-PAGEI-60kV傳統智能變電站的設計摘要中國的經濟近年來取得的成績大家有目共睹，電能是一種對環境污染較低的能量，近年來在能源的占比中越來越大，占據主要地位。變電站之所以能成為一個電力網絡的心臟，是因為它是溝通發電和用電兩個重要部分的紐帶，為了讓用戶用到的電能更加安全穩定，同時節約電網建設及工作資金，智能化變電站的建設是一種好的舉措。中國經濟正處在飛快發展時期，伴隨而來的用電量激增，對傳統電網產生了巨大沖擊，而智能化電網就在此時應運而生。變電站系統作為我國傳統輸配電網的重要組成部分,智能化的變電站同樣也在我國智能輸配電網中起到了十分重要的作用,主要的功能之一就是通過改變輸配電壓，同時兼顧分配、控制電流和調節電壓的重要電力設備，所以設計一個可以長時間穩定運行的智能變電站是非常重要的。本文對60kV傳統智能變電站設計進行了總體設計,首先簡單扼要介紹了傳統智能變電站的幾個基本概念,國內外有關智能變電站的相關技術研究發展現狀情況,智能變電站與其他傳統智能變電站的主要技術特點和功能區別,然后通過計算選擇出合適型號的主變壓器,權衡出合適的主接線方案,計算出不同情況下的短路電流,選擇分析出變電站中其他部分設施的具體型號,智能變電站二次電氣系統基礎建筑工程圖的設計。為了使變電站能在雷電這一強對流天氣下穩定工作，論文在結尾處進行了防雷電保護分析。關鍵詞：變電站設計；短路計算；智能化設計：防雷保護目錄TOC\h\z\t"摘要,1,Abstract,1,①級,1,②級,2,③級,3,參考文獻,1,致謝,1"摘要 I1緒論 12負荷統計及計算 43主變壓器的確定 63.2調壓方式的確定 63.3主變壓器容量的確定 63.3.1計算負荷 63.3.2主變容量的選擇 64電氣主接線設計及方案的確定 74.1主接線的設計原則 74.2主接線的設計要求 74.3電氣主接線形式的對比分析 74.4主接線方案的確定 95短路電流計算 115.1短路電流計算的目的 115.2短路電流計算及計算結果分析 116其他主要電氣設備的選擇與校驗 196.1一般原則 196.2有關規定 196.2.1長期工作技術條件： 196.2.2短路穩定條件 196.3導線的選擇和檢驗 206.3.1導線的選擇 206.4電力電纜的選擇 216.5斷路器與隔離開關的選擇與校驗 226.6無功補償裝置的選擇 246.7電壓互感器與電流互感器的選擇及校驗 246.7.1電壓互感器的選擇 246.7.2電流互感器的選擇 256.7.3電流互感器的校驗 257智能變電站二次系統設計 277.1設備智能化演變 277.2智能變電站層級及網絡劃分 277.3合并單元 287.4智能終端 307.5智能一次設備的現況 328變電站防雷接地設計及配電裝置布置 338.160kV智能變電站的防雷保護措施 338.2避雷針保護范圍的計算依據 338.3避雷器的選擇 348.4接地系統的設計 358.5變電站配電裝置的設計 35參考文獻 36附錄 38-PAGEI-1緒論與其他傳統變電站相比,智能變電站主要可以為每個建設區域節省10%的平均建筑用地和占有率,可以為每個建設區域節省26%的平均建筑用地和占有率,可以為每個變電站節省64%的平均次級電纜,可以節省30%的電纜敷設時間和提高混凝土的平均使用率。二次柜的平均產品使用量可以大幅度地減少34%,平均生產時間也可以大幅度地縮短40%,平均一個生命周期的成本也可以大幅度地節省1%~3%。智能變電站最大的優點是自動運轉管理系統。記錄快速、自動執行狀態和數據信息的設備。同時，在操作設備發生故障的情況下，可以及時提供設備故障分析報告和故障原因，提出風險管理的建議。如今，我國智能變電站的建設已接近試點階段，部分智能變電站試點項目已經完成并投入使用，其他仍在建設中。智能變電站的建設和運營經驗不斷積累，與智能變電站相關的關鍵技術和產品也在不斷發展和壯大。如今,我國的智能變電站建設工作已經進入到試點階段,部分地區的智能變電站建設試點工程項目也已經全部完成并投入使用,其他仍在建設中。隨著我國智能變電站的基礎建設及其運營管理實踐的不斷豐富和增長,我國的許多企業都開始研究和推廣智能變電站的相關關鍵技術和產品。根據實際的現場負載情況，本文檔結合了理論設計和現場安裝來設計60kV智能變電站。60kV智能變電站的基本方案如下：（1）查閱與課題相關的手冊，了解變電站設計和設備技術確定的相關原理，并為變電站智能化提供理論和參考依據。（2）主變壓器是依據計算出的容量進行選型的。（3）選用電氣主接線方式:考慮到我國變電站當前的負荷狀況、負載的不同等級所占比,以及負載未來幾年增長的實際情況,選擇合適的電氣主接線。（4）電氣一次設計：根據負荷情況，選擇主變壓器、電力線纜、隔離開關等電氣一次設備。（5）設備校驗：以短路計算結果作為重要依據，分析電力設備的選擇能否滿足實際情況需求。（6）變電站智能化設計分析。（7）防雷接地系統設計：必須選擇恰當的避雷針、避雷器型號及選擇合適位置，保證防雷擊保護效果，進行接地極設計，確保接地極能滿足設備運行要求。2負荷統計及計算2.1負荷統計表表2-1負荷統計表線路名稱配電容量（kVA）需用系數負荷級別供電距離（kM）A30000.7310B31000.8312C31000.7320D32000.6310E34000.8310F33000.6215G30000.8225H30000.7310I37000.6315J34000.73102.2負荷計算采用需用系數法求各用戶的計算負荷kVAkVAkVAkVAkVAkVAkVAkVAkVAkVAkVA3主變壓器的確定3.1主變壓器臺數的確定根據本變電站負荷中有兩類負荷的特點，為了保證供電的可靠性，變電站一般裝設兩臺主變壓器。