【正文】 南華大學電氣工程學院畢業(yè)設(shè)計220KV變電站電力系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文引言隨著經(jīng)濟的騰飛，電力系統(tǒng)的發(fā)展和負荷的增長，電力網(wǎng)容量的增大，電壓等級和綜合自動化水平也不斷提高，科學技術(shù)突飛猛進，新技術(shù)、新電力設(shè)備日新月異，該地原有變電所設(shè)備陳舊，占地較大，自動化程度不高，為滿足該地區(qū)經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展和人民生活的需要，電網(wǎng)正在進行大規(guī)模的改造，對變電所的設(shè)計提出了更高、更新的要求。建設(shè)新的變電所，采用先進的設(shè)備，使其與世界先進變電所接軌，這對提高電力網(wǎng)的供電可靠性，降低線路損耗，改善電能質(zhì)量，增加電力企業(yè)的經(jīng)濟效益有很大的現(xiàn)實意義。緒論由于經(jīng)濟社會和現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，電力網(wǎng)容量的增大，電壓等級的提高，綜合自動化水平的需求，使變電所設(shè)計問題變得越來越復雜。除了常規(guī)變電所之外，還出現(xiàn)了微機變電所、綜合自動化變電所和無人值班變電所等。目前，隨著我國城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)與改革工作的開展，對變電所設(shè)計也提出了更高、更新的要求。 我國變電所發(fā)展現(xiàn)狀變電技術(shù)的發(fā)展與電網(wǎng)的發(fā)展和設(shè)備的制造水平密切相關(guān)。近年來，為了滿足經(jīng)濟快速增長對電力的需求，我國電力工業(yè)也在高速發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大。目前我國建成的500kV變電所有近200座，220kV變電所有幾千座；500kV電網(wǎng)已成為主要的輸電網(wǎng)絡(luò)，大經(jīng)濟區(qū)之間實現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)，最終將實現(xiàn)全國聯(lián)網(wǎng)。電氣設(shè)備的制造水平也在不斷提高，產(chǎn)品的性能和質(zhì)量都有了較大的改進。除空氣絕緣的高壓電氣設(shè)備外，GIS、組合化、智能化、數(shù)字化的高壓配電裝置也有了新的發(fā)展；計算機監(jiān)控微機保護已經(jīng)在電力系統(tǒng)中全面推廣采用；代表現(xiàn)代輸變電技術(shù)最高水平的750kV直流輸電，500kV交流可控串聯(lián)補償也已經(jīng)投入商業(yè)運行。我國電網(wǎng)供電的可靠性近年來也有了較大的提高，在發(fā)達國家連續(xù)發(fā)生嚴重的電網(wǎng)事故的同時，我國電網(wǎng)的運行比較穩(wěn)定，保證了經(jīng)濟的高速發(fā)展。 變電所未來發(fā)展需要解決的問題在未來，隨著經(jīng)濟的增長，變電技術(shù)還將有新的發(fā)展，同時也給電力工程技術(shù)人員提出了一些需要解決的問題，例如：高壓、大容量變電所深入負荷中心進入市區(qū)所帶來的如何減少變電所占地問題、環(huán)境兼容問題；電網(wǎng)聯(lián)系越來越緊密，如何解決在事故時快速切除隔離故障點，保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定問題；系統(tǒng)短路電流水平不斷提高，如何限制短路電流問題；在保證供電可靠性的前提下，如何恰當?shù)倪x擇主接線和電氣設(shè)備、降低工程造價問題等。 地區(qū)變電所的未來發(fā)展變電所實現(xiàn)無人值班是一項涉及面廣、技術(shù)含量高、要求技術(shù)和管理工作相互配套的系統(tǒng)工程。它包括：電網(wǎng)一、二次部分、變電所裝備水平、通信通道建設(shè)、調(diào)度自動化系統(tǒng)的建立以及無人值班變電所的運行管理工作等。所以要實現(xiàn)變電所的無人值班，必須滿足一定的條件，主要有以下幾個方面：⑴ 變電所的基礎(chǔ)設(shè)施要符合要求。