某110KV变电站设计论文

.石家庄铁道大学毕业设计某110KV变电站设计A 110KV Substation Design 2012 届 电气与电子工程 学院专 业 电气工程及其自动化 学 号 20083206 学生姓名 髙会娟 指导教师 韩兵欣 完成日期 2012年 6 月 1 日毕业设计成绩单学生姓名高会娟学号20083206班级电08013专业电气工程及其自动化毕业设计题目某110kv变电站设计指导教师姓名韩兵欣指导教师职称教授评 定 成 绩指导教师得分评阅人得分答辩小组组长得分成绩：院长签字：年 月 日毕业设计任务书题目某110kv变电站设计学生姓名高会娟学号20083206班级0801-3专业电气工程及其自动化承担指导任务单位电气与电子工程学院导师姓名韩兵欣导师职称教授一、主要内容：110kv变电站设计，主要包括变电站的选址、变电站主要部分的电气设计。二、基本要求：1.了解变电站在电力系统中的作用；2.掌握变电站的基本设计流程；3.掌握变电站各个电气设备的工作原理及其在电力系统中的作用；4.会选择变电站的基本电气设备；5.掌握变电站的运行情况，会分析其基本刀闸操作过程。三、主要指标：根据变电站设计国家标准及各种工程规范进行设计。四、应收集的资料：变电站在电力网的地位；变电站的供电电源；变电站供应地区的负荷情况；变电站所在地区的天气情况及地质条件。五、课题进度计划：12周：查找资料，熟悉所做的课题，完成毕业设计任务书及开题报告。37周：完成变电站一次部分的设计。812周：完成变电站避雷及接地系统部分的设计。1316周：绘制图纸，并撰写毕业设计说明书。教研室主任签字时间 年 月 日毕业设计开题报告题目某110kv变电站设计学生姓名高会娟学号20083206班级0801-3专业电气工程及其自动化一、 研究背景经济发展，电力先行。电力是国民经济各个部门发展的主要动力，电力工业成为国民经济中的主要行业，完成为全国提供优质可靠的电能的任务。经济的发展表现在用电负荷的不断增长上，随着经济发展，我国电网不断延伸，电网结构不断完善，电网规模不断扩大。而电网的互联及完成向用户供电主要是通过变电站完成的。变电站是对电压进行变换以及对电能集中和分配的场所。变电站的主要电气设备为变压器，为了对变压器进行保护增设了各种开关电器。变电站设计就是要根据相关规程规范和国标要求并考虑负荷及其未来发展规划，选择各种电气设备并对其进行布置，做出平面图、断面图，使变电所的施工、运行、检修能够顺利进行。二、变电站发展现状随着经济的发展，人们对电能质量要求越来越高。提供安全、可靠、优质、经济的电能成为全世界电力人不断追求的目标。由于计算机技术的不断发展，目前电力变电站正在向数字变电站、智能变电站发展，利用现代传感技术和先进通信技术，通过变电站数据全息共享，实现变电站继电保护、故障录波、测量、控制、计量和监视等功能。并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能。随着经济技术的进一步发展，必将会出现可靠性、技术性、经济性更优的电力技术为社会提供更优质的电能。三、研究方法为了满足电力负荷的增长，根据具体电网条件可能采取两种措施：一是增加变电所数量，并按变电所分布情况确定网络结构，用网络优化法对各种方案进行技术经济比较，选取最优方案。二是不改变原有高压电网结构，而扩大原有变电所和配电线即所谓的增容方式。本地区南部电网薄弱，为坚强、完善本地区电网结构，并考虑未来经济发展规划，本地区采取新建变电所的方案为南部地区供电。四、应收集的资料当地地理情况，包括温度、湿度、降水、日照、地势、空气污染程度等以确定电气设备的型式。当地负荷情况、包括负荷类型、负荷分布、负荷用电历史等，以确定变电站的地址及容量。当地电网情况，电源情况、电网连接情况等以确定变电站接入系统的方式，考虑系统的稳定性。该地区面积12439平方公里，人口710.4114万。现有220kv变电站9座，110kv变电站39座，变电总容量383万千伏安。近几年在政府招商引资，集中精力利用本地区优势发展特色经济的带领下，南部原先荒芜的地区被利用了起来，新建了太阳能、电动汽车等新型储能电池生产基地、生物技术医药及医疗器械制造、矿山工程装备制造等企业，逐步形成南部经济开发区，带动了当地经济的发展。当地经济的发展使当地的用电负荷迅速增长，而现有变压器容量已远远不能满足当地经济的发展，为满足当地的用电需求，要求供电公司解决当地供电问题。 