3.2調壓方式的確定據設計任務書中：系統60kV母線電壓滿足常調壓要求，且為了保證供電質量，電壓必須維持在允許范圍內，保持電壓的穩定，所以應選擇有載調壓變壓器。3.3主變壓器容量的確定以變電站建成后5-10年的規劃負荷作為重要依據進行主變壓器容量選擇，亦要根據變電站所帶負荷的性質和電網結構來確定主變壓器的容量。3.3.1計算負荷取同時系數0.9，取線損率6%kVA最大計算負荷取年均負荷增長率8%，年數本設計取n=5kVA3.3.2主變容量的選擇對于具有兩個主變壓器的變電站，應按以下方式選擇每個變壓器的容量：Sn=0.6Pm，對于典型的變電站，如果一個主變壓器出現故障，則剩余的變壓器容量應保證70-80％的電力供應。變壓器的過載能力為40％。由于所有電網系統中的非關鍵負載約為25％，因此可以使用Sn=0.6PkVA故應取標準容量Se綜上所述，本變電站主變壓器將采用型號為SZ11-20000/60。4電氣主接線設計及方案的確定一個變電站是靠電氣主接線把其內部設施溝通起來的，一個系統的接線方式可以有很多種，但是具體在工程中實施哪一種方案，這直接關系到一個電網的運行方式，電能調度的難易程度，甚至是電網在建成后運行的穩定性。4.1主接線的設計原則當我們設計一個新建設的變電站的主接線，這些情況是我們應該想到的：(1)變電站在電力系統中的重要程度及扮演的角色。(2)最近一段時間以及將來很長一段時間后變電站擴建情況。(3)各種負荷等級的重要性程度與出線回路數量的差異對主接線有著相當大的影響。(4)主接線因為主變壓器數量的不同的影響。(5)是否具有備用容量及備用容量的大小對主接線的影響。4.2主接線的設計要求(1)可靠性：1)當斷路器出現問題工作人員需要對其進行檢查和維修時，能不能盡可能保證用戶不失去電力供應。2)當供電系統中的線路、斷路器、母線等重要設備部件出現質量問題或故障需要及時進行日常檢修時,停運數量的多少與線路停電后的持續時間的大小,以及如何盡可能確保對重要設備用戶的線路供電盡量可能做到不間斷。3)變電站內所有設施都失去電力供應的概率。4)讓使用這個變電站的用戶對電的質量認可。(2)靈活性：1)調度要求：可以靈活的加入和移除變壓器、線路、分配電源和負荷，滿足以下幾種情況下電力調度要求：系統有故障發生，檢查和維修，不正常運行時。2)檢修要求：可以方便地隨時進行對母線斷路器的定時加入或自動移除保護操作、母線和它的相關繼電保護驅動裝置等相關設備的異常故障情況進行母線安全性監測檢查和日常維修,且完全不會對單個用戶的母線供電系統造成任何不良影響。3)擴建要求：變電站在初次建設時應該給變電站未來第二期，第三期建設留下空間。(3)經濟性：1)成本低;2)盡量減少建筑的占地面積;3)減少電能的損失。4.3電氣主接線形式的對比分析目前電網電氣主接線形式，主要分為：單母線接線、單母線分段接線、雙母線接線、雙母線分段接線、雙母線帶旁路母線接線。（1）單母線接線就是每一個變電站的設備進線和輸入出線都必須依靠同一條母線來供應,全站所有的設備都是串聯在一個母線之下,如果另外有一個設備在工作中出現了問題,則需要對整個變電站停電后進行事故處理。所以就會有一個裝置壞了,全部的變電站必須得做停電檢修的可能。單母線的接線有很多好的優點:比如結構簡單,運行工作人員好操縱,對運維工作人員的教育水平及專業化的要求不太高。發生人員不正確操作的可能性低。占地面積不大，設備相對簡單，變電站投資少，間距可輕易增加。單母線接線的缺點：電源可靠性不足，如果斷路器故障或需要維修，則將中斷所有用戶的電力供應。這嚴重影響了用戶電源的可靠性。調度靈活性差，并且所有變電站電源無法單獨工作。同時，如果母線發生故障，則無法及時恢復供電，只能依靠線環網絡拓撲結構進行反向負載，解決了線路停電的問題。因此通常，單母線接線連接適用于低負載敏感的變電站，較少的輸出電路和低負載。。（2）單母線分段接線單母線分段接線形式，就是把一個聯絡斷路器分別安裝到一個變電站兩條單母線上。例如,當兩個輸出電源都給一個變電站提供供電時,一般采用單母線進行分段接線。單個母線的分段接線不但可以單獨地運行每一段,還能夠實現并列工作時同步地運行。通常需要由繼電保護專業按照主變壓器的相關參數,來決定是否允許一個單母線進行分段接線的并列工作。單母線分段接線具有很多特點:發生停電事件概率低,除了母線被檢修或設備出現故障外,該類型的變電站還能對用戶實現連續的供電,大大改善了其供電的可靠性。單母線分段接線亦存在一些不足之處:例如當檢修或者發生故障時就會出現在一個變電站內的母線上。將會有大概一半的用戶失去電力供應。（3）雙母線接線有兩組母線在雙母線接線情況下，使用斷路器和隔離開關把兩組母線連接起來，可以互為備用。當母線需要提供的回路數比較多時，供電負荷等級高，有較大的輸送功率在母線上進行，通常采用雙母線接線方式。采用雙母線相接的方式,能夠縮短母線上發生故障后,供電恢復的時間,提高了供電公司的供電可靠性。變電站雙母線接線的優勢：當雙母線接線應用到變電站接線中，可以應用倒閘操作，把事故點隔離起來，防止僅因為某一處發生問題，導致全站都不得不失去電力供應的風險，而且調度調整運行方式更加靈活，而且當變電站未來需要擴大規模時更容易，母線的任一端都可以作為擴建方向，從而使供電可靠性有了保障。雙母線的接線還有它的不足之處:例如,當停電作業中主要是發生在雙母線接線這種形式的母線上時,倒閘運行操作的過程繁瑣,對于操作技術人員的技術素質要求較高,操作的風險相對較高;當需要檢修的斷路器位于雙母線上的任何一個母線的回路時,需要將該回路暫時停止供電;雙母線的接線也會有全停的概率,母聯斷路器有一組母線出現故障或者是一組母線正常檢修而另一組母線也會有問題時,這條雙母線連接的一組線路就會有全停的概率;雙母線連接線使用的設備不少,配電設施裝置繁雜,投資較多等。