110KV升压变电站电气设计.doc

石河子大学毕业论文(设计)开题报告课题名称： 110KV升压变电所电气设计 学生姓名： 王潘凡 学 号： 2008092566 学 院： 机械电气工程学院 专业、年级： 电气工程及其自动化08级 指导教师： 胡春玲 职 称： 讲 师 毕业论文(设计)起止时间：2012.12012.6110kv升压变电所电气设计一、本课题来源及研究的目的和意义1、课题来源：本毕业设计为石河子大学二八级电气工程及其自动化专业（本科）毕业设计，设计题目为：110KV升压变电所电气设计。2、本课题研究的目的和意义：电力工业是国民经济发展中最重要的基础能源产业，是国民经济的第一基础产业，是关系国计民生的基础产业。变电所是电网建设和电网络改造中非常重要技术环节。110kv升压变电所的设计需要既能保证安全可靠性和灵活性，又能保证保护环境、节约资源、易于实现自动化设计方案。【1】110kv变电所应从电力系统整体出发,力求电气主接线简化,配置与电网结构相应的保护系统，采用紧凑布置、节约资源、安全环保的设计方案。基于此，我以节约资源、保护环境、设计高安全、高质量的110kv变电所为目的，从电气主结线的形式、短路电流、主要电气设备的选择、继电保护系统、继电保护的配置和参数整定计算、确定防雷和接地保护方案等方面提出新的设计思路。二、本课题所涉及的问题在国内研究现状及分析1、国外研究现状 近年来一些发达国家的电能极度紧缺，电力资源紧缺是制约他们发展的一个重要因数。为了满足需求这些国家通过各种方式来降低电能的损耗，比如说增高电压就是一种比较方便、实用的方法，这些国家已经形成了比较完善的变电设计理论。比较完善的变电站设计理论使其真正做到了节约、集约、高效等特点。此外，发达国家的自动化水平高计算机渗透到控制的每一个角落，他们用自动化系统完全取代了传统变电所的二次系统给控制带来了很多便利，减少了变电所内工作人员，是变电所真正意义上达到了全自动化。【2】总之发达国家通过改善变电站结构，降低变电站功率损耗，尽可能地提高变电所的灵活性，最终达到提高经济性的目的。2、国内研究现状 在我国，变电所设计还存在很多不足，面临很多问题比如损耗和可靠性问题。我国经济的发展也电力带来了很多问题比如：1、对电能的需求日益增长，城市和农村用电密度每天都在变化，所以给变电所的容量设计带来了很多麻烦。2、我国国土面积大，尤其是西北地区电力用户较分散，电力的传输需要导线，这样就会使线路的功率损耗增加。3、建立稳定的变电所必须占用较大的土地，然而在城市土地单价昂贵环境要求严格在用电用户稠密的地域建设变电所相对较困难，从而增加了在线路上的电能损耗。【3】在农村，农田的保护非常严格。所以我们应该根据具体的实际情况来一一解决，在发达城市我国开始开发新的技术，即建设地下变电站。对于在农村要占用耕地的变电站，可以采用集成、复合型的变电站，已尽可能的减少占地面积。以上所说的问题都是我国先目前变电手面临的问题，这些问题正期待我们的解决。此外国内变电所计算机控制水平低，还沿用传统变电所所使用的二次系统，不但增加了变电所初期投资而且变电所自动化水平不高。 一些发达国家的能源不是很丰富，进而导致电力资源不是充足。为了满足国内的需求，减少在网路中的损耗，这些发达国家已经形成了完善的变电设计理论。比较完善的变电站设计理论，是真正的做到了节约型，集约型，高效型。发达国家通过改善优化变电站结构，降低变电站的功率损耗，尽可能地提高变电站的可靠性，尽可能地使变电站的灵活性提高，尽可能地提高经济性。3、 对课题提出的任务要求及实现预期目标的可行性分析1、对课题提出的任务要求： 110KV升压变电所分设计的研究主要内容是结合相关的设计手册，辅助资料和国家有关规程，主要完成该电气主结线的形式、短路电流、主要电气设备的选择、继电保护系统、继电保护的配置和参数整定计算、确定防雷和接地保护方案。同时，完成变电站电气主接线图、继电保护测量配置图、防雷保护及接地装置布置图、屋内配电装置图。2、实现预期目标的可行性分析：1）技术可行性 本课题所涉及的研究目标，在国内外已经有成熟的理论基础和技术基础。对于变电所设计所涉及的技术问题进行细致的分析，大部分是使用本专业所学知识进行构建，其他部分则可以通过查阅相关资料进行自学、老师指导来完成。2） 操作可行性 本课题要求对于本专业有比较细致的了解，能够通过对所查文献和专业知识的自主研究与学习。利用图书馆提供的现有图书和资料来搭建，从可操作性的角度来讲，完全可行。4、 本课题需要重点研究的关键问题及解决的思路本课题研究的问题主要是短路电流计算，确定电气主接线方案，电气设备的选择校验，防雷保护和接地装置计算，继电保护计量装置配置。在变电所和发电厂的电气设计中，短路电流计算是一个重要环节。计算的目的是选择主接线，比较各种接线方案；选择电气设备，校验设备提供依据；为继电保护整定计算提供依据等。变电所主接线应根据变电所在电力网中的地位、进出线回路数、设备特点及负荷性质等条件确定。并应满足供电可靠、运行灵活、操作检修方便、节约投资和便于扩建等要求。变电所主接线要满足安全、可靠、灵活、经济的基本要求。其中，安全包括设备安全及人身安全；可靠应满足一次接线应符合一、二级负荷对供电可靠性的要求；灵活即用最少的切换来适应各种不同的运行方式，检修时操作简便，另外，还应能适应负荷的发展，便于扩建。；经济尽量做到接线简化、投资省、占地少、运行费用低。根据变压器容量选择变压器各侧一次设备，通过短路电流校验一次设备。由所选主接线和设备型号完成总平面布置图，对变电站进行防雷保护和接地装置的计算，根据短路电流进行继电保护的整定计算，从而配置保护装置。 五、预期的结果 1、确定电气主结线的形式； 2、进行短路电流的计算； 3、完成主要电气设备的选择； 4、确定继电保护系统的方案。 5、完成继电保护的配置和参数整定计算。 6、确定防雷和接地保护方案。 7、编写设计说明书：包括设计总说明、设计计算书。 8、设计图纸：包括电气主接线图、继电保护测量配置图、防雷保护及接地装置布置图、屋内配电装置图。六、论文工作进度安排 3月1日-3月15日：按照毕业论文（设计）任务书的要求查找、学习相关资料。