110kV变电所电气二次部分初步设计.doc

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110kV变电所电气二次部分初步设计

一、    课题的来源、目的意义（包括应用前景）、国内外现状及水平

课题的来源：

随着经济的发展和人民生活水平的提高，对供电质量的要求日益提高。

国家提出了加快城网和农网建设及改造，拉动内需的发展计划，城网和农网110kV变电所的建设迅猛发展。

在城市人口集中、高楼大厦林立、用地十分紧张的情况下，城市的高低压线路走廊受到限制，给城市高低压网络的发展和变电所建设带来一定困难。

农村自身的特点也给农网和变电所建设带来一定困难。

如何设计城网和农网110kV变电所，是城网和农网建设、改造中需要研究和解决的一个重要课题。

本毕业设计为邵阳学院二○○三级电气工程及自动化专业毕业设计，设计题目为：

110kV变电站（电气二次部分）设计。

此设计任务旨在体现自己对本专业各科知识的掌握程度，培养自己对本专业各科知识进行综合运用的能力，同时检验本专业学习四年以来的学习结果,是毕业前的一次综合性训练，是对在大学几年所学知识的全面检查。

通过本次毕业设计，既有助于提高自己综合运用知识的能力，同时也有助于以后在工作岗位能很快的适应工作环境。

目的意义：

110kV变电所是电力配送的重要环节，也是电网建设的关键环节。

变电所设计质量的好坏，直接关系到电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行，为满足城镇负荷日益增长的需要，提高对用户供电的可靠性和电能质量。

随着国民经济的发展，工农业生产的增长需要，迫切要求增长供电容量，拟新建110kV变电所。

变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。

电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。

随着变电所综合自动化技术的不断发展与进步，变电站综合自动化系统取代或更新传统的变电所二次系统，继而实现“无人值班”变电所已成为电力系统新的发展方向和趋势。

发展、现状及水平：

目前，我国小城市和西部地区经济的不断发展对电能资源的要求也越来越高，西部主要是高原地带，在高海拔的条件下，农村现有的变电技术远达不到经济的快速发展，这也在一定程度上影响了西部地区和中小城市变电技术的推广和应用技术的深化。

因此，一方面需要创造条件有针对性地提高对小城市以及农村的变电站的建设，加强专业知识的培训来提高变电技术；另一方面，可以通过媒介积极开展技术交流，通过实践去体验、探索。

当今世界各方面因素正冲击着全球电力工业，在国外变电所技术有十分剧烈的竞争，而世界范围内的变电所都采用了新技术;其次，不同的环境要求给所有的电力供应商增加了额外的责任，使电力自动化设备尤其是高压大功率变电站的市场开发空间大大拓展。

另外高压变电所的最终用户对变电站的自动控制、节能、环保意识越来越强烈，迫使其上游提供者尤其是系统集成商更加重视地区性电能分配技术方面的需要，所以变电所在世界上飞速的发展，从而要求我国变电技术上也要加入世界先进的变电技术行业。

随着电网建设改造和110kV变电所深入负荷中心与电网配电自动化系统的实施，要求电网变电所既要安全可靠地向用户供电，又能与配电网自动化系统资源共享，实现变电所远动通信，实时数据测量和采集，电气设备运行监控，一、二次设备实时运行状态监测，防误操作闭锁、电容器的自动投退，主变有载开关的自动调节，小电流接地系统的选线以及继电保护和自动装置的投退，定值的检查和远方修改等功能，从而在配电网络正常运行时，能监视各种运行工况，优化运行方式，合理控制负荷，调整电压和无功功率，自动计量计费。

在配电网发生异常或故障时，能迅速查出异常情况并快速切除，隔离故障，迅速恢复非故障线路供电。

要实现这些功能，采用常规变电所的一、二次设计，选用传统的二次设备是很难满足要求的，必须利用先进的计算机技术，研制和开发变电所自动化系统，以全微机化的新型二次设备代替常规设备，尽量做到硬件资源、信息资源共享，用不同的模块软件实现常规设备的各种功能，用计算机局域网代替大量信号电缆的联接，用主动模式代替常规设备的被动模式。

