220KV变电站自动化系统设计说明书.docx
《220KV变电站自动化系统设计说明书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《220KV变电站自动化系统设计说明书.docx（29页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
220KV变电站自动化系统设计说明书
220KV变电站自动化系统设计
说明书
1.引言
20世纪末到21世纪初，由于半导体芯片技术、通信技术以及计算机技术飞速发展，变电站自动化技术也已从早期、中期发展到当前的变电站自动化技术阶段。
目前国际上关于变电站自动化系统和通讯网络的国际标准还没有正式公布，国内也没有相应的技术标准出台。
标准和规范的出台远落后于技术的发展，导致变电站自动化系统在通讯网络的选择、通讯传输协议的采用方面存在很大的争议，在继电保护和变电站自动化的关系及变电站自动化的概念上还存在分歧。
市场竞争日益激烈，不同厂家的设备质量和技术（软硬件方面）差异甚大，各地方电力公司的要求也不尽相同，导致目前国内变电站自动化技术千差万别。
改革开放以来，随着我国国民经济的快速增长，电力系统也获得了前所未有的发展，电网结构越来越复杂，各级调度中心需要获得更多的信息以准确掌握电网和变电站的运行状况。
同时，为了提高电力系统的可控性，要求更多地采用远方集中监视和控制，并逐步采用无人值班管理模式。
显然传统的变电站已经远远不能满足现代电力系统管理模式的需求。
我国对变电站的技术研究的其中一个主要方面是在220kV及以下中低压变电站中采用综合自动化技术，全面提高变电站的技术水平和运行管理水平，而且技术不断得到完善和成熟。
总体来说，实现变电站综合自动化，其优越性主要有：
提高了供电质量、变电站的安全可靠运行水平，降低造价，减少了投资，促进了无人值班变电站管理模式的实行。
本设计中变电站的设计思路是紧跟现代化国内外变电站综合自动化技术的发展趋势，根据最新和最权威的设计规程和规范，采用先进的原理技术，摒弃落后和即将淘汰的技术，确定科学的模式和结构，选择质量优良和性能可靠的产品，因此，在学习借鉴国外先进技术的同时，结合我国的实际情况，全面系统地研究探讨符合
国情的变电站系统设计模式，完成本次毕业设计。
2.负荷计算及主变选择
2.1设定原始资料并简要分析
建设规模：
该变电所主变采用2X120MVA其电压等级为220/110/38.5kV的变
压器，220kV进出线四回，110kV进出线八回，35kV进出线八回。
该地区的负荷预测情况及发展：
现状负荷统计为86810K；2005年统计负荷为89260KW
2010年统计负为118840KW负荷水平年增长率为4.9%。
220kV系统短路容量为5600MVA110kV系统短路容量为600MVA
本设计中各级电压侧年最大负荷利用小时数为：
220kV侧
Tmax=3600
小时/年
110kV侧
Tmax=4600
小时/年
35kV侧
Tmax=4000
小时/年
所用负荷有：
主控制室照明、主建筑物和辅助建筑物照明等为60KVy锅炉动力、
检修间动力、主变冷却装置动力等为250KW
负荷统计如下：
（表2-1）单位：
KW
序号
用电单位
现状负荷
2005年统计负荷
2010年统计负荷
1U
南区甲线
16800
16800
24600
2U
南区乙线
14500
14500
20400
3U
北区甲线
13700
14200
16700
4U
北区乙线
12000
12100
16500
1S
水厂
4200
4400
5680
2S
矿冶厂
2960
3160
3580
3S
化肥厂
3300
3600
5180
4S
建材厂
1850
1900
2450
6S
制药厂
11900
12700
15150
7S
医院
1320
1220
2620
8S
火车站
4280
4680
5980
合计
86810
89260
118840
2.2电气主接线：
220KV采用双母线带简易旁路
110KV采用双母线接线
10KV采用双母线接线
2.3主变压器选择
主变参数：
型号SFPSZ—90000/220
额定电压220/121/11KV
额定容量90000/90000/90000KVA
△p/k（i-2）=395
△P/
△P/
K（1—3）=414
K（3—2）=280
最大负荷：
110KV
Smax=15+j8
10KV
Smax=5+j2
最小负荷：
110KV
Smin=8+j2
10KV
Smin=2+j1
高压侧的电压为：
V1max=231KV
V1min=220KV
要求中压侧电压不超过110~121KV范围，低压侧电压不超过10~10.8KV范围
2.4主变压器参数计算
2.4.1阻抗值计算
△R（i-2）=p/k（-2）X（Sin/S2N）3=395KW同理
△Pk（i-3）=414KW
△PK（2-3）=280KW
△Pki=1/2〔△P＜（1—?
