变电站设计十篇

变电站设计篇1

关键词:35kV变电站;设计,自动化系统

1、设计内容

1.1主要设备

1.1.1主变压器

为确保电源的可靠性,本次内蒙古大唐国际克旗煤制气项目筹备处35kV变电站工程的变压器采用35/10kV三相有载调压变压器。

1.1.235kV开关柜

35kV开关柜采用封闭真空断路器高压开关柜,真空断路器采用弹簧储能机构,利用综合微机保护器进行保护。

10kV开关柜

10kV开关柜采用封闭中置式真空断路器高压开关柜,真空断路器采用弹簧储能机构,利用微机综合保护器进行保护。

1.2 供配电方案

系统采取10kV电压供电,35kV、10kV均采用单母线分段接线,以满足用电设备的安全性和可靠性。无功功率补偿装置用于10kV配电系统,补偿后功率因数达到0.95以上。

1.3 自动化系统

本站自动化系统采用微机保护监控装置,方式为组屏安装以及分散安装。主变差动保护单元DCAP-5040、主变高后备保护单元DCAP-5050、主变低后备保护单元DCAP一5050组屏安装;35kV和10kV保护测控单元分别安装于各开关柜上。

监控中心采用性能较高的2套监控系统。作为整个电站监控的核心,监控中心通过总线通讯网获得整个电站的信息,然后对信息进行相应的加工处理。该监控中心能够处理记录的事件,对电站的故障进行记录,并实现制表打印,向调度提供其需要的相关数据,完成对整个电站所有设备的远程控制功能。

DCAP-5000系列保护测控装置采用双CPU系统设计,一套用于保护,另一套用于通信和监控,不仅降低了CPU的负荷率,还进一步提高了CPU的可靠性。CPU插件采用全悬浮设计,强电、开关量输入以及开关量输出、通讯口等全部采用了光电隔离技术,具有极强的抗干扰能力。

本站自动化系统具有完善的自测试以及自校正功能,包括保护方式以及保护定值的合理性分析,测量值的准确性和合理性分析,元器件的自动检测,通讯网的自行测试以及自行维护功能,控制回路断线保护和报警功能以及仿真测试等功能。

1.4直流电源

本站设置高频开关直流电源控制屏和电池屏各l面。直流电源系统是电站必要的设备之一,主要应用于电站内断路器和其他设备的跳合、控制、保护等信号操作。本站高频开关直流电源系统配置5个l0A充电模块、1个监控模块以及1个参数变送单元。监控模块采用串行通信接口,能够与监控系统完成数据交换。

1.5 交流电源

本站设交流电源屏1面,采用双电源自动投切,馈出开关采用瑞士ABB自动空气开关。

2、主要设计特点

2.1设计特点

内蒙古大唐国际克旗煤制气项目筹备处35kV变电站布局合理,结构紧密,充分考虑了施工可行性以及技术先进性的要求,该变电站多次优化了站内的主接线方式、设备配置以及布置形式,不仅保障了变电站的供电能力,实现了供电的安全性和可靠性,还使得变电站的运行更加灵活。

变电站采用双层结构,一层为主变压器室、10kV无功自动补偿室、10kV配电室。二层为主控室和35kV配电室。在设计中设置了地下电缆室,并将地下电缆室与地下电缆隧道进行连接,使得变电所的整体布局合理,方便了进出线和施工的需要,大大减少了工程施工对供电的影响,提高了工程施工进度。

设计采用了多项新设备、新技术,自动化程度较高,设备配置、技术水平均达到了国际先进水平。

2.2 本工程采用的新设备和新技术

(1)本站自动化系统采用了先进的DCAP一5000自动化系统,该系统设置了两层,分别为间隔及控制层和站级控制层。间隔及控制层将采集、处理的数据信号,通过总线通讯网传送到站级控制层,站级控制层通过通讯控制器与调度进行通信,完成远程控制功能。各间隔单元互相独立,互不影响,从而提高了系统的可靠性。该系统采用微机开放设计方式,可以对接任意智能化设备和管理网,实现了真正意义上的自动控制,达到了国际先进水平。

(2)变压器采用DCAP一5040和DCAP一5050系列数字式微机保护装置,DCAP一5040装置具有完善的主保护功能;DCAP一5050装置具有后备保护功能,该技术水平较为先进,灵敏度和可靠性较高,具有国际先进水平标准。

(3)对馈出线路采用DCAP一5000型保护测控单元综合保护装置,该装置在可靠性、准确性、通信能力、抗干扰性、维护以及调试等方面均具有较高水平,达到了国际先进水平。该保护装置是集保护和远程控制于一体的计算机保护单元,综合性较强,非常适用于变电站的自动化系统。

(4)本站采用先进的高压无功自动补偿装置,对变电站的10kV系统进行无功补偿。装置按照模糊控制的原则,由可靠性较高的控制器进行电压无功控制。该无功自动补偿装置能够根据检测到的无功功率值,自动控制高压真空开关的投切。每台电容器柜均配备相应的微机保护监控装置,这些微机保护监控装置具有速断、过流、过压、开口三角电压保护等保护功能。

(5)本站10kV系统采用了了固封式的高压真空断路器,其真空灭弧室能够形成可靠性较高的极柱,有效的防止了真空灭弧室受外界撞击、污秽和凝露的损害,没有相间闪络,增大了主回路的外爬距,提高了断路器的耐受电压水平,具有国际先进水平。

(6)本站10kV系统设置了先进的消弧和过电压保护装置柜,不仅具有常规的电压互感器和避雷器柜的功能,而且能够迅速消除间歇性弧光接地过电压以及由此激发的铁磁谐振过电压给变电站的电网运行所带来的危害。本变电站采用三相组合式过电压保护器代替传统的避雷器装置,不仅可以限制大气过电压、各种真空开关引起的操作过电压,而且可以对相间、相对地的过电压起到可靠的限制作用,有效的保护了变压器以及断路器线等电气设备。

(7)系统采用了微机小电流接地选线装置,该装置具有操作简单,运行快速、选线准确、安全可靠等特点。可以记忆瞬间的接地信息,能够区分母线和出线接地,而且可以准确的配置通信接口,及时将各种故障信息传送至相关部门,极大方便了电站的现场运行人员。

2.3消防报警

本电站的火灾报警控制装置置于35kV变电站主控室。35kV和10kV配电室以及电缆夹层均安装了智能光电感烟探测器,在变压器室安装了智能光电感烟探测器和电子感温探测器。房间进口和出口处均安装了手动报警按钮和声光报警器。所有的探测器、手动报警按钮以及声光报警器均采用二总线方式,当有极性信号时,及时传送至火灾报警控制器,从而实现了火灾探测及自动报警。

3、结束语

本系统投入运行以来,一直保持着安全、稳定、可靠的运行。DCAP一5000型自动化系统集变电站保护、测量、监视和远程控制于一体,完全替代了常规的变电站保护、测量、信号、远动等。DCAP-5000自动化系统通过变电站的各个设备,实现了信息互换和数据共享的功能,实现了变电站运行的自动管理、协调、监视和控制,进一步提高了变电站的保护和控制性能,使得变电站的运行更为安全可靠。

参考文献

【1】韦春霞,35KV变电站设计方案优化探讨【J】,科技资讯,2006,(35),204―205。

变电站设计篇2

关键词：220Kv；城市变电站；电气系统；设计；综合自动化

中图分类号：TM63 文献标识码：A

一、设计原则

在城市电网建设中，首先应当解决的是城市变电站的建设问题。建设城市变电站应当遵循的基本原则是：足够的变电容量以满足供电区域内中长期规划预测的负荷要求；可靠灵活的主接线方式；结构紧凑，设备体积小，占地面积小；主设备技术性能优越，可靠性高，检修频率低，噪声低；自动化程度高，通信误码率低，可靠性高。

根据以上原则，选择220kV作为城市电源点，可以充分发挥容量大、通道省、占地少、投资相对经济的优点。因此，220kV城市变电站是解决城市供电矛盾的一个有效措施，同时也将是今后城市电力系统发展的一个方向。

二、电气主接线

电气主接线的选择通常与变电容量的需求有较为密切的关系，这里介绍带断路器的线路变压器组的设计方案。

220kV城市变电站电气主接线一般分3个电压等级，由3组带断路器的线路变压器组构成；110kV为单母线分段，各段母线各与l台主变相连，各带多路出线；35kV为单母线分段，各段母线带多路出线，每台主变分别通过2台35kv断路器接于两段35kV母线上。有3台分段断路器。优点在于任何一台主变停用，相应两段母线分别由另2台主变供电，从而达到均衡负荷的目的。

