【正文】 220KV變電站電氣的設(shè)計說明書 第1章 引言 國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢數(shù)字化變電站技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢以往制約數(shù)字化變電站發(fā)展的主要是IEC61850的應(yīng)用不成熟，智能化一次設(shè)備技術(shù)不成熟，網(wǎng)絡(luò)安全性存在一定隱患。但2005年國網(wǎng)通信中心組織的IEC61850互操作試驗極大推動了IEC61850在數(shù)字化變電站中的研究與應(yīng)用。目前IEC61850技術(shù)在變電站層和間隔層的技術(shù)已經(jīng)成熟，間隔層與過程層通信的技術(shù)在大量運行站積累的基礎(chǔ)上正逐漸成熟。當(dāng)前的變電站自動化技術(shù) 20世紀(jì)末到21世紀(jì)初，由于半導(dǎo)體芯片技術(shù)、通信技術(shù)以及計算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，變電站自動化技術(shù)也已從早期、中期發(fā)展到當(dāng)前的變電站自動化技術(shù)階段。其重要特點是：以分層分布結(jié)構(gòu)取代了傳統(tǒng)的集中式；把變電站分為兩個層次，即變電站層和間隔層，在設(shè)計理念上不是以整個變電站作為所要面對的目標(biāo)，而是以間隔和元件作為設(shè)計依據(jù)，在中低壓系統(tǒng)采用物理結(jié)構(gòu)和電器特性完全獨立，功能上既考慮測控又涉及繼電保護(hù)這樣的測控保護(hù)綜合單元對應(yīng)一次系統(tǒng)中的間隔出線，在高壓超高壓系統(tǒng)，則以獨立的測控單元對應(yīng)高壓或超高壓系統(tǒng)中的間隔設(shè)備；變電站層主單元的硬件以高檔32位工業(yè)級模件作為核心，配大容量內(nèi)存、閃存以及電子固態(tài)盤和嵌入式軟件系統(tǒng)；現(xiàn)場總線以及光纖通信的應(yīng)用為功能上的分布和地理上的分散提供了技術(shù)基礎(chǔ)；網(wǎng)絡(luò)尤其是基于TCP/IP的以太網(wǎng)在變電站自動化系統(tǒng)中得到應(yīng)用；智能電子設(shè)備（IED）的大量應(yīng)用，諸如繼電保護(hù)裝置、自動裝置、電源、五防、電子電度表等可視為IED而納入一個統(tǒng)一的變電站自動化系統(tǒng)中；與繼電保護(hù)、各種IED、遠(yuǎn)方調(diào)度中心交換數(shù)據(jù)所使用的規(guī)約逐漸與國際接軌。這個時期國內(nèi)代表產(chǎn)品有CSC系列、NSC系列及BSJ系列?！?國外變電站自動化技術(shù) 　　國外變電站自動化技術(shù)是從20世紀(jì)80年代開始的，以西門子公司為例，該公司第一套全分散式變電站自動化系統(tǒng)LSA678早在1985年就在德國漢諾威正式投入運行，至1993年初，已有300多套系統(tǒng)在德國和歐洲的各種電壓等級的變電站運行。在中國，1995年亦投運了該公司的LSA678變電站自動化系統(tǒng)。LSA678的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有兩類，一類是全分散式，另一類是集中和分散相結(jié)合，兩類系統(tǒng)均由6MB測控系統(tǒng)、7S/7U保護(hù)系統(tǒng)、8TK開關(guān)閉鎖系統(tǒng)三部分構(gòu)成。原始變電站自動化系統(tǒng)存在的問題 資料分目前國際上關(guān)于變電站自動化系統(tǒng)和通訊網(wǎng)絡(luò)的國際標(biāo)準(zhǔn)還沒有正式公布，國內(nèi)也沒有相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)出臺。標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的出臺遠(yuǎn)落后于技術(shù)的發(fā)展，導(dǎo)致變電站自動化系統(tǒng)在通訊網(wǎng)絡(luò)的選擇、通訊傳輸協(xié)議的采用方面存在很大的爭議，在繼電保護(hù)和變電站自動化的關(guān)系及變電站自動化的概念上還存在分歧。