智能变电站电气系统设计研究.docx

摘要现阶段，大力发展高电压输电与智能电网成为'协调电能资源分布的有效措施.在智能电网的建设中，智能变电站的建设是首要环节.本文参照实际电气数据，提出了一套可行性的电气系统设计方案。主要设计工作包括：特建地区电力负荷现状数据收集以及建设必要性分析，电气主接线的设计与绘制，短路计算,各电压等级电气设备的选择，绝统与过电压保护，电气总平面布置图的设计与绘制，站用电源与施工电源方案的设计，防需与接地线的布置设计，电气系统二次部分的元件保护、调度配置、智能辅助系统，通讯方案以及一体化电源设计等。关键词：智能变电站：电气系统设汁：维电保护第一章、绪论能源短缺、气候恶化等问题随着时代的发展和社会的进步相继凸显。这些问题的出现都将对电网的安全运行构成威胁“电力问题的出现需要依靠电力专业人员作为主力军，以及相关部门的协同配合才能良好地解决。在现阶段，为了应对这些严峻的挑放，电力行业提出了向智能电网发展的方向，智能电网的提出能很好地解决当前电力行业所面临的问题，并且智能电网相较于常规电网具仃更强的生命力和扩展性，在面对未来能源危机等问题将发挥至关重要的作用.智能电网是采用先进的传感检测技术将收集到的模拟信息转化成数字信息，然后通过光纤信息通道传送给分析与决策的电气设备进行判断与决策，决策作出以后，再通过信息通道传送给操作机构，从而实现电网设备的自动控制。通过这一过程来完成电网的一系列操作，包括电网的部分自愈能力，用户的双向互动以及再生能源的接纳等功能。面对日新月异的国际形势，各国对能源这方面的发展自然是倍加重视，智能电网具备安全、经济、可靠、互动等特征,所以，各国为了保持国际竞争力加大了对智能电网建设的力度，投入了大量资金以促进其研究与开发。我国随着经济的快速增长，电力需求量将长期保持较快的增长率.我国虽能源藏量丰.富，但分布不均，藏量丰富的地区，用电量少，负荷重的区域又没有丰富的能源分布。藏能丰富基地与重要负荷之间的距离最近的距离都有800公里，远则达3000多公里。所以，我国智能电网发展的重要目标之一就是将电能从产量丰富的地方转运到负荷密集的区域，实现能源的充分利用。国家电网公司综合资源分布和基本国情，用智能与坚强网架结构的配合来实现坚强智能电网的目标，通过充分合理地调用现有的资源，来提供未来经济发展的动力。变压器处于整个电力网络的核心地位，它使得电能的输送更加便捷高效，电能的分配更加合理规范。在智能电网的改造建设中，智能变电站会比传统变电站担任更加重要的工作任务。在实现传统变电站转换、分配等功能的同时，还肩负着发、输、变、配、用、调六大重要环节的衔接任务，海洋能、风能等可再生能源稳定可靠的接入电网系统也需要智能变电站的支持。智能变电站所特有的智能技术就是区别于常规变电站的最大特点，通过自诊断、设备在线监测一体化以及最重要的电站自动化等关键技术，为设备运行和智能调度管理的过程提供决策依据。提高电网运行的输送能力、稳定性和可靠性。在智能电网中改变最大的当属智能变电站了。智能变电站内所采用的全都是集成与环保的电气设备。不同于常规变电站，智能变电站能自主收生深入和夏杂的采样信息并进行转换处理，然后通过数字网络传送给决策设备，实现站内站外的信息互动和设备控制。智能变电站这些功能的实现主要得益于以卜技术改造：(1)电气一次设备智能化。这也是区别于常规变电站的主要特征，将一次设备原本的模拟数据经过智能组件进行就地数字化处理，然后再通过光纤网络进行传送。智能化的体现不仅仅在于数据的处理，为了能实时的了解设备状态,在设备上安装传感器就能够实现这个功能。经过升级后的设备能够形成监控网，为远程控制等智能化操作搭建好了平台，从而使得设备自身管理水平和使用寿命得到提高.(2)采样数值就地数字化。在兼顾技术先进性与经济性的同时，不同的电压等级采用的方式也不同，一般是在向电压使用电子互感器有优势，低电压使用“常规设备I合并单元”有良好的经济性。(3)用光缆代替电缆，数字取代模拟。