330KV变电站设计1.docx

1、330KV变电站设计1设计题目:330KV变电站设计前言1 设计范围2 主要设计技术原则3 电气主接线4 短路电流计算及主要设备选择5 系统继电保护及安全自动装置6 绝缘配合及过电压保护7 电气设备布置及配电装置8 微机监控及二次系统9 所用电系统及照明10 直流系统11 电缆设施12 所址选择13 工程投资估算14 参考文献15 英文资料翻译16 设计附图附图1：电气主接线图附图2：继电保护配置图附图3：主变保护配置图附图4：微机监控系统图附图5：所用电系统图前 言本毕业设计为*电力系统及自动化专业（专科）毕业设计，设计题目为：330KV变电站（电气部分）设计。此设计任务旨在体现我们小组对本

2、专业各科知识的掌握程度，培养我们小组各成员对本专业各科知识进行综合运用的能力。设计小组共有15人组成，在设计过程中，各成员进行了分工共同学习，查阅大量相关技术资料，经多次修改，形成设计初稿。小组设计学员有： 1 设计范围本次设计主要对330KV变电站的电气主接线，继电保护及自动装置配置，通过短路电流计算选择一次主设备，绝缘配合及过电压保护，微机监控系统，所用电系统，直流系统，所址选择等进行了设计，基本包括了电气部分的主要内容。2 主要设计技术原则本次300KV变电站的设计，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，确定设计一个330KV综合自动化变电站，采用微机

3、监控技术及微机保护，一次设备选择突出无油化，免维护型设备，选用目前较为先进的一、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330KV/220KV/35KV。设计中依据变电所总布署设计技术规程、交流高压断路器参数选用导则、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、220KV-500KV变电所计算机监控系统设计技术规程及本专业各教材。3 电气主接线电气主接线关系着全站电气设备的选择，配电装置的布置继电保护及自动装置的确定，关系着电力系统的安全稳定，灵活和经济运行，是本次变电站设计中心的主要环节，我们在电气主接线设计中，依

4、据以下原则：保证必要的供电可靠性和电能质量。具有运行维护的灵活性和方便性，即要适应各种运行方式和检修维护方面的要求，并能灵活地进行运行方式的转换。在操作时简便、安全，不易发生误操作。在满足可靠性、灵活性要求的前提下做好经济性。即投资省，电能损失小，占地面积小。保证电气主接线具有继续发展和扩建的可靠性。3.1 330kV主接线： 330KV主接线的选择既考虑上述主要原则，同时结合国内长期运行的实践经验，确定其主接线形式为3/2断路器接线，因为其具有很高的可靠性，且目前我国330KV及以上系统广泛采用，实践证明其有很高的可靠性和运行灵活性，且330KV、SF6、DF价格较高，分相式断路器占地面积较

5、大，因此较双断路器接线有显著的经济性。经技术经济比较采用一台半断路器的接线方式，为使母线潮流分布合理并在一串支路切除时保持系统功率平衡，在接线上，在一串上接一条电源线和一条负荷线路，并使靠近一组母线的支路送电与受电平衡，最终按4个完整串布置，二台主变分别引接至两组母线。该接线具有可靠性高，运行灵活，节省占地等优点。3.2 110千伏主接线采用双母线接线，不带旁路母线，选择该主接线是因为：可以轮流检修母线，而不中断对用户的供电。当一组母线故障时，仍然造成接于该组母线上的支路停电，但可以迅速切换至另一组母线上恢复工作，从而减少停电时间。检修任一回路的母线隔离开关时，只需断开该回路和与此隔离开关相连

6、的母线，将其他所有回路部分换到另一组母线上运行，该隔离开关可停电进行检修。检修任一出线断路器时，该支路短时停电，在断路器两侧加上跨条后，将各支路倒控在一条母线上工作，利用母联断路器代替该出线断路器工作，使该回路不必长时间停电。在个别回路需要独立工作或进行试验时，可将该回路分别单独接到一组母线上。双母线扩建方便，向双母线左右任一方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷均可分配。3.3 35千伏接线35千伏无出线，仅有无功补偿设备及所用变，故采用单元接线。3.4 中性点接地方式按照目前我国电力系统的运行情况，110KV及以上均为直接接地系统、35KV根据35KV系统情况及负荷情况确定接地方式。因此，

