变电站设计篇1
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2
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。
4.5110kv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3
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4
【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：IEC61850标准，必须具备和站控层及间隔层设备无缝的通讯功能。
变电站设计篇5
【关键词】高电阻率；变电站；接地；设计
[Abstract]:Witha110kVtransformersubstationprojectrealdata,throughtheanalysisofinfluencefactorsingroundingresistance,discussedthecurrentsubstationofhighsoilresistivityareagroundingdesigninpracticalengineering,andproposesnewgroundingdesign.
[Keywords]:highresistivity;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110kV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：0.065～0.07mm/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/T621―1997交流电气装置的接地.
变电站设计篇6
【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）