（4）雙母線分段接線以雙母線作為基礎，增加一段母聯開關就是雙母線分段接線，兩段母線由這個開關連接起來，提高母線供電可靠性，如果一段母線有故障發生，可以通過另外一段母線進行帶配，盡快恢復用戶供電。雙母線分段接線有很多的優點:雙母線分段接線供電的穩定性好,有靈活的調度方式,易于擴建,增加后可以隨意選擇方向。雙母線的分段接線也存在著不好的情況:例如,當雙母線接線的時候母線需要暫時停電,進行分段式倒閘運算操作的過程繁瑣,操作的風險相對較高;雙母線連接線路所用的設備數量較多,需要更加復雜的配電設備,投資較多等。（5）雙母線帶旁路母線接線為了更好地達到在進行出線間隔裝置維修期間不發生停電的目標,往往會選擇旁路開關來代替它們的工作,從而達到維修電路不停電的目的。雙母線與旁路母線相互連接的優勢:大大改善了供電系統的可靠度。雙母線段連接的不足:建設投資較多。仔細分析所給出的數據，比較各種接線方式的優缺點，下面給出不同電壓等級下建議的主接線方法：(1)60kV用作降壓變電站且有兩回出線，沒有交換潮流在60kV側，變電站的電力可以來自兩回線路，也可以來自一回線路，備用電源選擇其他那個回路。所以,考慮到系統的穩定性與價格等因素,選擇了內橋接線與單母路分段兩種作為60kV部分可行的兩種接線方案。(2)10kV部分定為單母線分段。這樣，擬定兩種主接線方案：方案I：內橋接線應用到60kV，單母線分段接線應用到10kV。方案I方案II：單母線分段接線應用到60kV，單母線分段接線也應用到10kV。方案II4.4主接線方案的確定下面這個表格分別列舉出方案I、方案II的幾個顯著特點，表中詳細列出了從可靠性、靈活性和經濟性上考慮，兩種方案的特性，如表4-1，在這兩個方案中選出一個最后執行的（考慮到10kV側兩種方案特點相似，下文不再權衡）表4-1方案I、方案II的綜合比較列表方案項目方案I方案II可靠性①簡單清晰，設備數量低②不論那一個主變壓器亦或60kV線路不運行，其它回路停運都不會受到它們的干擾③不同電壓等級發生全部失去電力供應的可能性小④操作易于上手，錯誤操作概率大①簡單清晰，設備多②任一主變或60kV線路停運時，均不影響其它回路停運③全部停電的概率很小④操作相對簡便，誤操作的機率大靈活性①運行方式簡單，實現調度操作很容易②易于將來建設①運行方式繁雜，操作步驟多②易于將來建設經濟性高壓斷路器少，投資低設備投資比第I方案相對多經過上面的分析權衡，第I方案要比第II方案在資金方面更加節省，第II方案要比第I方案更加穩定可靠，第II方案相比第I方案在靈活度上差一些。這個變電站是當作降壓變電站投入使用的，沒有穿越功率在60kV母線上，單母線分段接線相比內橋接線優勢更低。同時考慮到工業農業生產和城鄉居民生活用電主要為10kV負荷，這部分負荷對電能供應的穩定可靠要求低，就算是有要求高的負荷，現在SF6大規模應用到10kV線路上，停電檢修的可能性很低很低，考慮到電網越來越完善，N+1方案的大規模推廣、雙電源供電方案的大力推行，可靠性這個方面在第I方案上不成問題，沒有必要投入更多資金實行第II方案。通過上面的分析利弊，選擇第II方案為實行方案，即60kV系統與10kV系統均采用單母線分段接線。5短路電流計算5.1短路電流計算的目的（1）執行短路電流計算是很重要的，因為在權衡電氣主接線分析不同方式時或者判斷一種接線方案要不要求抵制短路所產生的電流這些都需要有短路電流分析計算得出。（2）當工作人員在購買電氣設施的時候為了實現在盡可能節省資金的前提下又能買到無論是在正常情況下還是在有問題出現時都能穩定運行的設備，這就依靠短路電流計算得到答案。（3）當工作人員要安裝戶外高壓配電設施的時候，不同軟導線之間的距離以及軟導線和地面之間的安全長度都要以短路電流作為重要依據。（4）工作人員安裝接地設施時，以短路電流為基礎。（5）變電站設計人員要以短路時候產生的電流為基礎，首選出合適的繼電保護方案。5.2短路電流計算及計算結果分析取基準容量Sd=100MVA，基準電壓一般取各級平均電壓即UN=1.05Ue。各級電壓的平均額定電壓見表表5-1基準電壓表系統標稱電壓（V）6103560110220基準電壓（V）6.310.53760115230本次項目工程設計經過多次審閱查詢到的有關設計資料，涉及的變電所上級220kV變電站66kV出口處2017年的短路阻抗為0.09Ω；根據規劃，本變電站60kV進線分別出自220kV變電站Ⅰ、Ⅱ段母線不同間隔，輸電線路采用雙回等長的LGJ-150導線，線路單回長度為10km。進行一次設備阻抗標幺值計算方式如下：（1）功率標幺值的計算公式：其中：S?為功率的標幺值；為功率的實際值，MVA；Sd（2）電壓標幺值計算公式如下：（3）電抗標幺值計算公式如下：其中：X?為阻抗的標幺值；為阻抗的實際值，；XN為阻抗的基準值，；Sd是功率的基準值，MVA；U（4）電流標幺值的計算公式：其中：I?為電流的標幺值；I為電流的實際值，kA；Id為電流的基準值，kA；Sd（5）輸電線路阻抗標幺值的計算公式：其中：XL?為輸電線路阻抗的標幺值；X0為線路的感抗，/km；為輸電線路長度，km；Sd（6）電力變壓器阻抗標幺值的計算公式：式中：Xb1?為變壓器電抗的標幺值；UK%為變壓器短路阻抗；S結合電力變電站前期的輸電電力線路整體布置設計規劃和電氣一次測量裝置的形式選擇,單條大型輸電電力線路的電壓阻抗和測量單臺輸電變壓器的測量阻抗計算測量方法阻抗計算的基本操作設計流程格式如下所示:依據以上的計算結果,輸電線路的阻抗和變壓器的阻抗進行計算,其結果顯示如下圖表5-2所示:表5-2阻抗標幺值計算單條輸電線路阻抗標幺值0.0583單臺主變壓器阻抗標幺值0.9依據變電站在實際工作運行的過程中,可能出現短路的地點和位置,共分別選擇5個不同的短路地點來進行其短路的計算。