畢業(yè)論文220kV變電站電氣自動化控制系統(tǒng)淺析及其應用

1、江西應用技術職業(yè)學院機械電子工程系畢業(yè)論文220kv變電站電氣自動化控制系統(tǒng)淺析及其應用摘要目錄引言電力行業(yè)的發(fā)展促進了電力技術的革新，在社會主義市場經(jīng)濟逐漸發(fā)展的同時，我國的變電站也面臨著新操作模式的調(diào)整。電氣自動化開始成為220kv 變電運行的重點內(nèi)容，對自動化相關的問題深入分析可促進變電站變電性能的改善。電氣設備的接地與等電位連接在變電站運行中有著重要的作用，對這兩方面自動化狀態(tài)的分析有著重要的意義。第一章 控制系統(tǒng)的具體布置1220kv 變電電氣自動化的實現(xiàn)必須要有一個完整的電氣系統(tǒng)，這樣才能為自動化運行創(chuàng)造有利的條件。變電站正常工作狀態(tài)下需要借助于各種電氣設備操作，每個設備的操作都會

2、給變電站處理電壓提供幫助?？刂葡到y(tǒng)的自動化應安排各項針對性的調(diào)控方式，以從多個角度對設備實施監(jiān)控，避免電氣設備發(fā)生異常狀況。1.1 集中監(jiān)控當前，我國的220kv 變電站屬于電力行業(yè)的重要變電裝置，原始電壓值大小轉(zhuǎn)變都是由變電站功能完成。對變電站采取集中控制模式能協(xié)調(diào)好各個設備之間的運行，創(chuàng)建系統(tǒng)性的自動化控制結構。既維護了電氣設備的正常運行，又能加快系統(tǒng)處理器操作效率的提升。1.2 遠程監(jiān)控從使用性能上看，采取遠程監(jiān)控可實現(xiàn)多個方面的改進，如：減少電纜、降低成本、節(jié)約材料等，這些都給220kv 變電站自動化控制創(chuàng)造基礎。遠程監(jiān)控在數(shù)據(jù)傳輸上也能實現(xiàn)遠距離的控制，對于變電站數(shù)據(jù)信號指示能更清晰

3、地顯現(xiàn)出來，幫助作業(yè)人員調(diào)整變電計劃。變電站遠程監(jiān)控見圖1。圖1 變電站遠程監(jiān)控1.3 線路監(jiān)控電氣自動化控制的實現(xiàn)需借助于不同線路作用的發(fā)揮，因為線路是將所有變電設備連接起來的載體。對于不同的電氣裝置選擇的線路連接方法也不一樣，如：隔離刀閘的操作閉鎖和斷路器的連鎖若選擇硬接線則容易引起誤操作，技術人員在自動化設計時應該對線路連接情況加以重視。1.4 現(xiàn)場監(jiān)控對變電站生產(chǎn)現(xiàn)場實施監(jiān)控也是電氣自動化的重點內(nèi)容。因為現(xiàn)場監(jiān)控包含了220kv 變電站運行的所有方面內(nèi)容，規(guī)范了整體生產(chǎn)作業(yè)秩序?，F(xiàn)場監(jiān)控能減少隔離設備、端子柜、i/0 卡件等裝置的數(shù)量，對整個變電系統(tǒng)進行優(yōu)化改進，使企業(yè)在達到生產(chǎn)要求的

4、同時實現(xiàn)技術更新。第2章 220kv 變電設備接地的合理設計電氣設備的接地是自動化運行的保證，只有做好了接地方面的設計安排才能讓各項設備有序運行。2.1 工作接地正常變電過程中，變電站只負責把電壓大小實施轉(zhuǎn)變。工作接地在變電站中是最基本的接地形式，是電氣自動化的基礎。工作接地的主要作用是將電氣工程的操作系統(tǒng)、外圍設備、監(jiān)測裝置等綜合貫穿到一起的接地。變電站工作接地要根據(jù)現(xiàn)有的設備安排，這樣才能保證電氣工程項目的順利實施。2.2 屏蔽接地電磁場的存在會給電氣自動化系統(tǒng)帶來很大的干擾，有時會中斷數(shù)據(jù)信號的傳播。選擇屏蔽接地可有效抵制電磁場造成的各種損害，如：電磁場給人造成的輻射危害等，都能發(fā)揮出很

