220kV变电站电气自动化控制系统浅析及其应用 毕业论文.doc

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1、 3 220kV 变电站电气自动化控制系统浅析及其应用 引言 电力行业的发展促进了电力技术的革新，在社会主义市场经济逐渐发展的同时，我国的变 电站也面临着新操作模式的调整。电气自动化开始成为220kV 变电运行的重点内容，对自动化 相关的问题深入分析可促进变电站变电性能的改善。电气设备的接地与等电位连接在变电站运 行中有着重要的作用，对这两方面自动化状态的分析有着重要的意义。 第一章 控制系统的具体布置 1 220kV 变电电气自动化的实现必须要有一个完整的电气系统，这样才能为自动化运行创造 有利的条件。变电站正常工作状态下需要借助于各种电气设备操作，每个设备的操作都会给变 电站处理电压提供帮

2、助。控制系统的自动化应安排各项针对性的调控方式，以从多个角度对设 备实施监控，避免电气设备发生异常状况。 1.1 集中监控 当前，我国的220kV 变电站属于电力行业的重要变电装置，原始电压值大小转变都是由变 电站功能完成。对变电站采取集中控制模式能协调好各个设备之间的运行，创建系统性的自动 化控 制结构。既维护了电气设备的正常运行，又能加快系统处理器操作效率的提升。 1.2 远程监控 4 从使用性能上看，采取远程监控可实现多个方面的改进，如：减少电缆、降低成本、节约 材料等，这些都给220kV 变电站自动化控制创造基础。远程监控在数据传输上也能实现远距离 的控制，对于变电站数据信号指示能更清

3、晰地显现出来，帮助作业人员调整变电计划。变电站 远程监控见图1。 图1 变电站远程监控 1.3 线路监控 电气自动化控制的实现需借助于不同线路作用的发挥，因为线路是将所有变电设备连接起 来的载体。对于不同的电气装置选择的线路连接方法也不一样，如：隔离刀闸的操作闭锁和断 路器的连锁若选择硬接线则容易引起误操作，技术人员在自动化设计时应该对线路连接情况加 以重视。 1.4 现场监控 5 对变电站生产现场实施监控也是电气自动化的重点内容。因为现场监控包含了220kV 变电 站运行的所有方面内容，规范了整体生产作业秩序。现场监控能减少隔离设备、端子柜、I/0 卡件等装置的数量，对整个变电系统进行优化改

4、进，使企业在达到生产要求的同时实现技术更 新。 第2章 220kV 变电设备接地的合理设计 电气设备的接地是自动化运行的保证，只有做好了接地方面的设计安排才能让各项设备有 序运行。 2.1 工作接地 正常变电过程中，变电站只负责把电压大小实施转变。工作接地在变电站中是最基本的接 地形式，是电气自动化的基础。工作接地的主要作用是将电气工程的操作系统、外围设备、监 测装置等综合贯穿到一起的接地。变电站工作接地要根据现有的设备安排，这样才能保证电气 工程项目的顺利实施。 2.2 屏蔽接地 电磁场的存在会给电气自动化系统带来很大的干扰，有时会中断数据信号的传播。选择屏 蔽接地可有效抵制电磁场造成的各种

5、损害，如：电磁场给人造成的辐射危害等，都能发挥出很 好的屏蔽效果，见图2。根据技术检测结果显示，电气设备因遭受电磁场干扰的损坏率达15%左 右，设备的程序、参数、精度都有不同程度的耗损，使用屏蔽接地后则能避免这些问题。 6 图2 屏蔽接地示意图 2.3 防雷接地 220kV 变电站中运用的多数变电工程由于暴露在外而常受到雷击破坏。在行业技术进步的 过程中，变电站自身结构及使用的设备变得更加复杂，防雷接地也成为了电气自动化的重点。 尤其是一些大型的变电场所，采用避雷装置实现防雷接地是建设施工必须具备的。自动化防雷 接地时需把握好防雷装置的区域划分，选择适当的防雷装置来保证效果。 2.4 保护接地

6、 7 保护接地是负责保护电气设备安全的结构，设备在正常运行时可发挥监测保护的作用。变 电站的保护接地则主要是为了防止电气工程设备及连接线路出现问题而设置的，如：电流过大、 电压失衡、电阻偏小等，在这些异常状态下都可以利用保护接地来控制电气设备。自动化操控 模式运行后能对各种数据信号加以区分，由此维护了变电站自动化运行效率。 第3章 220kV变电等电位连接的自动化控制途径 3.1 控制路径 等电位连接设计中，对路径大小的控制一直都是技术难点。另外，220kV 变电站都是复杂 性的电气结构，若把握不好等电位连接的路径则会使系统操作失灵。自动化控制中需要严格把 握好变电站内部装置的结构，企业在安排