首先，查找了本地区的电网地理接线图，如下：五、解决方案 根据当地的电网结构及电源情况，拟在本地建设110kv变电站为南部地区供电。 调查当地的负荷情况并考虑5-10年的发展规划，本变电站选择50MVA变压器两台。 110kv电源进线从220kv变电站取得，110kv侧采用内桥接线，户外配电装置。10kv侧采用单母线分段接线，户内配电装置，10kv侧出线6回。 其电气主接线概况如下： 其中110kv侧采用内桥接线，其特点是连接断路器接在线路断路器的内侧，线路的投切比较方便。当线路发生故障时，仅线路断路器断开，不影响其他回路运行，但当变压器发生故障时，与该台变压器相连的两台断路器都断开，从而影响了其他未发生故障线路的运行。但变压器故障较少，一般不经常切换，因此内桥接线在变电所中应用较多。 10kv侧采用单母线分段接线，当一段母线发生故障时，分段断路器将故障切除，保证正常母线不间断的供电，保证了供电的可靠性。指导教师签字时 间 年 月 日摘 要在配电系统规划中,变电站的增容方式是解决负荷增长常采用的方法，它有助于利用现有电气设备完成供电任务，节省电力投资，缩短建设周期。但是由于受到电网结构、变压器容量等因素的限制，增容方式并不适用于所有的网络。本文提出了新建变电站解决负荷增长需求的方法。经过对当地实地情况的调查并考虑电力系统建设的要求，进行了变电站的选址、负荷预测及变电站接入系统方式和电气主接线的分析和讨论；建立了电力系统的数学模型进行了短路电流计算，并据此选择了变电站的一次设备；最后，绘制出了电气主接线图并列出了电气设备清单，为进一步进行施工图设计打好了基础。为保证电力系统安全运行，减少不必要的损失，需对变电站的防雷及接地进行设计。本变电站采用架构式避雷针进行直击雷防护，用避雷器进行过电压侵入波的防护。为满足工作安全和防雷保护的接地要求，变电站采用敷设接地网的形式进行接地设计，站内需要接地的电气设备均通过金属接地线与变电站的接地网连接，实现接地保护。关键词：负荷增长 变电站 电气主接线 一次设备 AbstractDistribution system planning is essential to assure that the growing demand for electricity can be satisfied by increasing the capacity of the substations which can both reduce the capital investment of the electric power system and shorten the construction periods. But this method does not always fit for all sorts of networks under the constrations of network configuration and the capacity of the transformer. In this paper, a new method is proposed to meet the growing electricity demand, familiarly known as constructing a new substation.The location of the substation and the forecast of the load magnitude and the way the substation connected to the power system are discussed in this paper under the consideration of the requirements of the power system and the conditions of the local areas. A mathematic modal is established which are the accordance of the short circuit calculation and the selection of the electric power devices. Finally, a figure showed the connections between the