35kV變電站設計--開題報告

1、學科部:專業(yè):班級:學號:姓名:指導教師:填表日期:2012 年 12 月 6 日科學技術學院畢業(yè)設計（論文）開題報告題 目： 35KV變電所電氣設計信息學科咅E電氣工程及其自動化電氣092班一、選題的依據及意義（一）選題的依據： 通過本設計使我掌握了 35kV 變電站電氣主接線設計的基本步驟和方法，并在分析、計 算和解決實際工程能力等方面得到訓練， 進一步鞏固了電力生產的專業(yè)知識， 掌握了工程繪 圖方面的一些知識、 方法， 掌握了科技論文寫作的一般知識及科技文獻資料的查找技巧，為以后從事設計、運行和科研工作，奠定必需的知識基礎。 35kV 變電站電氣一次部分初步設 計的過程， 是對所學知識進

2、行的一次檢驗和實踐， 從而使電力專業(yè)知識得到鞏固和加深， 逐 步提高了分析問題和解決問題的能力。在設計的過程中，查閱了大量的文獻資料，積累了豐富的第一手材料，在主接線設計、 電氣設備選擇等具體設計任務中進行了大量的比較、 計算、優(yōu)化有效的培養(yǎng)了自己分析問題、 解決問題的能力，并使專業(yè)知識得到鞏固和升華。我對變電站的生疏， 到了解，再到深入研究，最終完成了 35KV變電所電氣部分的設計。 其中包括了電氣一次部分主接線的設計和各種電氣設備的選擇， 也有二次繼電保護方面的簡 單介紹， 最后加上了一些防雷措施。 本次設計基本是按照變電所設計基本步驟做下來的，因此也能達到一般變電所的性能要求。其中還對新

3、設備進行了選擇，適應于目前的趨勢。 （二）選題的意義：電能是現代社會中最重要、也是最方便的能源。發(fā)展國民經濟的基礎，是一種無形的、 不能大量儲存的二次能源。電能的發(fā)、變、送、配合用電，幾乎是在同一瞬間完成的，須隨 時保持功率平衡。 要滿足國民經濟發(fā)展的要求， 電力工業(yè)必須超前發(fā)展， 這是世界電力工業(yè) 發(fā)展規(guī)律，因此，做好電力規(guī)劃，加強電網建設，就尤為重要。變電所作為電力系統(tǒng)的重要組成部分， 它直接影響整個電力系統(tǒng)的安全與經濟運行， 是 聯系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)， 起著變換和分配電能的作用。 對其進行設計勢在必行， 合理 的變電所不僅能充分的滿足當地的供電需求，還能有效的減少投資和資源浪費。本

4、設計包括對35KV變電站設計的優(yōu)化對未來電網的合理規(guī)劃有著一定的參考意義。二、國內研究現狀及發(fā)展趨勢 變電站是變換電壓和交換電能的場所 , 由電力變壓器和配電裝置組成。 變電站能否安全、 可靠的運行 , 對工礦企業(yè)、醫(yī)院、國防、交通都有著重要意義。而變電站的安全、可靠運行 卻在很大程度上取決于它的二次設備。近些年來 , 計算機軟硬件技術、網絡通信技術以及控 制技術的發(fā)展迅猛 , 被越來越多的應用在工業(yè)控制的各個領域。變電站綜合自動化系統(tǒng)就是 將這些技術應用在變電站 , 實現對變電站供電網絡的在線數據監(jiān)測、開合閘控制、線路保護 以及運行歷史數據存儲。同時變電站系統(tǒng)對這些新技術的渴望也越來越強烈,