7、设计时需把路径控制在最短范围内，为各种导电器件 创造有利的条件，协调好电气设备的自动化运行状态且增强设备性能。 3.2 控制网络 电气网络的构建能更加系统地控制电气结构运行，促进变电站自动化水平的提升。在现代 电气技术水平不断提升的过程中，先进的电气连接网络得到了推广。等电位控制网络的建立涵 盖着变电站的多项组织，涉及到电气系统、设备、人员等因素的分配，优化不同的连接网络有 助于接地装置性能的最大发挥，维持了整个等电位连接的有效性。 3.3 控制位置 控制等电位连接的具体位置是自动化工程较难掌握的内容，因为220kV 变电站自身结构的 复杂性而给连接位置分布加大了难度。等电位连接的位置设计能保

8、证连接作用发挥到最大，变 电站的等电位连接分布在LPZ0 与LPZ1 区域内，若建设的变电站需要用到多个导电物、电力线， 对等电位连接数量的控制应根据具体的变电站需要而定。 8 3.4 控制型号 各种型号的箱体、壳体、机架等都是等电位连接需顾及的方面。不同的等电位连接系统配 备电气装置也不一样，等电位连接实现自动化则要保证装置设备的对号入座，不得随意使用设 备型号，这会给整体结构的性能带来影响。例如：避雷器、屏蔽器的运用与连接线路中的电压、 电流大小是否符合，若调试中出现问题需及时改进。 第4章 220kV变电电气运行的管理措施 4.1 设备管理 企业在日常管理中要把设备管理作为一项考核指标，

9、要求全体操作人员对电气设备严格管 理保护。当引进新的电气设备之后，在使用前要进行相应的模拟调试，符合运行标准之后才能 正常使用，如：变压器、变频器、发电机等。设备管理也需要做好结构改进方面的工作，对老 化、落后的电气设备需积极改装，以促进装置使用性能的提升，如图3。 图3 设备管理流程 4.2 系统管理 自动化控制系统设计方案完成后，企业领导需组织专家和技术人员研究分析。对系统存在 的不足或需要改进的地方及时提出来，以防止系统运行后因设计不科学造成各种问题。变电电 气工程的管理系统需包括：线路连接、装置搭配、操作调控等，只要一个方面发生问题则需要 9 立刻更改调整。 4.3 操作管理 变电站负

10、责人要对操作人员进行技能考核，保证人员专业技术过关后才能正式上岗作业。 企业必须要加强各方面的考核，定期开展专业技能培训指导，让值班人员熟练掌握电气设备的 操作技巧。 4.4 故障管理 一般情况下，电气故障管理包括：自诊断、自排查、自检测等内容。在此过程中，设备操 作人员及时发现故障问题，要提高设备故障问题的管理，改善电力运行效率，促进变电企业自 动化水平的提升 2。 第5章 基于220kv电气自动化控制系统的城市终端站 设计 随着城市建设的高速发展，城市电网建设已经成为当前电力建设的重要内容。现将220kV城 市终端站设计介绍如下。 5.1 设计原则 在城市电网建设中，首先应当解决的是城市变

11、电站的建设问题，建设城市变电站应当遵循 的基本原则是： （1）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； （2）可靠灵活的主接线方式； （3）结构紧凑，设备体积小，占地面积小； 10 （4）主设备技术性能优越，可靠性高，检修频率低，噪声低； （5）自动化程度高，通信误码率低，可靠性高。 5.2 电气主接线 (1)220kV城市终端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。 (2)220kV设置线路闸刀、电流互感器、断路器、氧化锌避雷器、电缆头及主变，共同构成 线路变压器组。 (3)110kV为单母线分段，各段母线各与1台主变相连，各带多路出线。 (4)35

12、kV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2段。 (5)35kV母线上有3台分段断路器。 5.3 配电装置 5.3.1 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 刀之问留作通道，作为检修运输通道。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，就应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

13、室外。 5.3.2 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140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 11 共面布置，所有开关设备均采用了弹簧P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。断路器采用了自能熄弧研究的最新成果：气 吹压力与开断电流自适应熄弧原理。开断额定断路电流所需的能量大部分取自电弧本身，大幅 度减少了对操作能量的需求，操作功约为同等开断容量压气式断路器的2025。断路器配置 了低操作功、无维护或少维护、高可靠性

14、的弹簧操动机构。此外，提供多种主接线方案，配置 方式灵活。 5.3.3 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 0.60.8m，双列布置。 5.4 电气平面布置 变电站主要设备分布在综合楼及 220kv配电装置楼。 5.4.1 综合楼 综合楼底层布置350kV配电装置及3台所变，220kVGIS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。第2层为 电缆层，主要敷设110kV电缆出线，110kVGIS及 35kVGIS 绝缘母线与