短路的計算主要根據公式表示為:（1）短路電流基準值的計算公式：I其中：Id為電流的基準值，kA；Sd為功率的基準值，MVA；（2）短路電流有名值的計算公式：I其中：Ip為短路電流周期分量的有名值，kA；ID，為一個電流的計算基準值kA；（3）短路沖擊電流的計算公式：I其中：Is?為沖擊電流，kA；Ip（4）短路電流全電流有效值的計算公式：I其中：Iq為全電流有效值，kA；I選取220kV上級的變電站60kV出口側的三相系統短路,為第一個系統的短路點,此時60kV側的聯絡開關轉換成斷開的狀態,10kV側的聯絡開關轉換成閉合的狀態,并將其重新命名為系統D1點,其等值電路如圖5-1所示:圖5-1D1點系統短路等值電路按照本變電站設計一次系統圖，當D1點發生短路時，運用以上公式計算各個參數，過程如下：∑IIIs?由此我們可以簡單地得出,當一個短路事件發生在D1點時,其中的短路計算方法及相關的參數公式為下:表5-3D1短路參數表短路點位置系統阻抗標幺值短路電流基準值(kA)短路電流有名值(kA)短路沖擊電流(kA)短路電流全電流有效值(kA)D10.090.96210.68927.2616.25選取了一個變電站內60kVⅡ段供電母線三相供電短路,，此時60kV側的三相聯絡控制開關仍然處于完全斷開的短路狀態,10kV側的三相聯絡控制開關仍然處于完全閉合的短路狀態,為第二個三相短路點,并將其中點重新命名為短路D2點,其中系統的短路等值控制電路如下圖5-2:圖5-2D2點系統短路等值電路按照本情況為變電站的一次系統示意圖,當D2點之間發生了短路時,運用以上的公式進行計算各個參數,過程說明如下:&∑由此我們可以簡單地得出,當一個短路事件發生在D2點時,其中的短路計算方法及相關的參數公式為下:表5-4D2短路參數表短路點位置系統阻抗標幺值短路電流基準值(kA)短路電流有名值(kA)短路沖擊電流(kA)短路電流全電流有效值(kA)D20.14830.9626.4916.559.86選取變電站內60kV的單側母排三相短路,此時60kV側母排聯絡控制開關轉換成完全閉合的短路狀態,10kV側母排聯絡控制開關轉換成完全閉合的短路狀態,為第三個三相短路點,并將其分別重新命名為D3點,其系統短路等值控制電路基本結構如下圖5-3所示:圖5-3D3點系統短路等值電路按照本情況為變電站的一次系統示意圖,當D3點之間發生了短路時,運用以上的公式進行計算各個參數,過程說明如下:&∑X由此我們可以簡單地得出,當一個短路事件發生在D3點時,其中的短路計算方法及相關的參數列表如下:表5-5D3短路參數表短路點位置系統阻抗標幺值短路電流基準值(kA)短路電流有名值(kA)短路沖擊電流(kA)短路電流全電流有效值(kA)D30.1190.9628.08420.6112.29選取了一個變電站內10kV的一個母排三相開關短路,此時60kV側的母排聯絡控制開關轉換成完全閉合的短路狀態,10kV側的母排聯絡控制開關轉換成完全閉合的短路狀態,為第四個三相短路點,并將其分別重新命名為D4點,其變電系統短路等值控制電路基本結構如下圖5-4所示:圖5-4D4點系統短路等值電路按照本情況為變電站的一次系統示意圖,當D4點之間發生了短路時,運用以上的公式進行計算各個參數,過程說明如下:&∑X由此我們可以簡單地得出,當一個短路事件發生在D4點時,其中的短路計算方法及相關的參數列表如下:表5-6D4短路參數表短路點位置系統阻抗標幺值短路電流基準值(kA)短路電流有名值(kA)短路沖擊電流(kA)短路電流全電流有效值(kA)D40.5695.59.66624.6514.69選取了變電站內10kV一段母線的三相短路,此時60kV側的聯絡開關轉換成斷開的狀態,10kV側的聯絡開關轉換成斷開的狀態,為第五個短路點,并將其中的一個命名為D5點,其系統的等值控制電路如圖5-5所示:圖5-5D5點系統短路等值電路按照本情況為變電站的一次系統示意圖,當D5點之間發生了短路時,運用以上的公式進行計算各個參數,過程說明如下:&∑由此我們可以簡單地得出,當一個短路事件發生在D5點時,其中的短路計算方法及相關的參數列表如下:表5-7D5短路參數表短路點位置系統阻抗標幺值短路電流基準值(kA)短路電流有名值(kA)短路沖擊電流(kA)短路電流全電流有效值(kA)D51.0485.55.24813.387.98由此我們可以簡單地得出,當一個短路事件發生在D1-D5點時,其中的短路計算方法及相關的參數列表如下:表5-8D1-D5點短路短路點編號基準容量(MVA)基準電壓(kV)穩態短路電流有名值(kA)短路電流沖擊值(kA)短路電流全電流有效值(kA)D11006010.68927.2616.25D2100606.4916.559.86D3100608.08420.6112.29D410010.59.66624.6514.69D510010.55.24813.387.98由此可見60kV短路電流最大值發生在D1點，10kV短路電流最大值發生在D4點。但由于D1為220kV上級變電站60kV出口線路，因此其短路計算結果不適用于本變電站的電氣一次設備選擇。因此本文選取D3點作為60kV短值，進行一次電氣設備的選擇與校驗；選取D4點作為10kV短路電流值，進行電氣一次設備的選擇與校驗。6其他主要電氣設備的選擇與校驗6.1一般原則（1）要實現正常運行、維護、短路和過電壓的需要，也要為以后的發展做好打算。（2）電氣設備的技術越先進越好，價格越便宜越好。（3）購買導體時種類越少越好。