三、配电装置

(一)220kV配电装置及主变

220kV配电装置选择室内布置，采用传统的独立电器，相间距离3．5m，依次为电缆头、单侧带接地刀的线路闸刀、单断口六氟化硫断路器、氧化锌避雷器．最后接主变。断路器与线路闸刀之间留作通道，作为检修运输通道。

主变压器的选择对城市变电站来说又有着特殊的要求。体积小、噪音低、阻燃性好、可靠性高，是选择变压器要突出考虑的性能。220kV配电装置与主变共处一室，主要是防噪声。变压器可采用低噪声强油风冷，散热器分体安装于室外。

(二)110kV配电装置

110kV配电装置采用三相共箱式结构的全封闭六氟化硫绝缘的组合电器，选择GIS户内布置，这是在国内城市变电站设备选型中常用的做法。GIS的结构为紧凑型三相共箱式，三相导体共面布置，所有开关设备均采用了弹簧／电动操动机构，由1台机构操作，三相联动。由于无需压缩空气供给系统，从而实现了无油化、无气化。

(三)35kV配电装置

35kV配电装置采用进口全封闭六氟化硫绝缘的组合电器，双列布置，头尾相接，容易处理单母线分段的接线型式。每个间隔宽度为0．6～0．8m．双列布置。

四、电气平面布置

(一)综合楼

综合楼底层布置35kV配电装置及3台所变，35kVGIS采用背靠背双列布置。由于两列装置之间有土建结构桩头，因此，对于背后有接线的GIS需适当拉开距离，以便施工检修。综合楼地下层为箱形基础，箱形基础同时作为1 10kV、：35k'、_7电力电缆通道。箱形基础靠围墙一侧，设有4只竖井及2只工作井，电缆通过两井与排管连接，上面通过竖井到电缆层及控制室。

(二)220kV配电装置楼

配电装置楼共有3个单元，每个单元布置l组线路变压器组，每个单元问隔宽度为14m，单元之间设敞开式5m通道，作为主变散热器安装位置及接地变压器位置，接地变压器采用过街楼式安排，以利于主变散热器通风散热。

五、系统保护

(一)220kV线路保护

220k线路与主变保护屏、直流屏、所用配电屏等布置在继电保护室。

主变高压侧装设断路器，主变故障时不需传送远方跳闸命令。为了简化保护配置，拟采用相间电流和零序电流速断作为220KV线路主保护，并在送电端配置以下保护：相间电流速断保护，瞬间跳闸；定时限过流保护，延时跳闸；零序电流速断保护，瞬时跳闸；零序过流保护，延时跳闸；断路器失灵保护。

以上保护除断路器失灵保护外，均配置2套，实现与主变双重保护。送电站的l套重合闸装置在线路单相故障时，断路器跳三相，然后进行三相重合；相间故障时，断路器跳三相，不进行重合。

(二)主变保护

电力变压器是电力系统中十分重要的供电设备，它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响；同时大容量的电力变压器也是非常贵重的设备。因此，必须根据变压器的容量和重要程度考虑装设性能良好、工作可靠的继电保护装置。针对变压器故障类型和不正常运行状态，对主变可采用以下保护：瓦斯保护；谐波制动纵差保护；变压器220kV侧过流保护；变压器35kv侧过流保护；220kV零序过流保护；110kV2段方向零序过流保护；35kv侧零序过流保护；220kV和35kV侧过负荷保护。

(三)110kV线路保护

采用微机控制，包括电流速断、过电流两阶段；零序电流速断和零序过流2段保护。

(四)35kV线路保护

采用电流速断、过电流和零序过电流保护。

(五)母线保护

1 10kV母线为单母线分段接线方式，每段母线配置l套三相式母线差动仍：护，母差保护动作瞬时切除主变1 10kv进线断路器、分段断路器及母线上联络线断路器，母差动作时闭锁分段自切。

35kV母线为单母线分段接线方式，每段母线配置l套i相式母线差动保护，母差保护动作瞬时切除主变：35KV进线断路器、分段断路器，母差动作时闭锁分段自切并切除35kV母线上联络线断路器。

(六)自动装置

35kV和l 10kV母线分别装设备用电源自动切换装置。每回35KV线路均装设按周减载装置。

六、变电站综合自动化

(一)基本功能和技术

1．保护功能。对所内的所有电气设备进行保护，并对被保护设备进行故障娃示和记录，存储多套定值并能进行修改和显示等。

2．测量及数据采集功能。包括状态数据、模拟数据和脉冲数据。

3．自动装置功能。包括电压和无功的就地控制、同期检测和同期合闸及故障滤波测距等。

4．控制和操作闭锁二可通过CRT屏幕对断路器、隔离开关、变压器分接头和电容器组投切等进行远方操作。

5．对所及监控、监视与工程师工作功能实现人机联系。

6．系统的自诊断功能。系统内各插件应具有自诊断功能，并把数据送往后台机和远方调度中心。此外，还有远方控制中心的通信与防火、保安功能及措施。

(二)系统结构

1．系统配置。为了提高变电站综合自动化系统的可靠性和性能价格比，在设计时就应采用分布式的变电站综合自动化系统配置模式。

该系统可以将变电所内各回路的数据采集单元、控制单元和保护单元分别集中安装在变电所的控制室内的数据采集柜、控制柜和保护柜中，相互间通过现场总线与控制主机相连。这种分布集中组屏的结构，便于扩充和维护。而且其中一个环节出现故障时，不会影响其他部分的正常运行。

2．通信系统。通信系统是将整个变电站综合自动化系统采集的数据乃至该变电站相应的配电线路上自动化系统采集的数据传输给变电集控中心和配电自动化集控中心，站内通信采用光纤以太网，保证在站内毋需中断其他设备。站外通讯采用光缆与中心站相连接，由中心站进行遥控软件配置。

参考文献：

变电站设计篇3

关键词：变电站；接地网设计

0、引言

随着电力系统容量的不断增加，流经地网的入地短路电流也变得愈来愈大，接地不良引起的事故问题也经常会发生，为了保证人身和设备的安全，维护电力系统的可靠运行，变电站中电气设备和电气装置等都宜接地，而接地网的合格与否将直接影响到防雷的效果，因此在变电站的设计中也应该把接地部分的设计放在重要位置。

1 土壤电阻率

由地质专业用物探法和电探法分别多次测量土壤电阻率的多处分布情况，土壤电阻率是随着季节的变化而变化不定的，设计中应根据在不同季节测量而取的季节系数，来求得其平均值；为了给接地网的设计选择正确接地材料，在测量土壤电阻率的过程中，应调查当地的土壤条件对普通钢、镀锌钢等金属材料的电解腐蚀情况，应使接地材料既耐腐蚀又具有适

当的机械强度。

2 接地材料及截面的选择

目前世界上普遍采用的接地材料是铜和钢两种；而在我国，接地网所用的材质主要为普通碳钢，因为钢的成本比铜低得多，且矿藏量也比铜多，而我们在实际工程中，选择导体材料时要考虑导体的热稳定性、在土壤中的腐蚀速度、导电性、材料成本等，并应注意因地制宜的对接地材料进行经济技术比较而选择最合适的材料。导体截面的选择首先可根据热稳

定性要求来确定导体的最小截面，然后根据实际测得地网导体埋于地下的腐蚀速度和对接地网运行寿命的要求，计算得到导体截面积；最后将两者进行比较，考虑一定的裕度，取较大者的截面积。

3 接地电阻

变电站接地网主要是敷设以水平接地体为主，垂直接地体为辅，且边缘闭合的人工接地网，接地电阻可由下式计算：

其中，Rn-任意形状边缘闭合接地网的接地电阻（Ω）；

Re-等值(即等面积、等水平接地极总长度)方形接地网的接地电阻（Ω）；

S 接地网总面积（m ）；

d 水平接地极的直径或等效直径（m）；

H 水平接地极的埋设深度（m）；

L0 接地网的外缘边线总长度（m）；

L 水平接地极的总长度（m）；

P土壤电阻率（Ω•m）。

4 站内、站外短路电流计算（按最大短路电流考虑）

根据所计算的短路电流值中的最大短路电流分别计算发生在站内的短路电流和站外的短路电流，比较后选择较大的短路电流值代入接地电阻允许值公式中： ，若不能满足要求，则要采取相应的降阻措施，可利用的降阻措施主要有：深井式接地极、深钻式接地、利用自然接地体、使用性能优良的降阻剂等都是安全有效的降阻方法。

5 接触电势和跨步电压

接地就是将电气回路中的某一节点通过导体与大地相连，使节点与大地保持等电位，起作用的是电位而不是电阻，接地电阻只是检验接地网是否合格的一个重要参数，接地是为了保证设备和人身的安全，控制变电站发生故障时故障点地电位的升高。当接地电阻允许值不能满足≤2000／I时，需进行变电所的接触电势、跨步电压校验；当校验不满足要求时，再采用相应的降阻措施来满足要求。接触电势与跨步电压是接地网安全性设计的两个重要参数，这两个参数不应超过下列数值：

