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第3章110kV变电站电气自动化的图像监视与安全预警系统设计·
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第3章主变容量、形式及台数的选择·
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致谢·
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参考文献·
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摘要：
电气自动化和智能化的发展出现使得二次设备网路融合技术在变电站建设中得到了广泛应用，大大推进了我国变电站建设技术的前进。
文章分析其特点，探讨其设计。
【关键词】110kV；
变电站;
电气设计；
随着电力事业不断的加大投入力度，110kV变电站作为电力系统中的重要组成部分，同时110kV变电站是众多变电站中最为常见的一种，而人们生活水平与质量的提高使其对供电质量也提出了更高的要求。
1、110kV智能变电站的特点
1.1通信标准化
IEC61850标准是一项新的网络通信体系，它对自动化变电站系统的国际通信标准做出了定义，让变电站使用的不同厂商生产的设备之间可以自由的连接，使得设备之间能够实现相互操作以及全站的信息共享等功能。
1.2状态可视化
变电站智能化的实现，能够实现监测全站设备运行状态的功能，其过程是经过采集设备工作时非电气量参数，利用传感器技术、计算机技术以及网络通信技术等，再使用专家系统分析获取的各项特征参数，以便及时发现设备的运行故障或是预测潜在故障。
设备状态监测作为设备状态检修的基础，与原始的设备计划检修模式，状态检修模式减少了很多的不必要检修和停电事故。
由此变电站实现了智能化检修维护，在检修设备时更有针对性和合理性，降低了设备检修维护成本。
1.3功能一体化
（1）系统功能集中化。
智能变电站在采集全景数据的基础上，可以实现系统的各项功能，例如防误操作功能、设备状态监测等。
由于IEC61850标准的推行，以及自动化装置和保护装置的相互融合，保护系统也逐渐实现了自动化管理。
（2）设备功能集成化。
由于数字化测量方式和网络化的控制方式带来的好处，大大简化了间隔层设备的采样模块和I/O接口模块，所以可以对其逻辑计算能力做进一步的强化，使得系统功能更加集成化，例如110kV智能化变电站中使用的保护测控一体化装置。
并且系统还能够把电能计量以及故障录波等功能也集成到间隔级中。
（3）电源系统一体化.传统的变电站的电源一直都是采用分散设计模式，把各个电源子系统独立组屏，各项设备的生产和安装由不同厂家来完成，给设备的管理和维护带来了很多不便，而智能化变电站克服了这些弊端。
（4）信息互动化.顺序控制：
其主要功能是实现变电站的就地顺序控制以及远程监控，主要包括实现间隔层设备的“运行、检修、备用”状态的转换、双母线倒闸操作、变压器各侧跨电压等级操作、开关柜运行操作等。
电压无功自动分析控制：
结合应用调度、集控主站系统和变电站自动化系统，把各类节点参数进行处理，整合出VQC和AVC最优方案，最后再把方案反馈下发至变电站自动化系统，以实现无功调节命令。
2、110kV变电站电气自动化设计
2.1PLC的设计
由于PLC具有良好的可靠性与稳定性，并且编程简单，因此被广泛地应用于110kV变电站的监控系统，它主要是以指令或梯形图编程的形式应用于监控系统实时控制中。
此外，PLC主要是监控110kV变电站的电气一次部分。
通常在选择PLC的时候，需要根据具体的控制对象备有20～30%的用量，以保障监控系统实时监控作用的发挥。
2.2组态软件设计
具体而言，110kV变电站组态软件设计主要指的是：
设计监控界面，并且在此基础上配置PLC设备。
建立监控数据库，将数据点和PLC的数据联系起来。
设计相关设备的操作图形界面与操作按钮。
以动画的形式连接上述层次，建立图形与数据的对应关系，当发生异常时能以声光进行报警。
设计操作说明书，用以指导执行相关操作设备。
2.3PLC与组态软件的通信设计
如果没有熟练掌握PLC与组态软件之间的协议，则没有必要在PLC中设置编程和网络，同样可以实现PLC与组态软件的通信。