（4）要根據變電站所處的環境作為依據進行電氣設備校驗。（5）以后擴大變電站規模時盡可能選購和原來一樣型號的設備。（6）當需要安裝新型設備時，要有正規機構提供的合格手續和值得信賴的數據。6.2有關規定6.2.1長期工作技術條件：變電站所安裝的高壓電氣設備，需要在以下兩種條件下都能安全工作，一是長時間運行，二是有過電壓或者過電流。電壓：該電路最大工作時候的電壓應小于等于安裝在相同位置上的電氣設備最大正常運行時的電壓，即Ue>Ug，小于等于220000V的額定電壓是1.15表6-1額定電壓與設備最高電壓受電設備或系統額定電壓供電設備額定電壓設備最高電壓1010.511.5606669電流：一個變電站所需要安裝的各種電氣設備的額定電流應大于等于該電路無論是在哪種運行狀態下都會產生的一種正常運行的電流,即Ie>I機械負荷：我們所選擇的電器接入端子的一種允許負荷,要遠遠大于電器導下線在正常工作和短路過程中的最高作用能量。6.2.2短路穩定條件校驗的一般原則在供電系統選型時,要按照最大工況下所有短路電流來進行熱穩定性測試。實際試驗中的短路電流通常為三相短路時產生的電流。短路的熱穩定條件：或QK≤IQK—在計算時間t秒內，短路產生電流的導致熱效應（kA2QalIt-短路的動穩定條件&is?Is?iesIes絕緣水平在工作電壓及外部的過電壓下,對于電氣系統內部及外部的絕緣要求保證必要的可靠性。應當根據電網過電壓及其對保護設施的相對應保護程度,確定各類電氣設施的絕緣性能。如果所選用的電氣設備在絕緣程度上低于國家標準值,則可以通過絕緣計算分析來選擇合理的電壓防護裝置。環境條件導線和電阻的選擇應根據當地實際情況進行檢查。原始資料提供環境條件如下：年最高氣溫+31℃，最低溫度-6℃，當地雷暴天數31日/年。6.3導線的選擇和檢驗鋁做的載流導線相對便宜，通常把軟導線應用到60kV高壓配電設施上，如果有不低的負荷電流，就應該根據實際情況安裝橫截面積大的導線。大于8kA和小于等于35kV時是矩形導線的主要應用場合。6.3.1導線的選擇按回路最大持續工作電流選擇I其中，Ial--Imax如果考慮到導體的具體工作環境因素以及規定載流量的運算差異，所對應的修正系數要與載流量做乘法運算。按經濟電流密度選擇其中,—按經濟電流密度計算得到體截面—經濟電流密度接下來通過計算得出不同電壓下的導線選擇。60kV系統：因為連接線和60kV進線的電流相同，因此，所有60kV連接線和進線應為同一類型,即LGJ-300型（長時間工作允許載流量770A>2×320A）。10kV系統：進線：由于按主變電壓額定容量的比例來計算過大，故按10kV側=25MW計算，cosφ=0.85通過閱讀《電力工程電氣設計手冊》，根據具體的環境因素，可以找到修正系數k=0.94所以導線的最大載流量查《電力工程電氣設計手冊》第333頁表，得矩形導體100×10兩條橫放（長期允許載流量1946A）出線：根據主變壓器額定容量選出10kV出線為LMY-10010型。架空線路：由于t=6000，查軟導線經濟電流密度表，得j=0.95所以查表得LGJ-300型導線(在長傳輸時間內它所允許的最大交流負荷供電載流為770A)考慮到導線的橫截面積大小由經濟電流密度得出更合適，所以最好選擇與經濟計算截面積差不多的，但如果找不到恰當的導體，可以小于。6.4電力電纜的選擇要求：連續允許電流，電壓降落范圍等因素都是電纜橫截面積要滿足的，以下情況還要參考經濟電流密度,最大負荷利用小時大于五千小時長度大于20米。按持續經濟電流密度選擇:其中,—按經濟電流密度計算得到體截面—經濟電流密度查《電力工程電氣設計手冊》截面積太大,故其工作電流按最大負荷計算YJV-3×185電纜作為選擇對象。6.5斷路器與隔離開關的選擇與校驗斷路器具有滅弧工作功能，它是電網中的一種開關器件，用于在規定的時間內切斷正常工作回路中的電流和非正常回路中的電流。用于切斷電網中的大多數故障。其型號選用是否合理，直接關系到電網是否能夠準確及時的切除故障線路。隔離開關主要用于隔離電源，接通和切斷小電流電路，隔離開關并無滅弧功能。其在電網中的主要作用是確保線路明顯斷開，防止人員觸電的作用。與斷路器配合使用。斷路器與隔離開關的選擇與校驗，依據以下公式進行校驗：（1）電壓的計算公式：U式中：Ug：斷路器的工作電壓，kV；Un：斷路器的時出廠額定的（2）電流的計算公式：I式中：Igmax：系統最大持續工作電流，kA；In（3）開斷電流的計算公式：I式中：Ip為斷路器實際開斷時間t秒的短路電流周期分量，kA；I（4）動穩定電流的計算公式I式中：Imax：斷路器極限通過電流峰值，kA；Ic?（5）熱穩定電流的計算公式：Q式中：QK：短路電流的熱效應，kW；It（6）最大持續工作電流的計算方法:I式中：Igmax：最大持續工作電流，kA；Smax：斷路器的額定開斷容量，kVA；U（7）熱穩定校驗:Q式中：Qk：短路電流的熱效應或熱脈沖，kW；Qp：短路電流周期分量的熱效應，kW；Qnp：短路電流非周期分量的熱效應，kW；I：短路電流全電流有效值，kA；tpr：經查詢廠家參數及上文短路計算結果可得，60kV斷路器熱穩定校驗參數如下表6-2所示：表6-2斷路器熱穩定校驗參數后備保護動作時間(t)斷路器全開斷時間(t)短路電流全電流有效值(kA)短路電流的熱效應(kA2·s)斷路器熱穩定承載力(kA2·s)0.150.0512.2937.763969對60kV側斷路器進行校驗，可得以下結果:&通過校驗，本站決定選用LW36-72.5W斷路器作為60kV側斷路器，斷路器相關參數如表6-3所示：表6-3斷路器具體參數型號額定電壓(kV)額定電流(A)額定短路開斷電流(kA)額定短路持續時間(s)LW36-