7、330千伏、110千伏为直接接地系统。35千伏为不接地系统。自耦变压器中性点直接接地。4 短路电流计算及主要设备选择4.1短路电流计算短路电流计算中，容量和接线均按最终规模计算，短路种类按系统最大运行方式下三相短路较验。本设计设备选择的短路电流是按变电所最终规模及330千伏、110千伏系统阻抗进行计算的。经短路电流计算，在330千伏变电所可能发生的各种短路类型中,330千伏母线发生三相对称短路时，短路电流最大，110千伏母线发生单相接地短路时，短路电流最大。短路电流计算结果及主要电气设备选择结果见表4-1 电气设备选择校验表1-1 计 算 值选择设备名称及型号保 证 值备 注安装地点短路点编号

8、工作电压工作电流短路电流短路冲击电流值0秒短路容量稳态短路电流有效值热稳定电流额定电压额定电流额定开断电流极限通过电流热稳定电流Ug(kv)Ig(A)Id(kA)ich(kA)S(MVA)Ir(kA)Ir(kA)Ue(kV)Ie(A)I(kA)Igt(kA)Ir(kA)330KV配电装置（方案一）d-134516739.223.4255079.211.1330kv断路器SFMT-33036325004010040/3s330KV配电装置（方案二）d-134516739.223.4255079.211.1330KV断路器LW10-33036325004010040/3s110KV配电装置d-21

9、15167315.0638.315.0618.2110KV断路器LW25-110126200031.58040/3s表2计 算 值选择设备名称及型号保 证 值备 注安装地点短路点编号工作电压工作电流短路电流短路冲击电流值0秒短路容量稳态短路电流有效值热稳定电流额定电压额定电流额定开断电流极限通过电流热稳定电流Ug(kv)Ig(A)Id(kA)ich(kA)S(MVA)Ir(kA)Ir(kA)Ue(kV)Ie(A)I(kA)Igt(kA)Ir(kA)35KV配电装置d-337112315.639.7100015.618.935kv断路器LW24-40.540.51250256325/4s330K

10、V配电装置d-134516739.223.4255079.211.1330KV隔离开关GW17-330363200010040/3s110KV配电装置d-2115170715.0638.315.0618.2110KV隔离开关GW5-11012620008031.5/4s35KV配电装置d-337112315.639.7100015.618.935KV隔离开关GW4-40.540.512508031.5/4s4.2变电所规模本变电站设计规模:一台240MVA有载调压自耦电力变压器，330千伏出线4回，110千伏出线8回，低压并联电抗器4x15MVar，低压并联电容器组3x20MVar。4.3主变

11、压器主变台数的确定：主变因本身的可靠性高，本设计不考虑主变的备用，主变台数确定为两台。主变容量的确定：在此设计中，主变容量的确定为240MVA依据以下原则：1）在系统正常运行与检修状态下，以具有一定持续时间的日负荷选择主变的额定容量，日负荷中持续时间很短的部分，可由主变过载满足。单台主变容量以总容量的75%选择。过载倍数1.3，允许运行2小时。2）并联运行的主变以隐备用形式相互作为事故备用，只要求短时保持原有总传输容量并应计及变压器的短时过负荷能力。3）主变压器检修时间间隔很长，检修时间较短，合理作好检修与运行调度。主变型式选择在此设计主变选型为有载调压自耦变压器，主变依据为：1）自耦变的型式

12、容量小于额定容量，因此基水泵的钢线，硅钢片及绝缘材料较同容量普通三绕组变少、造价降低20%以上，运行损耗小。2）由于尺寸与重量下降使以单台变电容量作得很大，减轻运输困难。3）考虑正常运行中往往峰谷差较大，日负荷变化畅度大，为保证电能质量，应装设有载调压主变，及时改善电压质量。4）330KV高压电压无功调节设备的容量往往不足，在昼夜负荷变化时，由于超高压输电线电容充电功率的影响使变压器高压端电压变化畅度很大，为维持中、低压电压水平，应选用有载调压变压器。容量：240MVA 容量比：240/240/72MVA 电压等级：3458X1.25%/121/35KV 结线组别：Yn.a0.d11 阻抗电压