只是，在设计110kV变电站和电气一次部分及监控系统时，要注意在PLC正常工作时，为保障交换数据的实现，务必要将组态软件切换到正确的通信位置上。
2.4110kV变电站电气自动化的二次设备布置设计
对110kV变电站电气自动化进行设计，不可避免地需要对变电站二次设备进行布置。
主要包括以下几个方面的内容：
（1）采用集中布置的方式。
（2）使得变电站二次设备的柜体结构、外形及颜色保持统一。
（3）选择恰当合理的保护装置和监控系统。
（4）控制器室的备用屏位置应该约占总屏位的一成。
2.5110kV变电站电气自动化的直流系统设计
（1）直流系统采用一体化电源设备，为全站交直流设备提供安全、可靠的工作电源，包括：
380V/220V交流电源、DC220V（110V）直流电源、通信电源DC48V、逆变电源等组成。
（2）一体化电源系统主要由ATS双电源转换开关模块及交流配电单元、充电单元、逆变电源、蓄电池组、通信电源及各类监控管理模块组成。
逆变电源直接挂于直流母线对重要负荷供电。
（3）一体化电源系统采用分层分布架构，各功能测控模块采用一体化设计、一体化配置，各功能测控模块运行工况和信息数据采用标准规约接入一体化信息平台。
实行一体化电源各子单元分散测控和集中管理，实现对一体化电源系统运行状态信息的实时监测。
3、110kV变电站电气自动化的图像监视与安全预警系统设计
图像监视与安全预警系统功能主要体现在安全防X要求方面。
系统设计内容如下所示：
（1）在110kV变电站的围墙四周安置探测器、远红外线或者电子栅栏。
（2）在110kV变电站大门以及主控制楼入口处安装摄像头。
（3）在110kV变电站各配电装置区安装室外摄像头。
（4）在110kV变电站的蓄电池室、控制室及各电压配电装置室内安装室内摄像头。
（5）完善110kV变电站在安全方面的配套措施（譬如防火防盗功能的配置）。
（6）确保安全预警系统报警信号能够传至变电站集控中心或者调度室。
4、主变容量、形式及台数的选择
4.1主变压器台数的选择
主变压器是变电站（所）中的主要电气设备之一，它的主要作用是变换电压以利于功率的传输，电压经升压变压器升压后，可以减少线路损耗，提高了经济效益，达到远距离送电的目的。
而降压变压器则将高电压降低为用户所需要的各级使用电压，以满足用户的需要。
主变压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。
因此，主变的选择除依据基础资料外，还取决于输送功率的大小，与系统的紧密程度，同时兼顾负荷性质等方面，综合分析，合理选择。
为了提高供电的可靠性，防止因一台主变故障或检修时影响整个变电站的供电，变电站中一般装设两台主变压器。
互为备用，可以避免因主变故障或检修而造成对用户的停电，若变电站装设三台主变，虽然供电可靠性有所提高，但是投资较大，接线网络较复杂，增大了占地面积和配电设备及继电保护的复杂性，并带来维护和倒闸操作的许多复杂化，并且会造成短路容量过大。
考虑到两台主变同时发生故障的几率较小，适合负荷的增长和扩建的需要，而当一台主变压器故障或检修时由另一台主变压器可带动全部负荷的70%，能保证正常供电，故可选择两台主变压器。
4.2主变压器容量的选择
主变压器容量一般按变电站建成后5--10年规划负荷选择，并适当考虑到远期10--20年的负荷发展，对于城郊变电站主变压器容量应与城市规划相结合，该变电站近期和远期负荷都已给定，所以，应接近期和远期总负荷来选择主变容量。
根据变电站所带负荷的性质和电网的结构来确定主变压器的容量，对于有重要负荷的变电站应考虑当一台主变压器停用时，其余变压器容量在计及过负荷能力的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷，对一般性变电站当一台主变压器停用时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70--80%。
该变电站的主变压器是按全部负荷的70%来选择，因此装设两台变压器后的总的容量为ΣSe=2×
0.7×
Pm=1.4Pm。
当一台变压器停运时，可保证对70%负荷的供电。
考虑到变压器的事故过负荷能力为30%，则可保证98%负荷供电。