72.5W72.5200031.54變電站60kV側短路電流計算值如表5-6所示，經依據公式對60kV側斷路器進行校驗，可得以下結果:&通過校驗本站決定選用GWF-72.5DDWⅢ型高壓隔離開關作為60kV側隔離開關，隔離開關相關參數如表6-4所示：表6-4隔離開關具體參數型號額定電壓(kV)額定電流(A)額定短時耐受電流(kA)額定短路持續時間(S)GWF-72.5DDWⅢ72.51250404變電所10kV側短路電流計算值見表6-5，經依據公式對10kV側中置手車式斷路器進行校驗，可得以下結果：TQQQ=通過校驗，本站決定選用ZN63E-12/1250型中置小車斷路器作為10kV側斷路器，變電10kV側安裝的小車斷路器相關數據如表6-5所示:表6-5小車斷路器參數型號額定電壓(kV)額定電流(A)短路開斷電流(kA)雷電沖擊耐受電壓(kV)ZN63E-12/125012125031.575經校驗，本站選擇10kV側開關柜參數如表6-6所示:表6-6開關柜參數型號額定電壓(kV)額定電流(A)額定短路開斷電流(kA)額定峰值耐受電流(kA)KYN28A-1212125031.580由此本次設計60kV側斷路器選用型號為LW36-72.5W的戶外斷路器；60kV側隔離開關選用型號為GWF-72.5DDWⅢ的戶外隔離開關；10kV側斷路器選型號為ZN63E-12/1250的小車斷路器；10kV側開關柜選用型號為KYN28A-12的開關柜。6.6無功補償裝置的選擇在電力企業銷售的電量中，大工業用戶使用的電量占絕大多數，而大工業用戶所使用的電量多消耗在異步電機上，異步電機在運行過程中，因要借助于電磁感應原理進行工作，故此會產生無功損耗。在同等有功損耗下，線路上的電流與無功損耗是有關系的，后者越大前者就越大，將意味著發電廠及變電所的相應主變壓器容量，需要有所提升。同時會加大輸電線路上的損耗，影響電力系統電壓。在我國，變電站通常采用就地補償措施。對于無功補償，本變電站也采用就地補償。具體措施是在10kV側安裝并聯電容器，提高變電站電能質量。根據《電力系統電壓和無功功率技術導則》,無功功率補償設備安裝在60kV的變電站,補償設備容量應以主變壓器總容量的10%-30%進行考慮。考慮到當地負荷的構成及用戶使用特點,本站的兩臺并聯式電容器的供電能耗約為兩臺主變壓器供電能耗的15%,兩臺自動補償電力電容器組容量分別為1.5MVar。它們分別安裝在10kVI和II段的母線側，以補償線路的無功功率。6.7電壓互感器與電流互感器的選擇及校驗電流互感器在變電站中主要起到了改變電流的作用,為二次設備繼電保護,變電站的計量裝置,后臺調度系統等對電網運行情況的監控提供重要數據支撐,變電站的最高輸出電壓,要遠遠低于電流互感器的額定電壓,電流互感器的額定電流也需要比其他變電站正常運行時的額定電流更多,大約是其1.3倍。電流互感器在實際使用中需要對它的動穩定性和熱穩定性進行選擇和校驗,依靠如下公式進行計算：6.7.1電壓互感器的選擇一次電壓：電壓互感器一次側額定線電壓用UN二次電壓：電壓互感器的高壓側接入相電壓。可以得出電壓互感器副繞組二次額定電壓是60kV,輔助繞組二次額定電壓為100V，10kV電壓互感器輔助繞組二次額定電壓為100V。根據所介紹的要求，下表列出兩種電壓等級下電壓互感器的型號選擇：表6-7電壓互感器型號額定電壓（kV）原繞組副繞組輔助繞組JCC2-60600.10.1JDZJ-10100.10.136.7.2電流互感器的選擇按一次電路的電壓和電流選擇電流互感器的一次額定電壓和額定電流時，必須滿足如下條件U式中UNWUN1IK溫度修正系數Imax-二次側電路額定電流的類型選擇:通常弱電保護系統1A,強電保護系統則可以選擇5A。準確級:電流互感器應用在準確級別,不允許超過所供給的儀表類型。考慮到上文所列數據，最終安裝的電流互感器見下表：表6-8電流互感器型號額定電流（A）級次組合準確等級二次負荷（Ω）0.51310%倍數二次負荷倍數熱穩定倍數動穩定倍數LCWB6-602×4005PPP0.5PPP0.51.221531.580LAJ-10400050.5D0.5D2.4105090LA-1040050.530.530.40.610751356.7.3電流互感器的校驗熱穩定校驗K其中Q短路電流所引起的導線產生的熱效應(kA2·s)；t：根據廠家提供的熱穩定測量來計算所需要采用的工作時間經校驗熱穩定全部合格。動穩定校驗1）內部動穩定檢驗：K其中Kd60kV側：10kV側：2)外部動穩定校驗：其中a取40cm，L取50cm60kV側：所以10kV側：&∑所以故外部動穩定合格。7智能變電站二次系統設計7.1設備智能化演變圖7-1所示為該裝置的開發動向。設備層中的智能組件將會被合并為整個合并單元及其他智能終端,包括了操作插件的功能。處理層裝置,裝置不僅可以集成設計、安裝,還可以外部安裝。也就是說,考慮到了現有初級設備的發展現狀,采用了"以往的初級設備本身+智能集成部件"的模式。智能集成組件可以嵌入集成、分發、嵌入、插件和其他靈活的架構。包括各種常規交叉層設備智能化集成組件沿著當前及未來發展方向。裝置層的概念不能夠排除了間隔的概念,也不能夠取消了測量控制器和防護裝置。圖7-1設備智能化演變7.2智能變電站層級及網絡劃分智能變電站和傳統變電站的主要區別是二次系統的信號傳輸。用傳統的變電站的主要設備收集的信號通過電纜傳輸到后臺。用智能變電站的初級設備收集電壓和電流信息后，通過匯合部將模擬量轉換成數字量，通過光纜上傳到測量/控制保護裝置。保護裝置判斷電力網是否正常工作，是否需要動作，切斷故障線。同時，向后臺監視系統發送。測量和控制保護裝置和背景監視系統還經由光纜發送數字信號以控制設備。