畢業(yè)論文220kV變電站電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)淺析及其應(yīng)用

1、江西應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程系畢業(yè)論文220kv變電站電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)淺析及其應(yīng)用摘要目錄引言電力行業(yè)的發(fā)展促進(jìn)了電力技術(shù)的革新，在社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)逐漸發(fā)展的同時(shí)，我國(guó)的變電站也面臨著新操作模式的調(diào)整。電氣自動(dòng)化開(kāi)始成為220kv 變電運(yùn)行的重點(diǎn)內(nèi)容，對(duì)自動(dòng)化相關(guān)的問(wèn)題深入分析可促進(jìn)變電站變電性能的改善。電氣設(shè)備的接地與等電位連接在變電站運(yùn)行中有著重要的作用，對(duì)這兩方面自動(dòng)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(dòng)化的實(shí)現(xiàn)必須要有一個(gè)完整的電氣系統(tǒng)，這樣才能為自動(dòng)化運(yùn)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(shè)備操作，每個(gè)設(shè)備的操作都會(huì)

2、給變電站處理電壓提供幫助?？刂葡到y(tǒng)的自動(dòng)化應(yīng)安排各項(xiàng)針對(duì)性的調(diào)控方式，以從多個(gè)角度對(duì)設(shè)備實(shí)施監(jiān)控，避免電氣設(shè)備發(fā)生異常狀況。1.1 集中監(jiān)控當(dāng)前，我國(guó)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(duì)變電站采取集中控制模式能協(xié)調(diào)好各個(gè)設(shè)備之間的運(yùn)行，創(chuàng)建系統(tǒng)性的自動(dòng)化控制結(jié)構(gòu)。既維護(hù)了電氣設(shè)備的正常運(yùn)行，又能加快系統(tǒng)處理器操作效率的提升。1.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控從使用性能上看，采取遠(yuǎn)程監(jiān)控可實(shí)現(xiàn)多個(gè)方面的改進(jìn)，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(dòng)化控制創(chuàng)造基礎(chǔ)。遠(yuǎn)程監(jiān)控在數(shù)據(jù)傳輸上也能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的控制，對(duì)于變電站數(shù)據(jù)信號(hào)指示能更清晰

3、地顯現(xiàn)出來(lái)，幫助作業(yè)人員調(diào)整變電計(jì)劃。變電站遠(yuǎn)程監(jiān)控見(jiàn)圖1。圖1 變電站遠(yuǎn)程監(jiān)控1.3 線路監(jiān)控電氣自動(dòng)化控制的實(shí)現(xiàn)需借助于不同線路作用的發(fā)揮，因?yàn)榫€路是將所有變電設(shè)備連接起來(lái)的載體。對(duì)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(shù)人員在自動(dòng)化設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該對(duì)線路連接情況加以重視。1.4 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控對(duì)變電站生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施監(jiān)控也是電氣自動(dòng)化的重點(diǎn)內(nèi)容。因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控包含了220kv 變電站運(yùn)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(chǎng)監(jiān)控能減少隔離設(shè)備、端子柜、i/0 卡件等裝置的數(shù)量，對(duì)整個(gè)變電系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，使企業(yè)在達(dá)到生產(chǎn)要求的

