110kV变电站电气一次系统设计文献综述

110kV变电站电气一次系统设计文献综述一、引言随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，用户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。变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施，它通过其变压器将各级电压的电网联系起来，在电力系统中起着至关重要的作用。近年来110kV变电站的建设迅猛发展。科学的变电站设计方案能够提升配电网的供电能力和适应性，降低配电网损耗和供电成本，减少电力设施占地资源，体现“增容、升压、换代、优化通道”的技术改造思路。同时可以增加系统的可靠性，节约占地面积，使变电站的配置达到最佳，不断提高经济效益和社会效益。二、什么叫变电站变电站是改变电压的场所。为了把发电厂发出来的电能输送到较远的地方，必须把电压升高，变为高压电，到用户附近再按需要把电压降低，这种升降电压的工作靠变电站来完成。变电站的主要设备是开关和变压器。按规模大小不同，称为变电所、配电室等。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。变电站主要组成为：馈电线（进线、出线）和母线，隔离开关，接地开关，断路器，电力变压器（主变），站用变，电压互感器TV（PT）、电流互感器TA(CT），避雷针。变电站主要可分为：枢纽变电站、终端变电站；升压变电站、降压变电站；电力系统的变电站、工矿变电站、铁路变电站(27.5kV、50Hz）；1000kV、750kV、500kV、330kV、220kV、110kV、66kV、35kV、10kV、6.3kV等电压等级的变电站。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。目前分布式变电站自动化系统已逐步成为技术发展的主流[3]。三、研究的主要内容设计110kV变电站，电压等级为110/35/6kV，进出线数2/4/11。35kV侧：最大35MW，最小15MW，Tmax=5200小时，cosφ=0.906kV侧：最大12MW，最小6MW，Tmax=5000小时，cosφ=0.85出线情况：110kV侧：2回（架空线）；LGJ-240/35km。35kV侧：2回（架空线);6kV侧：15回（电缆）。电能是发展国民经济的基础，是一种无形的、不能大量存储的二次能源，同时也是现代社会中最重要也是最方便的能源[4]。电能的发、变、送、配电和用电，几乎是在同一时间完成的，须相互协调与平衡[5]。变电和配电是为了电能的传输和合理的分配，在电力系统中占很重要的地位，其都是由电力变压器来完成的，因此变电所在供电系统中的作用是不言而语的。（1）变电所的设计要认真执行国家的有关技术经济政策，符合安全可靠、技术先进和经济合理的要求。（2）变电所的设计应根据工程的5~10年发展规划进行，做到远、近期结合，以近期为主，正确处理近期建设与远期发展的关系，适当考虑扩建的可能。（3）变电缩的设计，必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，结合国情合理的确定设计方案。（4）变电所的设计，必须坚持节约用地的原则。其次，变电所所址的选择，应根据要求，综合考虑确定[3]。四、主要设计内容随着社会经济的快速发展,社会对电力供应安全、可靠的要求越来越高.为满足用电需求,对电力企业而言,每年都要进行变电站新建、扩建和主变压器增容等工程建设,其中主变压器容量的选择是必须考虑的问题.容量选择过大,增加主变压器本身和相关设备购置和安装、运行维护的投入,造成资金浪费;容量选择过小,不能满足负荷的需求,使主变压器过载运行,造成设备损坏,影响变电站对外安全可靠供电;主变压器容量选择得当,有利于降损节能,达到主变压器的经济运行,可以节约主变压器及其配套装置的一次性投资和减少运行、维护的费用[6].负荷的计算和主变的选择：(1)负荷的计算和无功补偿本变电所的电压等级为110/35/6kV，主要的负载在35kV和6kV的线路上。负荷的计算就是把35kV和6kV电压等级上的总的负载算出来。一方面，为了提高电网的有功功率，也就是降低无功功率，要对电网进行无功补偿，这样就使选择的主变压器的容量减小，降低了成本[17]。另一方面，为使变电所的功率因数不低于0.9，要对系统进行无功补偿，也就是把35kV和6kV线路上负载的功率因数从0.8提高到0.9，而在具体的补偿中，使用并联电容器的补偿方式[12]。(2)主变压器的容量选择在本设计中，为了满足运行的灵敏性和供电的可靠性，应选两台三绕组变压器，主变压气容量应根据5—10年的发展规划进行选择，并考虑变压器正常运行和事故时的过负荷能力[15]。所以每台变压器的额定容量按Sn0.7PM（PM上一步无功补偿后的视在功率，即供电容量）选择，同时每台主变压器的容量不应小于一、二级负荷之和，依据上述要求选择所用变压器的型号[16]。主接线设计的基本要求为：(1)供电可靠性。主接线的设计首先应满足这一要求；当系统发生故障时，要求停电范围小，恢复供电快。(2)适应性和灵活性。能适应一定时期内没有预计到的负荷水平变化；改变运行方式时操作方便，便于变电站的扩建。(3)经济性。