35kv无人值守变电站电气部分方案学士学位论文Word格式.doc
《35kv无人值守变电站电气部分方案学士学位论文Word格式.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《35kv无人值守变电站电气部分方案学士学位论文Word格式.doc（65页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
Driction：
LocalPowerSystemAndItsAutomation
NortheastAgriculturalUniversity
Harbin·
China
May2014
-1-/65
摘要
随着国民生活水平的提高，大量新型用电设备涌现在国民的日常生活中，用电器的数量及种类对电能的质量提出了更高的要求.在国民畅享科技进步的同时，还须确保电力系统能够安全、可靠、优质、经济的运行.因此，必须提高电力网络供电可靠性和发电设备利用率，改善电力系统运行状况，满足经济性和稳定性的要求.
本设计的目的是设计一座需要新建35KV变电站，以满足某地区的发展需求.设计以实际负荷为依据，以变电所的预期运行方式为基础，按照国家有关规定和规范，完成了满足该地区供电要求的35kV变电所初步设计.
首先，通过分析几种典型主接线设计方案及特点，总结比较各种典型主接线方案的运行灵活性和供电可靠性，确定了该35kV智能变电站的主接线方式，依据电力系统变电站建设要求，主变压器选择要求和绥中变电站供电区域负荷现状、负荷预测、用户对供电可靠性的要求，确定了主变压器台数、容量和型号.其次，通过短路电流计算，对变电站主要电气设备进行选择，并校验其热稳定和动稳定.并对该35kV变电站防雷及接地进行设计和校验；
最后，对该35kv的二次系统进行设计.
本文讨论和分析了数字化变电站建设中的相关理论,并试图把这些理论运用到现今实际变电站的建设中,以便加强数字化变电站理论和实际工程之间的相互联系.随着智能化的电气开关发展,尤其是非常规互感器、智能断路器等新型技术的发展,变电站自动化的水平不断提高,初步进入了数字化的时代.
关键词：
35KV变电站，负荷计算，短路电流，设备选择，防雷保护
SystemDesignForTheElectricalPartOfUnattendedSubstationOf35kV
Abstract
Withtheimprovementofnationallivingstandard,alargenumberofnewtypeelectricalequipmentemergeinnationaldailylife,whichputforwardahigherrequesttothequalityofpower.Whennationalareenjoyingthetechnologyprogress,wemustensurethatelectricpowersystemcanberunsafely,reliably,high-quality,andreasonably.Asaresult,wemustimprovethereliabilityofelectricitynetworksupplyandtheutilizationofpowergenerationequipment,andmakebetterthepowersystemoperatingconditions,inordertomeettherequirementsoftheeconomyandstability.
Thepurposeofthisdesignistodesignanew35kvsubstation,inordertosatisfythedemandsofthedevelopmentofaregion.The35kvsubstationpreliminarydesignwhichsatisfiestherequirementofpowersupplyinthisregionwasbasedontheactualloadandforecastoperationmodeofthesubstation,andinaccordancewiththerelevantprovisionsofthestateandspecifications.
First,throughanalysisingseveraltypicalcharacteristicsofmainelectricalconnectionscheme,summaryofcomparisonofvarioustypicaloperationalflexibilityandreliabilityofmainelectricalconnectionscheme,determinethemainelectricalconnectionschemeofthis35kVintelligentsubstation.Accordingtotheelectricpowersystemsubstationsconstructionrequirements,selectionrequirementsandthepowersubstationmaintransformerloadstatus,loadforecasting,userrequirementsforreliability,determinethenumber,capacityandtypeofmaintransformer.Secondly,byshortcircuitcurrentcalculations,toselectthemainelectricsubstationequipment,andverifyitsthermalstabilityanddynamicstabilityandthis35kVsubstationlightningprotectionandgroundingdesignandvalidation.Finally,designingthesecondaryelectricsystemofthis35kVsubstation.
Thisarticlediscussesandanalyzestherelatedtheoryintheconstructionofdigitalsubstation,andtrytoapplythesetheoriestothecurrentactualsubstationconstruction,inordertostrengthenthedigitalsubstationconnectedbetweenthetheoryandpracticalengineering.Withthedevelopmentofintelligentelectricalswitches,especiallytheunconventionaldevelopmentofnewtechnologies,suchastransformer,intelligentcircuitbreaker,substationautomationlevelunceasingenhancement,thepreliminaryintothedigitalera.
