其他设备正常运行。本次设计为户内变电所则需采用少油断路器。由公式可得断路器额定电流为：===2463A本次选择合格的断路器，即SN10-10III/3000型少油断路器。2.8.2高压隔离开关的选择隔离开关的选择需观察其额定电压，与之同时额定电流的观察也是必不可少的，还有动稳定状态校验的观察。观察要严谨仔细，还得对查看其种类和形式保持留意。因为隔离开关无灭弧的装置特色，所以许多事故的发生，往往是因其在带负荷的情况下的误操作。隔离开关有级数之分，通常分为单极隔离开关和三级隔离开关。3无功补偿对于变电站无功补偿所需的大小，主要功能是提升功率因素。根据变电站附近最大负荷2600KW计算无功补偿，功率因数是0.85。要想供电到达最良好的效果，那就需要将功率因数提高到0.9。因此提高供电可靠性、安全性改变并联电容器是十分睿智的表现。最大容性无功容量：-）上式中-电容器补偿容量-有功计算负荷、-补偿前后功率因数解得出≈94.5Kvar,则每台主变压器10KV侧分别选一台4.8MVar。4防雷接地装置防雷接地一方面是防雷，即防止因雷击而造成一系列对设备的不良损害，另一方面则是静电接地，防止因为静电而引发出一系列的危害。4.1防雷装置当雷电击中了建筑物以及建筑物近距离范围内的地面等那是极易形成过电压、过电流的，再以此润物细无声地侵入部分智能设备就会形成雷电过电压或者是操作过电压以及形成范围内的电磁干扰，以此对设备产生侵害造成设备故障，影响智能变电站的正常运行，更严重者甚至会影响到电力系统的安全稳定运行。所以，此时就需要对智能变电站的防雷装置进行严谨缜密的挑选、设计。防雷装置就是为了预防雷击对建筑物及设备造成损坏而设置的防预措施，只为可以有效地防止或减小雷击对物体造成的损害。雷电有上、下行雷之分。下行雷是由天气原因影响向地面发展的雷电，上行雷是建筑物正电荷与负电荷交聚集合而产生的雷电。变电站遭受下行雷情况比较常见，主要是因为雷电击中变电站内带电的设备，也存在架空线路感应雷雷击、直击雷过电压而成的雷电波沿线路侵入变电站。在雷雨天气时，雷电接近了地面容易产生畸变的地面电场。避雷针顶端，容易形成部分区域电场存在聚集的空间形式，雷电先导放电向避雷针放电。接地装置在此时则会自然而然地将其引入到大地中去，这样一来，物体就自然得到了避雷的保护，避免受到雷电之击。不可或缺地，变电站内在相应适宜的地方进出线和母线都应确保避雷装置的存在，防止变电站在雷雨天气受到影响，保障供电可靠性。根据实际情况，避雷针和独立避雷针需要装在在10KV构架，使双支独立避雷针和双支构架避雷针相互配合、同时作用，以此得以实现直击雷过电压保护变电站内部电气设备尽量避免直击雷的危害。4.2接地装置接地装置是无论电气设备带电与否，将此部分物体与大地之间相互产生联系，此种联系形成电气连接。所以，一个智能化变电站的接地装置系统是否合理直接与站内外设备安全和工作人员的个人人身安全有重要联系。智能化变电站的接地装置含括的有保护接地、雷电保护接地、工作接地这三种接地方式。降低阻抗、平均电压、隔离等措施来保护变电站的设备和人身安全是变电站的选定标准，铺设主接地网于全站以此实现变电站内的各种电气设备都处于一种安全有效、长期稳定地运行状态。本次决定现场使用的接地方式将以垂直接地为主，所以根据现场实际情况40mm×40mm×5mm的热镀锌角钢，在本次设计中可以当做是垂直接地体。接地装置在运行的过程中，接地线、接地体时常会因为环境因素与现实自然因素等发生氧化、腐蚀等一系列难以避免的客观原因的损坏。例如，当地的土壤质量会随着自然条件的变化而变化，与此同时接地电阻就也是会随之产生变化的，因此，智能变电站建设完成后、以及投入运行前后也需要对其接地装置进行检查、开展试验，以确保智能变电站的接地装置部分是可以安全、稳妥地开展运行的。