市場競爭日益激烈，不同廠家的設(shè)備質(zhì)量和技術(shù)（軟硬件方面）差異甚大，各地方電力公司的要求也不盡相同，導(dǎo)致目前國內(nèi)變電站自動化技術(shù)千差萬別。改革開放以來，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速增長，電力系統(tǒng)也獲得了前所未有的發(fā)展，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，各級調(diào)度中心需要獲得更多的信息以準(zhǔn)確掌握電網(wǎng)和變電站的運行狀況。同時，為了提高電力系統(tǒng)的可控性，要求更多地采用遠(yuǎn)方集中監(jiān)視和控制，并逐步采用無人值班管理模式。顯然傳統(tǒng)的變電站已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)管理模式的需求。傳統(tǒng)變電站一般采用常規(guī)設(shè)備，二次設(shè)備中的繼電保護(hù)和自動裝置、遠(yuǎn)動裝置等采用電磁式或晶體管式，體積大，設(shè)備笨重，主控室、繼電保護(hù)室占地面積大。常規(guī)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性低，維護(hù)工作量大。因此，傳統(tǒng)變電站的設(shè)計思路和方法已經(jīng)被國內(nèi)外摒棄和淘汰。采用一種更先進(jìn)的技術(shù)改造變電站是一種必然趨勢。而變電站綜合自動化技術(shù)在電力行業(yè)中已經(jīng)引起越來越多的重視，特別是近年來，隨著微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)水平的不斷進(jìn)步，變電站綜合自動化技術(shù)也得到了迅速發(fā)展，并逐漸得到了國內(nèi)外很多國家的廣泛應(yīng)用。那么，何謂變電站綜合自動化呢？它是指利用先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信號處理技術(shù)，實現(xiàn)對變電站主要設(shè)備和傳、配電線路的自動監(jiān)視、測量、控制、保護(hù)以及與調(diào)度通信等綜合性自動化功能。其重要特點是：以分層分布結(jié)構(gòu)取代了傳統(tǒng)的集中式；把變電站分為兩個層次，即變電站層和間隔層，在設(shè)計理念上不是以整個變電站作為所要面對的目標(biāo)，而是以間隔和元件作為設(shè)計依據(jù)。我國對變電站的技術(shù)研究的其中一個主要方面是在220kV及以下中低壓變電站中采用綜合自動化技術(shù)，全面提高變電站的技術(shù)水平和運行管理水平，而且技術(shù)不斷得到完善和成熟?？傮w來說，實現(xiàn)變電站綜合自動化，其優(yōu)越性主要有：提高了供電質(zhì)量、變電站的安全可靠運行水平，降低造價，減少了投資，促進(jìn)了無人值班變電站管理模式的實行。本設(shè)計中變電站的設(shè)計思路是緊跟現(xiàn)代化國內(nèi)外變電站綜合自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢，根據(jù)最新和最權(quán)威的設(shè)計規(guī)程和規(guī)范，采用先進(jìn)的原理技術(shù)，摒棄落后和即將淘汰的技術(shù)，確定科學(xué)的模式和結(jié)構(gòu)，選擇質(zhì)量優(yōu)良和性能可靠的產(chǎn)品，因此，在學(xué)習(xí)借鑒國外先進(jìn)技術(shù)的同時，結(jié)合我國的實際情況，全面系統(tǒng)地研究探討符合國情的變電站系統(tǒng)設(shè)計模式，完成本次畢業(yè)設(shè)計。 建設(shè)規(guī)模：該變電所主變采用2120MVA,其電壓等級為220/110/，220kV進(jìn)出線四回，110kV進(jìn)出線八回，35kV進(jìn)出線八回。