）+△Pk（1-3）—△Pk（2-3）〕
=1/2（395+414—280）=264.5KW,同理
△Pq=130.5KW
△民=149.5KW
Va=1/2〔Vk1－2）＋VK（1－3）—Vk（2-3）〕=14.75KV,同理
-0.5KV
Vk3=8.25KV
2Rt1=△Pk1Vn/1000SN2
=（264.5*200*200）/（1000*90*90）=1.58Q,同理
R丁2=0.78Q
Rn=0.89Q
XT1=Vn2Vk1Vn2/100SN
=（14.75*220*220）/100X90=79.32Q
XT2=-2.69Q
XT3=44.39Q
2.4.2选择分接头
最大、最小负荷时的电压损耗:
△V1max=（P1R1＋Q1X1）/V1max=2.99KV
△V2max=（P2R2＋Q2X2）/V2max=-0.04KV
△V3max=（P3R3＋Q3X3）/V3max=1.67KV
△V1min=（P1R1＋Q1X1）/V1min=0.76KV
△V2min=（P2R2＋Q2X2）/V2min=0.004KV
△V3min=（P3R3＋Q3X3）/V3min=0.43KV最大、最小负荷时，各绕组归算至高压母线电压最大负荷时：
V1max=225KV
V2max=224.996KV
V3max=224.566KV
最小负荷时：
V1min=220KV
V2min=217.01KV
V3min=215.34KV
选择高压侧分头电压
V3min=VsminVn/Vfl
计算中压侧分接头电压为：
=217.01*116.6/222.15=113.9>110KV
△V2'max=（113.9-110）/110*100%=3.5%<5%
可见所选中压侧分接头满足调压要求。
243无功补偿的计算
最大和最小负荷时变压器阻抗中的电压损耗分别为：
△Umax=（15*1.58+8*79.32）/110=5.98KV
△Umin=（8*1.58+2*79.32）/110=1.56KV
Uf2=116.05KV,取与其最接近的分接头电压：
110*（1+6%）=116.6KV,从而可得电压比
为:
k=116.6/10=11.66则补偿容量为：
Qc=U2Cmax（U2Cmax-U2Cmax/k）k2/X
=10*[10-（110-5.98）/11.66]*11.66*11.66/79.32
=18.85Mvar
当Qcmax=18.9Mvar,验算最大负荷时二次侧母线的实际电压：
STmax=STmax-JQc=15+J8-18.9=15-J10.9
补偿后变压器阻抗中电压损耗变为：
（15*1.58-10.9*79.32）/110=-7.6KV
变电站二次侧母线实际电压为：
（110+7.6）/11.66=10.09KV
3.电气主接线确定
3.1变电站电气主接线的设计原则变电站主接线的设计必须满足上述四个基本要求，以设计任务书为依据，一国家经济建设方针、政策及有关技术规范为准则，结合工程具体特点，准确地掌握基础资料，做到既要技术先进，又要经济实用。
3.2电气主接线的设计步骤
电气主接线的设计伴随着发电厂或变电所的整体设计，即按照工程基本建设程序，经历可行性研究阶段、初步设计阶段、技术设计阶段和施工设计等四个阶段。
在各阶段中随要求、任务的不同，其深度，广度也有所差异，但总的设计思路、方法和步骤相同。
3.2.1对变电站建设情况进行综合分析
3.2.1.1变电站的情况，包括变电所的类型，在电力系统中的地位和作用，近期及远景规划容量，近期和远景与电力系统的连接方式和各级电压中性点接地方式、最大负荷利用小时数及可能的运行方式等。
3.2.1.2负荷情况，包括负荷的性质及其地理位置、输电电压等级、出线回路数及输送容量等。
电力负荷的原始资料室设计主接线的基础数据，应在电力负荷预测的基础上确定，其准确性直接影响主接线的设计质量。
3.2.1.3环境条件，包括当地的气温、湿度、污秽、覆冰、风向、水文、地质、海拔高度及地震等因素。
这些对主接线中电器的选择和配电装置的实施均有影响，必须予以重视；此外，对重型设备的运输，也应充分考虑。
3.2.1.4设备情况。