Keywords：
35KVsubstation，loadcalculation，short-circuitcurrent，equipmentselection，lightningprotection
目录
摘要 I
Abstract II
1 前言 1
1.1 研究的目的与意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 设计（论文）的主要研究内容 2
2 负荷分析 3
2.1 负荷的分级 3
2.2 负荷计算 3
2.2.1 负荷计算方法 4
2.2.2 负荷的计算 4
3 主变压器选择 6
3.1 主变压器的选择原则 6
3.2 主变压器台数的选择 6
3.3 主变压器容量的选择 7
3.4 主变压器冷却方式选择 7
3.5 主变压器型式的选择 8
4 电气主接线设计 9
4.1 电气主接线设计的设计原则 9
4.2 电气主接线设计的基本要求 9
4.2.1 可靠性 9
4.2.2 灵活性 10
4.2.3 经济性 10
4.3 主接线的一般接线形式 10
4.3.1 单母线接线 10
4.3.2 单母线分段接线 10
4.3.3 双母线接线 11
4.3.4 双母线分段接线 11
4.3.5 桥形接线 11
4.4 主接线方案的选定 12
5 短路电流计算 13
5.1 短路故障产生的原因 13
5.2 短路电流计算的目的 13
5.3 短路电流计算的基本要求 13
5.4 短路电流计算的步骤 15
5.5 短路电流计算 15
6 主要电气设备的选择和校验 22
6.1 电气设备的选择基本要求 22
6.2 断路器的选择 23
6.2.1 断路器的选择条件 24
6.2.2 断路器的选择和校验 25
6.3 隔离开关的选择 26
6.3.1 隔离开关的配置 26
6.3.2 隔离开关的选择计算 27
6.4 母线的选择 27
6.4.1 母线选择基本要求 27
6.4.2 母线的选择计算 29
6.5 互感器的选择 31
6.5.1 电流互感器 31
6.5.1.1 电流互感器的选择 31
6.5.2 电压互感器 33
6.6 支柱绝缘子的选择 33
6.6.1 35kV侧的选择 33
6.6.2 10kV侧的选择 34
6.7 配电装置的选择 34
6.7.1 配电装置的设计原则 34
6.7.2 配电装置形式的选择 35
6.8 所用变压器的选择 35
6.9 主要电气设备选择结果 36
7 变电站防雷接地设计 38
7.1 避雷针的保护范围 38
7.2 避雷器的选择原则 40
7.3 变电站过电压保护 40
7.4 避雷针保护范围计算 41
7.5 接地装置设置 42
8 变电所综合自动化系统的设计 43
8.1 综合自动化系统概述 43
8.1.1 综合自动化系统的概念 43
8.1.2 综合自动化系统的基本要求与特征 43
8.1.2.1 综合自动化系统的基本要求 43
8.1.2.2 综合自动化系统的基本特征 44
8.1.3 综合自动化系统的功能和组成 44
8.1.3.1 综合自动化系统的主要功能 44
8.1.3.2 变电站综合自动化系统的子系统组成 45
8.1.4 综合自动化系统的硬件结构 45
8.1.5 变电站综合自动化的数据通讯与网络 46
8.1.5.1 变电站综合自动化系统的数据通信 46
8.1.5.2 变电站综合自动化系统的通信网络 46
8.1.5.3 PROFIBUS现场总线技术的应用 46
8.2 变电站综合自动化系统的结构设计 47
8.3 微机保护的设计 50
8.3.1 主变压器保护 50
8.3.1.1 保护配置 50
8.3.1.2 差动保护 50
8.3.1.3 瓦斯保护 52
8.3.2 微机线路保护 53
8.3.2.1 线路三段式电流保护各段保护范围 53
8.3.2.2 线路三段式电流保护动作电流的整定 54
8.4 自动控制 55
9 总结 56
参考文献 57
致谢 58
附录 -1-
1.前言
1.1研究的目的与意义
近年来，随着“两网”改造的深入和电网运行水平的提高，大量采用远方集中控制、操作等自动化技术的变电站投入运行，既提高了劳动生产率，又减少了人为误操作的可能.采用变电站综合白动化技术是变电站计算机应用的方向，也是电网发展的趋势，值得人力推广.因此，认真研究农村变电所的先进设计方案和综合自动化技术方案是一项十分重要工作.
中国农网变电所的建设设计经历了一个逐步改进提高的过程.由60年代的简易化变电所到70年代的工业化模式所，都未发挥理想的性能.在总结以上两种模式的基础上，80年代以来，根据“小容量、密布点、短半径”的建设原则，全国建成农村小型化变电所上千座.进入90年代以来，农村变电所义在小型化模式基础上开始朝无人化模式发展.本课题就是结合某地区的负荷特点及自然状况而提出的，其目的就是通过本课题的研究建设一座省城郊区的无人值班变电所模式.
无人值班变电所是一种先进的运行管理模式，它是以提高变电所设备可靠性和基础自身化为前提，并借助微机远动技术，由远方值班员取代现场值班员实施对变电所设备运行的有效控.无论新建或是将常规变电所改造成无人值班变电所，均具有显著的经济效益：
1.运行和管理费用低.由于采用新型高压设备及完全户外式设备布置，运行费用仅为常规变电所的1/10.