4、同時(shí)實(shí)現(xiàn)技術(shù)更新。第2章 220kv 變電設(shè)備接地的合理設(shè)計(jì)電氣設(shè)備的接地是自動(dòng)化運(yùn)行的保證，只有做好了接地方面的設(shè)計(jì)安排才能讓各項(xiàng)設(shè)備有序運(yùn)行。2.1 工作接地正常變電過(guò)程中，變電站只負(fù)責(zé)把電壓大小實(shí)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(dòng)化的基礎(chǔ)。工作接地的主要作用是將電氣工程的操作系統(tǒng)、外圍設(shè)備、監(jiān)測(cè)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(shè)備安排，這樣才能保證電氣工程項(xiàng)目的順利實(shí)施。2.2 屏蔽接地電磁場(chǎng)的存在會(huì)給電氣自動(dòng)化系統(tǒng)帶來(lái)很大的干擾，有時(shí)會(huì)中斷數(shù)據(jù)信號(hào)的傳播。選擇屏蔽接地可有效抵制電磁場(chǎng)造成的各種損害，如：電磁場(chǎng)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(jiàn)圖2。根據(jù)技術(shù)檢測(cè)結(jié)果顯示，電氣設(shè)備因遭受電磁場(chǎng)干擾的損壞率達(dá)15%左右，設(shè)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(wèn)題。圖2 屏蔽接地示意圖2.3 防雷接地220kv 變電站中運(yùn)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(shù)進(jìn)步的過(guò)程中，變電站自身結(jié)構(gòu)及使用的設(shè)備變得更加復(fù)雜，防雷接地也成為了電氣自動(dòng)化的重點(diǎn)。尤其是一些大型的變電場(chǎng)所，采用避雷裝置實(shí)現(xiàn)防雷接地是建設(shè)施工必須具備的。自動(dòng)化防雷接地時(shí)需把握好防雷裝置的區(qū)域劃分，選擇適當(dāng)?shù)姆览籽b置來(lái)保證效果。2.4 保護(hù)接地保護(hù)接地是負(fù)責(zé)保護(hù)電氣設(shè)備安全的結(jié)構(gòu)，設(shè)備在正常運(yùn)行時(shí)可發(fā)揮監(jiān)測(cè)保護(hù)的作

6、用。變電站的保護(hù)接地則主要是為了防止電氣工程設(shè)備及連接線路出現(xiàn)問(wèn)題而設(shè)置的，如：電流過(guò)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(hù)接地來(lái)控制電氣設(shè)備。自動(dòng)化操控模式運(yùn)行后能對(duì)各種數(shù)據(jù)信號(hào)加以區(qū)分，由此維護(hù)了變電站自動(dòng)化運(yùn)行效率。第3章 220kv變電等電位連接的自動(dòng)化控制途徑3.1 控制路徑等電位連接設(shè)計(jì)中，對(duì)路徑大小的控制一直都是技術(shù)難點(diǎn)。另外，220kv 變電站都是復(fù)雜性的電氣結(jié)構(gòu)，若把握不好等電位連接的路徑則會(huì)使系統(tǒng)操作失靈。自動(dòng)化控制中需要嚴(yán)格把握好變電站內(nèi)部裝置的結(jié)構(gòu)，企業(yè)在安排設(shè)計(jì)時(shí)需把路徑控制在最短范圍內(nèi)，為各種導(dǎo)電器件創(chuàng)造有利的條件，協(xié)調(diào)好電氣設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)行狀態(tài)且

7、增強(qiáng)設(shè)備性能。3.2 控制網(wǎng)絡(luò)電氣網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建能更加系統(tǒng)地控制電氣結(jié)構(gòu)運(yùn)行，促進(jìn)變電站自動(dòng)化水平的提升。在現(xiàn)代電氣技術(shù)水平不斷提升的過(guò)程中，先進(jìn)的電氣連接網(wǎng)絡(luò)得到了推廣。等電位控制網(wǎng)絡(luò)的建立涵蓋著變電站的多項(xiàng)組織，涉及到電氣系統(tǒng)、設(shè)備、人員等因素的分配，優(yōu)化不同的連接網(wǎng)絡(luò)有助于接地裝置性能的最大發(fā)揮，維持了整個(gè)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(dòng)化工程較難掌握的內(nèi)容，因?yàn)?20kv 變電站自身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性而給連接位置分布加大了難度。等電位連接的位置設(shè)計(jì)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(shè)的變電站需要用到多個(gè)導(dǎo)電物、電

8、力線，對(duì)等電位連接數(shù)量的控制應(yīng)根據(jù)具體的變電站需要而定。3.4 控制型號(hào)各種型號(hào)的箱體、殼體、機(jī)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化則要保證裝置設(shè)備的對(duì)號(hào)入座，不得隨意使用設(shè)備型號(hào)，這會(huì)給整體結(jié)構(gòu)的性能帶來(lái)影響。例如：避雷器、屏蔽器的運(yùn)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(wèn)題需及時(shí)改進(jìn)。第4章 220kv變電電氣運(yùn)行的管理措施4.1 設(shè)備管理企業(yè)在日常管理中要把設(shè)備管理作為一項(xiàng)考核指標(biāo)，要求全體操作人員對(duì)電氣設(shè)備嚴(yán)格管理保護(hù)。當(dāng)引進(jìn)新的電氣設(shè)備之后，在使用前要進(jìn)行相應(yīng)的模擬調(diào)試，符合運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)之后才能正常使用，如：變壓器、