5、好的屏蔽效果，見圖2。根據(jù)技術檢測結果顯示，電氣設備因遭受電磁場干擾的損壞率達15%左右，設備的程序、參數(shù)、精度都有不同程度的耗損，使用屏蔽接地后則能避免這些問題。圖2 屏蔽接地示意圖2.3 防雷接地220kv 變電站中運用的多數(shù)變電工程由于暴露在外而常受到雷擊破壞。在行業(yè)技術進步的過程中，變電站自身結構及使用的設備變得更加復雜，防雷接地也成為了電氣自動化的重點。尤其是一些大型的變電場所，采用避雷裝置實現(xiàn)防雷接地是建設施工必須具備的。自動化防雷接地時需把握好防雷裝置的區(qū)域劃分，選擇適當?shù)姆览籽b置來保證效果。2.4 保護接地保護接地是負責保護電氣設備安全的結構，設備在正常運行時可發(fā)揮監(jiān)測保護的作

6、用。變電站的保護接地則主要是為了防止電氣工程設備及連接線路出現(xiàn)問題而設置的，如：電流過大、電壓失衡、電阻偏小等，在這些異常狀態(tài)下都可以利用保護接地來控制電氣設備。自動化操控模式運行后能對各種數(shù)據(jù)信號加以區(qū)分，由此維護了變電站自動化運行效率。第3章 220kv變電等電位連接的自動化控制途徑3.1 控制路徑等電位連接設計中，對路徑大小的控制一直都是技術難點。另外，220kv 變電站都是復雜性的電氣結構，若把握不好等電位連接的路徑則會使系統(tǒng)操作失靈。自動化控制中需要嚴格把握好變電站內(nèi)部裝置的結構，企業(yè)在安排設計時需把路徑控制在最短范圍內(nèi)，為各種導電器件創(chuàng)造有利的條件，協(xié)調(diào)好電氣設備的自動化運行狀態(tài)且

7、增強設備性能。3.2 控制網(wǎng)絡電氣網(wǎng)絡的構建能更加系統(tǒng)地控制電氣結構運行，促進變電站自動化水平的提升。在現(xiàn)代電氣技術水平不斷提升的過程中，先進的電氣連接網(wǎng)絡得到了推廣。等電位控制網(wǎng)絡的建立涵蓋著變電站的多項組織，涉及到電氣系統(tǒng)、設備、人員等因素的分配，優(yōu)化不同的連接網(wǎng)絡有助于接地裝置性能的最大發(fā)揮，維持了整個等電位連接的有效性。3.3 控制位置控制等電位連接的具體位置是自動化工程較難掌握的內(nèi)容，因為220kv 變電站自身結構的復雜性而給連接位置分布加大了難度。等電位連接的位置設計能保證連接作用發(fā)揮到最大，變電站的等電位連接分布在lpz0 與lpz1 區(qū)域內(nèi)，若建設的變電站需要用到多個導電物、電

8、力線，對等電位連接數(shù)量的控制應根據(jù)具體的變電站需要而定。3.4 控制型號各種型號的箱體、殼體、機架等都是等電位連接需顧及的方面。不同的等電位連接系統(tǒng)配備電氣裝置也不一樣，等電位連接實現(xiàn)自動化則要保證裝置設備的對號入座，不得隨意使用設備型號，這會給整體結構的性能帶來影響。例如：避雷器、屏蔽器的運用與連接線路中的電壓、電流大小是否符合，若調(diào)試中出現(xiàn)問題需及時改進。第4章 220kv變電電氣運行的管理措施4.1 設備管理企業(yè)在日常管理中要把設備管理作為一項考核指標，要求全體操作人員對電氣設備嚴格管理保護。當引進新的電氣設備之后，在使用前要進行相應的模擬調(diào)試，符合運行標準之后才能正常使用，如：變壓器、

9、變頻器、發(fā)電機等。設備管理也需要做好結構改進方面的工作，對老化、落后的電氣設備需積極改裝，以促進裝置使用性能的提升，如圖3。圖3 設備管理流程4.2 系統(tǒng)管理自動化控制系統(tǒng)設計方案完成后，企業(yè)領導需組織專家和技術人員研究分析。對系統(tǒng)存在的不足或需要改進的地方及時提出來，以防止系統(tǒng)運行后因設計不科學造成各種問題。變電電氣工程的管理系統(tǒng)需包括：線路連接、裝置搭配、操作調(diào)控等，只要一個方面發(fā)生問題則需要立刻更改調(diào)整。4.3 操作管理變電站負責人要對操作人員進行技能考核，保證人員專業(yè)技術過關后才能正式上崗作業(yè)。企業(yè)必須要加強各方面的考核，定期開展專業(yè)技能培訓指導，讓值班人員熟練掌握電氣設備的操作技巧。