5、 如變電站的操作對于實時性的要求越來越高 , 發(fā)生異常時應該立即做出動作采取相應措施,這就要求數據通信傳輸速度越來越快； 再有對于經常出現的故障以及設備服役到年限的一些情況應作出預 判, 這就要求計算機軟件系統(tǒng)有強大的數據庫以及更加人性化的人機界面設計, 同時也要求人員 24 小時值守 , 運行成本較高 , 無人值守站變電站需求越來越迫切。近年來，“智能電網”一詞已成為一個流行的專業(yè)術語，代表了當今世界電力系統(tǒng)發(fā)展 變革的最新動向，被認為是 21 世紀電力系統(tǒng)的重大科技創(chuàng)新和發(fā)展趨勢。智能電網作為未 來電網的發(fā)展方向，滲透到發(fā)電、輸電、變電、配電、用電各個環(huán)節(jié)。在上述這些環(huán)節(jié)中， 智能變電站無

6、疑是最核心的一環(huán)。 作為智能電網的重要基礎， 智能變電站為智能電網提供標 準的、可靠的節(jié)點 （ 包括一次、二次和系統(tǒng) ） 支撐。智能變電站是采用先進、可靠、集成、 低碳、環(huán)保的智能設備， 以全站信息數字化、 通信平臺網絡化、 信息共享標準化為基本要求， 自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監(jiān)測等基本功能，并可根據需要支持電網實 時自動控制、智能調節(jié)、 在線分析決策、 協同互動等高級功能的變電站。智能變電站的建設 能夠實現設備信息、 運行維護策略與電力調度全面互動， 實現基于狀態(tài)的全壽命周期綜合優(yōu) 化管理， 實現電網運行數據的全面采集和實時共享， 支撐電網實時控制、 智能調節(jié)和各類高 級應

7、用，保障各級電網安全穩(wěn)定運行。變電站綜合自動化是將變電站的二次設備 （ 包括控制、信號、 測量、 保護、自動裝置及 遠動裝置等 ） 應用計算機技術和現代通信技術 , 經過功能組合和優(yōu)化設計 , 對變電站實施 自動監(jiān)視、 測量、 控制和協調 , 以及與調度通信等綜合性的自動化系統(tǒng)。 實現變電站綜合自 動化 , 可提高電網的安全、 經濟運行水平 , 減少基建投資 , 并為推廣變電站無人值班提供了 手段。計算機技術、 信息技術和網絡技術的迅速發(fā)展 , 帶動了變電站綜合自動化技術的進步。 近年來 , 隨著數字化電氣量測系統(tǒng) （ 如光電式互感器或電子式互感器 ） 、智能電氣設備以及 相關通信技術的發(fā)展

8、, 變電站綜合自動化系統(tǒng)正朝著數字化方向邁進。 變電站自動化系統(tǒng)在 我國的應用已經取得了非常顯著的效果 , 對提高電網的安全經濟運行水平起到了重要作用。 目前隨著新技術的不斷發(fā)展 , 數字化變電站正在興起。 與傳統(tǒng)變電站相比 , 數字化變電站具 有以下優(yōu)勢 : 減少二次接線 , 提升測量精度 , 提高信號傳輸的可靠性 , 避免電纜帶來的電 磁兼容、傳輸過電壓和兩點接地等問題 , 解決設備間的互操作問題 , 變電站的各種功能可共 享統(tǒng)一的信息平臺 , 避免設備重復 , 自動化運行和管理水平進一步提高。 數字化變電站是變 電站自動化技術的發(fā)展方向。自從 1987 年清華大學研制成功第一套變電站綜合

9、自動化系統(tǒng)投運十多年來， 由于技術 水平的不斷提高， 體系結構也在不斷改進。 根據綜合自動化系統(tǒng)設計思想和安裝的物理位置 的不同，綜合自動化系統(tǒng)硬件結構形式可以分成很多種類。其結構形式有集中式、分布式、 分散（層） 分布式；從安裝物理位置上來劃分集中組屏、分層組屏和分散在一次設備間隔設 備上安裝等形式。典型的 35 kV 變電站綜合自動化系統(tǒng)采用分布式結構，裝置分成管理層、 變電站層和間隔層， 利用現場總線技術信息上傳， 保護功能完全獨立， 遠動與監(jiān)控系統(tǒng)共用 間隔層， 利用現場總線技術信息， 保護功能完全獨立， 遠動與監(jiān)控系統(tǒng)共用間隔層信息采集 裝置，達到了分布式 R T U 技術標準。間隔