　　变电所自动化系统，不仅功能上满足了配电自动化的要求，而且集微机监控、数据采集和微机保护于一体，将调度自动化、继电保护、变电管理和通信等综合为一体，做到硬、软件资源共享。

实现了配电网自动化系统和城网变电所的遥控、通测、通信、遥调的要求，并实现了变电所的无人值班运行，同时简化了变电所二次部分的硬件配置，减轻了施工安装和运行维护的工作量，降低了变电所的总造价和运行费用。

随着科学技术的不断进步，断路器交流操作技术的成熟，保护和监控系统安全可靠性的提高和对室外环境的适应范围扩大，小型化无人值班110kV变电所必然向"三无"（即无人值班、无房屋建筑、无电缆沟

二、课题研究的主要内容、研究方法或工程技术方案和准备采取的措施

课题研究的主要内容：

1.确定电气主接线。

2.确定电压互感器和电流互感器的配置。

3.变压器、出线继电保护配置。

4.操作电源系统设计。

5.控制、信号系统设计。

研究方法：

首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数，分析负荷发展趋势。

然后通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑，并通过对负荷资料的分析，安全，经济及可靠性方面考虑，确定了110kV，35kV，10kV以及站用电的主接线，最后，根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，对电压互感器，电流互感器进行了选型，确定电压互感器和电流互感器的配置，配置系统继电保护及自动装置，从而完成了110kV电气主接线和二次部分的设计：

1、根据任务书的要求，拟定3～4个初步方案，经初步经济技术比较，得出两个较优方案，并进行主接线方案设计论证。

2、配置各电压等级的电压互感器和电流互感器。

3、配置主变压器保护,110kV线路继电保护（选用微机保护）。

4、配置系统继电保护及自动装置。

5、设计操作电源系统。

6、设计控制、信号系统。

准备采取的措施：

本次110kV变电站的设计，经过四年的专业课程学习，在已有专业知识的基础上，了解了当前我国变电站技术的发展现状及技术发展趋向，按照现代电力系统设计要求，确定设计一个110kV变电所电气二次部分，采用微机监控技术及微机保护，选用目前较为先进的二次设备。

将此变电站做为一个枢纽变电站考虑，三个电压等级，即110kV/35kV/10kV。

设计中依据《变电所总布署设计技术规程》、《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》、《火力发电厂、变电所二次接线设计技术规程》、《高压配电装置设计技术规程》、《110kV-330kV变电所计算机监控系统设计技术规程》及本专业各教材。

1、系统继电保护及自动装置

继电保护是电力系统安全稳定运行的重要屏障，在此设计变电站继电保护结合我国目前继电保护现状突出继电保护的选择性，可靠性、快速性、灵敏性、运用微机继电保护装置及微机监控系统提高变电站综合自动化水平。

2、继电保护配置原则

根据GB14285《继电保护和安全自动装置技术规程》中有关条款《继电保护二十五项反事故措施要点》、《电力系统继电保护》教材。

3、110千伏系统保护

110千伏线路配置阶段式距离保护，要求能反应相间及接地故障。

对于110千伏双母线接线，配置一套能快速有选择性切除故障的母线保护。

每条线路配置功能齐全，性能良好的的故障录波装置。

4、主变压器保护

电力变压器是电力系统中大量使用的重要的电气设备,它的故障将对供电可靠性和系统正常运行带来严重的后果,同时大容量变压器也是非常贵重的设备,,因此必须根据变压器的保护的容量和重要程度装设性能良好、动作可靠的保护。