10、4.4 故障管理一般情況下，電氣故障管理包括：自診斷、自排查、自檢測等內(nèi)容。在此過程中，設備操作人員及時發(fā)現(xiàn)故障問題，要提高設備故障問題的管理，改善電力運行效率，促進變電企業(yè)自動化水平的提升2。第5章 基于220kv電氣自動化控制系統(tǒng)的城市終端站設計隨著城市建設的高速發(fā)展，城市電網(wǎng)建設已經(jīng)成為當前電力建設的重要內(nèi)容。現(xiàn)將220kv城市終端站設計介紹如下。5.1 設計原則在城市電網(wǎng)建設中，首先應當解決的是城市變電站的建設問題，建設城市變電站應當遵循的基本原則是：（1）足夠的變電容量以滿足供電區(qū)域內(nèi)中長期規(guī)劃預測的負荷要求；（2）可靠靈活的主接線方式；（3）結構緊湊，設備體積小，占地面積??；（4）

11、主設備技術性能優(yōu)越，可靠性高，檢修頻率低，噪聲低；（5）自動化程度高，通信誤碼率低，可靠性高。5.2 電氣主接線(1)220kv城市終端站電氣主接線一般分3個電壓等級，由3組帶斷路器的線路變壓器組構成。(2)220kv設置線路閘刀、電流互感器、斷路器、氧化鋅避雷器、電纜頭及主變，共同構成線路變壓器組。(3)110kv為單母線分段，各段母線各與1臺主變相連，各帶多路出線。(4)35kv為單母線分段，各段母線帶多路出線，每臺主變分別通過2臺35kv斷路器接于2段。(5)35kv母線上有3臺分段斷路器。5.3 配電裝置5.3.1 220kv配電裝置及主變220kv配電裝置選擇室內(nèi)布置，采用傳統(tǒng)的獨立

12、電器，相間距離3.5m，依次為電纜頭、單側(cè)帶接地刀的線路閘刀、單斷口六氟化硫斷路器、氧化鋅避雷器，最后接主變。斷路器與線路閘刀之問留作通道，作為檢修運輸通道。變壓器的選擇對城市變電站來說又有著特殊的要求。體積小、噪音低、阻燃性好、可靠性高，就應是選擇變壓器要突出考慮的性能。220kv配電裝置與主變共處一室，主要是防噪聲。變壓器可采用低噪聲強油風冷，散熱器分體安裝于室外。5.3.2 110kv配電裝置110kv配電裝置采用三相共箱式結構的全封閉六氟化硫140絕緣的組合電器，選擇gis戶內(nèi)布置，這是在國內(nèi)城市變電站設備選型中常用的做法。gis的結構為緊湊型三相共箱式，三相導體共面布置，所有開關設備

13、均采用了彈簧p電動操動機構，由1臺機構操作，三相聯(lián)動。由于無需壓縮空氣供給系統(tǒng)，從而實現(xiàn)了無油化、無氣化。斷路器采用了自能熄弧研究的最新成果：氣吹壓力與開斷電流自適應熄弧原理。開斷額定斷路電流所需的能量大部分取自電弧本身，大幅度減少了對操作能量的需求，操作功約為同等開斷容量壓氣式斷路器的2025。斷路器配置了低操作功、無維護或少維護、高可靠性的彈簧操動機構。此外，提供多種主接線方案，配置方式靈活。5.3.3 35kv配電裝置35kv配電裝置采用進口全封閉六氟化硫絕緣的組合電器，雙列布置，頭尾相接，容易處理單母線分段的接線型式。每個間隔寬度為 0.60.8m，雙列布置。5.4 電氣平面布置變電站

14、主要設備分布在綜合樓及 220kv配電裝置樓。5.4.1 綜合樓綜合樓底層布置350kv配電裝置及3臺所變，220kvgis采用背靠背雙列布置。由于兩列裝置之間有土建結構樁頭，因此，對于背后有接線的gis需適當拉開距離，以便施工檢修。第2層為電纜層，主要敷設110kv電纜出線，110kvgis及 35kvgis 絕緣母線與主變的接口等。第3層布置110kv配電裝置gis。除 110kvgis#b，還設有配套的壓縮機房。第4層為控制層，設有控制室及繼電保護室?？刂剖蚁旅娌辉O電纜層，控制電纜經(jīng)豎井上來后，經(jīng)過控制室架空地板進入各相應設備。綜合樓地下層為箱形基礎，箱形基礎同時作為110、35kv電力