devices in the substation and a list of the devices are given, so that the next stage of the substation design can go on smoothly. The subatation uses frame type lightning arrester to avoid the lightning strike and the lightning arrester to avoid overvotage intruded waves. In order to ensure the saftey and satisfy the grounding requirments of the lightning protection, the substation lays the grounding grid to make the grounding design.the device needed grounding, use a metal wire to be connected to the grounding grid.Key words: growing load demand a new substation connections of the devices the electric power devices精选文档 目 录第1章 绪论11.1 课题研究的目的意义11.2 国内外研究现状11.2.1 变电站规划设计研究现状11.2.2 变电站一次及二次设备的发展21.3 电力系统发展阶段的研究21.3.1 电力工业的形成21.3.2 变电站的基本知识6第2章 负荷调查102.1 负荷基本情况调研102.1.1 现场勘查102.1.2 负荷基本情况102.2 电网基本情况112.3 负荷预测112.3.1 负荷预测的意义112.3.2 负荷预测的内容122.3.3 负荷预测的分类122.3.4 负荷预测的方法132.3.5 负荷预测的过程132.3.6 本设计负荷预测解决方案14第3章 变电站的设计方案153.1 变电站建设流程153.2 变电站建设在电网中的地位153.3 变电站设计的内容153.3.1 初步设计的内容153.3.2 施工设计163.4 变电站设计方案确定16第4章 变电站设计184.1 变电站选址184.1.1 变电站选址的重要意义184.1.2 变电站选址原则184.1.3 变电站选址方法184.1.4 变电站选址的基本思路184.1.5 变电站选址194.2 变压器的选择204.2.1 变压器容量和台数的选择204.2.2 变压器型式的确定224.2.3 变压器冷却方式的确定234.2.4 变压器的选择结果234.3 变电所接入系统的方式的确定234.4 变电站电气主接线的选择244.4.1 变电站电气主接线的基本要求244.4.2 电气主接线的基本类型254.4.3 本变电站主接线的确定254.5 电气设备的选择274.5.1 电气设备的特性274.5.2 电气设备选择的一般条件294.5.3 短路电流计算334.5.4 电气设备的选择364.5.5 电气设备选择结果列表44第5章 变电站的防雷与接地465.1 变电站防雷465.1.1 变电站防雷的必要性465.1.2 变电站的防雷465.2 变电站的接地465.2.1 接地的必要性465.2.2 变电站接地设计47第6章 结论与展望486.1 毕业设计总结486.2 变电站的发展展望48参考文献50致 谢51附录A 外文参考文献52A1 英文原文52A2 译文62附录B 电气主接线图第1章 绪论1.1 课题研究的目的意义电能是国民经济发展的动力主要来源,也是人们日常生活不可或缺的能源,工业生产中机器的旋转是由电能驱动的电动机带动的,农业生产中灌溉是由电能带动水泵来实现的,医疗器械的很大部分是由电能驱动的,日常生活中的照明,电视娱乐,甚至饮食起居都与电能息息相关,可以说如果没有电,社会将无法正常运转.电能是由一次能源转化而来的,由发电机、升压变电站、输电线路、降压变电站、用电设备构成的电力系统完成了将电能传输到用户的任务，再在用户处通过用电设备将电能转换成机械能、热能、光能等其它形式的能量。由于受到电源结构及经济发展情况的限制，还考虑到交通运输的瓶颈，我国主要采用在资源丰富地区集中发电，然后远距离输送到用电地区的输电形式来满足经济发展对电能的需要。