了解110KV变电所设计的现状，并撰写开题报告。 3月15日-4月31学习绘图软件，为绘制各种图纸做好准备；根据要求进行负荷统计、短路计算、电气设备的选型及校验、电气部分工程概算等计算工作 5月1日-5月15掌握CAD绘图技巧，绘制本设计的电气主接线图、电气总平面布置图、各电压等级电气间隔断面图、继电保护测量配置图、防雷保护及接地装置布置图、屋内配电装置图；完成论文初稿。 5月15日-5月30日：整理完善毕业论文，并准备毕业答辩。七、主要参考文献： 1何仰赞，温增银.电力系统分析（上、下）. 华中科大出版社.2002第四版2李佑光，林东.电力系统继电保护原理及新技术. 科技出版社，2003第一版3卓乐友.电力工程电气设计200例.中国电力出版社，20045韩笑.继电保护分册.北京，中国水利水电出版社，2003第一版6何首贤，葛廷友.供配电技术.北京，中国水利水电出版社，2005第一版7熊为群，陶然.继电保护自动装置及二次回路. 北京，中国电力出版社，1999第二版8钟自勤. 继电保护装置及二次回路故障检修典型事例. 北京，机械工业出版社，20069刘学军.继电保护原理.北京，中国电力出版社，200710 熊信银.发电厂电气部分. 中国电力出版社，2004第三版 11 余建明，同向前，苏文成.供电技术.北京，机械工业出版社，200812西北电力设计院，发电厂变电站电气接线和布置北京：水利水电出版社 ，198413 35-110kV变电站设计规范， 国家标准GB50059-1992.中国标准出版社，1992年 14 舒飞编，AutoCAD 2005电气设计， 北京：机械工业出版社 ，200515He Jiali，Zhang Yuanhui，Yang Nianci. New Type Power Line Carrier Relaying System with Directional Comparison for EHV Transmission Lines.IEEE Transactions PAS-103，1984(2).16Prabha Kundur. Power Transformers Used in Power System. Beijing : China Electric Power Press，2001， 4547.说明：一、学生撰写开题报告应包含的内容：1、本课题来源及研究的目的和意义。2、本课题所涉及的问题在国内(外)研究现状。3、课题的研究内容、目标及可行性分析。4、完成本课题的工作方案及进度计划。5、主要参考文献（不少于5篇）。二、本报告必须由承担毕业论文(设计)课题任务的学生在接到“毕业论文(设计)任务书”、正式开始做毕业论文(设计)的第二周末之前独立撰写完成，并交指导教师审阅。三、每个毕业论文(设计)课题撰写本报告一份，作为指导教师、评阅教师审查学生能否承担该毕业设计(论文)课题任务的依据，并接受学校的抽查。指导教师审阅意见： 指导教师（签字）： 备注：文献综述一 摘要 本次设计的110KV变电站有2个电压等级，110KV/35KV。在本设计中，我着重对变电站内的主要设备进行了具体的保护整定计算，一次设备进行了具体的选择和计算。本次设计中我主要对主变压器进行了保护配置和整定计算，其次对各侧线路进行了保护配置和整定计算，同时对110KV母线进行了保护配置。以上设计都是参考电力工程设计手册、电力系统继电保护原理、电力系统继电保护与安全自动装置整定计算、电力工程电气设计手册等资料来进行配置和整定计算的。为了达到直观易懂、容易查阅的目的，本次设计分为说明书、计算书、和一个专题三部分组成。关键词：电气主接线 短路电流计算 继电保护装置二 正文发展前景：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。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。 国外状况：近年来一些发达国家的电能极度紧缺，电力资源紧缺是制约他们发展的一个重要因数。为了满足需求这些国家通过各种方式来降低电能的损耗，比如说增高电压就是一种比较方便、实用的方法，这些国家已经形成了比较完善的变电设计理论。比较完善的变电站设计理论使其真正做到了节约、集约、高效等特点。此外，发达国家的自动化水平高计算机渗透到控制的每一个角落，他们用自动化系统完全取代了传统变电所的二次系统给控制带来了很多便利，减少了变电所内工作人员，是变电所真正意义上达到了全自动化。【2】总之发达国家通过改善变电站结构，降低变电站功率损耗，尽可能地提高变电所的灵活性，最终达到提高经济性的目的。国内状况：在我国，变电所设计还存在很多不足，面临很多问题比如损耗和可靠性问题。我国经济的发展也电力带来了很多问题比如：1、对电能的需求日益增长，城市和农村用电密度每天都在变化，所以给变电所的容量设计带来了很多麻烦。2、我国国土面积大，尤其是西北地区电力用户较分散，电力的传输需要导线，这样就会使线路的功率损耗增加。3、建立稳定的变电所必须占用较大的土地，然而在城市土地单价昂贵环境要求严格在用电用户稠密的地域建设变电所相对较困难，从而增加了在线路上的电能损耗。【3】在农村，农田的保护非常严格。所以我们应该根据具体的实际情况来一一解决，在发达城市我国开始开发新的技术，即建设地下变电站。对于在农村要占用耕地的变电站，可以采用集成、复合型的变电站，已尽可能的减少占地面积。以上所说的问题都是我国先目前变电手面临的问题，这些问题正期待我们的解决。此外国内变电所计算机控制水平低，还沿用传统变电所所使用的二次系统，不但增加了变电所初期投资而且变电所自动化水平不高。三、查询文献的主要内容及出处：电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体，它反映各设备的作用、连接方式和回路间的相互关系。所以它的设计直接关系到全所电气设备的选择、配电装置的布置，继电保护、自动装置和控制方式的确定，对电力系统的安全、经济运行起着决定的作用。电气主接线的基本要求包括可靠性、灵活性、和经济性。主接线的基本形式可分为有汇流母线和无汇流母线，他们又分为多种不同的接线形式。