根據(jù)建廠規(guī)模，對本變電所的電氣主接線進(jìn)行設(shè)計確定出2～3種方案，進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較，確定出最佳方案。該地區(qū)的負(fù)荷預(yù)測情況及發(fā)展：2001年負(fù)荷為60MW,負(fù)荷水平增長率為10%。根據(jù)負(fù)荷預(yù)測及發(fā)展情況，可了解該地區(qū)的負(fù)荷情況及發(fā)展，根據(jù)負(fù)荷情況對主變壓器的臺數(shù)、容量等進(jìn)行選擇。220kV系統(tǒng)短路容量為5600MVA，110kV系統(tǒng)短路容量為600MVA。根據(jù)以上兩系統(tǒng)的短路容量，可計算出兩系統(tǒng)的綜合電抗標(biāo)幺值。進(jìn)而進(jìn)行短路電流的計算。收集、了解國內(nèi)外電氣設(shè)備的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，了解設(shè)備和導(dǎo)體選擇的條件，對本變電所進(jìn)行電氣設(shè)備和導(dǎo)體的選擇。本設(shè)計中各級電壓側(cè)年最大負(fù)荷利用小時數(shù)為： 220kV側(cè) Tmax=3600小時/年 110kV側(cè) Tmax=4600小時/年 35kV側(cè) Tmax=4000小時/年根據(jù)以上年最大負(fù)荷利用小時數(shù)，可查表得出導(dǎo)體經(jīng)濟(jì)電流密度，進(jìn)而按照經(jīng)濟(jì)電流密度進(jìn)行母線截面的選擇。所用負(fù)荷有：主控制室照明、主建筑物和輔助建筑物照明等為60KW，鍋爐動力、檢修間動力、主變冷卻裝置動力等為250KW。根據(jù)以上所用負(fù)荷，可確定所用電設(shè)計的相關(guān)情況，如對所用變壓器和所用主接線進(jìn)行設(shè)計。所址概括：該變電所地勢較平，占地面積大，交通便利，出線走廊開闊，地震烈度為7度，該所接近負(fù)荷中心，區(qū)域穩(wěn)定可滿足建所要求。根據(jù)以上所址概述，可了解到該設(shè)計中變電所的周邊環(huán)境情況，可推測該所地處平原地區(qū)，占地面積大，由此根據(jù)變電所配電系統(tǒng)和配電裝置的設(shè)計原則，對本變電所進(jìn)行高壓配電系統(tǒng)及配電裝置設(shè)計；接近負(fù)荷中心，則要求供電的可靠性、調(diào)度的靈活性更高，由35kV電壓送電，該負(fù)荷側(cè)可采用雙回路送電。 第2章 電氣主接線的設(shè)計發(fā)電廠和變電所的電氣主接線是指由發(fā)電機(jī)、變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、互感器、母線和電纜等電氣設(shè)備，按一定順序連接的，用以表示生產(chǎn)、匯集和分配電能的電路。電氣主接線又稱為一次接線或電氣主系統(tǒng)，代表了發(fā)電廠和變電所電氣部分的主體結(jié)構(gòu)，直接影響著配電裝置的布置、繼電保護(hù)配置、自動裝置和控制方式的選擇，對運行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性起決定性的作用。 電氣主接線設(shè)計概述 對電氣主接線的基本要求 電氣主接線的基本要求：（1）電氣主接線應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)和用戶的要求，保證供電的可靠性和電能質(zhì)量。對三類負(fù)荷以一個電源供電即可。對一類負(fù)荷和二類負(fù)荷占大多數(shù)的用戶應(yīng)由兩個獨立電源供電，其中任一電源必須在另一電源停止供電時，能保證向重要負(fù)荷供電。電壓和頻率是電能質(zhì)量的基本指標(biāo)，在確定電氣主接線時應(yīng)保證電能質(zhì)量在允許的變動范圍之內(nèi)。（2）電氣主接線應(yīng)具有一定得靈活性和方便性，以適應(yīng)電氣裝置的各種運行狀態(tài)。不僅要求在正常運行時能安全可靠地供電，而且在系統(tǒng)故障或設(shè)備檢修及故障時，也能適應(yīng)調(diào)度的要求，并能靈活、簡便、迅速地倒換運行方式，使停電時間最短，影響范圍最小。