如：主接線力求簡單，運行方式改變易實現(xiàn)，變壓器要具有調(diào)壓能力（可以是有載調(diào)壓變壓器或由調(diào)壓器與無載調(diào)壓變壓器相配合來實現(xiàn)調(diào)壓），主開斷設(shè)備要具有較高的健康水平，操作機構(gòu)要能滿足遠方拉合要求等。另外，所內(nèi)還要具備一定的基礎(chǔ)自動化水平，用以完成對一些輔助性設(shè)備實現(xiàn)控制（如主變風扇的開停、電容器的投切等），以減輕調(diào)度端的工作量。⑵ 調(diào)度自動化系統(tǒng)在達到部頒發(fā)的《縣級電網(wǎng)電力調(diào)度自動化規(guī)范》中所要求的功能的基礎(chǔ)上，通過擴展“遙控”、“遙調(diào)”，實現(xiàn)“四遙”功能，達到實用化要求。同時還要滿足RTU功能先進、通道暢通可靠等條件。⑶ 企業(yè)要有一支高素質(zhì)的人才隊伍。這既是變電所實現(xiàn)無人值班建設(shè)的需要，更是變電所無人值班建成后運行和管理的需要，也是變電所能否真正實現(xiàn)無人化運行，發(fā)揮出應有效益的要求。⑷ 對企業(yè)必須產(chǎn)生明顯的效益。因為變電所要實現(xiàn)無人值班，無論是設(shè)備升級，還是上自動化系統(tǒng)，需要有大量的資金投入。對企業(yè)來說，要搞無人值班變電所，首先要作好投入產(chǎn)出評價。一般來說，當運行的無人值班變電所低于3～4座時，總體經(jīng)濟效益是不明顯的。這主要是因為一方面縣調(diào)自動化功能由于覆蓋率低而得不到充分發(fā)揮；另一方面企業(yè)又要為無人值班變電所的運行、操作和管理工作配備一支隊伍，而從變電所減下來的人員由于數(shù)量少，達不到減人增效的目的。所以說，要搞無人值班變電所，就必須要形成規(guī)模。實踐證明：一個縣級供電部門，在無人值班變電所數(shù)量達到50%以上時，才可能受到良好的經(jīng)濟效益。實現(xiàn)無人值班的幾點意見：⑴ 堅持積極穩(wěn)妥的建設(shè)原則，要統(tǒng)籌規(guī)劃，作好可行性論證，因地制宜，量力而行，以點帶面，逐步展開。目前國家在無人值班變電所設(shè)計、建設(shè)到管理等方面還沒有制定出一個統(tǒng)一的技術(shù)導則或運行管理辦法，各供電部門只能邊干，邊摸索，邊總結(jié)，為國家形成相應的文件提供參考依據(jù)。⑵ 要防止“為無人而無人”的觀念。在縣級電網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)時，建議在非樞紐所和用戶所可先行實現(xiàn)無人值班，而對電網(wǎng)影響大的樞紐所可考慮上綜合自動化系統(tǒng)。⑶ 要堅持新建與改造并重的原則。對于新建變電所，有條件、有實力的縣局可以按照原電力部提出的小型化遠景模式方案，一次到位實現(xiàn)變電所無人值班；對于條件尚不成熟的縣局，可通過對變電所進行改造這條途徑，先從設(shè)備改造入手，提高基礎(chǔ)自動化水平，分步驟實施，最終達到無人值班的要求。電氣主接線 電氣主接線的設(shè)計原則和要求 變電所電氣主接線是指變電所的變壓器、輸電線路怎樣與電力系統(tǒng)相連接，從而完成輸配電任務(wù)。變電所的主接線是電力系統(tǒng)接線組成中的一個重要組成部分。主接線的確定，對電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、靈活、經(jīng)濟運行以及變電所電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護和控制方法的擬定將會產(chǎn)生直接的影響。 主接線的設(shè)計原則⑴ 考慮變電所在電力系統(tǒng)中的地位和作用。變電所在電力系統(tǒng)中的地位和作用事決定主接線的主要因素。變電所不管是樞紐變電所、地區(qū)變電所、終端變電所、企業(yè)變電所還是分支變電所，由于它們在電力系統(tǒng)中的地位和作用不同，對主接線的可靠性、靈活性、經(jīng)濟性的要求也不同。⑵ 考慮近期和遠期的發(fā)展規(guī)模。變電所主接線設(shè)計應根據(jù)5～10年電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃進行。