5系统继电保护的选择“可靠、灵敏、快速、选择”四性是电力系统继电保护必不可少的基本的性能要求。各个要求之间相互制约，相辅相成，在不同环境、不同条件下应仔细考量，确保其协调运行。本次10KV智能变电站设计中，线路的主保护依据与变电站现场相适宜的环境和现实条件，所以促使本次选用纵联电流差动保护作为主保护，以及距离保护和零序保护作为本次设计中的后备保护。（1）纵联电流差动保护纵联差动保护，即输电线的纵联差动保护，是用某种通信通道将输电线两端的保护装置纵向联结起来，将各端的电气量传送到对端，将两端的电气量比较，以判断故障在本线路范围内还是在线路范围外，从而决定是否切断被保护线路。基尔霍夫电流定律作为纵联差动保护为判断故障的依据，在电力系统运行过程中，使用纵联差动是因为其本身就具有选相能力，而且其运行过程中保护动作较为快速。在发生系统振荡故障，或者是日常维护中若发生非全相运行等故障时，设备并不受其影响且各类型故障反映方式可观，作为线路主保护较为理想。电流差动保护的动作方程：|+|>K|-||+|>、为电流向量分别设置在线路的两端；|+|为动作量；K|-|为制动量；表示其中的动作门槛，K值制动系数一般取0.5～0.8。设置动作门槛值不仅是为了防止系统运行中会产生震荡而引起了保护装置的误动，而且是防止在线路电源启动阶段发生误动。（2）距离保护主保护为距离保护一、二段共同构成。本线远动和相邻线路远动在其中作为距离保护三段的后备保护。距离保护I段保护装置本身所具备的动作时间是距离保护I段动作时限，在此过程中往往只能保护线路0.8～0.85，要想使其兼备线路全长这一条件，那肯定是不可能的。距离保护II段距离保护II段不仅作线路全长的保护，而且可以延至下段的相邻的线路作距离保护，并不能保护线路全长，仅仅可以实现I段保护范围的一部分，保护时可以实现切断线路尾端故障的0.15～0.2。距离保护III段本线与第三段保护的相差距离，应该要比紧挨着线路的最大动作时限在此时还需要再大一个等级，本线及相邻线路的后备保护则理所应当是三段保护，动作应该按照步进原则调整。（3）其他保护除了纵联差动保护和距离保护这样的线路保护之外，变电站内还需要设置其他保护，例如我们常见的还有主设备保护等。主设备保护包含的有对各变压器的保护配置以及一部分的站用电源的保护装置等。要想顺利地实现保护装置的在设备运行过程中的系统化，可以使用故障录波装置和全自动装置都可以更好地实现自动功能，这样也可以使变电站智能化的功能更好的实现出来也为变电站的建设提供了保障。6二次设备的选择6.1主变压器智能化方案本方案通过“主变压器本体+就地智能组件柜”实现智能化的配置方式，就是主变10KV侧使用合并单元智能终端一体化设备单套配置，主变本体组件柜上是就地布置。一台主变配置一面智能组件柜。使用内嵌式传感器的方案并且融入到变压器设备的本体中去来进行在线监测用来采集变压器运行时的相关数据，将符合IEC61850标准的信息传输给智能组件，上至站控层网络。表6-1变压器监测系统构架示图6.210KV开关柜智能化方案站内配电设备需布置在室内。只有主变进线柜设置集测控保护为一体的智能装置，与主变10kV侧的保护测控装置相协调。采集的信息应通过IEC61850通信协议进行处理并上传到站控层。6.3变电站自动化系统具有智能处理和网络通信的电子装置是变电站自动化系统的整套组成装置，自动化系统是用来保护变电站一次设备安全运行所构成的综合性的二次系统。10kV智能变电所室是无需人员现场留守值班的设计。由自动化控制系统得以实现全站防误操作闭锁功能的完成，还有故障智能报警、信息的综合决策与分析等，以此实现经济性的运行和简易式优化操作控制等功能性要求。变电站自动化系统是由站控层、间隔层、工艺层和网络设备共同组合而成的。