其中， -人脚站立处地表面的土壤电阻率（Ω•m）；

T-接地短路（故障）电流的持续时间（S）。从以上计算式可知，对给定的变电站，所产生的最大接触电势和最大跨步电压在接地故障时都是一定的。由上式可知： 是一个比较重要的数据，增大的值来提高Ut、Us的值是设计合理接地网需要注意的一个问题。而为了提高接触电位差的允许值，可采用铺设砾石和碎石的高阻路面作为安全措施，其厚度不小于15～20cm，来提高人脚站立处地表面的土壤电阻率值，计算时其取值一般不应超过2500Ω.m。而对于式中给出定量规定的重要参数的接地短路（故障）电流的持续间t（S），是影响接触电位差和跨步电位差的计算值，时间取值越短，越容易满足要求，时间取值越长，则越不容易满足要求，在满足要求的情况下也会增加相应的处理措施费；因此建议取继电保护主保护动作时间来作为t值的选择值。

6 结束语

变电站设计篇4

【关键词】高电阻率；变电站；接地；设计

[ Abstract ] :With a110kV transformer substation project real data, through the analysis of influence factors in grounding resistance, discussed the current substation of high soil resistivity area grounding design in practical engineering, and proposes new grounding design.

[ Key words ]: high resistivity; substation; grounding; design

中图分类号：[TM63] 文献标识码：A文章编号

一、概述

随着我国经济的发展，为满足负荷发展的要求，国家大力发展电网基建工程，越来越多的变电站正在建设之中。由于国家对用地指标的控制，变电站占地面积越来越小，特别是城市GIS变电站。随着电网系统的完善，入地电流的不断增加，而部分变电站站址的土壤电阻率较高，接地网的设计变得困难。本文将结合某110kV变电站工程的实际数据，对实际工程中的接地设计问题提出了改进措施。

二、接地电阻的影响因素

1、接地电阻

根据 DL/T621-1997《交流电气装置的接地》要求，有效接地和低电阻接地系统中变电站电气装置保护接地的接地电阻宜符合：R≤2000/I。其中：R为考虑到季节变化的最大接地电阻，Ω；I为计算用的流经接地装置的入地短路电流，A。随着系统的发展，短路电流越来越大，接地电阻要达到此值，会存在困难。

在南方电网地区，习惯上认为在110 kV及以上变电站中，接地电阻小于1Ω即可，并且校验接触电位差、跨步电位差通过。在高土壤电阻率地区，如果其接地电阻已满足校验接触电位差、跨步电位差的验算，继续降阻至1Ω以下，接地工程的投资将增加几十万，从投资角度考虑是不经济的。故DL/T621- 1997《交流电气装置的接地》要求，当实际困难时，接地电阻不超过5Ω宜符合要求。

2、入地短路电流

当系统发生接地短路时，其短路电流一部分经架空地线和杆塔流回系统，一部分经设备的接地引线、地网流回本站内变压器中性点，还有一部分经地网入地后通过大地流回系统。而对接地网电阻起决定作用的是入地短路电流，等于总的短路电流减去架空地线的分流。架空地线分流越多，相应于入地短路电流变小。而影响架空线路分流的因素有进出线回路数、线路杆塔的接地电阻、变电站地网的接地电阻等因素；还有地线的导电性能也直接影响着架空线路的分流系数，导电性能越好，分流系数越大。

3、接触电位差和跨步电位差

接地设计中，还应校验接触电位差和跨步电位差要求，其允许值按DL/T621-1997《交流电气装置的接地》规定：在有效接地系统和低电阻接地系统时，不应超过下列数值：

Ut=(174+0.17ρf)/

Us=(174+0.7ρf)/

式中：Ut为接触电位差，V；Us为跨步电位差，V；ρf为人脚站立处的土壤电阻率。t为接地短路电流的持续时间，s。可以看出，影响接触电位差、跨步电位差的是ρf和t。

设计中通过在设备支架和架构周围和道路敷设砾石、碎石或沥青以提高人脚站立处的土壤电阻率（一般取值5000Ω.m），从而提高允许值。而对于接地故障持续时间，规程中没有给出定量规定，一般可将接地电流持续时间取继电保护主保护动作时间为计算条件。断路器的开断时间越小越有利，但其受限于设备制造能力限制。

三、接地电阻的计算

1、工程概况

某110kV户外变电站变电站围墙内面积为8060。

当110kV母线两相对地短路时，短路电流最大为13kA，入地短路电流为4639A。

短路电流持续时间 t=0.58s（其中t＝断路器50ms＋主保30ms＋断路器失灵500ms＝0.58s）。

根据场地测试结果，本站场地5m层、10m层、15m层、20m层的土壤电阻率分布为157.3Ω.m～681.6Ω.m、1243.6Ω.m～2817.2.Ω.m、1245.5～2563.8Ω.m、1425～2546.3Ω.m。总体上土层10m下，土壤电阻率很大。5m层土壤电阻率计算值为743Ω.m（考虑季节系数）。

2、接地电阻计算

根据公式R≤2000/I，电阻需降至0.43Ω。

在不采取其它方式的条件下，常规变电站采用水平接地网与垂直接地体结合的复合接地网，所设计接地网的工频接地电阻：

按公式R≈0.5ρ/计算，或可采用博超计算软件进行计算。

其中：S为站内所设计主接地网的总面积，m2；ρ为土壤电阻率，Ω•m；计算结果为4.13Ω。

当敷设绝缘地面时，接触电位差最大允许值Ut=(174+0.17ρf)/=1344(V)，跨步电位差最大允许值Us=(174+0.7ρf)/=4824(V)。

3、反推接地电阻要求值

采取敷设绝缘地面后，由最大允许接触电位差和最大允许跨步电位差反推接地电阻要求值。

接地网地表面的最大接触电位差 Utmax＝Ktmax×Ug，其中：最大接触电位差系数Ktmax=Kd×KL×Kn×Ks=0.17。

接地网外的地表面的最大跨步电位差 Usmax＝Ksmax×Ug，其中：最大跨步电位差系数Ksmax

=(1.5-a2)xln{[(h^2+(h+T/2)^2]/[(h^2+(h-T/2)^2)]}/ln(20.4S/dh)=0.06。(以上有博超软件计算)

反推接地电阻R≤1.7Ω。

故需采取降阻措施，考虑到业主要求接地电阻为1Ω以下，故考虑先降至1Ω，再考虑经济性。若投资较大，可按接地电阻为1.7Ω进行方案设计。

4、接地体的热稳定校验

接地线的最小截面应符合下式要求：本站采用的接地网材料为扁钢(-50×5)，C=70。短路电流值取13kA,t＝0.58s时，=141mm2。本设计采用的扁钢截面为250mm2,完全满足要求。

5、接地网的腐蚀

接地网的防腐设计接地网的材料一般为扁钢和圆钢，其腐蚀状态应根据变电站当地的腐蚀参数进行计算。但一般情况下其腐蚀参数很难测定。因此，在工程设计没有实际数据时按扁钢腐蚀速度：0.1～0.2mm/a；圆钢腐蚀速度：0.065～0.07 mm/a；热镀锌扁钢腐蚀速度：0.065～0.07mm/a计算。

四、接地设计方案

1、物理降阻剂

降阻剂就其特性来说分为物理降阻剂和化学降阻剂。物理降阻剂由导电的非电解质固体粉末组成并含有一定量起固化作用的水泥。相对于化学降阻剂，它具有吸潮性、电阻率低、稳定性好、长效、不流失、无毒、不腐蚀接地体等优点。降阻剂本身的电阻率很低，减少地极与土壤之间的接地电阻，并且有吸潮性而保持地极附近土壤的潮湿性；在接地体周围使用降阻剂，敷设时的糊状降阻剂溶液会在一定范围向四周土壤渗透，这样就能使局部土壤的电阻率大大降低。根据大部分厂家提供的数据，水平接地极配合使用15～20kg/m降阻剂，降阻率可η达40％。

根据复合接地网的面积，本站配合28吨的降阻剂进行降阻后，接地体周围土壤电阻率约为ρ=743(1-η)=743×(1-0.4)=408.7Ω・m，经计算，接地网接地电阻值降为2.48Ω。

2、外扩地网

一般情况下，站址内土壤电阻率值高，围墙外土壤电阻率值也较高。本站站址位于半山坡，由于之前取土的原因，已被挖深3米至5米，地表风化岩，故土壤电阻率较高。站址围墙北边脚下有一块三角平地，较变电站低4米，土壤电阻率较低，可用作外接地网连接。