变压器故障可分为油箱内部故障和油箱外部故障。

油箱内部故障包括相间短路、绕组的匝间短路和单相接地短路；油箱外部故障包括引线及套管处会产生各种相间短路和接地故障。

变压器的不正常工作状态主要由外部短路或过负荷引起的过电流、油面降低。

对于上述故障和不正常工作状态变压器应装设如下保护：

（1）为反应变压器油箱内部各种短路和油面降低，对于0.8MVA及以上的油侵式变压器和户内0.4MVA以上变压器,应装设瓦斯保护。

（2）为反应变压器绕组和引线的相间短路,以及中性点直接接地电网侧绕组和引线的接地短路及绕组匝间短路,应装设纵差保护或电流速断保护。

对于6.3MVA及以上并列运行变压器和10MVA及以上单独运行变压器,以及6.3MVA及以上的所用变压器,应装设纵差保护。

（3）为反应变压器外部相间短路引起的过电流和同时作为瓦斯、纵差保护（或电流速断保护）的后备应装设过电流保护.例如,复合电压起动过电流保护或负序过电流保护。

（4）为反应大接地电流系统外部接地短路,应装设零序电流保护。

（5）为反应过负荷应装设过负荷保护。

5、互感器的选择：

互感器是电力系统中测量仪表、继电保护等一次设备获取电气一次回路信息的传感器。

互感器将高电压、大电流按比例变成低电压（100、100/）和小电流（5、1A）。

电流互感器的二次侧绝对不能够开路。

电压互感器的二次侧绝对不能够短路。

（1）种类和型式的选择

选择电流互感器时，应根据安装地点（如屋内、屋外）和安装方式（如穿墙式、支持式、装入式）选择其型式。

当一次电流较小时，宜优先采用一次绕组多匝式，弱电二次额定电流尽量采用1A，强电采用5A。

（2）一次回路额定电压和电流的选择

≥，≥

式中、—分别为电气设备和电网的额定电压,

、—分别为电气设备的额定电流和电网的最大负荷电流。

（3）准确级和额定容量的选择

互感器所选定准确级所规定的额定容量应大于等于二次侧所接负荷，即

≥

（4）热稳定和动稳定的校验

≥，≥

为电流互感器1S通过的热稳定电流，为电流互感器的动稳定电流。

6、保护配置：

主变保护部分采用微机保护装置：

（1）差动保护防止变压器绕组和引出线相间短路，直接接地系统侧和引出线的单相接地短路及绕组见的短路。

（2）瓦斯保护防止变压器油箱内部或断线故障及油面降低。

（3）零序电流保护、零序电压保护防止直接接地系统中变压器外部接地短路并作为瓦斯保护和差动保护的后备。

（4）防止变压器过励磁。

（5）过电流保护（或阻抗保护）防止变压器外部相间短路并作为瓦斯保护和差动保护的后备。

（6）过负荷保护防止变压器对称过负荷。

（7）反映变压器油温及油箱内压力升高和冷却系统故障的相应保护。

110kV、35kV线路保护部分：

（1）距离保护

（2）零序过电流保护

（3）自动重合闸

（4）过电压保护在变电所周围装设独立避雷针，为防止直击雷和雷电波的危害，在35kV和10kV出线均安装金属氧化物避雷器；变压器安装金属氧化物避雷器；10kV母线也用一组金属氧化物避雷器进行过压保护。

10kV线路保护部分：

（1）10kV线路保护：

采用微机保护装置，实现电流速断及过流保护、实现三相一次重合闸。

（2）10kV电容器保护：

采用微机保护装置，实现电流过流保护、过压、低压保护。

（3）10kV母线装设小电流接地选线装置，发送

3）10kV母线装设小电流接地选线装置，发送有选择性的单相接地遥信。

三、        现有基础和具备的条件

现有基础：

在大学几年系统地学习了相关专业知识，打下了一定的理论基础；老师悉心地指导和谆谆教诲，打下了一定的思想基础；学校先进的实验设备和老师提供的参考资料，打下了一定的物质基础。

具备的条件：

（1）可供参考的资料齐全:

[1]能源部西北电力设计院编《电力工程电气设计手册》（电气二次部分