按照IEC61850通信规约的要求，实现站内信息的要求共享性以及唯一性。6.4站控层设备及网络配置众所周知，要想形成单重化的站控层，以太网是少不了的，与此同时还要考虑到站控层的网络结构，本次将站控层的网络结构设置为星形。站控层和间隔级保护、测控等功能，要想具备连接到站控层网络的条件，我们就需要根据LED设备中的IEC61850-8-1的通信协议、间隔级的保护、测控等功能进行辅助完成。运行过程中，如果SNTP、IEEE1588同时拥有接收信号的能力，那么毋庸置疑我们就可以得到SNTP网络对时的站控层。表6-4站控层需要台数安装位置交换机配置二次设备室1台站控层交换机10KV开关柜室2台站控层交换机6.5间隔层设备根据本次实际规模配置的间隔层，IEC61850-9-2作为本次的通信协议，并且运用点对点的采集方式来对SV采样值，采用IEEE1588对时系统间隔层。变压器的非电量保护功能需要主变智能终端完成，并且还要保证主变的档位正常、温度采集无偏差以及远程可调可控。此时，还应考虑到双进程层网络的访问功能，所以本体智能终端的单配置应理所应当的可以考虑到需要提供2个goose接口来完成此功能条件。当然，在此还要保证主变保护控制顺畅运行，其与站控层系统通信同时相互作用、相互配合，要想实现就必要确定以及保证MMS以太网通信接口无独有偶，需要2个，然后将接口垫分别接入高压侧、低压侧的组合机组保护正常，以及所采样的值数据正确测量。保护跳闸也将选取光纤点兑点式的直采直跳。6.6站控层站控层位于变电所控制的顶层，一般包括自动站控系统、变电所时间同步系统、车站管理和通信系统。同时，站控层不仅可以完成监控系统的数据采集，而且在正常运行的情况下还可以实现电能采集，并可以执行操作闭锁、保护管理等功能。总结本次毕业论文，时间紧且任务重。查阅相关文献、收集资料、进行设计以及多次修改与审核，在准备毕业论文的日子里，生活紧张又充实。智能变电站的设计是将日常所学知识与知识运用、生活实际紧密关联的过程。理论知识与客观实际任何一个方面都不得有失考量，因此在准备本次毕业论文过程中也锻炼了自己的逻辑思维、多角度考虑、分析的能力，更提升自己的设计思路，结合自己的思维方式，一些一知半解的地方在老师、同学以及工作同事的帮助下豁然开朗。智能变电站的建设发展已成为电网发展不可或缺的一部分，其研究工作、设计工作也显得尤为重要。本文通过多方面了解掌握目前相关智能变电站的技术发展，以传统变电站为基础进行了智能变电站电气主接线的设计、负荷电流的计算、主要电气设备的选择、防雷接地设计、继电保护设计等方面完成了此次完整的10KV智能变电站设计，将所学知识与自己的理解、实践经验相结合，针对数字化、智能化部分，对其所构成装置进行研究，对所使用的有关器件梳理，尤其在安全稳定和能够使用的程度，并对其中重要技术环节进行系统的介绍，最后画出电气主接线图。智能变电站的发展使变电站运行检修更加便捷、简易，日常维护经济、高效。智能变电站的是智能电网发展的可靠基础，高水平的智能变电站也必然是日后智能电网发展的中流砥柱。参考文献[1]杜文学.电力系统.北京：中国电力出版社，2007[2]杨晓敏.电力系统继电保护原理及应用.北京：中国电力出版社，2006[3]许晓慧，智能电网导论.北京:中国电力出版社,2010[4]郭琳，胡斌，黄兴泉.发电厂电气设备.北京：中国电力出版社，2016[5]张建蒙，高丽宋.浅析变电站的发展趋势--数字化变电.科技信息，2013[6]许珉.电站电气一次设计[M].北京：机械工业出版社，2015[7]何昕.110KV智能变电站的设计与研究[D]东北农业大学硕士论文，2018[8]刘玉华.110kV沙河智能化变电站设计及应用设计[D].中国石油大学，2015[9]辛建俊.变电站防雷的技术改进.