【2】在进行电力网的计算和分析时，通常将给出的电力网用它的电气参数（阻抗和导纳）及等值电路来表示。电力系统的潮流计算的任务是根据给定的运行条件确定网络中的功率分布、功率损耗，以及母线电压。用于选择接线方式，选择电气设备的导线截面。【3】变电所的出线和进线一般为架空线。架空线路的导线不仅要有良好的导电性能，还应具有以下特点：机械强度高、耐磨耐折、抗腐蚀性能强及质轻价廉等。所以，如何选择线路导线截面是电力网设计中的一个重要问题。线路的能量损耗同电阻成正比，采用按经济电流密度选择导线截面，这样可使线路运行有良好的经济效果【5】【14】。开关电器的选择。在电力系统中，发电机、变压器以及线路等元件，由于改变运行方式或发生故障，须将它们接入或退出时，要求可靠而灵敏的进行切换操作，以防止事故的发生。为了完成上述功能，在电力系统中必须装设开关电器。通过计算，选择合适的器件是设计的一个重要组成部分。，但应装设自动重合闸装置。【8】电力系统发生故障时，通常伴有电流增大、电压降低以及电流和电压的比值和它们之间的相位角改变等现象。因此，在被保护元件的一端装设的种种变换器可以检测、比较并鉴别出发生故障时这些参数与正常运行时的差别，就可以构成不同原理的继电保护装置。【8】供电系统的防雷与接地。避雷针的作用是它能对雷电场产生一个附加电场，使雷电场畸变，因而将雷云的放通路吸引到避雷针本身，由它及与它相连的引下线和接地体将雷电流安全导入地中，从而保护了附近的设备及建筑。为了保障人生安全、防止间接触电而将供电系统中的外露可导电部分进行接地。通过计算，确定避雷针的高度和接地电阻的大小（135-156）。避雷线是送电线路最基本的防雷措施之一。在雷电活动特殊强烈地区，宜架设双避雷线，在少雷区或运行经验证明雷电活动轻微地区，可不沿全线架设避雷线。【9】【12】利用CAD制图。变电所是电力配送的重要环节，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，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。除此之外，变电所的设备还有开闭电路的开关设备，汇集电流的母线，计量和控制用互感器、仪表、继电保护装置和防雷保护装置、调度通信装置等，有的变电所还有无功补偿设备。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，根据系统发展规划，拟建设一座35/10kV的区域性降压变电所。 三、结束语 城网，农网110kV变电所的设计采用简化接线、设备全室内多层化布置、小型化，应用先进的计算机技术实现综合自动化和无人值班运行的设计思路，是现代化建设的需要，是城市，农村配电网建设的必然趋势。随着“两网”建设与改造的发展，将会积累更多的经验，发挥更大的经济效益。四、外文翻译Power Transformers Used in Power SystemPrabha Kundur The transformer is probably one of the most useful electrical devices ever invented. An electric transformer is a device that changes AC electric energy at one voltage lever into AC electric energy at another voltage level through the action of a magnnetic field. It can raise or lower the voltage or current in an AC circuit， it can isolate circuits from each other ， and it can increase or decrease the apparent value of a capacitor ， an inductor，or a resistor. Furthermore， the transformer enables us to transmit electrical enery over great distances and to distribute it safely in factories and homes. From the viewpoints of efficiency and power-transfer capability，the transmisson voltages have to be high ，but it is not practically feasible to generate and consume power at these voltages. Trasformers enable utilization of different voltage levels across the system.generator voltage ，usually in the range of 13.8KV to 24KV ，is stepped up to transmission level in the range of 115KV to765KV by a unit trans former which is connected to the output of the generator .the first step-down of voltage from transmission levels to distribution levels is at the bulk-power substation ，where the reduction is to arange of 34.5KV to 138KV，of course ，depeding upontransmission-line voltage.Transformers used here are called