高压变电站电气
开题报告
1.变电站继电保护系统的目的和意义
长期以来，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。由于变电设备和配电装置布置型式的限制，也由于设计人员设计水平的限制，使得110 kV 变电所的投资额、占地面积和建筑面积均比较大。随着新技术、新设备、新材料的开发和应用，变电所向着造价低，占地少，接线简单，施工、运行、检修方便等方向发展。本变电所设计为毕业设计课题。通过本次设计，对电气工程及其自动化专业的主干课程有一个较为全面，系统的掌握，增强了理论联系实际的能力，提高工程意识，锻炼独立分析和解决电力工程设计问题的能力，为未来的实际工作奠定必要的基础。
变电站是把一些设备组装起来，用以切断或接通、改变或者调整电压。在电力系统中，变电站是输电和配电的集结点。变电站是电力系统中具有变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压等职能的基本单元，它通过其变压器将各级电压的电网联系起来。变电站主要分为：升压变电站，主网降压变电站，二次变电站，配电站。变电站起变换电压作用的设备是变压器，除此之外，变电站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，有的变电站还有无功补偿设备。变电站的主要设备和连接方式，按其功能不同而有差异。变电站继电保护装置是安全装置，当被保护元件发生故障时，自动、迅速、有选择地将故障部分从电力系统切除，以保证其余部分恢复正常运行，并使故障元件免于继续受损害。因此，提高变电站继电保护技术和管理是我国电力建设高速发展的重要组成部分之一，也是安全用电的基本保障。随着科学技术的不断发展，计算机已渗透到了世界每个角落。电力系统也不可避免地进入了微机控制时代，变电站综合自动化系统取代传统的变电站二次系统，已成为当前电力系统发展的趋势。 1.1 国内、外现状及发展趋势
由于现代科学技术的发展，电力网容量的增大，电压等级的提高，综合自动化水平的需求，使变电所设计问题变得越来越复杂，除了常规变电所之外，还出现了微机变电所、综合自动化变电所、小型化变电所和无人值班变电所等。当前随着我国城乡电网建设与改造工作的开展，对变电所设计也提出了更高更新的要求。
变电所设计与占地面积多少和加强网架可靠性直接相关，由于这种原因，变电所的发展经过了一段发展历史。
我国常规城网变电所的主要问题是设备陈旧，占地面积大与现代化的城市建
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设不相适应，为了改变这种面貌，城网变电所已向小型化方向发展，开始采用全封闭组合电器，即GIS成套设备。全封闭组合电器（GIS）就是由于SF6气体的出现而发展的一种新型高压成套设备。它包括断路器、隔离开关、接地开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、母线、出现套管或电缆终端。这些设备按变电所主接线的要求依次连接组成一个整体，各元件的高压带电部位均封闭于接地的金属壳内，并充以SF6气体，作为绝缘的灭弧介质，称之为SF6气体绝缘变电站，简称GIS。目前，GIS的发展趋向，是将变压器一、二次开关全部合为一体，或为气体绝缘组合的供电系统。今后其将向小型化、智能化、免维护、易施工的方向发展。建国以来，我国农电事业得到迅速的发展，随着改革开放的形势发展，现有农村电网已经适应不了农电负荷迅速增长的要求，二十年来，全国各地对农网，特别是对农村变电所重点进行技术改造，取得了可靠的成绩。但，农村变电所仍存在一些问题。近年来，有关科研设计单位和农电部门做了大量的工作，经过多次的论证与实践，确定了农村变电所的建设，应遵循“小容量、密布点、短半径”的原则和“户外式、小型化、造价低、安全可靠、技术先进”的发展方向。
目前，小型化变电所的建设已遍布全国，成为农村变电所的主要形式。 自从计算机技术深入到电力系统以来，国外微机监测技术应用较为普遍。变电所综合自动化系统，集保护、远动、监控为一体，是一种分布式的综合自动化装置，其把继电保护、远动技术、参数监测等各种功能分布在各个单片机上，而这些单片机通过计算机网络连接起来一个有机的自动化装置。 1.2 课题主要任务 内容：
（1）变电站主结线系统、变电所电气部分设计、设备计算与选择。 （3）完成工程设计图纸3张，设计计算书一份，毕业论文一份。 （4）学习查阅有关设计手册、规范及其他参考资料。 预期目标：
本次设计为110kV变电站初步设计，分为任务书、计算书、说明书等分，同时绘制3张图纸，A0：变电站主接线图；A1:进线保护原理图；A1:变电所供电系统图。该变电站有3台主变压器，初期上2台，分为三个电压等级：110kV、35kV、10kV，各个电压等级均采用单母分段的主接线方式供电，本次设计中要进行短路电流计算，主要设备选择及校验（包括断路器、隔离开关、电流互感器、母线等），并同时附带涉及所用电和直流系统、继电保护和监控系统、过压保护、接地、通信等。
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2. 设计方案的设想与分析
2.1 主接线的设计原则
考虑变电站在电力系统的地位和作用变电站在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素。变电站是枢纽变电站、地区变电站、终端变电站、企业变电站还是分支变电站，由于它们在电力系统中的地位和作用不同，对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。
考虑近期和远期的发展规模，电站主接线设计应根据5~10年电力系统发展规划进行。应根据负荷的大小和分布、负荷增长速度及地区网络情况和潮流分布，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线的形式及站连接电源数和出线回数。