13、：UkI-II=10.5% UkI-III=25.0% UkII-III=14.0% 以上阻抗电压已归算到主变高压侧额定容量下。4.4无功补偿在330KV及以上的高压电网，为解决无功调节设备容量不足问题，低压侧一般为无功补偿设备，在此设计低压无功补偿设备为：主变低压侧装设4x15MVar低压电抗器及3X20MVar并联电容器。4.5 330千伏设备330千伏断路器方案（一）采用SF6气体罐式断路器，它具有抗震性能好，SF6气体密封结构严格，开断性能较好，并附有干式套管式电流互感器，维护工作量少等特点。330千伏断路器方案（二）采用SF6气体柱式断路器，它具有抗震性能好，SF6气体密封结构严格，

14、开断性能较好，不带有套管式电流互感器，维护工作量少等特点。330千伏隔离开关选用单臂水平伸缩式隔离开关。330千伏电压互感器选用电容式电压互感器。330千伏避雷器选用氧化锌避雷器。4.6 110千伏设备110千伏断路器选用SF6瓷柱式断路器。 110千伏隔离开关选用适用于高式布置的GW5-110型隔离开关。110千伏电压互感器，电容式电压互感器。110千伏电流互感器选用独立式电流互感器。110千伏避雷器选用氧化锌避雷器。4.7 35千伏设备35千伏断路器采用SF6气体罐式断路，附有套管式电流互感器。35千伏隔离开关选用GW4-35型隔离开关。5 系统继电保护及安全自动装置5.1系统继电保护及自

15、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。5.2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。5.3 330千伏系统对于330千伏线路应按下列原则实现主保护双重化。设置两套完整的全线速动主保护，两套主保护的交流电流、电压回路和直流电源彼此独立；每套主保护对全线发生的各种故障均能正确反应并无时限切除；每套主保护应有独立的选相功能，实现分相跳闸和三相跳闸，断路器

16、有两组跳闸线圈，每套主保护起动一组跳闸线圈；两套主保护分别使用独立的远方信号传输设备，若保护采用专用收发信机，其中至少有一个通道完全独立，另一个可与通信复用，如采用复用载波机，两套保护应采用两台不同的载波机。 每条线路都配置能反应线路各种类型故障的后备保护，当双重化的每套主保护都有完善的后备保护时，可不再另设后备保护。 对于330千伏母线，装设快速有选择地切除故障的母线保护，对于3/2断路器接线，每组母线宜装设两套母线保护。 断路器失灵保护、重合闸按断路器装设，对于3/2断路器接线，当一串中的中间断路器拒动时，装设远跳线路对侧断路器并闭锁其重合闸的装置，而且应有就地故障判别装置。 对于超高压线

17、路，根据计算出现过电压时，装设过电压保护。 两套主保护宜采用不同原理、不同类型的设备，以便技术上有互补性。 每条线路配置功能齐全、性能良好的故障录波装置。5.4 110千伏系统 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。6 绝缘配合及过电压保护6.1在330超高压系统中，正确解决电力系统的绝缘配合问题极为重要，绝缘配合及过电压保护设计主要是根据电气设备的所在系统电可能出现的各种工频工作电压和各种过电压，考虑保护装置的保护性能和绝缘的电气特性，适当选择设备的绝

18、缘水平，保证在各种电气应力作用下，绝缘事故率和事故损失均处于经济上和运行上都能够接受的合理范围内。330千伏电气设备绝缘水平其工频过电压和操作过电压起主导作用，故采用开断性能良好的断路器和氧化锌避雷器作为工频过电压保护和雷电过电压保护。330千伏出线及主变均装设Y10W5-300/727型氧化锌避雷器。110千伏母线及主变进线上装设Y5W5-100/260型氧化锌避雷器。35千伏主变进线上装设Y5W5-51/134型氧化锌避雷器。6.2防直击雷保护配电装置的直击雷保护采用配电装置构架上避雷针和独立避雷针保护。固雷电直接击中变电所设施的采电部分，会出现很高的需电过电压、引起绝缘的网络或击穿，所以

19、设计中用装设避雷针的方式对直击雷进行防护，让变电所中变电设备均处于保护范围内。6.3接地主接地网以水平接地体为主，垂直接地体为辅，在避雷针、避雷器及主变压器等处设垂直接地极作集中接地，并与主接地网连接。7 电气设备布置及配电装置7.1电气设备布置330千伏变电所330千伏配电装置采用户外中型，断路器三列布置，方案（一）采用SF6罐式断路器，方案（二）采用SF6柱式断路器。330千伏配电装置布置在整个变电所的东侧，南北方向出线。主变压器紧邻所区主干道，主变运输极为方便。主变压器和35千伏配电装置布置在所区中部的主变区内，35千伏配电装置采用户外中型布置，结构紧凑，占地面积小。110千伏配电装置布