（3）電氣主接線應(yīng)在滿足上述要求的前提下，盡可能經(jīng)濟(jì)。應(yīng)盡量減少設(shè)備投資費用和運行費用，并盡量減少占地面積，同時注意搬遷費用、安裝費用和外匯費用。（4）具有發(fā)展和擴(kuò)建的可能性。電氣主接線在設(shè)計時應(yīng)盡量留有發(fā)展余地，不僅要考慮最終接線的實現(xiàn)，同時還要兼顧到從初期接線過渡到最終接線的可能和分階段施工的可行方案，使其盡可能的不影響連續(xù)供電或在停電時間最短的情況下完成過渡方案的實施。 變電所電氣主接線的設(shè)計原則變電所主接線的設(shè)計必須滿足上述四個基本要求，以設(shè)計任務(wù)書為依據(jù)，一國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)方針、政策及有關(guān)技術(shù)規(guī)范為準(zhǔn)則，結(jié)合工程具體特點，準(zhǔn)確地掌握基礎(chǔ)資料，做到既要技術(shù)先進(jìn)，又要經(jīng)濟(jì)實用。在工程設(shè)計中，經(jīng)上級主管部門批準(zhǔn)的設(shè)計任務(wù)書或委托書事必不可少的。它將根據(jù)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展及電力負(fù)荷增長率的規(guī)劃，給出所設(shè)計的變電所的容量、電壓等級、出線回路數(shù)、主要是負(fù)荷要求、電力系統(tǒng)參數(shù)和對變電所的而具體要求，以及設(shè)計的內(nèi)容和范圍，這些原始資料是設(shè)計的依據(jù)，必須進(jìn)行詳細(xì)的分析和研究，從而可以初步擬定一些主接線方案。國家方針政策、技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)國家實際狀況，結(jié)合電力工業(yè)的技術(shù)特點而制定的準(zhǔn)則，設(shè)計時必須嚴(yán)格遵循。結(jié)合對主接線的基本要求，設(shè)計的主接線應(yīng)供電可靠、靈活、經(jīng)濟(jì)、留有擴(kuò)建和發(fā)展的余地。設(shè)計時，在進(jìn)行論證分析階段，更應(yīng)該辯證的統(tǒng)一供電可靠性與經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系，以使設(shè)計的主接線具有先進(jìn)性和可行性。我國《變電所設(shè)計技術(shù)規(guī)程》對主接線設(shè)計作了如下規(guī)定：在滿足運行要求時，變電所高壓側(cè)應(yīng)盡量采用斷路器較少的或不用斷路器的接線。在110~220kv變電所中，當(dāng)出現(xiàn)為2回時，一般采用橋型接線；當(dāng)出線不超過4回時，一般采用單母線分段接線；當(dāng)樞紐變電所的出線在4回及以上時，一般采用雙母線。在35kv變電所中，當(dāng)出線為2回時，一般采用橋型接線；當(dāng)出線為2回以上時，一般采用單母線分段或單母線接線。出線回路數(shù)和電源數(shù)較多的污穢環(huán)境中的變電所，可采用雙母線接線。在6~10kv變電所中，一般采用單母線接線或單母線分段接線。旁路設(shè)施可按主接線基本形式中所述的情況設(shè)置。 電氣主接線的設(shè)計步驟電氣主接線的設(shè)計伴隨著發(fā)電廠或變電所的整體設(shè)計，即按照工程基本建設(shè)程序，經(jīng)歷可行性研究階段、初步設(shè)計階段、技術(shù)設(shè)計階段和施工設(shè)計等四個階段。在各階段中隨要求、任務(wù)的不同，其深度，廣度也有所差異，但總的設(shè)計思路、方法和步驟相同。 對原始資料進(jìn)行綜合分析（1）變電所的情況，包括變電所的類型，在電力系統(tǒng)中的地位和作用，近期及遠(yuǎn)景規(guī)劃容量，近期和遠(yuǎn)景與電力系統(tǒng)的連接方式和各級電壓中性點接地方式、最大負(fù)荷利用小時數(shù)及可能的運行方式等。（2）負(fù)荷情況，包括負(fù)荷的性質(zhì)及其地理位置、輸電電壓等級、出線回路數(shù)及輸送容量等。