9、變頻器、發(fā)電機(jī)等。設(shè)備管理也需要做好結(jié)構(gòu)改進(jìn)方面的工作，對(duì)老化、落后的電氣設(shè)備需積極改裝，以促進(jìn)裝置使用性能的提升，如圖3。圖3 設(shè)備管理流程4.2 系統(tǒng)管理自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案完成后，企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)需組織專家和技術(shù)人員研究分析。對(duì)系統(tǒng)存在的不足或需要改進(jìn)的地方及時(shí)提出來(lái)，以防止系統(tǒng)運(yùn)行后因設(shè)計(jì)不科學(xué)造成各種問(wèn)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(gè)方面發(fā)生問(wèn)題則需要立刻更改調(diào)整。4.3 操作管理變電站負(fù)責(zé)人要對(duì)操作人員進(jìn)行技能考核，保證人員專業(yè)技術(shù)過(guò)關(guān)后才能正式上崗作業(yè)。企業(yè)必須要加強(qiáng)各方面的考核，定期開(kāi)展專業(yè)技能培訓(xùn)指導(dǎo)，讓值班人員熟練掌握電氣設(shè)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(cè)等內(nèi)容。在此過(guò)程中，設(shè)備操作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障問(wèn)題，要提高設(shè)備故障問(wèn)題的管理，改善電力運(yùn)行效率，促進(jìn)變電企業(yè)自動(dòng)化水平的提升2。第5章 基于220kv電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的城市終端站設(shè)計(jì)隨著城市建設(shè)的高速發(fā)展，城市電網(wǎng)建設(shè)已經(jīng)成為當(dāng)前電力建設(shè)的重要內(nèi)容?，F(xiàn)將220kv城市終端站設(shè)計(jì)介紹如下。5.1 設(shè)計(jì)原則在城市電網(wǎng)建設(shè)中，首先應(yīng)當(dāng)解決的是城市變電站的建設(shè)問(wèn)題，建設(shè)城市變電站應(yīng)當(dāng)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(zhǎng)期規(guī)劃預(yù)測(cè)的負(fù)荷要求；（2）可靠靈活的主接線方式；（3）結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)備體積小，占地面積小；（4）

11、主設(shè)備技術(shù)性能優(yōu)越，可靠性高，檢修頻率低，噪聲低；（5）自動(dòng)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(gè)電壓等級(jí)，由3組帶斷路器的線路變壓器組構(gòu)成。(2)220kv設(shè)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(gòu)成線路變壓器組。(3)110kv為單母線分段，各段母線各與1臺(tái)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(tái)主變分別通過(guò)2臺(tái)35kv斷路器接于2段。(5)35kv母線上有3臺(tái)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(dú)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(wèn)留作通道，作為檢修運(yùn)輸通道。變壓器的選擇對(duì)城市變電站來(lái)說(shuō)又有著特殊的要求。體積小、噪音低、阻燃性好、可靠性高，就應(yīng)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(qiáng)油風(fēng)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(jié)構(gòu)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(guó)內(nèi)城市變電站設(shè)備選型中常用的做法。gis的結(jié)構(gòu)為緊湊型三相共箱式，三相導(dǎo)體共面布置，所有開(kāi)關(guān)設(shè)備

13、均采用了彈簧p電動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)，由1臺(tái)機(jī)構(gòu)操作，三相聯(lián)動(dòng)。由于無(wú)需壓縮空氣供給系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了無(wú)油化、無(wú)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(kāi)斷電流自適應(yīng)熄弧原理。開(kāi)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(duì)操作能量的需求，操作功約為同等開(kāi)斷容量壓氣式斷路器的2025。斷路器配置了低操作功、無(wú)維護(hù)或少維護(hù)、高可靠性的彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)。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(jìn)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(gè)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(shè)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(tái)所變，220kvgis采用背靠背雙列布置。由于兩列裝置之間有土建結(jié)構(gòu)樁頭，因此，對(duì)于背后有接線的gis需適當(dāng)拉開(kāi)距離，以便施工檢修。第2層為電纜層，主要敷設(shè)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(shè)有配套的壓縮機(jī)房。第4層為控制層，設(shè)有控制室及繼電保護(hù)室?？刂剖蚁旅娌辉O(shè)電纜層，控制電纜經(jīng)豎井上來(lái)后，經(jīng)過(guò)控制室架空地板進(jìn)入各相應(yīng)設(shè)備。綜合樓地下層為箱形基礎(chǔ)，箱形基礎(chǔ)同時(shí)作為110、35kv電力