2.供电可靠性和自动化程度的提高.一方面，变电所设备可靠性和基础自动化的提高，可极大地缩短事故停电时间和缩小事故停电范围，另一方面，遥控的实现使调度值1班员能直接对变电所各出线的负荷进行实时监测和控制，因而能进一步加强负荷管理.
3.能在不新增投资的条件下多供电.新型无人值班变电所提高了负荷率（一般都在10%以上），使电网在不增加新的投资条件卜多供电.而且，白动化程度提高后，维修停电和事故处理等时间大大缩短，因而也能多供电.
4.提高安全运行水平.由于变电所有较高的自动化水平，因而可减少人员误触电事故和误操作事故.
5.供电质量得到进一步提高.由于有载调压的主变压器及无功补偿装置实现遥控，因而母线电压能维持在较为理想的水平，电压合格率在常规变电所基础上至少提高5%.
可以预见，农村无人值班变电所必将在全国蓬勃发展.
1.2国内外研究现状
我国的智能变电站的发展及研究现状：
国家电网公司在《国家电网公司“十一五”科技发展规划》中明确提出在“十一五”期间要研究、实施示范智能变电站.国内各网省公司纷纷开始智能变电站试点工程的建设.目前，智能变电站技术很多，存些已成熟，有些还在研究阶段，有的还处于概念阶段.如：
1.一次设备智能化的实践：
目前已有应用.
2.二次功能网络化的实践：
目前已有工程应用.
3.设备状态检修的实践：
智能一次设备状态检修的实践，继电保护二次设备状态检修的实践，目前正在展研究.
4.站内智能高级应用方案研究：
智能告警及分析决策经济运行与优化控制等，正在研究阶段.
5.分布协同智能控制与智能保护研究：
目前正在研究阶段.
6.主变压器应用新型光栅式温度在线监控系统：
7.GIS组合电气应用SF6压力、微水在线监测系统.
智能变电站研究、建设工作尚处于赴阶段，重点工作主要集中在智能化开关设备的研究开发，尚不具备大范围推广应用的基本条件.主要问题表现在：
1.智能变电站没有相应的设计规范、验收规范、装置检验规程、计量检定规程、运行规范等，需要在实践中不断研究、摸索并制定.
2.智能变电站技术尚不成熟，在智能设备检测装置、一体化信息、平台开发等方面还存在不足之处.
3.智能变电站的投产，使得原有的检验手段已不能满足现场检验的需要，亟待研究新的检测方法，配置相应的检测仪器.
4.智能变电站与传统变电站的导致在维护界限、人员分工等方面需要重新划分.
国外的变电站自动化技术的发展：
国外的变电站自动化技术的发展是从20世纪80年代开始的，以德国西门子公司为例，该公司于1985年投运了第一套变电站自动化系统LSA-678，此后陆续在德国及欧洲投运的该型变电站自动化系统达300多套，LSA-678变电站综合自动化系统1995年在中国正式投运.LSA-678系统结构有两类：
一类是全分布式系统；
另一类是集中与分布式相结合的系统.这两类系统均由64MB测控系统、7S/7U保护系统和8TK开关闭锁系统三部分构成.20世纪90年代，日本在多座高压变电站采用了以计算机监控系统为基础的运行系统，其主要特点是继电保护装置下放至关站，并设置微机控制终端，采集测量值和断路器触点信息，通过光缆传输到主控制室的后台计算机系统中，断路器及隔离关的操作命令也由主控制室通过光缆下达至终端执行.总体上来看，国外变电站自动化技术的发展趋势同国内的发展趋势基本上一致，分布式变电站自动化系统已逐步成为技术发展的主流.
1.3设计（论文）的主要研究内容
本变电站初步设计包括了：
1.所设计变电站的基础资料数据分析.
2.所设计变电站负荷计算及变压器选择.
3.所设计变电站电气主接线的设计.
4.所设计变电站短路电流计算.
5.所设计变电站主要电气设备选择.
6.所设计变电站主要变压器的保护，等内容.
1负荷分析
负荷分析是确定供电对象（即用户）的用电负荷大小和重要性的一个过程，供电对象（即用户）的用电负荷大小和重要性反映了该变电所在电力系统中的地位和作用，进而影响到变电所内电气设备的选择，因此它是确定电力系统的首要条件.