智能變電站二次系統的數據傳輸及保護控制主要以IEC61850標準的統一的信息平臺為基礎，進行通信工作。目前,我國的智能變電站二次系統數據的傳輸與管理主要包括三個維度:站控層、間隔層和過程層。站控層主要設計實現了對電力變電站數據進行遠程數據處理、集中管控監測及遠程數據通訊等主要功能。其主要配套基礎設備主要包括數據監測中心主機、數據通訊中心網絡以及開關機、綜合應用服務器、網絡設備和打印機等。本變電站所配置均為高度整合集成式一體化。將五防系統進行一體化、程式化控制停送供電流過程、同時把小電流接地擇線等多種功能整合到一體化的變電站,從而真正實現了智能化的變電站信息服務平臺的統一化、智能化。本站的監控、保護遠動等系統通訊均以IEC61850為標準,為今后變電站擴大規模和容量增加奠定堅實基礎。間隔式斷層測控設備主要功能是用于實現了測控線路的繼電保護自動控制和線路故障射頻濾波器的分析測控功能,主要由線路繼電保護和安全控制自動裝置、測控自動設備、故障錄波和測控網絡的并行錄波故障分析組成系統、電能采集系統等。過程處理層主要的組成作用也就是將無線電信號轉換成視頻模擬信號并通過無線光纖電纜傳輸信號到系統后臺,它們主要包括視頻合并處理單元、智能終端、智能組件等。過程處理層的兩個網絡主要功能是分別用于發送傳輸層的GOOSE報文與SV報文。間隔層測控設備裝置與站控層的設備之間,間隔層測控單位直接將數據上傳至站控層的網絡,測控設備裝置直接與站控層進行通信。在站控層和網絡出現故障時,間隔層還可以同時獨立實現本地數據采集、控制等功能。站控層和工藝層網絡采用星型以太網,60kV工藝層網絡采用GOOSE和SV報文公網傳輸,主變10kV工藝層設備接入66kV工藝層網絡,集中設置兩個進程層中心交換機,實現網絡記錄分析設備等GOOSE和SV報文的傳輸。GOOSE（genericobject-orientedsubstationevent）報文主要用于變電站發生事故時對一次設備的控制以及二次設備之間的鎖定和聯動。傳輸間隔連接的狀態量、跳閘命令和阻塞信息。GOOSE網絡傳輸的實時數據包括：一次設備在后臺的遠程控制命令、保護啟動故障、閉鎖重合閘、遠程跳閘等設備的位置信息、斷路器信號、隔離開關位置信號、氣壓信號。SV（SampledValue）報文主要作用是進行電流、電壓數據的傳輸，將一次設備的電流與電壓值，傳輸到后臺系統中，進行后臺監測及事故判斷。7.3合并單元合并單元是SV網絡的重要組成部分。我國為適應本國電力現狀，特開發出特有的智能變電站數據傳輸方式。采用傳統的一次設備與合并單元相結合的方式，進行變電站內數據的傳輸。但這也只是臨時性的過渡階段，最終仍要實現合并單元與一次設備相融合，開發出完善的電子式互感器。常規站保護裝置硬件部分主要由A/D采樣模塊、保護CPU、I/O轉換模塊構成。其中,將電流、電壓互感器的模擬量直接轉換成一個數字量用到的模塊就是A/D采樣模塊;數字量傳遞到保護CPU進行邏輯判斷,以決定是否有故障;當判斷是否為電力系統發生故障時,保護CPU將一個跳閘命令傳遞到I/O轉換模塊,通過I/O轉換模塊再次實現一個數字量與一個模擬量的轉換,并將跳閘命令傳遞至斷路器操作箱，從而達到保護的目的。如圖7-2所示：圖7-2常規變電站保護功能工作原理和傳統變電站相比，智能變電站保護設備僅保留保護CPU模塊，智能變電站將原保護裝置的A/D采樣模塊，與全站同步時鐘模塊集成為合并單元，將一次設備傳遞出的電壓、電流信息以SV報文的形式合并輸出，傳輸給智能終端及后臺監測系統，進行故障判斷。如圖7-3所示：圖7-3智能變電站保護功能工作原理本站通過對比現有合并單元廠家數據信息，決定安裝南瑞繼保電氣有限公司的PCS-200M型合并單元。同時配置兩套合并單元分別完成電壓、電流數據的采集。7.4智能終端智能終端：原保護裝置的I/O轉換模塊，加上斷路器操作箱集成為智能終端，接收到合并單元發送的命令后，通過控制電纜對一次設備進行控制。智能終端與變電站后臺設備保護之間通信主要是以點對點的傳輸方式來進行實現,直接地接受、執行變電站內部各間隔設備保護系統的跳閘命令,保證了變電站內部的電力一次設備安全地運行。在此期間，光纖會把智能化終端與過程層網絡聯系起來，把電壓、電流還有不是以電量形式的信息發送給間隔層裝置。智能終端未來的發展趨勢，是它和斷路器融為一體，就是智能開關。智能開關的大規模應用讓開關變得更加智能化，這是因為它把電腦，通信技術，電力電子技術進行整合，最終的結果就是：智能開關不但能實現傳統開關的所有功能，還有如圖7-4所示的更高級作用：圖7-4智能開關能實現的功能現在來看，國內和國外的開關制造企業生產的智能開關，在變電站中的用武之地主要是線上監控體系。但在電力系統中，只起到開關的日常管控，所以嚴謹的講，這不能算智能化。與國外相比,"傳統開關+智能終端"的組合,是被廣泛應用的智能開關在推進我國大型變電站建設和智能化改造的進程中。本文是針對我國自主開發研制出來的智能終端國電南瑞科技股份有限公司NSR351D智能操縱機和國電南京自動化股份有限公司PSIU600系列的智能操縱機和控制器進行對比研究。總結得出PSIU600系列智能操作箱主要具有以下幾個方面的優勢:1、所有可選參數可由GOOSE配置為單網模式和雙網模式，支持GOOSE消息管理、中斷報警和輸入/輸出控制功能。2、這可以通過斷開相或三相并閉合來控制，同時保持手動斷開和其他保護性斷開的輸入觸點。3、變壓器主機本體的非電氣式保護功能在有或無CPU的工作情況下均可實現,并且可以對主變壓器合閘、閘刀開關、風機等各種信號進行監視和控制。但是，涉及到的產品和設備的集成，由于自身的技術局限性，需要各大設備廠商的技術支持才能進一步完善。