應根據(jù)負荷的大小和分布，負荷增長速度以及地區(qū)網(wǎng)絡(luò)情況和潮流分布，并分析各種可能的運行方式，來確定主接線的形式以及所連接電源和出線回數(shù)。⑶ 考慮負荷的重要性分級和出線回數(shù)多少對主接線的影響。對一級負荷，必須有兩個獨立電源供電，且當一個電源失去后，應保證全部一級負荷不間斷供電；對二級負荷，一般要有兩個電源供電，且當一個電源失去后，能保證大部分二級負荷供電。三級負荷一般只需一個電源供電。⑷ 考慮主變壓器臺數(shù)對主接線的影響。變電所主變的容量和臺數(shù)，對變電所主接線的選擇將產(chǎn)生直接的影響。通常對大型變電所，由于其傳輸容量大，對供電可靠性要求高，因此，其對主接線的可靠性、靈活性的要求也高。而容量小的變電所，其傳輸容量小，對主接線的可靠性、靈活性要求低。⑸ 考慮備用容量的有無和大小對主接線的影響。發(fā)、送、變的備用容量是為了保證可靠的供電，適應負荷突增、設(shè)備檢修、故障停運情況下的應急要求。電氣主接線的設(shè)計要根據(jù)備用容量的有無而有所不同，例如，當斷路器或母線檢修時，是否允許線路、變壓器停運；當線路故障時允許切除線路、變壓器的數(shù)量等，都直接影響主接線的形式。 主接線設(shè)計的基本要求根據(jù)我國原能源部關(guān)于《220～500kV變電所設(shè)計技術(shù)規(guī)程》SDJ2—88規(guī)定：“變電所的電氣主接線應根據(jù)該變電所在電力系統(tǒng)中的地位，變電所的規(guī)劃容量、負荷性質(zhì)、線路、變壓器連接元件總數(shù)、設(shè)備特點等條件確定。并應綜合考慮供電可靠、運行靈活、操作檢修方便、投資節(jié)約和便于過渡或擴建等要求。主接線應滿足可靠性、靈活性和經(jīng)濟性三項基本要求。1 可靠性所謂可靠性是指主接線能可靠的工作，以保證對用戶不間斷的供電。衡量可靠性的客觀標準是運行實踐，經(jīng)過長期運行實踐的考驗，對以往所采用的主接線經(jīng)過優(yōu)選，現(xiàn)今采用主接線的類型并不多。主接線的可靠性是它的各組成元件，包括一、二次部分在運行中可靠性的綜合。因此，不僅要考慮一次設(shè)備對供電可靠性的影響，還要考慮繼電保護二次設(shè)備的故障對供電可靠性的影響。同時可靠性不是絕對的，而是相對的。一種主接線可靠性的標志：①斷路器檢修時是否影響供電；②線路、斷路器、母線故障和檢修時，停運線路的回數(shù)和停運時間的長短，以及能否保證對重要用戶的供電；③變電所全部停電的可能性。⑵ 靈活性主接線的靈活性有以下幾方面要求：① 調(diào)度要求?？梢造`活的投入和切除變壓器、線路，調(diào)配電源和負荷；能夠滿足系統(tǒng)在事故運行方式下、檢修方式下以及特殊運行方式下的調(diào)度要求。② 檢修要求?？梢苑奖愕耐＿\斷路器、母線及其繼電保護設(shè)備，進行安全檢修，且不致影響對用戶的供電。③ 擴建要求?？梢匀菀椎膹某跗谶^渡到終期接線，使在擴建時，無論一次和二次設(shè)備改造量最小。⑶ 經(jīng)濟性經(jīng)濟性主要是投資省、占地面積小、能量損失小。 主接線方案比較及確定根據(jù)對原始資料的分析，現(xiàn)將各電壓等級可能采用的較佳方案列出。進而，以優(yōu)化組合的方式，組成最佳可比方案。 方案擬定表電壓等級方案Ⅰ方案Ⅱ220kV雙母線接線雙母帶旁路接線110kV雙母線接線雙母帶旁路接線10kV單母線接線單母分段接線 220kV和110kV主接線方案確定⑴ 方案Ⅰ： 雙母線接線①線路故障斷路器拒動或母線故障只停一條母線及所連接的元件，將非永久性故障元件切換到無故障母線，可迅速恢復供電。②檢修任一元件的母線隔離開關(guān)，只停該元件和一條母線，其他元件切換到另一母線，不影響其他元件供電。③可在任何元件不停電的情況下輪流檢修母線，只需將要檢修的母線上的全部元件切換到另一母線即可。④斷路器檢修可加臨時跨條，將被檢修斷路器旁路，用母聯(lián)斷路器代替被檢修斷路器，減少停電時間。⑤運行和調(diào)度靈活，根據(jù)系統(tǒng)運行的需要，各元件可靈活地連接到任一母線上，實現(xiàn)系統(tǒng)的合理接線。⑥擴建方便，一般情況下，雙母線接線配電裝置在一期工程中就將母線構(gòu)架一次建成，近期擴建間隔的母線也安裝好，在擴建新元件施工時，對原有元件沒有影響。