站址围墙北边外的三角平地，土壤电阻率为430Ω.m，通过在其范围内外扩接地网面积为1920。外扩地网进行降阻剂敷设，接地电阻为3.2Ω。

主接地网总电阻值R=R外//R内=1.39Ω。

3、换土

用电阻率较低的土壤（如粘土、黑土及电石渣等）替换电阻率较高的土壤，故接地电阻值应根据回填土壤的土壤电阻率进行计算。不过，回填的土壤的土壤电阻率不仅与其取土区的土壤电阻率有关，还与回填密实度有关，计算时需预留一定的余度。

由于本站地表已风化岩，且为挖方区，开挖难度较大，换土降阻的方案工程投资较大，故不采用。

4、埋深接地体(深井接地)

如果地下较深处的土壤电阻率较低，可用井式或深埋接地体的方式，或钻孔、冲压等技术将垂直接地体深埋至十几米、几十米深处，达到土壤电阻率较低的土层。

从勘探中土壤电阻率分布特征可看出，总体上土层10m下，土壤电阻率很大，故设计未采用深井接地方案。

按照垂直接地极的接地电阻计算公式：，计算出单口深井的接地电阻值。为垂直接地体长度(m)；d为接地体截面半径(m)（接地极用圆钢时，圆钢的直径）；

垂直接地极的土壤值电阻率取值问题较复杂，假设打井深度为30m，电阻率取值一般选5m至30m处土壤电阻率平均值。设计时应注意，相邻深井距离宜大于2口深井的长度之和，以避免屏蔽效应。接地模块、电解地极计算方法同接地深井方案，在此不做赘述。

5、斜井接地

通过外引水平接地极至土壤电阻率较低的地区，相比较外扩地网的方案，本方案无需征地，采用非开挖顶管技术，工程隐蔽，埋于1m至10m深度，在站外不容易遭到破坏。

按照不同形状水平接地极的接地电阻计算公式，计算出每孔斜井的接地电阻值。为水平接地体长度(m)；h为覆盖层的厚度(m)；d为接地体截面半径(m) （此次处延材料采用-50×5的热镀锌扁钢截面半径为0.025）；A为水平接地体的形状系数（形状是“―”形，应取系数为-0.6）

按照工程经验，每孔斜井长度一般为100m至200m不等，方向为较低土壤电阻率处。此处的土壤电阻率取值应选5m至10m处土壤电阻率平均值。从勘探土壤电阻率分布特征得出，本站场地外5m～10m土壤电阻率取值473Ω.m。考虑到降阻剂的效果，土壤电阻率取284Ω.m。本工程每孔斜井长度为100m，选取时其长度需大于主接地网接地半球体半径。

=4.83Ω

故每孔斜井的水平阻值为4.83Ω，两口斜井并联电阻值为2.42Ω。

通过外扩接地网后的全站接地电阻值为1.3Ω，经2孔长度100m斜井处理后，全站接地电阻值为1.39Ω//2.42Ω=0.88Ω，可满足接地电阻值小于1Ω的要求。

6、分析

本站接地电阻经过外扩接地网方案处理后为1.39Ω，经校验接触电位差和跨步电位差满足要求。但本站按照运行单位要求，接地电阻需降至1Ω以下；并且从经济性考虑，增加2孔斜井的费用，投资近增加十二万左右，故本站接地方案为外扩接地网外加2孔斜井。变电站投产后，对全站的电阻值进行测量，结果小于计算值0.88Ω，效果理想。

五、总结

接地网的设计，要根据区域的地质条件，采取不同的降阻措施，以最高性能价格比来设计其接地网。通过以上工程的实践可以看出,接地设计可以采取的措施有多种,外扩地网、接地深井、接地斜井等等。如何根据实际情况选择最经济、最实用并满足要求的方法,是我们在今后的设计中应该注意的问题。

【参考文献】

[1]DL/T 621―1997交流电气装置的接地.

变电站设计篇5

【关键词】变电站 综合 自动化 设计

中图分类号：U665文献标识码： A

前言

所谓变电站综合自动化, 就是广泛采用微机保护和微机远动技术, 分别采集变电站的模拟量、脉冲量、开关状态量及一些非电量信号, 经过功能的重新组合, 按照预定的程序和要求实现变电站监视、测量、协调和控制自动化的集合体和全过程, 从而实现数据共享和资源共享, 提高变电站自动化的整体效益。变电站综合自动化系统能够大大地提高整个电网运行的安全性和经济效益已经形成共识。并且目前变电站综合自动化系统的研究和开发已经形成热潮。在此热潮中, 由于庞大的市场需求, 各种新技术、新产品大量涌现, 在产品的设计、开发中应重视变电站综合自动化系统的特殊问题, 不然会影响产品的性能和电力自动化的发展。

一、综合自动化系统的结构

综合自动化系统总体上可分为主站( 后台监控系统) 层、通讯层、子单元层等三层。主站层可取代传统的中央信号控制系统, 是系统的“最高权力核心”。主站通过接收来自通讯层的信息, 采集整个变电站各电气设备的信息, 并对所有的信息进行处理, 检出事件、故障、状态的变值, 模拟量正常及越限等信息, 并实时更新数据库,保持所需信息的完整性。同时主站发出的命令通过通讯层下达给各子单元, 通过子单元对各电气设备进行控制。通讯层由通讯管理机和M O D E M 组成, 是主站和子单元联系的桥梁。通讯层主要完成对下挂各子单元的管理, 除对采集的所有信息进行存储外, 还对这些信息进行整理分类, 选择一些重要的信息上送主站, 接收主站发出的命令并下达给子单元。上送的重要信息包括测量信息, 保护动作信息( 如保护动作时间、动作类型等) 以及告警信息( 如控制回路断线、P T 断线、装置故障等) 。另外通讯层还可用来完成通讯规约的转换, 以适应不同规约的主站。子单元一般设在就地开关柜上, 每套二次设备对应一个子单元, 各子单元除独立完成包括保护、测量、控制和事故记录等多种功能外, 在系统内还需按要求整理信息并上送管理机。通讯层与子单元层以及各子单元之间, 可通过光缆或屏蔽双绞线连接并进行通信。主站层、通讯层、子单元层以及各子站之间除通信外, 各自独立, 无电气上的联系, 各子站实现的各种功能也不依赖通讯网和主站, 因此即使系统的某一部分出现故障, 也不会影响系统其它部分的工作, 从而使整个系统具有了高可靠性并真正实现了分层分布控制。

二、系统设计思路

完整的变电站综合自动化系统除在各控制保护单元保留紧急手动操作跳、合闸的手段外, 其余的全部控制、监视、测量和报警功能均可通过计算机监控系统来完成。变电站无需另设远动设备, 监控系统完全满足遥信、遥测、遥控、遥调的功能以及无人值班之需要。目前国内外变电站综合自动化系统大体可分为三种结构: 集中式、分散式以及集中与分散结合式。

1、集中式结构

初期的变电站自动化设计都是采用集中式结构。这种结构的设计方法是将设备按其不同功能进行归类划分, 形成若干个独立系统, 各系统分别采用集中装置来完成自身的功能, 其缺点是资源不能共享, 设备设置重复, 且运行的可靠性低, 功能有限。

2、分散式结构

这种结构方式一般是按一次回路进行设计。首先将设备按一次安装单位划分成若干单元。将控制单元、微机保护单元、数据采集单元安装在户外高压开关附近或户内开关柜内, 并将各分散单元用网络电缆互连, 构成一个完整的分散式综合自动化系统。分散式结构具有很多优点: 各个功能单元上既有通讯联系, 又相对独立, 便于系统扩展、维护管理, 当某一环节发生故障时, 不致于相互影响。此外, 它的抗电磁干扰性能强, 可靠性高, 可以把电度计量、测量表计、控制、保护、远动合为一体, 可使数据统一, 避免设备重复设置。

3、集中与分散结合式结构

这种结构方式介于集中式与分散式两种结构之间, 形式较多。但目前国内应用较多的是分散式结构集中式组屏。它具有分散式结构的全部优点, 由于采用了集中式组屏, 非常有利于系统的设计、安装与维护管理。因为中低压变电所的一次设备比较集中, 所以此种结构方式比较适用于中低压变电站。

三、综合自动化系统的结构设计要求

1、分层分布式系统

在电压等级较高、可靠性要求高的变电站中, 一般采用分层分布式结构的系统, 该系统的设计思想符合IEC 关于变电站自动化系统分为所级和间隔级分层结构的技术规范要求, 如图1 所示。

分散( 层) 分布式组态模式的变电所综合自动化系统在功能上, 对间隔层设备采用尽量下放的原则;凡是可以在该间隔就地完成的功能绝不依赖通讯网。这样, 当系统任一设备故障时只影响局部, 其他设备仍能正常工作, 具有较高的扩展性和灵活性。