由于受到绝缘水平和制造工艺的限制，发电机端发出的电压仅为20-30k v，由s=ui可知当传输功率一定时，电压越低，电流越大，传输过程中的电能损耗就越大，这样到远距离的输电线路末端，电压将可能不能满足用户的要求，因此，为了降低电能损耗，提高末端电压，必须将电压升高，再进行电力传输。因此，在发电机发出电后，须经升压变电站将电压升高，再进行远距离传输。由于高压操作维护较困难，且考虑到用户安全，到达用电地区后再经降压变电站将电压降低到供用户使用的电压，因此，变电站在电能的传输过程中具有不可替代的作用。变电站的设计是电网规划的重要内容。变电站的位置、变电站与系统的连接方式、变电站的容量、变电站的主接线形式等因素将影响电网结构及电网建设经济性乃至影响电力系统运行的稳定性。因此变电站设计需综合考虑各方面的因素，慎重进行。1.2 国内外研究现状1.2.1 变电站规划设计研究现状变电站的规划设计主要包括变电站个数及容量的确定、变电站之间的连接方式及供电范围的确定等以建立优化的网络结构。随着计算机技术的发展相继出现了基于各种计算机算法的规划方法，例如基于启发式算法的电网规划、蚁群算法在电网规划中的应用等等，这些方法的出现使电网规划更加省时、有效。1.2.2 变电站一次及二次设备的发展1.2.2.1 变电站一次设备的发展由电力系统传输来的电能经隔离开关、断路器、然后经过变压器进行电压变换，将电能传输到汇流母线再进行电能的分配。这些对电能进行传输和变换的设备称为电力系统的一次设备。一次设备的主要特点是高电压，它的发展主要表现在绝缘水平和灭弧能力的提高，以提高电力系统的运行水平；以及在故障情况下切断故障的能力，以提高电能质量。以断路器为例，先后出现了磁吹断路器、空气断路器、油断路器、真空断路器、六氟化硫断路器。绝缘技术及断流技术的发展使变压器的容量也得以不断扩大，从而促进了大规模电力系统的形成。1.2.2.2 变电站二次的发展电力系统的安全稳定运行，除了一次设备外，还需要对一次设备进行保护、监视、测量控制等的装置设备，以确保供电质量，减少停电带来的损失。这些对一次设备进行保护、监视、测量、控制的设备称为变电站的二次设备，由二次设备组成的系统称为继电保护系统。传统的变电站继电保护系统由互感器的二次侧通过控制电缆连接到控制室内，再引接到相应控制屏的继电器上，工作人员通过对控制屏的操作实现对开关设备的控制。目前，随着计算机技术的发展，变电站的二次系统正在向数字化、智能化发展。一次设备的信息通过互感器的二次侧经过模拟量输入通道(由电压变换器、滤波器、采样保持器、A/D转换器、多路转换开关组成)传到控制室内的计算机上，通过计算机对一次设备的状态进行监视、测量、控制，并且能通过计算机进行实现系统间的通信，使运行人员能够掌握整个电力系统的运行状态，使整个电力系统能经济运行。智能变电站通过加装智能元件，从而使一次与二次，变电站与变电站之间的通信更加智能化，是电力系统的运行的可控性进一步加强。1.3 电力系统发展阶段的研究1.3.1 电力工业的形成人类对电的认识是从自然界中的雷电开始的，从摩擦起电到富兰克林的风筝实验，人们认识到它们来自电荷、定义导体与绝缘体、发现同性相斥异性相吸、发明莱顿瓶、避雷针的提出等重要的发明相继出现，人们在电的世界里不断探索。磁在我国古代最早应用于指南针，从磁石到司南、指南鱼、指北龟，人们认识到地球的磁性，磁极是成对出现的、发现了地球的水平倾角、电流的磁效应等重要的现象陆续被人们发现，人们对磁的认识越来越深。1820年奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第在前人的基础上经过一系列的实验发现由电磁作用能产生不间断的机械运动，为电动机的发展开辟了道路。1831年法拉第在经过了多次的实验与观察思考后提出了著名的电磁感应定律：一个线圈中感生的感应电流，其大小与单位时间中线圈所切割的磁力线多少成正比，与线圈电阻成反比。定律中提出割切磁力线的概念，清楚的说明了不论移动磁铁或是移动线圈或是通断另一个线圈中的电流，只要磁力线与线圈有相对运动而造成割切磁力线，就能看到电磁感应现象。为发电机的发明做了理论铺垫。并于同一年由法拉第发明了世界上第一台直流发电机。在电磁感应原理基础上产生的交流电，1876年在电力照明领域得到广泛应用。乌萨根利用交流电的优点，利用感应线圈改变了供电电压，并于1882年在莫斯科全俄展览会上展出了升压变压器及降压变压器。