因为该变电站的电源引进线是110kV侧引进，而高压侧110kV母线负荷不需要经过主变倒送，因此主变压器的容量为Se=0.7S。
（S为110kV侧的总负荷）。
.1．110kV侧负荷
由工厂负荷预测可知，工厂一、二、三期达到规模后，负荷达25.16兆瓦，功率因素取0.8,主变容量按110kV侧总负荷的70%来选择，四期负荷为9.5兆瓦。
S三=P三/cosΦ=25.16/0.8=31.45（MVA）
S四=P四/cosΦ=9.5/0.8=11.875（MVA）
总容量达43.325MVA，
S总=S总×
70%=43.325×
70%=30.3275（MVA）
2主变容量选择
因此选择2台31.5兆伏安主变可满足供电要求；
选择主变型号为：
SFZ11-31500/110
容量比（高/低%）：
100/100
电压分接头：
110±
4×
1.25%/10.5kV
阻抗电压（高低）：
10.5%
联结组别：
YN，d11
4.3
主变压器形式的选择
（1）主变相数的选择
主变压器采用三相或单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求及远输条件等因素,特别是大型变压器尤其需要考虑其运输可能性保证运输尺寸不超过遂洞、涵洞、桥洞的允许通过限额，运输重量不超过桥梁、车辆、船舶等运输工具的允许承载能力，当不受运输条件限制时，在330kV及以下的变电站均应选用三相变压器。
（2）主变调压方式的选择
变压器的电压调整是用分接开关切换变压器的分接头，从而改变变压器变比来实现的。
切换方式有两种：
不带电切换称为无激磁调压，调整X围通常在±
5%以内。
另一种是带负载切换，称为有载调压，调整X围可达20%。
对于110kV的变压器，有载调压较容易稳定电压，减少电压波动所以选择有载调压方式，且规程上规定对电力系统一般要求110kV及以下变电站采用一级有载调压变压器。
所以本次设计的变电站选择有载调压方式。
（3）连接组别的选择
变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。
电力系统采用的绕组连接方式只有Y和Δ。
我国110kV及以上电压，变压器绕组都采用Y0连接，35kV变压器采用Y连接，其中性点多通过消弧线圈接地，35kV以下电压，变压器绕组都采用Δ连接。
全星形接线虽然有利于并网时相位一致的优点，而且零序阻抗较大，对限制单相短路电流皆有利，同时也便于接入消弧线圈，但是由于全星形变压器三次谐波无通路，因此将引起正弦波电压的畸变，并对通讯设备发生干扰，同时对继电保护整定的准确度和灵敏度均有影响。
如果影响较大，还必须综合考虑系统发展才能选用。
采用Δ接线可以消除三次谐波的影响。
（4）主变冷却方式的选择
主变压器一般采用冷却方式有自然风冷却（小容量变压器）、强迫油循环风冷却（大容量变压器）、强迫油循环水冷却、强迫导向油循环冷却。
在水源充足，为了压缩占地面积的情况下，大容量变压器也有采用强迫油循环水冷却方式的。
强迫油循环水冷却方式散热效率高，节约材料，减少变压器本身尺寸，其缺点是这样的冷却方式要在一套水冷却系统和有关附件，冷却器的密封性能要求高，维护工作量大。
而本次设计的变电所位于郊区，对占地要求不是十分严格，所以应采用强迫油循环风冷却方式。
致谢
感谢地质大学的老师们，他们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；
他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。
老师的严谨给我留下了深刻的印象，并将在我今后的人生道路上产生深远的影响，在此论文完成之际，谨向老师致以崇高的敬意和衷心的感谢！
感谢那些曾经帮助过我的老师、同学和朋友！
正是由于各位的倾心指导、谆谆教诲，鼎力帮助，使我得以顺利完成课程设计。
再一次感谢曾帮助过我和支持我的同学以及老师。
谢谢！
参考文献
（1）毛力夫发电厂变电站电气设备中国电力
（2）X锡普发电厂电气部分中国电力
（3）谢承鑫王力昌工厂电气设备手册水利电力
（4）戈东方电力工程电气设计手册水利电力
（5）国家电网公司典型设计
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