20、置在所区西侧，向西出线。配电装置采用了方案（一）为户内装配式布置。方案（二）为户外半高型布置。110千伏配电装置在整体布置向北留有扩建端。8 微机监控及二次系统8.1概况 现阶段国内变电所监控系统的研制和应用已取得很大成绩，330千伏变电所均有运行的经验。因此，本设计中设置一套微机监控装置。变电所的控制、信号、测量等均经计算机完成。主控制室取消常规的控制及测量仪表，值班人员利用计算机进行控制操作。其系统网络图见附图48.2微机监控系统网络配置8.2.1计算机监控系统包括两部分：站控层和间隔层，网络结构为开放式分层、分布式结构。站控层为全所设备监视、测量、控制管理的中心，通过光缆与间隔层相连。间

21、隔层按照不同的电压等级和电气间隔单元，以相对独立的方式分散在各个二次小室中，在站控层及网络失效的情况下，间隔层仍能独立完成间隔层的监测和断路器控制功能。计算机监控系统能通过远动工作站与调度中心通讯。站控层主要设备包括主机、操作员站、远动工作站、工程师站、打印机、GPS对时装置和网络设备等。8.2.2间隔层按电气间隔划分，包括测控单元、通讯接口单元、网络设备等。4.1.4.2.2网络结构计算机监控系统可由二层网络构成，两层网络为站控层的计算机网络和间隔层现场工业控制网络。站控层网络为以太网，它负责站控层各个工作站之间和来自间隔层的全部数据的传输和各种访问请求。网络配置规模需满足工程远期要求，并留

22、有适当裕度。间隔层网络采用现场总线网，间隔层至站控层网络通讯介质采用光缆连接，间隔层各二次小室采用屏蔽双绞线连接。8.3 监控对象8.3.1 监控系统控制对象如下：1）330kV断路器、电动隔离开关；2）110kV断路器、电动隔离开关；3）35kV断路器、电动隔离开关；4）380V所用电源断路器；5）主变及所用变分接头调节；6）重要设备的启动/停止（如所内自动装置的投入/退出）；7）成组设备的顺序控制：如倒母线、VQ调节等。测控单元跳合闸脉冲不允许带自保持8.3.2 监控系统监测对象如下： 监测量包括电流、电压、有功功率、无功功率、频率、功率因数、有功电能、无功电能和温度量等，具体监测量参见附

23、录B。8.3.3 监控系统信号量 监控系统信号包括断路器、隔离开关以及接地开关的位置信号、继电保护装置和安全自动装置动作及报警信号、运行监视信号、变压器有载调压分接头位置等，具体监视信号量参见附录C。8.3.4 继电小室的设置330kV继电小室按终期规模设置，布置于330kV配电装置区，设2个继电小室。110kV继电小室按按终期规模设置，布置于110kV进线门型架之间，设1个继电小室。主变及35kV部分共设置1个二次小室,布置于两主变之间。对应于一次系统设备的保护装置及计算机监控系统的间隔层设备布置在相应的二次小室内, 各二次小室无屏蔽措施，计算机监控系统的所有设备，应在此环境条件下具备足够的

24、抗电磁干扰能力，能够正常工作。8.2.1 系统结构计算机监控系统包括两部分：站控层和间隔层，网络结构为开放式分层、分布式结构。站控层为全所设备监视、测量、控制、管理的中心，通过光缆与间隔层相连。间隔层按照不同的电压等级和电气间隔单元，以相对独立的方式分散在各个继电器室中，在站控层及网络失效的情况下，间隔层仍能独立完成间隔层的监测和断路器控制功能。计算机监控系统通过远动工作站与调度中心通讯。站控层主要设备包括主机/操作员站、远动工作站、工程师站、公用接口装置、打印机、GPS对时装置、动态路由器及网络设备等。（站控层若采用对等网络，则取消作为专用服务器的主机）。间隔层主要设备包括测控单元、通讯接口