10、層按一次設備組織，一般按斷路器的間隔劃分， 具有測量、 控制和斷電保護部分。 間隔層本身是由各種不同的單元裝置組成， 這些獨立的單 元裝置直接通過總線接到站控層。 站控層的主要功能就是作為數據集中處理和保護管理， 擔 負著上傳下達的重要任務。 管理層由一臺或多臺微機組成， 這種微機操作簡單方便， 界面漢 化，使運行值班人員極易掌握主要功能包括： 數據處理、 畫面顯示、 打印和諧波分析計算等。 對已建成的 35 kV 變電站進行綜合自動化改造時，宜采用集中組屏的分層分布式綜合自動 化系統(tǒng)， 可以充分利用已有的二次電纜進行綜合自動化改造， 縮短施工周期， 且綜合自動化 系統(tǒng)由于置于室內，運行環(huán)境穩(wěn)

11、定，維護方便。對新建 35 kV 變電站綜合自動化系統(tǒng)我們 推薦采用分散分布式與集中組屏相結合的綜合自動化系統(tǒng)，該結構采用“面向對象” ，即面 向電氣一次回路或電氣間隔的方法進行設計的， 間隔層中各數據采集、 監(jiān)控單元和保護單元 做在一起， 并將這種機箱就地分散安裝在開關柜上或其它一次設備附近。 這樣各間隔單元的 二次設備相互獨立， 僅通過光纖或電纜網絡由站控機對它們進行管理和交換信息， 最大限度 地壓縮了二次設備及其繁雜的二次電纜，節(jié)省了投資，又可減少二次回路調試工作量。對 10 k V 及以下變電站實現綜合自動化及無人值班已成為電網自動化的發(fā)展方向。 其設備選型 :(l) 大型變壓器宜選用

12、低磁密、低損耗變壓器 ;(2) 開關選擇應遵循“無油化” 原則, 首選 S F6 和真空開關 ;(3) 直流系統(tǒng)所用交流電源采用雙電源自動投切 ; 直流系統(tǒng) 一般采用智能高頻開關電力操作電源系統(tǒng) , 它具有交流過欠壓報替、 電池過電壓、 交流停電 報警、自動均充等一系列功能 , 具有很高的可靠性 , 同時提供有通訊接口 , 便于遠方監(jiān)控直 流系統(tǒng)的運行情況。 (4 ) 變電站自動化系統(tǒng)是此類變電站的中心系統(tǒng), 該系統(tǒng)集控制、 保護、監(jiān)視功能于一體 , 裝置采用高性能處理器、高精度的 A /D 轉換器 , 系統(tǒng)配里靈活 , 具有多 種安裝模式 , 即可采用分散安裝 , 亦可進行集中組屏。 通訊總

13、線不但可以采用電氣方式 , 也 可采用抗干擾能力強的光纖方式。 系統(tǒng)結構整體上分為三層 : 變電站層、 網絡通信層和間隔 層。變電站層主耍由總控單元、 監(jiān)控主機 ; 遠動工作站及其他工作站組成 , 其他工作站可根 據需要任意增減。 變電站層可為調度、 運行人員提供友好的人機文互窗口 . 以圖形顯示、 語 音報替、報表和信息打印的方式對現場狀況進行實時監(jiān)測 , 并可對一次設備實現遠方調控。 網絡通信層采用標準規(guī)約 , 可與其它廠家的設備互聯。間隔層采用工 D 系列硬件 , 可在惡 劣環(huán)境下運行。 軟件系統(tǒng) , 采用基于面向對象的設計原理。 開放式模塊化結構 , 可實現與通 用應用 , 軟件和用戶