考虑负荷的重要性分级和出线回路多少对主接线的影响，一、二级负荷，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一、二级负荷不间断供电；三级负荷一般只需一个电源供电。
变台数对主接线的影响，电站主变的容量和台数，对变电站主接线的选择将产生直接的影响。通常对大型变电站，由于其传输容量大，对供电可靠性高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高。而容量小的变电站，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性要求低。
考虑备用量的有无和大小对主接线的影响，、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求。电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同，例如，当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时是否允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式。 2.2 线设计的基本要求
根据有关规定：变电站电气主接线应根据变电站在电力系统的地位，变电站的规划容量，负荷性质线路变压器的连接、元件总数等条件确定。并应综合考虑供电可靠性、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过度或扩建等要求。 可靠性
所谓可靠性是指主接线能可靠的工作，以保证对用户不间断的供电，衡量可靠性的客观标准是运行实践。主接线的可靠性是由其组成元件（包括一次和二次设备）在运行中可靠性的综合。因此，主接线的设计，不仅要考虑一次设备对供电可靠性的影响，还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。同时，可靠性并不是绝对的而是相对的，一种主接线对某些变电站是可靠的，而对另一些变电站则可能不是可靠的。评价主接线可靠性的标志如下： （1）断路器检修时是否影响供电；
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（2）线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路的回数和停运时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电； （3）变电站全部停电的可能性。 主接线的灵活性有以下几方面的要求：
（1）调度灵活，操作方便。可灵活的投入和切除变压器、线路，调配电源和负荷；能够满足系统在正常、事故、检修及特殊运行方式下的调度要求。 （2）检修安全。可方便的停运断路器、母线及其继电器保护设备，进行安全检修，且不影响对用户的供电。
（3）扩建方便。随着电力事业的发展，往往需要对已经投运的变电站进行扩建，从变压器直至馈线数均有扩建的可能。所以，在设计主接线时，应留有余地，应能容易地从初期过度到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备改造量最小。
可靠性和灵活性是主接线设计中在技术方面的要求，它与经济性之间往往发生矛盾，即欲使主接线可靠、灵活，将可能导致投资增加。所以，两者必须综合考虑，在满足技术要求前提下，做到经济合理。
（1）投资省。主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关等一次设备投资；要使控制、保护方式不过于复杂，以利于运行并节约二次设备和电缆投资；要适当限制短路电流，以便选择价格合理的电器设备；在终端或分支变电站中，应推广采用直降式（110/6～10kV）变电站和以质量可靠的简易电器代替高压侧断路器。
（2）年运行费小。年运行费包括电能损耗费、折旧费以及大修费、日常小修维护费。其中电能损耗主要由变压器引起，因此，要合理地选择主变压器的型式、容量、台数以及避免两次变压而增加电能损失。
(3)占地面积小。电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约用地和节省架构、导线、绝缘子及安装费用。在运输条件许可的地方，都应采用三相变压器。
（3）在可能的情况下，应采取一次设计，分期投资、投产，尽快发挥经济效益。
按电力系统110kv降压变电站设计规范，主接线的设计可以有多种方法，在设计变电站时要根据，变电站的用途，周围的环境，建设的预算等方面的因素，因地制宜选择最佳的接线方法。 2.3 接线的接线方法
方式一：线路-变压器组接线。
变电所110kV电源进线，采用双电源“T”型接线，或一路“T”接、另一路
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和其他城网变电所联络。高压侧主接线采用线路-变压器组两断路器的形式，低压侧采用单母线四分段、带旁母接线方式(若10kV采用手车式开关就不设旁母，下同)。这种接线的优点是接线简洁、高压设备少、占地少、投资省、继电保护简单，可以在任一个电源失电的情况下，以备用自投进行负荷转移，从而以最快的速度恢复供电。其缺点是当高压任何一个电源失电时，都要停一台主变压器，需短时对部分用电负荷限电。
这种接线方式建议用于只承担受电功能，没有功率转移任务的城网110kV变电所。
方式二：内桥接线。