電力負(fù)荷的原始資料室設(shè)計主接線的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，應(yīng)在電力負(fù)荷預(yù)測的基礎(chǔ)上確定，其準(zhǔn)確性直接影響主接線的設(shè)計質(zhì)量。（3）環(huán)境條件，包括當(dāng)?shù)氐臍鉁?、濕度、污穢、覆冰、風(fēng)向、水文、地質(zhì)、海拔高度及地震等因素。這些對主接線中電器的選擇和配電裝置的實施均有影響，必須予以重視；此外，對重型設(shè)備的運輸，也應(yīng)充分考慮。（4）設(shè)備情況。為使所設(shè)計的主接線可行，必須對各主要電器的性能、制造能力、供貨情況和價格等資料匯集并進(jìn)行分析比較，保證設(shè)計具有先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性和可行性。 確定主變壓器的容量和臺數(shù)變電所主變壓器的容量，一般應(yīng)按5~10年規(guī)劃負(fù)荷來選擇，根據(jù)城市規(guī)劃、負(fù)荷性質(zhì)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等綜合考慮確定。對重要變電所，應(yīng)考慮當(dāng)1臺主變壓器停運時，其余變壓器容量在記及過負(fù)荷能力允許時間內(nèi)，應(yīng)滿足Ⅰ類及Ⅱ類負(fù)荷的供電；對一般性變電所，當(dāng)1臺主變壓器停運時，其余變壓器容量應(yīng)能滿足全部負(fù)荷的70﹪至80﹪。變電所主變壓器的臺數(shù)，對于樞紐變電所在中、低壓側(cè)已形成環(huán)網(wǎng)的情況下，以設(shè)置2臺主變壓器為宜；對地區(qū)性孤立的一次變電所或大型工業(yè)專用變電所，可設(shè)3臺主變壓器，以提高供電可靠性。 主接線方案的擬定與選擇根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求，在原始資料分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)對電源盒出線回路數(shù)、電壓等級、變壓器臺數(shù)、容量以及母線結(jié)構(gòu)等，可擬定出若干個主接線方案。依據(jù)對主接線的基本要求，從技術(shù)上論證并淘汰一些明顯不合理的方案，最終保留2～3個技術(shù)上相當(dāng)，又都能滿足任務(wù)書要求的方案，在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較。對于在系統(tǒng)中占有重要地位的大容量變電所的主接線，還應(yīng)進(jìn)行可靠性定量分析計算比較，最終確定出在技術(shù)上合理、經(jīng)濟(jì)上可行的最終方案。所用電源的引接確定所用電源的引接方式。 短路電流計算和主要電氣選擇對所選的電氣主接線進(jìn)行短路電流計算，并選擇合理的電氣設(shè)備。繪制電氣主接線圖對最終確定的主接線，按工程要求繪制工程圖。 主接線的基本接線形式及其特點電氣主接線的型式是多種多樣的，按有無母線可分為有母線型的主接線和無母線型的主接線兩大類。 有母線型的電氣主接線單母線接線及單母線分段接線（1）單母線接線單母線接線供電電源在變電站是變壓器或高壓進(jìn)線回路。母線既可保證電源并列工作，又能使任一條出線都可以從任一個電源獲得電能。各出線回路輸入功率不一定相等，應(yīng)盡可能使負(fù)荷均衡地分配在各出線上，以減少功率在母線上的傳輸。單母接線的優(yōu)點：接線簡單清晰、設(shè)備少、操作方便、經(jīng)濟(jì)性好，并且母線便于向兩端延伸，擴(kuò)建方便和采用成套配電裝置。缺點：①可靠性差。母線或母線隔離開關(guān)檢修或故障時，所有回路都要停止工作，也就成了全廠或全站長期停電。②調(diào)度不方便，電源只能并列運行，不能分列運行，并且線路側(cè)發(fā)生短路時，有較大的短路電流。適用范圍：一般只適用于一臺發(fā)電機(jī)或一臺主變壓器的以下三種情況：① 6～10kV配電裝置的出線回路數(shù)不超過5回；② 35～63kV配電裝置的出線