在确保供电可靠、满足电能质量的前提下，要尽量节省建设投资和运行费用，减少用地面积。(4)简化主接线。配网自动化、变电站无人化是现代电网发展必然趋势，简化主接线为这一技术全面实施，创造更为有利的条件。(5)设计标准化。同类型变电站采用相同的主接线形式，可使主接线规范化、标准化，有利于系统运行和设备检修[3]。变电所主要电气设备及其作用：(1)高压断路器（或称高压开关）线路正常时，用来通断负荷电流；线路故障时，用来切断巨大的短路电流。断路器具有良好的灭弧装置和较强的灭弧能力。按灭弧介质划分，断路器分为油断路器、空气断路器、SF6断路器等。(2)负荷开关线路正常时，用来通断负荷电流，但不能用来切断短路电流。负荷开关只有简易的灭弧装置，其灭弧能力有限。负荷开关在断开后具有明显的断开点。(3)隔离开关（或称高压刀闸）隔离开关没有灭弧装置，其灭弧能力很小。仅当电气设备停电检修时，用来隔离电源，造成一个明显的断开点，以保证检修人员的工作安全。(4)高压熔断器在过负荷或短路时，能利用熔体熔断来切除故障。在某些情况下，熔断器可与负荷开关或隔离开关配合使用，以代替价格昂贵的高压断路器，以节约工程投资[11]。(5)电流互感器将主回路中的大电流变换为小电流，供计量和继电保护用。电流互感器二次侧额定电流通常为5A或1A[7]，使用中二次侧不允许开路。(6)电压互感器将高电压变换成低电压，供计量和继电保护用。电压互感器二次侧额定电压通常为100V[7]，使用中二次侧不允许短路。(7)避雷器避雷器主要用来抑制架空线路和配电母线上的雷电过电压可操作过电压，以保护电器设备免受损害。(8)所用变压器向变电所内部动力及照明负荷、操作电源提供电力[8]。如上所述，各种电器对我们的变电站设计都有至关重要的作用。所以合理的配置是关键中的关键。短路电流的计算：短路电流的计算主要是为了选择电气设备、校验电气设备的热稳定性和动稳定性，进行继电保护的设计和调整[13]。对于整个电网来说，要考虑在不同地点同时发生短路时的情况，将设计的主接线按其阻抗的形式转化为电力系统界限的示意图，再根据所选主变的参数、线路的阻抗进行短路电流的计算[18]。一次设备的选择与校验：按正常运行的条件进行选择，对110kV、35kV和6kV的母线按经济的电流密度算出其截面，按照截面面积和环境的要求选择适合的母线；对断路器的选择依据其额定电压、额定电流和开断电流来选择，隔离开关按其通过的额定电流必须大于此回路的电流来选择，电压互感器和电流互感器均依据一次侧和二次侧的电压和电流进行选择；对所选的母线和电气设备要进行热稳定性和动稳定性的校验，看所选的母线和设备是否满足设计的要求，校验时遵循短路时的情况来校验[14]。变电所的防雷设计应做到设备先进、保护动作灵敏、安全可靠、维护试验方便，并在在保证可靠性的前提下力求经济性[9]。防止雷电直击的主要电气设备是避雷针，避雷针由接闪器和引下线、接地装置等构成[10]。避雷针的位置确定，是变电所防雷设计的关键步骤。首先应根据变电所电气设备的总平面布置图确定，避雷针的初步选定安装位置与设备的电气距离应符合各种规程范围的要求，初步确定避雷针的安装位置后再根据公式进行，校验是否在保护范围之内[10]。同时做好变电站的接地电网，也可以有效的防止电力事故的发生。五、结束语变电站设计是个综合系统工程，是电力系统项目设计的重要组成部分。一份成功的变电站设计方案可以在实际工程中取得最有的效益，增加系统的可靠性，节约占地面积以及建设成本，使变电站的配置达到最佳保证较高的经济效益和社会效益。参考文献：[1]饶莹，郭炜，徐鑫乾，110/20kV变电站电气一次部分设计。电力设备，2008[2]张宏阳，浅谈220kV变电站设计思路及实践。科技咨询，2009（18）[3]35～110KV变电所设计规范GB50059-92[4]蔡伟君,电站电气装置型式变化情况及前景探讨.《广东科技》[5]熊信银,范锡普.《发电厂电气部分》.中国电力出版社[6]董征森浅谈主变压器容量的选择。农村电工，2011,19(11)[7]王宁会.《电气工程常用数据速查手册》.中国建材工业出版社[8]卓乐友.《电力工程电气设计》.中国电力出版社[9]郭仲礼,于曰浩.《高压电工实用技术》.机械工业出版社[10]隋振有.《中低压配电实用技术》.机械工业出版社[11]刘从爱,徐中立。《电力工程》.机械工业出版社[12]王锡凡。电气工程基础。西安交通大学出版社[13]张惠刚。变电站综合自动化原理与系统。北京：中国电力出版社[14]西安理工大学余健明,同向前,苏文成.《供电技术》.机械工业出版社[15]胡志光。发电厂电气设备及运行。北京：中国电力出版社[16]]J.DuncanGlover,PowerSystemAnalysisandDesign,ChinaMachinePress.2004[17]FCSchweppe,MCCaramanis,RDTabors,REBohn.SpotPricingofElectricity.London:KluwerAcademicPublishers,1988.[18]A.Goikoetxea,J.A.Barrena,M.A.Rodriguez,G.Abad.ActiveSubstationdesigntomaximizeDGIntegration.Paperacceptedforpresentationat2009IEEEBucharestPowerTechConference