为使所设计的主接线可行，必须对各主要电器的性能、制造能力、供货情况和价格等资料汇集并进行分析比较，保证设计具有先进性、经济性和可行性。
3.2.2确定主变压器的容量和台数
变电所主变压器的容量，一般应按5~10年规划负荷来选择，根据城市规划、负荷性质、电网结构等综合考虑确定。
对重要变电所，应考虑当1台主变压器停运时，其余变压器容量在记及过负荷能力允许时间内，应满足I类及U类负荷的供电；对一般性变电所，当1台主变压器停运时，其余变压器容量应能满足全部负荷的70%至80%。
3.2.3主接线方案的拟定与选择
根据设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，根据对电源盒出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等，可拟定出若干个主接线方案。
依据对主接线的基本要求，从技术上论证并淘汰一些明显不合理的方案，最终保留2〜3
个技术上相当，又都能满足任务书要求的方案，在进行经济比较。
3.2.4所用电源的引接
确定所用电源的引接方式。
3.2.5短路电流计算和主要电气选择对所选的电气主接线进行短路电流计算，并选择合理的电气设备。
3.2.6绘制电气主接线图
对最终确定的主接线，按工程要求绘制工程图。
3.3电气主接线的选择
根据对原始资料的分析以及对主接线的认识，现列出以下三种主接线方案。
方案一：
220KV110KV侧侧双母线带旁路母线接线，35KV侧单母线分段接线。
220kV进出线四回，而双母接线带旁路母线使用范围是110〜220KV出线数为5
回及以上时。
满足主接线的要求。
且具备供电可靠、调度灵活、扩建方便等特点。
110kV进出线八回，110kV侧出线可向远方大功率负荷用户供电，其他出线可作
为一些地区变电所进线。
根据条件选择双母接线带旁路母线方式。
35kV进出线八回，可向重要用户采用双回路供电。
选择单母线分段接线方式。
方案主接线图如图2-1所示
图2-1方案一的电气主接线
方案二：
220KV侧双母线带旁路接线，110KV35KV侧单母线带旁路母线接线
220kV进出线四回，由于本回路为重要负荷停电对其影响很大，因而选用双母带旁路接线方式。
双母线带旁路母线，用旁路断路器替代检修中的回路断路器工作，使该回路不致停电。
这样多装了价高的断路器和隔离开关，增加了投资，然而这对于接于旁路母线的线路回数较多，并且对供电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的。
110KV35KV侧单母线带旁路母线接线，检修出线断路器时，可不中断对该出线的供电，提高了供电的可靠性。
主接线如图2-2所示：
35KV
4
J
1J
_u
JV
_LJ
-丄J
_II
L丄」
_LJ
丄
1
1
u（n.
ITr•一
fa
厂
厂
j*
「-
方案二
图2-2方案二的电气主接线
方案三：
220KV侧双母线带旁路接线，110KV侧双母接线、35KV侧单母线分段
接线。
主接线如图2-3所示：
现对三种方案列表3-1比较如下:
表3-1电气主接线方案比较
项目
方案、、
可靠性
灵活性
经济性
方案一：
220KV、
110KV侧双母带带
旁路母线接线、
35KV侧单母线分段接线
可靠性高
1.检修、调试相对灵
活；
2.各种电压级接线都便于扩建和发展。
设备相对多，投资较大，经济性较差，但对供电可靠性的特殊需要是必要的。
方案二：
220KV侧
双母线带旁路接
线，110KV、35KV
侧单母线带旁路母线接线。
可靠性较高；
2.单母线带旁路母线
接线，检修母线或母线
故障期间中断供电。
1.灵活性较好；
2.扩建方便
1.设备相对多，投资较大；
2.旁路系统造价昂贵，同时使配电装置运行复杂化
方案三：
220KV侧
双母线带旁路接
线，110KV侧双母
接线、35KV侧单母
线分段接线。
1.可靠性高；
2.有两台主变压器工作，保证了在变压器检修或故障时，不致使该
侧停电，提高了可靠性。
1.各电压级接线方式
灵活性都好；
2.各种电压级接线
都便于扩建和发展。