2、分布式系统和集中式系统

分布式设备通常以一台主变或一条馈线为单元装置, 完成对每个单元模拟量、数字量的采集以及开关的控制和继电保护功能。通常分为监控、保护两部分, 可分开设置为监控模块与保护模块, 也可设置为一个单元模块。该模式在安装上可以形成集中组屏或分层组屏两种组态结构, 它较多地适用于中低压变电所。

3、继电保护装置

继电保护的可靠性在自动化系统中要求非常高, 各个单元的保护装置、备自投装置、电容器投切、变压器有载调压分接头等重要的控制设备均为独立工作装置, 正常工作时完全不依赖于站内通讯网, 保证站内通讯发生故障甚至完全瘫痪时, 各间隔的保护装置依然正常工作。微机保护通过改变软件设置可得到不同的原理和特性, 在较常规保护具有更强的适应性。微机保护通过通讯网接口能有效地向变电站主站及通讯装置发送各种信息及接收命令, 信息传递快捷。

4、监控部分

监控部分负责全站电流电压模拟量和信号量的采集和处理, 完成对各个单元的控制任务。它基本上以线路( 或开关) 为单元, 每个单元完成对一条线路的电流电压的测量、开关刀闸位置信号的采集及开关的控制。对于监控装置, 应具备以下功能: 测量、信号量的采集, 脉冲量的采集, 遥控输出、远方调节。

5、变电站的主控级

变电站的主控级是指变电所中央控制级, 主要用于完成变电站的综合数据处理、远方通讯、显示/打印、输出等功能。

( 1) 35kV 及以下变电站、110kV 终端站可不设显示器, 但宜保留必须的数据存储手段和简单的声光报警手段以及打印机; 必须预留足够的输出接口( 插座) , 供操作队在赶赴现场工作时能使用便携式电脑从系统调用有足够依据的正常操作维护和事故处理分析数据。

( 2) 110~ 35kV 枢纽站及220kV 变电站宜设置主站和就地PC 机, 主要包括显示器、操作键盘和打印机、数据存储和声光报警系统。

6、其他相关设备

( 1) 直流系统。为减少维护量, 直流系统一般采用铅酸免维护电池和微机充电模块、微机监控装置,无需配置常规直流电流/ 电压表。

( 2) 交流系统。采用变配电站综合自动化系统之后, 其监控单元均为交流采样, 直接从电流或电压互感器采集5A 或0- 100V 测量信号。应设置独立的交流回路给就地监控PC 机供电, 并设UPS 装置。

( 3) 由于电能计量的特殊性及重要性, 一般配有专门的电能表进行计量。电能表应优先选用自带供电电源的有源型, 输出为隔离型的脉冲电度表。

结论

变电站综合自动化系统是依托高新技术才形成的，无人值班变电站是顺应科技发展和电业部门的需要而产生的，也是提高电力调度部门生产技术和管理水平的有效途径。

【参考文献】

［1］ 程明，金明，李建英.无人值班变电站监控技术.中国电力出版社，2009

变电站设计篇6

1、课题来源

本课题为某110kv中心变电站110kv线路保护记主系统设计课题。该变电站是最末一个梯级电站，装机容量600万千瓦，年发电量301亿千瓦时，用地总面积为8070.1374公顷。向家坝水电站110kV中心变电站为向家坝水电站提供施工供电电源和电站建成以后作为厂用电备用电源的一座变电站。设计容量为350MVA，电压等级为110/35/10kV, 110kV进出线有5条，中压35kV侧有10 回出线，低压10kV侧有20 回出线.

2、设计的目的和意义

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。它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。电气主接线是发电厂变电所主要环节，电气主接线连接直接影响运行的可靠性、灵活性。它的拟定直接关系着全厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护、自动装置和控制方式的确定。

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。

3、国内外的现状和发展趋势

目前，我国小城市和西部地区经济的不断发展对电能资源的要求也越来越高，西部主要是高原地带，在高海拔的条件下，农村现有的变电技术远达不到经济的快速发展，这也在一定程度上影响了西部地区和中小城市变电技术的推广和应用技术的深化。因此，一方面需要创造条件有针对性地提高对小城市以及农村的变电站的建设，加强专业知识的培训来提高变电技术；另一方面，可以通过媒介积极开展技术交流，通过实践去体验、探索。

当今世界各方面因素正冲击着全球电力工业，在国外变电所技术有十分剧烈的竞争，而世界范围内的变电所都采用了新技术; 其次，不同的环境要求给所有的电力供应商增加了额外的责任，使电力自动化设备尤其是高压大功率变电站的市场开发空间大大拓展。另外高压变电所的最终用户对变电站的自动控制、节能、环保意识越来越强烈，迫使其上游提供者尤其是系统集成商更加重视地区性电能分配技术方面的需要，所以变电所在世界上飞速的发展，从而要求我国变电技术上也要加入世界先进的变电技术行业。

随着电网建设改造和110kV变电所深入负荷中心与电网配电自动化系统的实施，要求电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。 变电所自动化系统，不仅功能上满足了配电自动化的要求，而且集微机监控、数据采集和微机保护于一体，将调度自动化、继电保护、变电管理和通信等综合为一体，做到硬、软件资源共享。实现了配电网自动化系统和城网变电所的遥控、通测、通信、遥调的要求，并实现了变电所的无人值班运行，同时简化了变电所二次部分的硬件配置，减轻了施工安装和运行维护的工作量，降低了变电所的总造价和运行费用。 随着科学技术的不断进步，断路器交流操作技术的成熟，保护和监控系统安全可靠性的提高和对室外环境的适应范围扩大，小型化无人值班110kV变电所必然向三无(即无人值班、无房屋建筑、无电缆沟道) 方向发展。

4、研究的主要内容及设计成果的应用价值

4.1电气主接线设计

110kv进出线的接线方式,35kv出线的接线方式,10kv出线的接线方式设计。在进出线路较多时为便于电能的汇集和分配，常设置母线作为中间环节，是线路简单清晰，运行方便，有利于安装和扩建。由于本变电站各电压等级进出线较多，应采用有母线连接。接线方式主要有单母线接线、单母分段、单母分段带旁路母线、桥形接线、3∕2接线、双母接线、双母分段接线。

4.2变压器选择

包括变压器台数的确定，变压器容量的确定，变压器相数的确定，绕组数

量的确定，调压方式和冷却方式的选择。

4.3短路电流计算

在电力系统设计中，短路电流计算应按远景规划水平年来考虑，远景规划水平年一般取工程建成后5—10年中的某一年。计算内容为系统在最大运行方式时，各枢纽点的三相短路电流和单相接地短路电流。

4.4电气设备的选择和校验

进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全可靠的前提下，积极地采用新技术并注意节约。电气设备必须按正常工作条件进行选择。选择高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。 电气设备在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动稳定和热稳定校验。校验短路电流一般取三相短路时的短路电流，若发电机出口的两相短路或中性点直接接地系统及自藕变压器等回路中的单相、两相接地短路叫三相短路严重时，则应按严重情况校验。

4.5 110kv线路保护的设计

选择保护方式时，希望能全面满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求。同时满足四个基本要求有困难时，可根据电力系统的具体情况，在不影响系统安全运行的前提下，可以降低某一些要求。

选择保护方式时，应力求采用最简单的保护装置来满足系统的要求。只有简单的保护装置不能达到母的时，才考虑采用较复杂的保护装置。

选择保护方式时应综合考虑电力设备和电力系统的结构特点和运行特性、故障出现的机率及可能造成的后果、电力系统近期的发展情况、经济上的合理性等因素。

4.6 应用价值

通过课题的研究与实践，加深了对所学的专业知识的理解，帮助综合所学知识，并用于工程实践。通过该课题的毕业设计，掌握工程设计的方法和步骤，为今后的工作奠定坚实的基础。

5、工作的主要阶段、进度

（1）20xx年秋季学期第11周前

接受毕业设计任务书，学习毕业设计（论文）要求及有关规定。

（2）20xx年秋季学期第12~21周

阅读指定的参考资料及文献（包括10万个印刷符号外文资料），基本完成开题报告、外文翻译等任务。

（3）20xx年春季学期第1至5周

写出第一章概论和第二章理论分析。

(4) 20xx年春季学期第6至12周。

初步完成毕业设计，全部成果交指导教师批阅。

(5)20xx年春季学期第13至14周。

修改、整理和定稿。

(6) 20xx年春季学期第15周。

毕业答辩。

6、最终目标及完成时间

完成《金沙江向家坝110中心变电站110线路保护及主系统的设计》 完成时间：第15周

7、现有条件及必须采取的措施

已完成《电路》、《电子技术基础》、《电力系统分析》、《电力系统继电保护》、《发电厂电气部分》等课程学习，并对电力系统的一次及二次部分有一定的了解。在设计中必须采取充分利用自己的资源和学校的资源的措施。

8、协助单位及要解决的主要问题

本课题的完成需要解决电气主接线，电气设备选择等技术问题，需要得到指导老师和学校的大力支持和帮助。

参 考 文 献

【1】电力工程电气设计手册（上册、下册）能源部西北电力设计院,1998

【2】许建安 王风华编 电力系统继电保护整定计算 中国水利水电出版社 ，2007.8

【3】张玉诸发电厂及变电所二次接线 华北电力学院 ,1984.10

【4】电力设备选型－手册 中国水利水电出版社，2007.1

【5】工业与民用配电设计手册第三版 水利电力出版社,2007.4

【6】江苏省电力设计院 35-110kV无人值班变电所--典型方案设计 中国电力出版社，2002.1

【7】安徽省电力公司编 35-110kV箱式变电站模式设计 中国电力出版社，2003.9

【8】关于建设35kV或10kV变电站方案的技术经济比较 中国建设信息，2007.6.