substation trans formers .Some industrial customer may be supplied at these voltage levels .The next step-down in voltage is at the distribution system using distribution trans former for most custtomers to use. There are some interconnecting transformers between different power systems those are interconnected .All these transformers are essentially the same devices used in different situations. In modern electric power systems， the transmitted power undergoes four to five voltage transformation between the generators and the ultimate consumers .Consrquently， the total MVA rating of all the transformers in a power system is about five times the total MVA rating of all the generators.【15】电力系统中的变压器 变压器可能是所发明的电力设备中最有用的元件之一。变压器是通过磁场作用将一个电压等级的电能转换为另一个电压等级电能的设备。在交流电路中，它可以升高或降低电压和电流，可以使电路彼此隔离，可以增大或减小电容、电感或电阻的视在值。而且，有了变压器可以将电能传送很远的距离并安全分配给工厂和家庭。 从效率和传输容量的角度来看，输电电压等级必须很高才行，而在实际中若直接用这样高的电压等级来发电和用电是不可行的。变压器允许在系统中使用不同的电压等级。发电机机端电压通常在13.824KV范围内，通过连在机端的单元变压器在升高到范围在115765KV之间的传输等级。从传输等级到配电等级的第一次降压发生在大容量变电站，降低到34.5138KV的范围，当然，这取决于输电线的电压。这里所用的变压器称作变电站变压器。在这些电压等级上可为一些工业用户供电。下一次降压时在配电系统中由配电变压器完成，从而为大多数用户供电。互连的不同系统之间会有一些联络变压器。所有这些变压器原理都相同，只是应用在不同的场合而已。在现代电力系统中，所传输的电能在发电机和终端用户之间要经历45次变压。因此，电力系统中所有变压器的总的MVA额定值大约是所有发电机总的MVA额定值大约是所有发电机总的MVA额定值的5倍。Substation automationThe development of integrated substation automation system With the expansion of power systems and automation to improve the level of Substation control and protection system reliability, security, economy and increasingly high availability requirements。Since the late seventies of this century, the worlds major industrialized countries such as USA, Japan, Britain, France, Germany, Sweden and so launched the substation control and protection merge in one of the study, trying to develop a set of relay protection and Monitoring in one system, the people to the technology referred to as substation automation.Simply put, substation automation system, using computer technology to substation control and protection, remote, metering, fault recording, the separation of the local monitoring in one integrated device, in order to achieve resource sharing to avoid duplication of functions, to substations More reliable operation and ease of management, integrated system. The substation automation become automation of power system development for two reasons: First, with the power system development, the requirements of substation protection and control has undergone great changes, and the existing protection and monitoring system gradually conventional Can not meet the requirements; the second is the existing conventional