14、程序想結合。保證了系統(tǒng)的通用性。實現3 5 k V 變電站無人值班 , 可以采用調度自動化系統(tǒng)與遠動 R T U 來實現 , 也可以在變電站裝備綜合自動化系統(tǒng)。如果 用遠動裝置來實現變電站無人值班 , 應是幾個站同時實現才更具意義。 布局緊湊 , 控制室小 , 不建生活設施 , 少站土地 , 節(jié)約了投資 , 是電網自動化發(fā)展的方向。從適應增容擴建 ,升壓的角度選擇設計方案。 35 k V 電壓登記在我國電力網中是一個重 要的電壓等級 , 3 5 k V 變電站在我國縣級電力網中將長期使用。隨著產品不斷更新,相應的新型設備層出不窮 , 設計方案應力求結線簡單、清晰、操作方便 , 提高可靠性 ,

15、限制工程 造價 , 節(jié)約土地 , 減少生產和生活辦公設施建筑物的土建面積。 發(fā)展方向應是向小型化、 綜 合自動化和無人值班方向發(fā)展。 在實際設計工作中 , 必須按照負荷的性質、 用電容量、 環(huán)境 條件、工程特點和地區(qū)供電條件及用戶的經濟承受能力 , 安裝、運行、 維護、檢修的技術力 量, 備品備件購置是否方便 , 搶修、操作、 交通是否便利 , 將來是否升壓擴建 , 與調度自動 化配合等方面的因素。從全局出發(fā) , 統(tǒng)籌兼顧 , 選擇出最佳設計方案。 變電站電氣主接線 是變電站電氣設計的首要部分， 也是構成電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。 電氣主接線是由高壓電器設 備通過連接組成的接受和分配電能的電路， 反

16、映各設備的作用、 連接方式和各回路間相互關 系，從而構成變電站電氣部分的主體。它直接影響運行的可靠性、 靈活性， 并對配電裝置的 布置、繼電保護的配置、自動裝置和控制方式的選擇，起決定性作用。因此，在確定主接線 時，電氣主接線要滿足必要的供電可靠性、經濟性、保證供電的電能質量， 另外主接線應能 適應各種運行方式，具有發(fā)展和擴建的可能性。變電站自動化技術在我國電力行業(yè)有著廣泛的應用。 智能化開關、 光電式電流電壓互感 器、一次運行設備在線狀態(tài)檢測、 變電站運行操作培訓仿真等技術日趨成熟 , 以及計算機高 速網絡在實時系統(tǒng)中的開發(fā)應用 , 變電站中所有信息的采集、 傳輸和處理全部數字化。 變電 站

17、綜合自動化、 數字化已經是變電站建設的主流 , 隨著 2009 年 9 通過評審 , 變電站智能化將成為變電站建設的必然趨勢。 IEC61850 的提出對變電站技術而 言有里程碑式的意義 , 但從 2005 年左右推出并在不斷修訂以來 , 至今已有 5 年時間。 變電 站技術從傳統(tǒng)變電站、 自動化變電站、 數字化變電站至今 , 技術的進步與發(fā)展日新月異。 自 動化變電站是對傳統(tǒng) RTU 的功能擴展和變電站二次系統(tǒng)的計算機化升級, IEC61850 是對變電站自動化技術的總結和規(guī)約 , 在此基礎上發(fā)展了數字化變電站 , 將一部分一次設備 （ 如: 電壓、電流互感器等 ） 納入數字化的范疇。國家電

18、網公司提出了建設智能變電站的目標。智 能電網中的智能變電站是由先進、可靠、 節(jié)能、 環(huán)保、集成的設備組合而成 , 以高速網絡通 信平臺為信息傳輸基礎 , 自動完成信息采集、 測量、控制、保護、計量和監(jiān)測等基本功能 , 并 可根據需要支持電網實時自動控制、智能調節(jié)、在線分析決策、協同互動等高級應用功能。 智能變電站分為設備層、系統(tǒng)層。設備層主要由高壓設備、智能組件和智能設備構成 , 實現 IEC61850 中所提及的變電站測量、控制、保護、檢測、計量等過程層和間隔層的功能。系 統(tǒng)層相當于變電站的站控層 , 實現信息共享、 設備狀態(tài)可視化、 智能告警、 分析決策等高級 智能應用 , 包含智能變電站