【9】数字化变电站建设中需要注意的几个问题 江西电力，2007.3

【10】箱式变电站在中低压电网中的应用 山西电力，2007.7

变电站设计篇7

【关键词】变电站；电气设计；主线；变压器

引言

为解决城市用电问题，就必须在靠近负荷中心的市区中的建设变电站，但由于我国的城市土地具有稀缺性，这一情况并不允许在城市中用大量的土地进行变电站建设，且城市的景观协调以及环保等要求十分严格，导致变电站的站址不断更换，越来越难以得到落实。下面，笔者就对变电站电气设计方案进行探讨。

1.变电站的地位及作用

在电力系统中，变电站占有重要的地位，是变换电压等级、配送电、控制电流流向及调整电压的重要场所，变电站通过主变压器将各级电压与电网联系起来。它的作用主要是变换高低电压。其中，部分变电站是将发电厂发出的电压升高，通过高压导线远距离输送，降低输电线路的电能损耗；一方面，部分变电站将高压电降压，然后输送给电力用户使用。电网结构的不同，则变电站升压、降压的幅度也不同，按照电压等级与作用，可将变电站分为好几类，比如110kV变电站、220kV变电站及500kV变电站等。

目前，国内110/220kV 变电站数量较多，且分布广，因此110/220kV变电站设计必须具有可靠性、安全性和经济性，提高区域内电力用户供电的安全性和可靠性，降低电网故障及变电站建设的费用，更好地服务于经济社会发展的需求。

2.110kV变电站的主变压器的设计及配置

主变压器的设计与选择是110KV变电站设计与配置的主要任务，这事关到变电站是否能够安全运行。

2.1主变压器台数的确定及选择

变压器是110kV变电站所中最为重要的设备，其主要的作用就是通过变换功率来减少供电过程中线路的能量消耗、降低供电成本，实现远距离配电的目的。因此，进行110kV变电站配电设备的设计首先要确定主变压器的台数及其配置。从当前我国城乡输配电的实际情况来看，110kV配电主变向为向10kV、35kV两种线路进行功率的转换，为了提高变电站供电的可靠性、稳定性，防止变电站主变压器因故障影响用户用电，变电站主变压器一般设置为2台，这样两台主变压器可以互为备用，最大限度地避免了因为故障或者检修而导致停电现象的发生。同时，在大型专用变电站或者孤立的一次变电站要尽可能安装3台主变压器，3台主变压器的配置模式接线网络比较复杂， 对施工技术、维护技术能力要求也较高， 因此，在一般的小型变电站、单一的变电站设计中还是以2台主变压器的设置为宜。

2.2主变压器容量的确定

110kV变电站中主变压器容量的确定需要在满足正常变压、负荷需要的基础上，上浮10%以上的容量空间，以满足临时负荷增加需求。主变压器容量的大小主要取决于电网的结构、变电站所带负荷的性质等两个因素。一般情况下，重要负荷的变电站要考虑到当一台变压器停止运行时，另外的变压器的负荷、容量在既定的时间内能够满足一级、二级负荷需要，而对于一般的变电站则需要保证当一台主变压器停止运行以后，另外的主变压器能够保证全部用电负荷的70%以上的用电需求即可。以保证70%的用电负荷为例，由于主变压器的事故过载负荷能力一般为40%，这样即使一台主变压器发生故障停运，那么另外一台变压器也可以保证满足98%以上的用户用电需求。主变压器的容量级别尽量做到标准化、系列化，容量级别不宜过多。主变压器的容量可以采用下面的公式进行计算：

2.3主变压器的形式选择

主变压器形式的选择需要综合考虑主变相数、绕组数、主变调压方式、连接组别、容量比、主变冷却方式等诸多因素。一般情况下，变电站主变压器都采用三相线或者单相线设计，变电站规模较大时宜选择单相，否则以选择三相为佳； 绕组数的选择，110kV变电站设计中，当通过变电站主变压器各个侧绕组的功率达到变压器总容量的15%时，宜采用三绕组变压器，可根据施工条件、工程要求选择分裂变压器、自耦变压器以及普通三绕组变压器；变电站主变压器的电压是通过分接头开关来控制的，主要有无激磁调压、有载调压两种控制方式；国内110kV变电站主变压器绕组采用Y连接方式。另外，还要考虑到当冷却系统出现故障时，主变压器所允许的过负荷的大小，例如按照《电气工程电气设计》手册规定，当主变压器冷却系统发生故障时，空气温度为0℃时，允许运行的时间不得超过18小时，当空气温度为10℃时，允许运行的时间不得超过8小时，否则，如果运行时间超过上限，就极易发生烧坏主变压器的情形。

3.110kV配电运营设备的设计及配置

3.1断路器的设计与选择

110kV变电站中断路器起着保护和控制高压回路的作用，是保障变电站及线路正常运行的重要电器设备。从配电的成本及维修的角度来看，110kV变电站断路器的选择以选择同一型号、厂家的设备为佳，这样能够大幅减少备用件的种类，也利于日常检修与维护工作的开展。断路器的选择需要根据变电分测额定电压、额定电流、动稳定电流以及热稳定电流来确定、设计额定开断电流。在确定110kV变电站断路器时，要确保断路器具有良好的热稳定性、动稳定性、绝缘性、较强的短路能力以及尽可能短的分段时间，以实现变电站安全、高效运行的目标。实践中，110kV变电站的断路器一般使用绝缘性能好、体积小、使用寿命周期较长的六氟化硫断路器，这类断路器的灭弧能力比较强，易于维护、检修。

3.2隔离开关及电压主线的选择

隔离开关主要的作用是隔离电源，实现对110kV高压线路的有效控制，隔离开关在分开之后必须要有较为明显的断开点、足够的绝缘距离，还要具有良好的动稳定性、热稳定性以及机械强度，隔离开关的还要装设必要的连锁机构。

110kV电压主线大多采用软导体导线，其中，尤以加强型钢芯铝绞线的应用最为广泛，并根据实际情况进行电晕检验。

结 论

总之，110kV变电站设备的设计、配置是实现正常配送点的有效保障，如何设计110kV变电站的主要设备、线路，这与该变电站的负荷以及用电特点密切相关。在做好主变压器、主要的配电运行设备的设计、配置的同时，还要科学的选择互感器、优化配电装置的布设、做好防雷保护等，以最大限度降低突发性事故对110kV变电站的正常运行造成的不利影响，促进110kV变电站正常运行、供电的目标的顺利实现。

参考文献

[1]徐显君.浅谈高压配电设备的运行与维护[J].科技与企业，2010（19）

[2]郭日彩，许子智，徐鑫乾.220kV 和110kV 变电站典型设计研究与应用[J].电网技术，2007（6）

变电站设计篇8

随着电力系统容量的不断增加，流经地网的入地短路电流也愈来愈大，因此要确保人身和设备的安全，维护系统的可靠运行，不仅要强调降低接地电阻，还要考虑地网上表面的电位分布。在以往接地设计中，接地网的均压导体都按 3 m，5 m，7 m，10 m等间距布置，由于端部和邻近效应，地网的边角处泄漏电流远大于中心处，使地电位分布很不均匀，边角网孔电势大大高于中心网孔电势，而且这种差值随地网面积和网孔数的增加而加大。本文结合在建工程 220 kV 新塘变电站的接地网设计，阐释了接地网不等间距布置的方法及其合理性。

1　接地网优化设计的合理性

1.1　改善导体的泄漏电流密度分布

图1是面积为190 m×170 m的新塘变电站接地网，在导体根数相同的情况下，分别按10 m 等间距布置和平均10 m不等间距布置。沿平行导体①、②、③、④、⑤的泄漏电流密度分布曲线见图2。从图中可见，不等间距布置的接地网，边上导体①的泄漏电流密度较等间距布置的接地网平均低15%左右；对于导体②的泄漏电流密度，这两种布置的接地网几乎相等(仅相差0.3%)；对于中部导体③、④、⑤，不等间距布置的接地网的泄漏电流较等间距布置的接地网分别提高了9%，14%和15%。由此可见，不等间距布置能增大中部导体的泄漏电流密度分布，相应降低了边缘导体的泄漏电流密度，使得中部导体能得到更充分的利用。