使得数据传送更加方便快捷可城，同时解决J'电缆输送信号时带来的干扰问题。(，D将二次设备的信息模哒和通信标准规范统一，使运维和调试更加简单方便。(5)功能集成，设备简化。智能变电站的采样控制就地化和信息网络化。用虚拟端子代杵传统端子，从而使得端子棒及电缆接线简化为光缆连接，进一步促进了设备的简化。(6)实现调试手段变革。将以往大量的二次电缆连接模式变成虚拟端子和虚拟回路的形式。将常规的纸质图纸改变成SCD文件，实现了从设备厂商到实际工程的智能化。(7)提升了设备配置的精简度，减少了占地面积。在技术安全可靠，经济合理的情况下，遵循资源节约等技术原则。使得智能变电站在占地面积这一方面相比常规变电站更加合理和节约。(8)提高了运行自动化水平，降低全寿命周期成本。智能化的实现使得设备功能能够遥控实现，传输的信息更加完整，可靠性和实时性得到大幅度提升，有了这些功能作为基础，智能变电站就可以实现更多复杂的自动化功能。变电站如若想新增功能，在原采集和执行能力能满足要求的情况下，只需在原有的设备上运行扩增软件，可以省去硬件开支，节约资源。第二章、智能变电站相关理论的概述2.1智能变电站的定义和主要技术特征智能变电站是采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备,以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采柒、测量、控制、保护、计或和监测等基本功能、并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。智能变电站具有全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化和高级应用互动化的主要技术特征。2.2智能变电站的实现目标和系统结构智能变电站采用先进技术与设备，强调优化系统结构与功能，其根本是服务于应用，从业务需求出发，杷技术问题、经济问题、管理问庖统筹考虑，实现对稔态数据、树态数据和动态数据的同意采集和处理，从而提高智能电网对全景信息的感知能力，提高高级应用的深度和广度，实现自动化、互动化的目标.相对于常规变电站，智能变电站在结构上更侧重于物理集成和逻辑集成.一方面，在系统的层面，物理集成体现了面向对象'功能自治的思想，有利于提高间隔功能的可旅性，降低运行和维护费用：另一方面，电力系统本质上是一个互联的系统,仅依靠单间隔、局部信息是很难再系统层面优化保护欲控制功能的。因此,智能变电站也强调逻辑集成,已构成面向系统的应用，实现就地、区域和全局功能的协调，支持具有在线决策、协同互动特征的各种高级应用.2.3智能变电站的优势和关键技术(D一次设备智能化.一次设备智能化是智能变电站的主要特征，也是智能变电站区别于常规变电站的主要标志之一.在现阶段，智能变电站通过配置合并单元和智能终端进行就地采样控制，实现一次设备的测量数字化、控制网络化：通过传感器和主设备的一体化安装实现设备状态可视化，同时，进一步通过对各类状态监测后台的集成，建立设备状态监测系统,为状态检修、校脸自动化和远程化提供了条件，进而提高了一次设备的管理水平，延长设备寿命，降低全寿命周期成本e(2)采样就地数字化.采样就地数字化通过采用电子式互感器或常规互感器结合合井单元的方式来实现。(3)光缆取代电缆，数字取代模拟。常规变电站的一次设备与二次设备之间、二次设备见采用电缆进行连接，而智能变电站增加了过程层网络，通过合并单元、智能终端实现就地采集和控制，用光缆取代了常规变电站的大盘长电缆.(4)通讯规约标准化。常规变电站二次设备缺乏统一的信息模型规范和通信标准，为实现不同厂家设备的互联，需要设置规约转换瑞，增加了系统的复杂度和设计、调试和维护的难度，并且各种功能应用多需要建设各自的信息采集、传输和执行系统，增加了变电站建设成本。(5)功能集成，设备简化。