15、主变的接口等。第3层布置 110kV配电装置GIS。除 110kVGIS#b，还设有配套的压缩机房。第4层为控制层，设有控制室及 继电保护室。控制室下面不设电缆层，控制电缆经竖井上来后，经过控制室架空地板进入各相 应设备。综合楼地下层为箱形基础，箱形基础同时作为110、35kV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。 12 5.4.2 220kV配电装置楼 配电装置楼共有3个单元，每个单元布置1组线路变压器组，每个单元间隔宽度为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

16、过街楼式 安排，以利主变散热器通风散热。 5.5 系统保护 5.5.1 220kV线路保护 220kV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： (1)相间电流速断保护，瞬间跳闸；(2)定时限过流保护，延时跳闸：(3)零序电流速断保护， 瞬时跳闸；(4)零序过流保护，延时跳闸；(5)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1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

17、合：相间故障时，断路器跳三相，不进行重合。 5.5.2 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。 5.5.3 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。 13 5.5.4 35kV线路保护 采用电流速断、过电流和零序过电流保护。 5.5.5 母线保护 110kV母线为单母线分段接线方式，每段母线配置1套三相式母线差动保护，母差保护动作 瞬时切除主变110kV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

18、母线为单母线分段接线方式，每段母线配置1套三相式母线差动保护，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。 5.5.6 自动装置 35kV和110kV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 3。 六、结论 变电站是我国电力行业的重要结构组成，在转变电压大小过程中发挥了无可替代的作用。 面对新时期电力行业技术的发展，变电站必须要坚持走技术革新道路，积极实现电气设备运行 的自动化。设备接地、等电位连接、自动化管理等，这些都是设备运行需要关注的重点内容， 企业在制定生产计划时要将其归纳在构建自动化模

19、式里。 参考文献 1陈文丽. 220kV 变电站综合自动化改造J.农村电气化,2007,(6). 2何小勉. 电力自动化装置的抗干扰措施J.中小企业管理与科技(上旬刊), 2009,(10). 3李小松. 谈220kV变电电气自动化J.福建省电力工程承包公司,2012,(8). 14 4蔡德煌. 电力自动化补偿技术分析J.中小企业管理与科技(上旬刊),2009,(10). 5于海英.浅谈电气自动化在楼宇自控系统中的应用J.黑龙江科技信息,2009,(1). 6缪庆庆,肖云东,陈晓红,刘锦英. 输变电资产全寿命周期成本模型应用研究A.寿命周期费用技术与协 调发展C.2010. 7胡伟,阮江军,文

20、武,余世峰,刘媛,周军. 电力变压器寿命周期费用分析与建模A.寿命周期费用技术与 循环经济C.2008. 8郑忠明.谈谈暖通空调系统如何节能J.科技信息(科学教研) ，2007(21): 致谢 时光飞势，弹指一挥间电力电子技术课程已结束，在论文完成之际，首先感谢我的导师 对 我的悉心指导和不倦教诲，导师严谨的治学作风、敏锐的洞察力、孜孜以求的精神，都值得我 学习，为我在未来的工作与学习树立了榜样，从论文题目的确定，到论文的撰写、修改、最终 定稿，无不渗透着 老师的心血。 其次，感谢江西应用技术职业学院给我提供了这么好的学习环境，感谢所有支持我帮助我 的同学们，在完成设计期间给了我很多的建议，对

21、论文中所遇到的难题也提出了自己的见解， 感谢我所有的家人及朋友在我多年的学习生涯中对我的支持。 感谢在百忙之中抽出时间对我的论文进行指导的老师。在以后的学习中，我将会更加努力， 将良好的学习习惯发扬下去。 声明 本人郑重声明：所呈交的毕业论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。 除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成 果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到 15 本声明的法律责任由本人承担。 毕业论文成绩评定表 专业 电气自动化技术 班级 10 电自 01 班 姓 名 刘 亮 论文题目 评定

22、内容 论文 选题 资料 利用 知识 掌握 实践 能力 科研 能力 论文完 成情况 写作 能力 写作 规范 总成绩 成绩 评分 标准 10 分 10 分 20 分 20 分 10 分 10 分 10 分 10 分 100 分 指导教师 初审成绩 (权重 40%) 实际 评分 评定 内容 论文 选题 资料 利用 知识 掌握 实践 能力 科研 能力 论文完 成情况 写作 能力 写作 规范 总成绩 评分 标准 10 分 10 分 20 分 20 分 10 分 10 分 10 分 10 分 100 分 评阅教师 评阅成绩 (权重 30%) 实际 评分 评定 内容 仪态 仪表 语言 答辩 效果 知识 掌握 科研 能力 论文完 成情况 写作 能力 写作 规范 总成绩 评分 标准 10 分 10 分 20 分 20 分 10 分 10 分 10 分 10 分 100 分 答辩成绩 (权重 30%) 实际 评分 评语 指导教师评语： 签名： 年 月 日 16 评阅教师评语： 签名： 年 月 日 答辩小组评语： 负责人： 年 月 日