1.2　均匀土壤表面的电位分布

由表1的计算结果可知，不等间距布置的接地网能较大地改善表面电位分布，其最大与最小网孔电位的相对差值不超过0.7%，使各网孔电位大致相等，而等间距地网，其最大与最小网孔电位的相对差值在12.2%以上。同时不等间距地网的最大接触电势较等间距地网的最大接触电势降低了60.1%，极大地提高了接地网的安全水平。

表1　计算结果比较

布置 最大网孔电位Vmax／kV 最小网孔电位Vmin／kV 最大接触电势Vjmax／kV 接地电阻 R／Ω δ／% 

等间距 5.709 5.081 0.799 0.523 12.2 

不等间距 5.544 5.506 0.315 0.519 0.7 

注：1)δ=(Vmax-Vmin)／Vmin；

2)地网面积为190 m×170 m；

3)长方向导体根数n1=18，宽方向导体根数n2=20。

1.3　节省大量钢材和施工费用

如果按 10 m等间距布置的新塘变电站接地网，最大接触电势在边角网孔，其值为0.799 kV，但采用不等间距布置时，保持最大接触电势与该值接近，这时可节省钢材31.2%，见表2。

2　接地网优化设计的方法

在设计时采用尝试的方法来确定均压导体的总根数和总长度，即先对地网长和宽方向的导体根数n1和n2进行试算，对于大地网一般可采用均压导体间距为10 m左右试算，若接触电势满足要求，进行技术经济比较后再考虑增减导体的根数。如图3所示，当确定了n1和n2后，则地网长宽方向的分段数就确定了：长方向上导体分段为k1=n2-1，宽方向上的导体分段为 k2=n1-1，然后按下式得出各分段导体的长度。

表2　使用钢材量的比较

布置 n1 n2 Vjmax／kV 钢材长度 L／m 

等间距 18 20 0.799 6 860 

不等间距 12 14 0.756 4 700 

Lik=L.Sik，

式中　L——地网边长(长方向L=L1，宽方向L=L2)，m；

Lik——第 i 段导体长度，m；

Sik——Lik占边长L的百分数。

Sik与i的关系似一负指数曲线，即Sik=b1×e-b2i+b3，

式中，b1，b2，b3均为常数，其确定方法如下：

当7≤k≤14时，当k＞14时，

对于任意矩形地网，只要长、宽方向导体的布置根数一经确定，就可根据长、宽方向导体的不同分段 k，分别按上述推得的公式布置导体的间距。

3　结论

a)采用不等间距布置优化设计接地网，能够使地网各网孔电位趋于一致，从而提高了变电站的安全水平。

b)在同样安全水平下，优化设计的接地网较常规布置的接地网，一般能节省钢材量达38%以上，同时也减少了相应的接地工程投资，在技术上、经济上较为合理。

c)从边缘到中心均压导体间距采用按负指数规律增加的新方法来布置接地网，其指数公式的系数b只与某平行导体根数(或平行导体分段数k)有关。

参考文献

变电站设计篇9

关键词：变电站设计；三维技术；研究

引言

当前变电站设计中对二维设计的采用程度相对较高，整个工程设计依靠设计人员的空间想象力和工程制图技能完成三维空间设计，这种方法缺乏对设计质量的有效控制，己难以适应目前各电网公司对设计精细化的需求。而通过技术的进步，有效运用三维设计则具有精细化的特点，在适应了复杂的变电站设计、不断压缩的设计周期和设计资料的数字化移交等要求的同时，完善了工程设计人员充分表达设计思想的手段，是一种能提高项目质量的助推器，也是实现变电工程全寿命周期管理的有效工具，更是未来变电工程设计的发展趋势。

一、变电站设计中应用三维设计技术的重要意义

应用三维数字化技术进行户内变电站设计是未来设计的发展趋势。目前，国内有很多电力设计单位己经在变电站设计的各阶段不同程度地利用各类三维设计软件开展设计工作。采用三维设计和数字化移交有以下几点重要意义：可以做到与施工现场实际情况相同的精细化设计，可方便地进行安全距离校验和材料统计，有效避免了不同专业间的管线发生碰撞，并使材料统计更为精准；各专业通过同一个设计平台进行全专业协同设计，这不仅提高了不同专业间的配合效率，还避免了接口过程中的错误；可将变电站的方案、设备参数等数据制作成三维变电站模型，从而为业主提供真实的展示效果。该数据可用于变电站的全寿命周期管理，有利于工程竣工后的维护和改造，也为设计服务的延伸增值提供了可能。

二、三维变电站设计的特点

数字化三维设计，是以数据库为基础平台，三维设计环境为基本的工作环境，三维模型为载体，对数据的处理是整个数字化三维设计工作的核心。变电数字化三维设计涉及变电设计工作的全部内容，面向于变电设计中的电气、土建、结构、水暖、场地等专业。变电站建模的对象主要包括变电站设备建模、建构筑物和辅助设施。设备建模包括：主要设备、高压开关柜、二次屏柜、金具材料等。建构筑建模：建筑物的建模，是指利用三维模型，来对变电工程内的建筑物进行构建，包括墙体、梁柱、门窗、孔洞、楼梯、爬梯等。构筑物建模：指基础、构架、设备支架等，构筑物的零部件较多，根据不同的工程构筑物的尺寸和类型变化也较多。辅助设施建模：主要包括总图专业的道路、挡土墙、围墙、地下管道、电缆沟等，还包括接地和防雷措施。在设计过程中也要注意层次结构的划分，便于在项目中对某一区域或系统进行调整和修改，同时也要考虑到后续项目中对某些模型的复用。项目的层次划分和数据的完善情况也要考虑到后续数字化移交和智能变电站应用的需要，根据项目的实际情况进行微调。

三、变电站设计中三维设计技术的应用

1、Microstation应用

1.1创建三维模型库

（1）元件建模。变电站三维模型包括设备模型和土建支架模型，统称元件模型。元件建模是三维数字化设计的最初步骤，受计算机软硬件水平限制，在保证三维布置校验有效性的基础上，必须对元件信息进行简化。合理的元件模型及附加属性不仅可满足后期的设计需求，而且可以保证三维设计的流畅性，提高三维设计效率。变电站元件建模的重点与难点是设备建模。理想的设备建模过程应该是设备厂家根据工程设计方的需求提供指定文件格式和要求的三维模型，模型严格按照1∶1绘制，且设备厂家对其模型的准确性负责。

（2）设备模型命名。在设备模型的创建中，应采用规范的命名方式。三维数字模型命名应具有唯一性、准确性和合理性，便于识别、管理、存储、和更改，同时应具有可扩充性，便于追溯和版本（版次）的有效控制，可使用字母、数字和下划线表示。

1.2三维设计。三维数字化技术将传统在二维平面上设计变电站设备和设施，改为在虚拟三维空间“建造”真正的变电站。它全面地将变电站设计的各个专业有机结合，涉及到电气、结构、建筑、总图、水工和暖通等专业。各专业在相同的基础功能模块和各自的专业模块上模拟变电站的各个部分，采用协同设计工作模式，每个设计者都可以“看到”他人的工作，充分沟通，相互配合，不断地修改与更新。设计人员在三维环境中，利用软件工具输入相关数据后，即可在三维环境中实时看到设计决策的结果，从而迅速掌握有效的空间位置，合理完成布置设计。

1.3变电站漫游。利用Microstation软件的三维渲染功能，在设计完成时输出变电站整体渲染效果图及三维动画，展现变电站三维全景。与传统工作模式相比，通过三维软件建立的模型是由设计人员创建的准确设计模型，以它为蓝本制作的动画或效果图，能够更加准确地反映工程项目实际情况。对于一些简单的展示效果或工程特定细节，可由设计人员自己利用Microstation软件的内置功能来实现，从而减少模型转换，避免数据丢失，切合实际的反映设计思想，体现设计理念。

1.4数据对接。传统的工程建设期（设计、施工、采购和调试阶段）信息大多以纸介质为载体，以图样和文档的形式向运行单位移交。各类信息分散在不同的图档中，信息之间没有关联，无法相互校验。同一信息在不同数据源中重复出现，相互矛盾的情况时有发生。运行阶段故障处理也常因费时寻找正确文件和准确信息而延迟。Microstation以工程设施为对象，各种设备模型分配唯一标识码（ID）。三维模型以标识码为线索，与数字化网络平台自动相互关联，形成模型与工程数据的统一。三维数字化模型包含工程的所有主要元素，不仅模型尺寸及定位是真实的，而且可通过数字化平台进行资产管理，为信息查询和检索提供极大的便利，是一个全信息模型。