substation protection and control system design itself has many flaws and shortcomings.Substation automation system architecture model Substation automation system currently has two structural model (1) divided by function modules to the core RTU, data acquisition, control, computer protection, computer security automatic equipment, measurement devices such as external centralized structure; (2) The time to organize all kinds of equipment for the secondary function of the object to communication networks as a means to achieve functional and composition of the decentralized distributed architecture.Prospect of Substation Automation System Decentralized distributed substation automation system structure system, in the interval between each functional module level as possible to the guiding principles of decentralization, the second device and a device in the physical distance has been greatly reduced, so that the second device has a device with an organic form Whole. Can be expected in the near future, Substation Automation System will be the same as the operating agency to become an integral part of the substation primary equipment.【16】翻译：变电站综合自动化变电站综合自动化系统的发展 随着电力系统规模的扩大和自动化水平的提高，对变电站监控和保护系统的可靠性、安全性、经济性和可用性的要求越来越高。自本世纪七十年代末以来，世界上各主要工业化国家如美、日、英、法、德、瑞典等都开展了将变电站监控和保护归并于一体的研究，试图研制出集继电保护和监控于一体的系统，人们将此项技术简称为变电站综合自动化。 简单的说，变电站综合自动化系统是，利用计算机技术，把变电站的控制和保护、远动、计量、故障录波、当地监控等分离的装置集成于一体，以实现资源共享避免功能重复，达到变电站更加可靠运行和方便管理的综合系统。 使变电站综合自动化成为电力系统自动化的发展方向原因有两个方面：一是随着电力系统的发展，对变电站保护和监控的要求发生了很大的变化，而现有的常规保护和监控系统渐渐不能满足要求；二是变电站现有的常规保护和监控系统设计本身具有很多缺点和不足。变电站综合自动化系统的结构模式 目前变电站综合自动化系统有两种结构模式（1）按功能划分模块，以RTU为核心，以数据采集、控制、微机保护、微机安全自动装置、计量等装置为外围的集中式结构；（2）以一次设备为对象来组织各类二次功能，以通讯网为手段实现功能和组成分散化的分布式结构。变电站综合自动化系统展望分散分布式变电站综合自动化系统的结构体系，本着各功能模块尽量向间隔层分散下放的指导原则，二次设备与一次设备在物理距离已大大缩小，已使二次设备与一次设备构成一个有机的整体。可以预见，在不远的将来， “变电站综合自动化系统”将象操作机构一样成为变电站一次设备不可分割的部分。五、参考文献 1何仰赞，温增银.电力系统分析（上、下）. 华中科大出版社.2002第四版2李佑光，林东.电力系统继电保护原理及新技术. 科技出版社，2003第一版3卓乐友.电力工程电气设计200例.中国电力出版社，20045韩笑.继电保护分册.北京，中国水利水电出版社，2003第一版6何首贤，葛廷友.供配电技术.北京，中国水利水电出版社，2005第一版7熊为群，陶然.继电保护自动装置及二次回路. 北京，中国电力出版社，1999第二版8钟自勤. 继电保护装置及二次回路故障检修典型事例. 北京，机械工业出版社，20069刘学军.继电保护原理.北京，中国电力出版社，200710 熊信银.发电厂电气部分. 中国电力出版社，2004第三版 11 余建明，同向前，苏文成.供电技术.北京，机械工业出版社，200812西北电力设计院，发电厂变电站电气接线和布置北京：水利水电出版社 ，198413 35-110kV变电站设计规范， 国家标准GB50059-1992.中国标准出版社，1992年 14 舒飞编，AutoCAD 2005电气设计， 北京：机械工业出版社 ，200515He Jiali，Zhang Yuanhui，Yang Nianci. New Type Power Line Carrier Relaying System with Directional Comparison for EHV Transmission Lines.IEEE Transactions PAS-103，1984(2).16Prabha Kundur. Power Transformers Used in Power System. Beijing : China Electric Power Press，2001， 4547.