智能变电站采样控制就地化及信息的网络化传输，使二次设备采样、执行机构简化，促进了装置集成。第三章、变电站电气一次设计3.1电力系统设计(I)接入系统方案35kV接入系统：本变电站35kV出线终期设计为4回，本期建设2回，分别至耀山口35kV变电站和永风闸35kV变电站。这样能够转供普仑I1.okV变电站负荷约25MW,有效缓解了普仑变供电压力。35kV配电装置进线与变压器的连接方式采用的就是架空线连接，35kV则采用的是1.GJ-500/35型。(2)主变压器接地方式中性点非有效接地的系统中，单一相发生接地故障，接地相对地电压为零，三相线电压不变，非故障相对地电压将升高3倍，三相线电压不变。考虑到经济性和可靠性，本主变压器35kV侧中性点接地方式为不接地。系统中性点的直接接地在发生单相接地时，通过中性点形成单相短路。因为回路阻抗很小，短路电流相当大，短路保护装置启动直接切除掉发生故障的部分不影响其他相对地电压。(3)电气主接线主接线是整个电力系统的骨干，只有通过电气主接线这个“骨干”的连接，其他电气设备才能各司其职，保证电力运行的安全可靠。主接线设计的正确与否对电力系统的稳定运行有重大的影响，所以在进行主接线设计时应该满足：保证必要的供电可匏性和电能质量。具彳定的运行灵活性，操作尽可能简单方便。应具有扩建的可能性，技术上先进，经济上合理电气主接线的基本类型有以下几种：单母线：无分段、有分段、分段带旁路无母线：单元接线、桥形接线、角形接线双母线：普通双母线、双母分段、3/2断路器、双母带旁路与变压器相连接。单母线接线结构简单、清晰、设备少、投资少、运行操作方便目.利于扩建。单母线断路器分段接线可提高供电可靠性和灵活性。3.2设备选择(D主变乐器智能变电站是电力系统中的关键环节，而智能变压器更是这一环节中的重中之重。其主要作用是特换电力系统中的电能电压以便将电能合理输送、分配和使用.在选择主变压器时应考虑下列原则：主变压器台数选择：一般情况是考虑选择一台变压器；对供有大量一、二级负荷的变电站、负荷集中而容依又非常大时应采用两台主变压器。变压潜容后的选择：只装设一台主变时应满足主变容状St大于全部用电设备的总计算负荷S30.装设两台主变时应同时满足任意一台主变压器单独运行时.首先要满足总计算负荷S3O的6O%-7O%同时这个湎足比例中必须包括整个用电区域的一级和二级重要负荷。为了满足地区未来五年到十年的经济和社会发展所带来的用电量增长.在选择主变压器的同时必须御留有容量裕度，同时考虑主变压滞的正常过负荷能力.主变型式选择及无功配置的过程中,通过调相调压计算他够得出各等级变电站母线电压变动范围,以确定所选变压器的合理性。负荷计算：最大负荷时：35KV出线在最大负荷水平下的流过的无功负荷：Q3s=P35tan=50×ta(arccos().85)=40Mvar在最小负荷水平卜的流过的无功负荷：Q3s=Pstan=28×tan(arccos0.85)=22.4MvarIOKVHi线在股大负荷水平下的流过的无功负荷：20=Potan=20×tan(arccos0.85)=16Mvar在最小负荷水平下的流过的无功负荷：QiO=P1.otanQ=12×tan(arccos0.85)=9.6Mvar在最大负荷水平下的流过主变的负荷：PiO=Ps+Po=70MWQo=Qy5+Qo=56MVar则系统的计算货荷为：最大运行方式下：Si=Pi2+Qn2=89.64MVA若待建变电所考虑15%的负荷发展余地，则S=I-15%=105.46MVA考虑到变电所的安全运行，故需选用两台同样的变压器，I1在系统最大运行方式下两台变压器并列运行。系统地小运行方式下只起用台变压器。对于有重要负荷的变电所，应考虑台主变压器停运时，其余变压器容圻在设计过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的线和二级负荷；对股性变电所，当台变压器停运时，其余变压器容显应保证全部负荷的70$一80K主