2、Substation软件及应用。Substation软件是美国Bentley公司开发的专用于变电站集成电气和结构设计的三维软件。该软件可提供三维结构模型、单线图、接线图、配电板布局、保护与控制简图、物料清单与其他报告等功能模块，用于变电站设计可提供接地网、防雷保护和电缆弧垂等工具。它作电气设计，其导线工具非常好用，能自动编号并可按类型置于不同的层。也能进行短路、断路及设备、线路编号重复、遗漏等错误检查。运用Substation软件的主要步骤如下：

第一步，建模。首先创建设备图形库，设置符号、典型图和类型，绘制主接线系统图。然后进行设备三维建模，先创建设备列表，再赋予模型属性、材质、颜色等。其中设备编码是工程全生命周期管理（设计、采购、施工、运行与维护）应用的关键数据，具惟一性。

第二步，电气三维布置。即根据区域功能分区组装，如直流场、换流变、交流配电场等，区域包括设备、构支架、导线、防雷设施及土建构筑物等。三维场地是由二维地形图转化而来，各种设备、设施都可以在场地内统一布置。

第三步，配合校验、碰撞检查和带电距离校验。配合校验是对不同专业的模型组装效果检查，避免冲突。带电距离校验是检查设备、线路之间的安全距离是否符合要求。

3、IDS软件及应用。IDS软件是北京博超时代软件有限公司自主研发的智能数字变电站设计软件，主要应用于变电站数字化三维设计，其主要特点是采用开放性网络公共数据库为底层，以二三维一体化设计为手段，软件中内嵌通用计算，实现变电站在进行三维设计的同时，同步完成变电计算与施工图的设计。作为智能电网的基础，70%的数据都出自设计。利用IDS软件进行变电站三维设计，第一步，参数化三维建模。IDS软件可利用典型方案库快速拼装，又可利用非标准装置与间隔进行灵活的拼装能力、组合变电站三维模型，具有极高的建模效率。第二步，碰撞检查。利用IDS软件设计即时性的特点，发现设计错、碰、漏、缺，空间布置的合理性。第三步，三维抽图。通过三维模型抽取二维图纸，同时可以直接进行渲染生成鸟瞰图和漫游动画。

结束语

变电站设计中运用三维设计技术具有极大的发展前景，但是具体操作中还是存在很大的需要改进的空间，因此要求技术人员加强对其的改进，我们坚信未来三维技术的应用将会更加广泛。

参考文献

[1]宋江涛.基于虚拟现实技术的变电站系统设计[J].湖北农业科学，2013（17）：156-158.

变电站设计篇10

【关键词】110kV变电站；电气一次设计；准备工作

110kV变电站工程是一项技术含量高、资金投入量大且极为复杂的系统工程，而110kV变电站的电气一次设计又直接关系着变电站的正常运行，所以对110kV变电站的电气一次设计进行分析探讨显得非常有必要。因此，作为新时期背景下的设计人员在进行110kV变电站的电气一次设计时，必须充分认识到变电站的重要性，并根据实际情况确保110kV变电站的电气一次设计是科学合理且可行性较高的，从而变电站的正常运行奠定坚实的基础。

1、110kV变电站的重要性

110kV变电站工程是一项技术含量高、资金投入量大且极为复杂的系统工程，所涉及的设备也是先进且精密程度和自动化程度都很高的。变电站的作用就是对高压电能和低压电能进行转换。为了使变电站能够远距离传输电能并有效降低线路损耗，部分变电站还会采取升高发电厂发车电压的措施。110kV变电站是众多变电站中最为常见的一种，这主要是因为110kV的电压是当前我国的电力用户中是应用数量最多、分布最广的一种电压。此外，变电站的经济性、可靠性、灵活性直接影响着变电站的正常运行及相关效益。

2、110kV变电站一次电气设计探析

2.1分析110kV变电站一次电气设计的准备工作

在进行变电站电气一次设计工作前，设计人员应多与变电站建设单位进行沟通联系，充分了解所设计变电站的要求特点以及详细的掌握设计原始资料与基础数据。在设计时必须充分明确设计任务及设计原则，并深入施工现场进行勘察，以便确保掌握的资料与数据的正确性，而后结合相关规定对设计方案进行可行性研究，确保设计作品充分符合相关规章程序与规范要求。通过对设计方案进行可行性研究，能够为变电站工程项目的核准提供重要的技术依据[2]。

2.2合理选择配电装置

通常情况下，110kV变电站中高压配电装置的布置形式主要能分为两种，分别是屋内布置与屋外布置。其中屋外设置又能够分成三种类型，分别是屋外中型布置、屋外高型布置和屋外半高型布置。屋外中型布置设置经济适用，简单清晰且可靠性较高，其原理就是在地面设备支架上安装好电气设备，不在母线下面布置设备；屋外高型布置多布置在双母线的情况下，该情况下母线与母线应适当隔离，而后采用上下重叠的方式布置开关；屋外半高型布置具有缩短配电装置跨度，增加布线线路面积的特点，不适用于进出线回路少的变电站，其原理是将布置的双母线进行隔离，并在母线升高的下放布置断路器和电流互感器。

2.3合理选择变压器

2.3.1变电站负荷条件考虑

变电站变压器的选择必须充分考虑其符合条件，以此确保选择的变压器能够充分满足变电站负荷。且对于变电站以下负荷情况，应最少安装两台或以上的变压器：第一，存在大量一级负荷；第二，该地区季节性负荷变化较大；第三，一些特殊负荷情况，例如电气装置外露、电源系统不接地等情况。

2.3.2变电站台数配置

在11110kV变电站中一般都会配置两台或以上的变压器，一台正常运行另一台作为备用，这样的话如果一台变压器发生故障，那么就会启动作为备用的另一台变压器，以便做到以防万一，确保供电正常。究竟110kV变电站配置多少台变压器才算合理，这就需要对110kV变电站所供电区域的供电条件、运行方式、负荷性质等进行确定，同时充分考虑经济性与技术性原则，从而在符合该区域供电能力和供电质量的前提下合理确定变压器台数。

2.4合理选择接线方式

在110kV变电站设计中，为了确保变电站的正常运行以及供电质量，通常会采用比较复杂的主接线方式。而复杂的主接线方式虽然在一定程度上确保了变电站的正常运行以及供电质量，但是也存在明显的不足之处，在现代110kV变电站电气设计中，设计人员应根据变电站的实际负荷性质、变压器负载率、电气设备特点以及电网强度等情况来合理确定接线的方式。

3、电气一次设计中对变电站智能化的要求

目前的新建110kV变电站都是智能变电站，主要包含了智能变压器、智能GIS设备以及智能避雷器。以下笔者以智能变压器为例，就电气一次设计中对变电站智能化的要求作出以下分析。

3.1智能变压器的参数类别

智能变压器的参数类别主要分为以下三点：一是温度；二是辅助设备报警；三是有载调压开关。

3.2智能变压器的在线监测参数

智能变压器的在线监测参数主要分为以下几点：首先，从温度来看，主要有顶部的油温、环境温度和每个绕组的热点温度以及冷却器的进出口温度；其次从辅助设备报警来看，主要有压力的突变、油温的高低、氮气的压力以及瓦斯报警；最后，从有载调压开关来看，主要有档位指示、档位换挡记数、温差监视、油位高低、切换电流能量记录和驱动电机能量变化。

3.3智能变压器的自动控制功能

智能变压器的自动控制功能主要有2点：一是智能变压的在线专家系统应具备冷却自动控制功能，基于顶部油温、变压器负荷、环境温度、变压器热能模型以及冷去系统状态对智能变压器本体进行冷却控制；二是智能变压的在线专家系统应具备有载调压开关的全功能控制、内置变压器并联运行控制功能，采用环流，元功分享，主从和反极性电抗控制方式。

3.4智能变压器的诊断评估功能

智能变压器的诊断评估功能主要有5点：一是预测过载时限和过载能力；二是计算绕组的热点温度，冷却风扇的智能控制；三是计算变压器绝缘寿命损失；四是为调压开关的维护提供触头磨损预测提示；五是每个触头和调压开关的操作次数记录有助于预测维护。

3.5智能变压器的通讯功能

智能变压器的通讯功能主要有2点：一是智能变压器应具有网络功能数字接口，控制功能与监测功能都必须依托于数字接口，控制命令和状态信息通过过程总线GOOSE进行传输，状态监测所需采样值必须通过网络获取；二是采用标准规格：IEC 61850标准，必须具备和站控层及间隔层设备无缝的通讯功能。