15、電纜通道。箱形基礎(chǔ)靠圍墻一側(cè)，設(shè)有4只豎井及2只工作井，電纜通過(guò)兩井與排管連接，上面通過(guò)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(gè)單元，每個(gè)單元布置1組線路變壓器組，每個(gè)單元間隔寬度為14m，單元之間設(shè)敞開(kāi)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(guò)街樓式安排，以利主變散熱器通風(fēng)散熱。5.5 系統(tǒng)保護(hù)5.5.1 220kv線路保護(hù)220kv線路與主變保護(hù)屏、直流屏、所用配電屏等布置在繼電保護(hù)室。主變高壓側(cè)裝設(shè)斷路器，主變故障時(shí)不需傳送遠(yuǎn)方跳閘命令。為了簡(jiǎn)化保護(hù)配置，擬采用相間電流和零序電流速斷作為220kv線路主保護(hù)，并在送電端配置以下保護(hù)

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

17、35kv線路保護(hù)采用電流速斷、過(guò)電流和零序過(guò)電流保護(hù)。5.5.5 母線保護(hù)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(dòng)保護(hù)，母差保護(hù)動(dòng)作瞬時(shí)切除主變110kv進(jìn)線斷路器、分段斷路器及母線上聯(lián)絡(luò)線斷路器，母差動(dòng)作時(shí)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(dòng)保護(hù)，母差保護(hù)動(dòng)作瞬時(shí)切除主變35kv進(jìn)線斷路器、分段斷路器，母差動(dòng)作時(shí)閉鎖分段自切并切除35kv母線上聯(lián)絡(luò)線斷路器。5.5.6 自動(dòng)裝置35kv和110kv母線分別裝設(shè)備用電源自動(dòng)切換裝置。每回35kv線路均裝設(shè)按周減載裝置3。六、結(jié)論變電站是我國(guó)電力行業(yè)的重要結(jié)構(gòu)組成，在轉(zhuǎn)變電壓大小

18、過(guò)程中發(fā)揮了無(wú)可替代的作用。面對(duì)新時(shí)期電力行業(yè)技術(shù)的發(fā)展，變電站必須要堅(jiān)持走技術(shù)革新道路，積極實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備運(yùn)行的自動(dòng)化。設(shè)備接地、等電位連接、自動(dòng)化管理等，這些都是設(shè)備運(yùn)行需要關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容，企業(yè)在制定生產(chǎn)計(jì)劃時(shí)要將其歸納在構(gòu)建自動(dòng)化模式里。參考文獻(xiàn)1陳文麗. 220kv 變電站綜合自動(dòng)化改造j.農(nóng)村電氣化,2007,(6).2何小勉. 電力自動(dòng)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(dòng)化j.福建省電力工程承包公司,2012,(8).4蔡德煌. 電力自動(dòng)化補(bǔ)償技術(shù)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(dòng)化在樓宇自控系統(tǒng)中的應(yīng)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(yīng)用研究a.壽命周期費(fèi)用技術(shù)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(fèi)用分析與建模a.壽命周期費(fèi)用技術(shù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)c.2008.8鄭忠明.談?wù)勁照{(diào)系統(tǒng)如何節(jié)能j.科技信息(科學(xué)教研)，2007(21):致謝時(shí)光飛勢(shì)，彈指一揮間電力電子技術(shù)課程已結(jié)束，在論文完成之際，首先感謝我的導(dǎo)師吳金華老師對(duì)我的悉心指導(dǎo)和不倦教誨，導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)、敏銳的洞察力、孜孜以求的精神，都值得我學(xué)習(xí)，為我在未來(lái)的工作與學(xué)習(xí)樹(shù)立了榜樣，從論文題目的確定，到論文的撰寫(xiě)、修改、最終定稿，無(wú)不滲透著詹慧珍老師的心血。其次，感謝江西應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院給我提供了這