同時對國電南瑞科技股份有限公司的NSR351D智能化操作箱設備進行了分析，總結出以下幾方面優勢：1、具有以往的操作箱和測量、控制的一部分功能。不僅如此，即使支持網絡GOOGSE模式的閉合和關閉命令，也保持現有的硬觸點和關閉/開啟模式。2、支持IEC61850。硬件和軟件是模塊化設計的。它實現了無縫連接、即插即用、靈活配置、方便的擴大和維護。3、它具有分離階段或三相觸發和關閉控制，它可以接收保護觸發和關閉的命令，測量和控制遠程關閉和開啟小刀開關，并輸出相應動作的聯系人；它可以收集開關的位置，并將分隔刀、地上刀的位置、開關主體信號發送到后臺。4、該裝置能保持傳統的硬接觸方式，與傳統的保護、測控裝置配合工作，并能操作多種現場應用。綜上所述，本設計智能終端決定選用國電南瑞科技股份有限公司的NSR351D智能操作箱。這個變電站每個主變壓器都需要安裝一個智能終端,用以實現對主變壓器的相關數據采集和非電量保護功能的完成。同時幫助后臺執行對主變壓器的調壓、溫度監測等命令。本站操作主要對變壓器電路本體的非交流電量斷路保護操作跳閘,采用各側高壓斷路電纜直接上下跳各側高壓斷路器的一種操作跳閘方式。同時，智能變電站引進了新的維護機制，將智能裝置的檢修狀態通過壓板來實現，對裝置接受到由保護發出的GOOSE報文，與設備本身的維護位置相比，只有維護位置相同，才能使用保護邏輯。7.5智能一次設備的現況為了滿足智能變電站和智能電網應用發展的需求,基于IEC61850標準的智能變電站主系統監控系統數據信息集成系統需要多個單元(例如通訊、測量、控制、監控、監控等)組件智能變電站集成部分,隨著電子變壓器技術的進步,一次性設備測控技術越來越成熟,但是無線開關系統智能化,變壓器和電抗器還只有在建設一個智能終端和拜耳智能網絡,才有可能實現變壓器開關與拜耳設備之間數字傳輸,但以開關為核心的主設備對斷路器、變壓器等大型設備的狀態監測信息的利用并不理想，這阻礙了大型設備制造商在智能技術領域的技術進步，開關和變壓器是數量和應用最重要的功率部件。如果能靈活地控制，它們就成為能源系統中最重要的設備之一，例如，如果開關能在某一特定階段釋放，就基本上可以消除能源系統的開關電壓。如果電力變壓器能智能降低設備的絕緣，那么為了實現傳統電力設備的智能化，開關操作機構仍為機械式，操作速度約為電子開關的2-3個位置。如果變壓器和開關的控制不靈活，“智能電網”的功能就會大大降低。所以，“智能斷路器”和“智能變壓器”都會成為我們的研究方向。8變電站防雷接地設計及配電裝置布置變電站在一個電力系統中處于心臟部位，系統就是靠它提供電能，所以如果有雷電擊中變電站，就很有可能造成一個大規模區域失去電力供應，同時也會造成變電站里面的器件的絕緣失去作用，一般情況下會造成不可逆的傷害，造成的后果會給人們帶來很不利的影響，由此可見，雷電會給變電站的正常運行帶來巨大的威脅，我們要想方設法盡可能減小雷擊帶來的損失。主要的保護對象有兩個，一類是電氣裝置，建筑物的防雷保護是第二類。雷電對變電站主要有兩個威脅，一方面是雷電直接擊中變電站，另一方面則是雷電先擊中電線的某個部位，然后通過輸電線路的傳輸間接對變電站產生危害。避雷針、避雷帶、避雷線通常適用于第一種情況，把各種電氣設備防護起來免遭雷擊。于此同時，也要避免避雷針及避雷帶受到二次傷害。對于后一種危害，主要采取的方法是在變電站內裝設避雷器，降低進入變電站的雷電波的最大值，使其電壓在設備能承受的范圍內。8.160kV智能變電站的防雷保護措施為了盡可能減少上文介紹的雷電對變電站的第一種威脅，這里采用避雷針對變電站進行保護，決定安裝一對30m的避雷針。對于第二種威脅，采取的應對措施是，在2條60kV進線及2條10kV母線入口處，安裝氧化鋅避雷器。主變中性點設置一個避雷器。8.2避雷針保護范圍的計算依據(1)單只避雷針保護范圍計算:當時，用如下公式進行計算，r式中：rx，為每個避雷器保護位于指定水平面上的指定保護物體半徑m；為避雷器高度，m；?x為被保護物高度，m；?a為避雷針保護的有效高度，m；該設計中：即該避雷針位于11m的水平面上保護其半徑23m。如圖8-1:圖8-1單只避雷針保護范圍圖8.3避雷器的選擇滅弧電壓：U式中：Umi為滅弧電壓，kV；U工頻放電電壓下限:U式中：Ugfx工頻放電電壓下限，kV；U工頻放電電壓上限:U式中：：Ugfx工頻放電電壓上限，kV；：U5kA時的殘壓:U式中：：Ubc5避雷器在5kA時的殘壓，kV；：Ucs變壓器內絕緣沖擊試驗電壓，kV；：配合系數。普通閥型避雷器取K=1.1，磁吹閥型避雷器取K=1.2360kV側：10kV側：根據以上計算結果選擇避雷器如下表：表8-1避雷器的參數型號額定電壓（有效值）（kV）滅弧電壓（有效值）（kV）工頻放電電壓（有效值）（kV）不小于不大于5kA時沖擊殘壓（kV）不大于Y5W2-606085120144332HY5WS2-16.5501012.72631458.4接地系統的設計由于變電站內設備的均需要將設備外殼及中性點進行接地，變電站內接地系統設計是否合理，是否能夠正常合理運行，設備是否滿足接地系統的要求，直接關系到整個變電站設備的安全穩定運行。變電站接地系統采用環形布置，安裝在變電站設備基礎外。同時在變電所各設備之間設置環形接地區。在二次室內，沿室內地下機柜側面敷設一根橫截面為40*4的專用接地銅排，銅排的頭端連接，形成室內等電位接地網。室內接地網與變電所主接地網采用導線連接，實現可靠接地功能。戶外電纜溝、合并單元、智能終端等設備與變電站等電位接地網緊密連接。整體構成本變電站接地網絡。避雷針采用獨立接地網布置。8.5變電站配電裝置的設計本站正常的照明通過站用變配電盤提供電源,應急照明通過站用變配電盤回路提供電源