1.1负荷的分级
本次变电站设计为一35kV区域性变电站，以供给附近地区的工业、农业和民用电.由于不可能对所有的用电单位和用电设备都采取相同的供电措施，所以供配电设计应首先对用电单位和用电设备进行负荷分级.负荷分级应根据用电单位（即建筑物）和用电设备的规模、功能、性质及其在政治、经济上的重要性进行确定.负荷分级的目的和意义在于根据不同的负荷级别确定用电单位和用电设备的供电要求和供电措施，以保证供电系统的安全性、可靠性、先进性和合理性.国际上普遍的做法是将负荷按应急电源自动切换的允许中断供电时间划分为0s、小于0.15s、0.5s、15s和大于15s五个级别，而我国则是沿用前苏联的做法，按用电单位或用电设备突然中断供电所导致后果的危险性和严重程度分为一、二、三级：
1一级负荷：
是指突然中断供电将会造成人身伤亡或会引起周围环境严重污染的；
将会造成经济上的巨大损失的；
将会造成社会秩序严重混乱或在政治上产生严重影响的.
2二级负荷：
是指突然中断供电会造成经济上较大损失的；
将会造成社会秩序混乱或政治上产生较大影响的.
3三级负荷：
是指不属于上述一类和二类负荷的其他负荷.
经过调查统计后，根据相关规定，我们将把35KV变电站的电力负荷进行分级，结果如下表2-1所示：
表2-135KV变电站的电力负荷分级表
顺序
负荷名称
负荷级别
1
2
3
4
市政府
一级
5
汽车客运站
学校
6
图书馆
二级
电影院
7
电视台
多层建筑
8
医院
1.2负荷计算
这里所说的用电负荷，是指在某一段时间内的最大负荷的平均值，通常采用15min的最大平均负荷.用电设备负荷的计算是确定供电线路接线方式，选择变压器容量、电气设备、导线截面的主要依据，负荷计算的是否合理，直接影响到电气设备及供电系统的运行是否经济、合理.
1.2.1负荷计算方法
电气负荷计算方法有：
需要系数法，利用系数法，二项式法，单位面积功率计算法，单位产品功率计算法等，它们的应用范围各不一样.
1.需要系数法：
用设备功率乘以需要系数和同时系数，直接求出计算负荷；
需要系数法计算简单，是最为常用的一种计算方法，适合用电设备较多，但设备容量相差不大的情况.
2.利用系数法：
是通过平均负荷来计算负荷的，这种方法的依据是概率论和数理统计，借助于计算机进行计算，计算结果精确但过程繁琐，一般不予以采用.
3.二项式法：
将负荷分为基本负荷和附加负荷，后者考虑一定数量大容量设备影响，只有在用电设备容量相差悬殊时采用.
4.单位面积功率法，单位指标法，单位产品耗电量法等，可用于初步设计用电量指标的估算，对于住宅建筑，在设计各阶段均可使用单位面积功率法.
本设计中，用电负荷较多且容量相差不大，故宜采用需要系数法.
1.2.2负荷的计算
要选择变压器容量，确定变压器各出线侧的最大持续工作电流.首先必须要计算各侧的负荷，包括站用电负荷（动力负荷和照明负荷）.通过统计得到负荷统计表如下：
表2-2负荷统计表
用户名称
功率因数
符合容量（MV▪A）
出现方式
0.8
3.5
架空线路
0.78
0.7
2.5
区域内三产
0.65
其他
0.72
4.5
在变电站主接线设计中是根据计算负荷来选择主变压器容量的.负荷调查统计出的变电站供电范围内的所有用电设备的额定容量总和要比实际变动负荷大,因为用电设备实际负荷一般小于其额定容量,而且各种用电设备并非同时运行,其中有些设备停运,有些则可能在检修.考虑这些因素计算出来的负荷称为计算负荷.用计算负荷作为依据来选择主变压器容量切合实际.变电站设计的计算负荷用下式进行计算：
（2-1）
公式中：
——某电压等级的计算负荷
——同时系数，一般取0.85~0.9
——该电压等级电网的线损率，一般取5%
、——各用户的负荷和功率因数
考虑5—10年负荷的增长，可按照自然增长率估算，认为负荷在一定阶段按照某一指数关系增长.因此，计算其负荷增长后的变电站最大计算负荷为：
（2-2）
式中：
——n年以后的最大计算负荷；
——年数；
——年均复合增长率，根据历史资料确定.
由此可得，该变电站的计算负荷：
（2-3）
2主变压器选择
在各级电压等级的变电站中，变压器是变电站中的主要电气设备之一，其担任着向用户输送功率，或者两种电压等级之间交换功率的重要任务，同时兼顾电力系统负荷增长情况，需合理选择，否则，将造成经济技术上的不合理.主变压器的容置、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构.它的确定除依据传递容量等基本原始资料外，还应根据电力系统5~10年发展规划，输送功率大小，馈线回路数、电压等级以及接入系统
升级会员 