1.设备相对多，投资较大；
2.母线采用双母线带旁路，
占地面积增加。
综合考虑三种电气主接线的可靠性，灵活性和经济性，结合实际情况，确定第一种方案为设计的最终方案。
4.主要电气设备的选型
4.1高压断路器的选择计算:
4.1.1220kV电压级:
电压：
ue>Ug=220kV
电流：
le>Igmax=131.2*0.7=91.84（KA）
开断电流：
lekd>I"=1.67（KA）
选用断路器型号SW6-220
额定开断电流31.5kA额定电流1250KA
动稳定电流峰值为80kA,热稳定电流为31.5kA（4S）
校验：
热稳定校验：
I-XVtj/tT=4S秒时I^xVtj/t=1.67*V5/4=2kA<11（40kA）
•••热稳定校验合格
动稳定校验：
Ich=2.53kA•合格
•••选断路器SW6-220满足要求。
该系列为户外高压少油断路器，可作为发电厂、
变电站电气设备和输电线路的控制和保护之用，也可作为联络断路器使用。
该断路器各断口单元为标准结构，每柱由两个断口组成，呈“Y'形布置。
4.1.2110kV电压级:
电压：
：
Ue>Ug=110kV
电流：
：
Ie》Igmax==147.4*0.7=103.18（KA）
开断电流：
Iekd>I"=3.33kA
选用断路器型号LW6-110额定开断电流40kA额定电流2000KA
动稳定电流峰值为100KA，热稳定电流分别为31.5KA（4S）
校验：
热稳定校验：
I-xVtj/tT=4S秒时IsXVtj/t=3.33*V5/4=4.239kA•••热稳定校验合格
动稳定校验：
Ich=5kAvIdw（100kA）
•合格
•••选断路器LW6-110满足要求
4.1.310kV电压级：
电压：
Ue>Ug=10KV
电流：
Ie>Igmax=739*0.7=517.3（A）
开断电流：
lekd>I"=23.91kA
选用断路器型号：
ZN-10⑶50-40
额定开断电流40KA额定电流3150A
其极限通过电流峰值为100KA,热稳定电流分别为40KA（4S）
校验：
热稳定校验：
IsXVtj/tT=4S秒时I^xVtj/t=23.91*V5/4=37.8kAvIt（40kA）
•••热稳定校验合格
动稳定校验：
Ich=36.16kAvIdw（100KA）
•合格
•••选断路器ZN-10/3150-40满足要求。
该断路器可作为输配电系统配电开关、厂用电开关、电炉变压器和高压电动机频繁操作开关，还可用来切合电容器组。
该类型断路器具有结构简单、体积小、重量轻、寿命长、维修量小和适用于频繁操作等特点。
在切合电炉变压器和感应电动机时，配有专用的阻容吸收装置或氧化锌避雷器，可有效地限制过电压。
断路器选择结果如下表：
（4-1）
电压等级
220kV
110kV
10kV
断路器型号
SW6-220/1250
SW8-110/2000
ZN-10/3150
4.2隔离开关的选择:
4.2.1220kV电压级：
电压：
U>Ug=220KV
电流：
Ie>Igmax==158*0.7=110.6（A）
选用隔离开关为GW17-22Q其动稳定电流峰值为125kA,热稳定流为50kA（3S）
校验：
热稳定校验：
IgXVtj/twit（设tj=5S）
T=3S秒时I^xVtj/t=1.67*V5/3=2.2kAvIt（125kA）
•••热稳定校验合格
动稳定校验：
idw》ich
■/ich=2.53kAvIdw（50kA）
•合格
•所选隔离开关GW17-220满足要求。
该系列隔离开关是三相交流50HZ高压开
关设备,供在有电压无载荷情况下,断开或闭合线路之用。
4.2.2110kV电压级:
电压：
Ue》Ug=110KV
电流：
Ie》Igmax=210*0.7=147（A）
选用隔离开关为GW17-110，其动稳定电流峰值为80S,热稳定流为31.5kA（3S）校验：
热稳定校验：
IsXVtj/tT=3S秒时IsXVtj/t=3.33*V5/3=4.3kAvIt（31.5kA）
•热稳定校验合格
动稳定校验：
ich=8.5kAvidw（80kA）