25、单元、网络设备等。8.2.2网络结构计算机监控系统的网络构成如下：站控层网络为以太网，网络拓扑结构为总线型，网络传输协议为TCP/IP，网络传输速率为100Mb/s，通讯介质为双绞线+光纤。它负责站控层各个工作站之间和来自间隔层的全部数据的传输和各种访问请求。其网络协议应符合国际标准化组织OSI模型。具有良好的开放性。站控层网络按双网配置，网络配置规模需满足工程远期要求。间隔层网络采用F-NERF网，网络拓扑结构为总线型，网络传输速率为187.5Kb/s，通讯介质为双绞线+光纤。网络应成熟可靠，符合网络标准。间隔层至站控层网络通讯介质采用 光纤 连接。站控层、间隔层网络必须安全可靠，具有足够的

26、抗电磁干扰能力。且应具有基本的管理能力，对网络的工作状态能自动选择、协调、以及自动监测。站控层与间隔层各继电器室间的距离如下：330kV二次继电小室至站控层为250m；110kV二次继电小室至站控层为130m；35kV二次继电小室至站控层为150m；8.4 硬件设备计算机监控系统应采用新的、可靠的、符合工业标准的硬件设备。（1）计算机监控系统应该用标准的网络的分布功能和系统化的开放式的硬件结构。主计算机应该是一个成熟产品，在国际计算机市场占有一定比例。卖方提供的计算机的存储和处理能力应满足本变电所的远景要求，但输入输出设备应满足本期工程要求，且留有裕度，并考虑扩建的需要。（2）利用冗余硬件、自

27、诊断和抗干扰等措施达到高可靠性。（3）应该减少设备类型，即外围设备、微处理器、电气模块、输入输出接口等模块的类型和尺寸限制到最少，以减少扩建的麻烦和所需备件的费（4）系统中的I/O模块应该是标准化的、积木式的，应容易更换，可带电更换，且更换时不影响其它模块的正常运行。8.4.1主机/操作员站主机/操作员站具有主处理器及服务器的功能，为站控层数据收集、处理、存贮及发送的中心。主机/操作员站是所内计算机监控系统的主要人机界面，用于图形及报表显示、事件记录及报警状态显示和查询，设备状态和参数的查询，操作指导，操作控制命令的解释和下达等等。通过操作员站，运行值班人员能实现对全所生产设备的运行监测和操作

28、控制。主计算机/操作员站由两套完全相同的计算机构成，配一套可读写光盘驱动器。作为大容量备份设备，用以系统备份和数据备份。8.4.2 远动工作站远动工作站具有远动数据处理及通信功能。远动通信设备信息要求直采直送，即直接接收来自间隔层的I/O数据，进行处理后，按照调度端所要求的远动通讯规约，完成与调度端的数据交换。远动通信设备应配置与国家电力数据网的通信接口设备，以支持变电所远动、电能量计费等信息的上网传输。远动主站2套，互为热备用，MODEM板。调制解调器应分别满足CCITT或BELL202标准的要求，传送电平0-20db可调，接受电平-400db，低于-400db发告警信号，通道误码路率小于1

29、0-5时，调制解调器能正常工作。其调制方式为FSK。中心频率和频偏在6000Bd时为2880200Hz，1200Bd时为1700400Hz或1700500Hz。采集单元至远动主站之间应尽可能减少中间处理环节，应能直接进行数据通信以保证传送至调度端的调度自动化信息的实时性、可靠性和准确性。采用DNP3.0规约与西北网通信，且应能支持IEC870-5-101规约，同时远动主站应具备直接与站控主机进行数据通信的能力，进行数据通信。采用DNP3.0规约至甘肃省调通信。采用DNP3.0规约至武威电力局地调通信。串行接口切换器串口数88.4.3 工程师站工程师站主要供计算机系统管理员进行系统维护用，可完成数据库的定义、修改，系统参数的定义、修改，报表的制作、修改，以及网络维护、系统诊断等工作。工程师站包括一台计算机、一台CRT、一台键盘、一个鼠标器、高分辨率图象卡和一台激光打印机。8.4.4 站控层公用接口装置鉴于主控制楼内配有较多公用智能设备，为了对这些设备进行监测、控制，需设站控层公用接口装置一套。与公用接口装置接口的主要智能设备有：1）油色谱在线监测装置2）火灾报警及消防系统3）直流