15、電纜通道。箱形基礎靠圍墻一側(cè)，設有4只豎井及2只工作井，電纜通過兩井與排管連接，上面通過豎井到電纜層及控制室。5.4.2 220kv配電裝置樓配電裝置樓共有3個單元，每個單元布置1組線路變壓器組，每個單元間隔寬度為14m，單元之間設敞開式5m通道，作為主變散熱器安裝位置及接地變壓器位置，接地變壓器采用過街樓式安排，以利主變散熱器通風散熱。5.5 系統(tǒng)保護5.5.1 220kv線路保護220kv線路與主變保護屏、直流屏、所用配電屏等布置在繼電保護室。主變高壓側(cè)裝設斷路器，主變故障時不需傳送遠方跳閘命令。為了簡化保護配置，擬采用相間電流和零序電流速斷作為220kv線路主保護，并在送電端配置以下保護

16、：(1) 相間電流速斷保護，瞬間跳閘；(2)定時限過流保護，延時跳閘：(3)零序電流速斷保護，瞬時跳閘；(4)零序過流保護，延時跳閘；(5)斷路器失靈保護。以上保護除斷路器失靈保護外，均配置2套，實現(xiàn)與主變雙重保護。送電站的1套重合閘裝置在線路單相故障時，斷路器跳三相，然后進行三相重合：相間故障時，斷路器跳三相，不進行重合。5.5.2 主變保護電力變壓器是電力系統(tǒng)中十分重要的供電設備，它的故障將對供電可靠性和系統(tǒng)的正常運行帶來嚴重的影響，同時大容量的電力變壓器也是非常貴重的設備。5.5.3 110kv線路保護采用微機控制，包括電流速斷、過電流兩階段；零序電流速斷和零序過流2段保護。5.5.4

17、35kv線路保護采用電流速斷、過電流和零序過電流保護。5.5.5 母線保護110kv母線為單母線分段接線方式，每段母線配置1套三相式母線差動保護，母差保護動作瞬時切除主變110kv進線斷路器、分段斷路器及母線上聯(lián)絡線斷路器，母差動作時閉鎖分段自切。35kv母線為單母線分段接線方式，每段母線配置1套三相式母線差動保護，母差保護動作瞬時切除主變35kv進線斷路器、分段斷路器，母差動作時閉鎖分段自切并切除35kv母線上聯(lián)絡線斷路器。5.5.6 自動裝置35kv和110kv母線分別裝設備用電源自動切換裝置。每回35kv線路均裝設按周減載裝置3。六、結論變電站是我國電力行業(yè)的重要結構組成，在轉(zhuǎn)變電壓大小

18、過程中發(fā)揮了無可替代的作用。面對新時期電力行業(yè)技術的發(fā)展，變電站必須要堅持走技術革新道路，積極實現(xiàn)電氣設備運行的自動化。設備接地、等電位連接、自動化管理等，這些都是設備運行需要關注的重點內(nèi)容，企業(yè)在制定生產(chǎn)計劃時要將其歸納在構建自動化模式里。參考文獻1陳文麗. 220kv 變電站綜合自動化改造j.農(nóng)村電氣化,2007,(6).2何小勉. 電力自動化裝置的抗干擾措施j.中小企業(yè)管理與科技(上旬刊), 2009,(10).3李小松. 談220kv變電電氣自動化j.福建省電力工程承包公司,2012,(8).4蔡德煌. 電力自動化補償技術分析j.中小企業(yè)管理與科技(上旬刊),2009,(10).5于海

19、英.淺談電氣自動化在樓宇自控系統(tǒng)中的應用j.黑龍江科技信息,2009,(1).6繆慶慶,肖云東,陳曉紅,劉錦英. 輸變電資產(chǎn)全壽命周期成本模型應用研究a.壽命周期費用技術與協(xié)調(diào)發(fā)展c.2010.7胡偉,阮江軍,文武,余世峰,劉媛,周軍. 電力變壓器壽命周期費用分析與建模a.壽命周期費用技術與循環(huán)經(jīng)濟c.2008.8鄭忠明.談談暖通空調(diào)系統(tǒng)如何節(jié)能j.科技信息(科學教研)，2007(21):致謝時光飛勢，彈指一揮間電力電子技術課程已結束，在論文完成之際，首先感謝我的導師吳金華老師對我的悉心指導和不倦教誨，導師嚴謹?shù)闹螌W作風、敏銳的洞察力、孜孜以求的精神，都值得我學習，為我在未來的工作與學習樹立了榜樣，從論文題目的確定，到論文的撰寫、修改、最終定稿，無不滲透著詹慧珍老師的心血。其次，感謝江西應用技術職業(yè)學院給我提供了這