•合格
•所选隔离开关GW17-110满足要求。
该系列隔离开关为双柱水平断口式结构，有单静触头、双静触头两种形式,易与其他电器构成敞开式组合电器。
4.2.310kV电压级:
电压：
Ue》Ug=10KV
电流：
Ie》Igmax=1732*0.7=1212.4（A）
选用隔离开关为GN10-10T/4000，其动稳定电流峰值为160KA，热稳定流为
80kA（5S）
校验：
热稳定校验：
1^x2tj/tT=5S秒时IsXtj/t=23.91*"5/5=23.91kAvIt（80kA）
•••热稳定校验合格
动稳定校验：
idw>ich
vich=60.97kAvIdQ60kA）
•所选隔离开关合格
隔离开关选择结果如下表：
（4-2）
电压等级
220kV
110kV
10kV
隔离开关型号
GW17-220/2500
GW17-110/1600
GN2-10G/3150
4.3互感器的选择
4.3.1电流互感器主要参数的选择
电流互感器一次电流选择应遵循以下原则：
⑴一次电流应满足负荷要求，并在标准值中选取。
其标准值为:
10、12.5、15、
20、25、30、40、50、60、75及其十进位倍数或小数。
⑵一次电流应使在正常运行情况下，二次输出电流满足保护装置和测量、计量仪表准确度要求。
不同用途的电流互感器，保证误差准确度的额定一次电流不同，测量用电流互感器，保证满足规定误差要求的一次额定电流的50%--120%特殊用途互感器S级，
保证满足规定误差要求一次额定电流的10%--120%。
保护用互感器的额定电流应不
小于正常负荷电流。
一次电流可用下式选择：
Ir>K*Il
式中Ir——互感器额定一次电流；
K――可靠系统，对于发电机，变压器和输电线路；
IL——电气设备额定一次电流和电器元件的最大负荷；
正常情况下，K一般可取1.2—1.5;对于直接启动的发电机,取1.5—2;对于S级电流互感器取3—5。
电流互感器的选择：
220KV级：
LCW—220,额定电流比为2*750/5;准确级组合
5P/5P/5P/5P/0.2/0.2;准确次级0.2,5P;二次负荷60VA;短时热稳定电流20—50KA
（3S）;动稳定电流62.5—125KA。
该系列为多匝油浸式瓷绝缘电流互感器。
其性能符合国标和IEC的有关标准，具有结构严密、绝缘强度高、介质损耗率和局部放电量低、可靠性高以及运行维护简便等优点。
110KV级：
LCW—110，额定电流比2*1000/5;准确级组合P/P/P/0.2;准确次级5P，0.2;二次负荷50VA短时热稳定电流31.5—45KA动稳定电流80—145KA。
10KV级：
LMZJ-10,额定电流比6000/5;准确级0.2，0.5，3，B。
该型电流互感器为母线式环氧树脂全浇注绝缘户内型产品，适用于交流50HZ、10、20KV及以
下线路中做电流、电能测量和继电保护用，它采用环氧树脂混合浇注成型，绝缘性能和防潮、防霉性能良好，机械强度高，适用于湿热带地区。
电流互感器选择结果如下表：
（4-3）
电压等级
220kV
110kV
10kV
电流互感器型号
LCWB-220
LCWB-110
LMZJ-10
4.3.2电压互感器参数的选择
4.3.2.1参数选择
电压互感器应按下表所列技术条件选择：
（4-4）
项目
参数
技术条件
正常工作条件
一次回路电压、二次电压、二次负荷、准确度等级
承受过电压能力
绝缘水平、泄露比距
环境条件
环境温度、相对湿度、海拔高度、最大风速、污秽
4.3.2.2型式选择
16〜20KV配电装置一般采用油浸绝缘结构；在高压开关柜中或布置地位狭窄
的地方，可采用树脂浇注绝缘结构。
235〜110KV配电装置一般采用油浸绝缘结构电磁式电压互感器
3220KV及以上配电装置，当容量和准确度等级满足要求时，一般采用电容式
电压互感器。
电压互感器选择结果：
（4-5）
型号
额定电压（KV）
二次负荷（VA）
最大容量
（VA）
初级
绕组
次级
绕组
剩余电
压绕组
0.5
级
1级
3级
TYD220/J3-0.0045
200/J3
0.1/品
0.1
300
升级会员 