⑵ 方案Ⅱ： 雙母帶旁路接線 加旁路母線雖然解決了斷路器和保護裝置檢修不停電的問題，但是旁路母線也帶來了如下的負面影響：① 旁路母線、旁路斷路器及在各回路的旁路隔離開關(guān)，增加了配電裝置的設(shè)備，增加了土地，也增加了工程投資。② 旁路斷路器代替各回路斷路器的倒閘操作復雜，容易產(chǎn)生誤操作，釀成事故。③ 保護及二次回路接線復雜。④ 用旁路代替各回路斷路器的倒閘操作，需要人來完成，因此帶旁路母線的接線不利于實現(xiàn)變電所的無人值班。近年來，系統(tǒng)地發(fā)展，系統(tǒng)接線可靠性的提高，新技術(shù)、新設(shè)備的采用，使得采用旁路母線的環(huán)境發(fā)生了較大的變化，主要有以下幾個方面：⑴ 由于設(shè)備制造水平的提高，高質(zhì)量的斷路器不斷出現(xiàn)，例如現(xiàn)在廣泛采用的SF6斷路器、真空斷路器，運行可靠性大幅度提高。連續(xù)不檢修運行的時間不斷增長，SF6斷路器制造廠可保證20年不檢修。即使有時因操作機構(gòu)故障需要停電檢修，檢修的時間也很短。近年來彈簧機構(gòu)、液壓彈簧機構(gòu)等高可靠性的斷路器操作機構(gòu)也不斷涌現(xiàn)。因此，斷路器本身需要檢修的幾率不斷減少，而每次檢修的時間又非常短，旁路母線使用的幾率也在逐年下降。⑵ 由于繼電保護裝置的微機化，維護工作大量減少，需要停電維護的幾率很小。特別是雙重化配置的保護，可以一套保護運行，另一套保護停用更換插件，不需要旁路保護代替。⑶ 220kV及以下新設(shè)計的變電站，一般都按無人值班方式設(shè)計。旁路母線給無人值班帶來不便。鑒于上述情況，旁路母線的作用已經(jīng)逐年漸弱了。作為電氣主接線的一個重要方案帶旁路母線的接線已經(jīng)完成了它的歷史作用，現(xiàn)在已經(jīng)成為了一種過時的接線方式。新建工程基本上不再采用帶旁路母線的接線方式。故而220kV和110kV主接線均采用方案Ⅰ雙母線接線。 10kV主接線方案確定⑴ 方案Ⅰ。 單母線接線⑵ 方案Ⅱ。 單母線分段接線⑶ 10kV主接線方案比較表方案項目方案Ⅰ方案Ⅱ可靠性可靠性低，無論檢修母線或設(shè)備故障、檢修都將造成整個配電裝置停電?？煽啃韵鄬^高，當一段母線發(fā)生故障或當任一連接元件故障，斷路器拒動時，繼電保護動作斷開分段斷路器，將故障限制在故障母線范圍內(nèi)，非故障母線繼續(xù)運行，整個配電裝置不會全停，也能保證對重要用戶的供電。 靈活性接線簡單，清晰，操作方便，擴建容易。接線簡單，清晰，操作方便，擴建容易經(jīng)濟性相對投資少、設(shè)備數(shù)量少，年費用低。投資相對較高、設(shè)備數(shù)量稍多。通過對兩種方案的綜合分析，方案Ⅱ在可靠性及靈活性方面占優(yōu)勢，方案Ⅰ在經(jīng)濟性方面稍占優(yōu)勢。由于考慮到該電廠需要的可靠性，方案Ⅱ可以滿足其供電需要，故最終方案選用方案Ⅱ單母線分段接線。 所用電主接線方案確定所用低壓母線主要為所用電提供電源，其接線方式為單母分段接線。 所用電接線方式 中性點運行方式 中性點非直接接地⑴ 中性點不接地中性點不接地方式最簡單，單相接地時允許帶故障運行兩小時，供電連續(xù)性好，接地電流僅為線路及設(shè)備的電容電流。但由于過電壓水平高，要求有較高的絕緣水平，不宜用于110kV及以上電網(wǎng)。在663kV電網(wǎng)中，則采用中性點不接地方式，但電容電流不能超過允許值，否則接地電弧不易自熄，易產(chǎn)生較高弧光間歇接地過電壓，波及整個電網(wǎng)。⑵ 中性點經(jīng)消弧線圈接地當接地電容電流超過允許值時，可采用消弧線圈補償電容電流，保證接地電弧瞬間熄滅，以消除弧光間歇接地過電壓。⑶ 中性點經(jīng)高阻抗接地當接地電容電流超過允許值時，也可采用中性點經(jīng)高阻抗接地方式。一般用于大型發(fā)電機中性點。 中性點直接接地直接接地方式的單相短路電流很大，線路或設(shè)備須立即切除，增加了斷路器負擔，降低供電連續(xù)性。但由于過電壓較低，絕緣水平可下降，減少了設(shè)備造價，特別是在高壓，超高壓電網(wǎng)，經(jīng)濟效益顯著。所以適用于110kV及以上電網(wǎng)中。此外，在雷電活動較強的山岳丘陵地區(qū)，結(jié)構(gòu)簡單的110kV電網(wǎng)，如采用直接接地方式不能滿足安全供電要求和對聯(lián)網(wǎng)影響不大時，可采用中性點經(jīng)消弧線圈接地方式。 各級電壓中性點運行方式⑴ 220kV及110kV均采用中性點直接接地。⑵ 10kV采用中性點不接地。3