19、系統(tǒng)級的先進功能。 隨著高壓設備智能化的不斷發(fā)展 , 傳統(tǒng)意義 上的一、二次設備間的界限也將逐漸模糊 , 一次設備通過安裝和集成智能組件 , 將成為智能 設備。 可見 , 智能變電站對數字化、 自動化變電站有向上、向下兩個方面的拓展。 向上 , 加 入并強調自動分析和決策的智能控制功能 ; 向下 , 將更多一次設備數字化、 智能化。 為了實 現智能變電站的目標 , 緊密結合智能變電站建設的實施原則和技術路線 , 開展智能裝備研 發(fā)及裝備智能化改造 , 開展智能變電站綜合信息分析 , 探索全新的變電運行管理模式 , 推 動國家變電站的技術革新和電力事業(yè)的發(fā)展。變電站綜合自動化系統(tǒng)是利用微機技術

20、, 將變電站的控制、測量、信號傳輸處理、繼 電保護、 故障錄波、 遠動等功能溶為一體的多機共享系統(tǒng)。 由此可見 , 它能夠減少硬件 , 提 高設備的利用率 , 簡化二次接線 , 使變電站主控室面積和成本降低 , 大量節(jié)省投資 , 克服 以往計算機技術在變電站單一功能的缺點和不足。 變電站綜合自動化系統(tǒng)所能完成的主要功 能包括 : 數據采集、繼電保護、參數監(jiān)測、運行控制、信息遠傳、事件記錄、事故報警、故障錄波測距、自動電壓無功控制、自動低周減載及系統(tǒng)自檢等。一些發(fā)達國家早在 70 年代 末就開始了變電站綜合自動化的研究工作 , 至今已取得了重大進展。 目前以西門子公司為代 表的最先進的完全分散式

21、控制系統(tǒng)，適用于35500 kV的各級變電站，其特征是以“單元”為基本部件 , 各“單元”分散布置在各電壓等級的一次開關場附近 , 每個“單元”將 數據采集、 繼電保護、參數監(jiān)測、運行控制、 故障記錄和錄波等多功能集于一體 ， 利用串行 口通過電纜或光纜發(fā)送到變電站的中心計算機 （ 有的變電站已無主控室 ） ， 同時各單元接收 中心計算機發(fā)來的控制命令并執(zhí)行。 本系統(tǒng)的最大特點是擴充方便 ， 傳輸數據抗電磁場干擾 能力強 ， 利用遠動接口可實現無人值守。 該系統(tǒng)的出現將完全改變常規(guī)變電站的設備布置方 式和運行方式 ， 使變電站的二次接線概念徹底改觀 ， 是對變電站的一次徹底革命。 我國關于 變

22、電站綜合自動化的研究起步于 80 年代后期 ， 但發(fā)展很迅速。 目前全國有近 500 多座綜合 自動化變電站已投運或即將投運 ， 但有的結構還基本上是集中式 ， 也沒有使用光纖傳輸數 據以防止變電站的強電磁干擾 ， 同時缺乏故障錄波和測距功能 ， 因而必須采用單獨的故障 錄波裝置來解決這一問題。 而微機繼電保護也是和其他部分分開的獨立系統(tǒng) ， 只是在保護裝 置和綜合系統(tǒng)的數據采集裝置間用串行口通訊方式進行信息交換。 近幾年 ， 分層、分布式的 綜合自動化系統(tǒng)有的已開發(fā)并在試運行。 城市電網運行的最基本要求是安全與穩(wěn)定。 城市電 網安全穩(wěn)定的核心問題是要建立一個與該城市相適應的、 合理的電網結構