变电所110kV电源进线采用两路接110kV电网，高压侧主接线采用内桥接线方式，低压侧采用单母线两分段带旁母接线方式。这种接线的优点是四个回路只有三台断路器，需要的断路器较少，而且线路的投入和切除比较方便。当线路发生故障时，仅线路断路器断开，不影响其他回路运行。其缺点是运行的灵活性和可靠性较差；一、二次运行操作较复杂；同时当变压器发生故障时，与该台变压器相联的两台断路器都断开，从而影响一回未发生故障的线路的运行。由于变压器故障少，系统中应用较多。
这种接线方式建议用于高压线路运行操作频繁但不承担电网穿越功率经过的城网变电所。 方式三：单母线接线。
变电所110kV电源进线采用两路接110kV电网，一主一备；高压侧主接线采用单母线方式，低压侧采用单母线两分段带旁母接线方式。这种接线的优点是供电可靠，运行灵活，在110kV主供电源失电的情况下，以高压备用自投自动恢复供电。其缺点是高压设备较多，占地增大，投资增大。
这种接线方式建议在既要具有受电功能又要承担功率转移任务的城网变电所采用。
方式四：单母线分段接线
出线回路数增多时，可用断路器将母线分段，成为单母线分段接线据电源的数目和功率，母线可分为2～3段。段数分得越多，故障时停电范围越小，但使用的断路器数量越多，其配电装置和运行也就越复杂，所需费用就越高。母线分段后，可提高供电的可靠性和灵活性。在正常运行时，可以接通也可以断开运行。当分段断路器QFd接通运行时，任一段母线发生短路故障时，在继电保护作用下，分段断路器QFd和接在故障段上的电源回路断路器便自动断开。这时非故障段母线可以继续运行，缩小了母线故障的停电范围。当分段断路器断开运行时，分段断路器除装有继电保护装置外，还应装有备用电源自动投入装置，分段断路
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器断开运行，有利于限制短路电流。对重要用户，可以采用双回路供电，即从不同段上分别引出馈电线路，由两个电源供电，以保证供电可靠性。 2.4 初步方案的设计
变电站主接线的设计要求，根据变电站在电力系统中的地位、负荷性质、出线回路数等条件和具体情况确定。通常变电站主接线的高压侧，应尽可能采用短路器数目教少的接线，以节省投资，随出线数目的不同，可采用桥形、单母线、双母线及角形接线等。如果变电站电压为超高压等级，又是重要的枢纽变电站，宜采用双母线带旁母接线或采用一台半断路器接线。变电站的低压侧常采用单母分段接线或双母线接线，以便于扩建。6~10KV馈线应选轻型断路器，如SN10型少油断路器或ZN13型真空断路器；若不能满足开断电流及动稳定和热稳定要求时，应采用限流措施。在变电站中最简单的限制短路电流的方法，是使变压器低压侧分列运行；若分列运行仍不能满足要求，则可装设分列电抗器，一般尽可能不装限流效果较小的母线电抗器。
故综合从以下几个方面考虑，路器检修时，是否影响连续供电，路能否满足Ⅰ,Ⅱ类负荷对供电的要求，型机组突然停电对电力系统稳定运行的影响与产生的后果等因素。
（1）主接线方案的拟定：
对本变电所原始材料进行分析，结合对电气主接线的可靠性、灵活性及经济性等基本要求，综合考虑。在满足技术、经济政策的前提下，力争使其技术先进，供电可靠，经济合理的主接线方案。此主接线还应具有足够的灵活性，能适应各种运行方式的变化，且在检修、事故等特殊状态下操作方便、调度灵活、检修安全、扩建发展方便。初步设计以单母线接线法和单母线分段接线法两种设计方案中选择出最优方案。 两种方案接线形式如下：
方案一：110KV侧采用内桥接线，35KV采用单母分段，10KV单母接线。
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图2-1 单母线接线图
方案二：110KV侧采用单母分段，35KV采用单母分段带旁母，10KV采用单母分段。
图2-2 单母线分段接线图
（2）最优方案的选择：
由以上两个方案比较可知方案Ⅰ的110KV母线侧若增加负荷时不便于扩建，35KV、10KV出线的某一回路出现故障时有可能使整个线路停止送电，所以很难保证供电的可靠性、不便于扩建检修，故不采用。方案Ⅱ的110KV母线侧便于扩建，35KV线路故障、检修、切除或投入时，不影响其余回路工作，便于倒闸操作，10KV侧某一线路出现故障时不至于使整个母线停电，满足供电可靠、操作灵活、扩建方便等特点，所以采用方案Ⅱ，主接线图如图所示。
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2.5 值班综合自动化
随着城网建设改造和城网110kV变电所深入负荷中心与城网配电自动化系统的实施，要求城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， 研制和开发城网变电所自动化系统，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。
3. 课题进度安排表
周 次
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
课 题 安 排
熟悉设计任务，准备英文翻译资料
查阅资料，英文翻译
了解开题报告，初审英文翻译电子稿
写开题报告，上交外文翻译 讨论设计方案，审阅开题报告
变电站总体设计 熟悉autoCAD
画图, 变电站主接线图
保护配置图 变电所供配电气系统图 确定论文大纲，写毕业设计论文
撰写毕业设计论文 撰写毕业设计论文 修改毕业设计论文
准备答辩 答辩
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4.主要参考文献
[1] 王梅义.高压电网继电保护运行技术[M].北京：电力工业出版社.1981.
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指导教师意见
指导教师签字： 年 月 日
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