23、。 本文通過對電網 規(guī)劃和電力設計方面的技術原則分析。 闡述了在電網安全中關于電壓等級、 供電可靠性、 供 電能力以及電網安全供電的準則要求等方面應注意的一些問題；以及有針對性的闡述了對 35kV變電站和10kV變電站的具體設計原則相對電網安全供電的要求。變電站是電力系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分， 它擔負著電能轉換和分配的任務， 對電 網的安全和經濟運行起著舉足輕重的作用， 是聯系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)。 隨著經濟的發(fā) 展，電網容量不斷擴大， 對電網運行的可靠性要求也越來越高?？茖W技術的發(fā)展、 智能化開 關， 光電式電流電壓互感器 ， 一次運行設備在線狀態(tài)檢測 ， 變電站運行操作培訓仿真等高新

24、技 術日趨成熟 ，以及光纖技術、計算機高速網絡在實時系統(tǒng)中的開發(fā)應用 ，勢必對現有的變電站 自動化技術產生深刻的影響 ， 全數字化的變電站自動化系統(tǒng)成為發(fā)展的趨勢。隨著技術的進 步，傳統(tǒng)的繼電保護裝置正逐步被微機保護所取代。 微機保護是微機計算機保護的簡稱， 是 一種數字式繼電保護， 是基于可編程數字電路技術和實時數字信號處理技術實現的電力系統(tǒng) 繼電保護。目前，國內外已經研制出以 32 位數字信號處理器為硬件基礎的保護、控制、測 量、及數據通信一體化的微機保護綜合控制裝置，并將一些人工智能技術引入繼電保護中， 如用人工神經網絡、 模糊理論實現故障類型判斷、 故障測距、 方向保護、主設備保護等新

25、方 法。用小波理論的數字手段分析故障產生信號的整個頻帶信息并用于實現故障檢測。這些人工智能技術不僅為提高故障判別精度提供了手段， 而且使某些基于單一工頻信號的傳統(tǒng)算法 難以識別的問題得到解決。目前，微機繼電保護正沿著微機保護網絡化、智能化、自適應和保護、控制、測量、信號、數據通信一體化的方向發(fā)展。三、本課題研究內容本論文設計了一個 35kV降壓變電站電氣部分設計，此變電站有兩個電壓等級，一個是 35kV, 個是10kV。力求做到系統(tǒng)運行可靠，操作簡單、方便，經濟合理，具有擴建的可 能性和改變運行方式時的靈活性，使其更加貼合實際，更具現實意義。電力系統(tǒng)在運行中，各種電氣設備可能出現故障和不正常運

26、行狀態(tài)。不正常運行狀態(tài)主 要有：過負荷，過電壓，頻率降低,系統(tǒng)振蕩等。故障主要包括各種類型的短路和斷線，如：三相短路，兩相短路，兩相接地短路，單相接地短路，單相斷線和兩相斷線等。 本次畢業(yè)設計的主要 完成對電氣系統(tǒng)的設計、變壓器繼電保護，對輸電線路繼電保護等。四、本課題研究方案本論文設計了一個 35kV變電站電氣部分設計，此變電站有兩個電壓等級， 一個是35kV， 一個是10kV。本設計選擇選擇兩臺主變壓器，其他設備如斷路器，隔離開關，電流互感器， 電壓互感器，供配電線路，無功補償裝置等等按照具體負荷計算，短路計算進行選型、 設計和配置。而對這些部分有效的保護既是保證電力系統(tǒng)安全運行的重要措施之一。本設計選擇選擇兩臺主變壓器，對輸電線路主要采用了距離及差動線路保護測控裝置進行保護，對變壓器主要采用了差動、瓦斯及過流過負荷等變壓器保護測控裝置保護。五、主要設計部分及工作進度（1）主要涉及部分第一部分：短路計算。第二部分：整定計算。第三部分：變壓器瓦斯保護。第四部分：變壓器差動保護。第五部分：變壓器過流及過負荷保護。第六部分：母線保護。第七部分：線路距離保護。第八部分：線路差動保護。（2 ）工作進度序號各階段工作內容起訖日期備注1結合設計內容復習所學的專