电机的进步及交流电的应用，使工业生产的动力来源问题得到解决，只要有人集中建造发电厂，再用导线就可以将电能输送到各个工厂及千家万户，对每个用户来说只要具备电动机就成为动力来源了。这无疑为工业的迅速发展创造了条件，加速了电气化时代的到来。1875年，法国巴黎建成世界上第一座火力发电厂，标志着世界电力时代的到来。与世界有电的历史几乎同步，1879年，中国上海公共租界点亮了第一盏电灯，随后1882年在上海创办了中国第一家公用电业公司上海电气公司。从此中国翻开了电力工业的第一页。1891年，德国劳芬电厂建设世界上第一台三相交流发电机，并通过第一条13.8kv输电线将电力输送到远方用电地区，使电力既用于照明又用于电力拖动，开创了大功率远距离输电的历史。电力的广泛应用，电力需求的不断增加，推动电力技术不断发展。1.3.1.1 发电厂的建设与电力传输美国在1879年在旧金山建成实验电厂向用户出售电能，我国也在这一年于上海建成了一台7.5kw电机的电厂，主要是供用户照明使用，英国霍尔本电厂、俄国彼得堡电厂先后建成。从发电厂向用户输送电能的问题，早在1873年法国佛泰因在维也纳国际博览会上用燃气发动机带动发电机，输电到一千米以外的电动机，成功的驱动了一台水泵。1874年俄国的皮罗茨基进行了直流输电的实验，并申请了专利。1876年俄国雅布罗契柯夫用交流向路灯输电并采用开磁路的最早的变压器。1880年在俄国电杂志中拉契诺夫提出：当输电距离加长或传输的电能增加时必须升高电压。1882年他在法国建造了57千米的输电线，将密士巴赫水电站的电能输送到巴黎博览会，功率约为3马力，始端电压为1413v，终端电压为850v，所用导线粗达4.5mm，线路损失高达总能量的78%。1885年他又建成自瓦利尔到巴黎的输电线，距离为56km，这次将始端电压提高到6000v，线路损失降低到总能量的55%，因为采用的是直流电继续提高电压是很困难的，现在看来这个输电效率是太低了，但是能够远距离传输电能在当时已经是一个突破了。由于交流电可以用变压器很方便的提高或降低电压，同时交流电机制造方便、成本低廉，不会产生换向故障等优点，交流电得到广泛应用。1886年美国开始建造交流发电厂，功率为6kw，用单相供电，欧洲又陆续建成一些发电厂。1888年多里沃多布罗夫斯基创立三相制，在1991年建成由法国劳芬水电厂至德国法兰克福的三相交流高压输电线路。在始端采用390/15200v的升压变压器，在终端建有两座变电所将电压降低。输电效率已达到80%以上，经济效益比较显著，此后的交流输电大都采用三相制了。美国1882年仅有发电厂3座，至1902年电厂数目已达3621座，发展十分迅速。欧洲各国兴办电厂数目也迅速增加，电力工业已经成为重要的产业部门了。随着发电厂的建立，需要有通断大电流、耐受高电压的开关电器，20年代最简单的开关是金属棒与盛有水银的容器。接通时就将金属棒插入水银中，断开时将棒提起。这种开关比较笨重，价钱也很贵，使用时要操作几次才能保证接触良好，这迫使人们寻求更好的开关。除了在接通后开关触点要接触良好外，随着功率和电流的增大，开关断开时产生的火花就成为电弧了。电弧的高温可以使触点烧坏，甚至熔化，造成伤人或火灾。因此必须设法使电弧及早熄灭，使电路的分断成功。1893年多里沃多布罗夫斯基设计成自动开关，这个开关具有过载时自动切断保护发电机的作用。1897年英国工程师布朗取得羊角形出头的断路器专利。1895年英国费朗梯取得油断路器专利。电力传输技术的发展，表现在电压等级的不断提高。因为输电线传送电能的容量、距离和效率都与电压的等级有密切的关系。1906年发明了悬链式绝缘子，它比针柱式绝缘子耐受的电压可以提高很多倍，而且机械强度也大为增加，可以承受更粗重的导线。分裂导线的发明使高压导线上的电晕损失减少。高压断路器出现多种类型，特别是灭弧技术不断改进。早期的自然熄弧发展为磁吹、油吹、高压空气吹弧等多种方法，增强了断路器的分断能力，人们又研制了六氟化硫气体密封式高压电器及输电管道。这些技术使高压及超高压的大功率远程输电线路陆续实现1。1908年美国开始出现110kv输电线路，到1922年又建成150kv线路，1923年再将输电电压提高到220kv，随后欧洲许多国家也都建成220kv线路。1936年美国建成287kv输电线。1959年苏联建成500kv输电线。我国在70年代建成了西北的330kv线路，80年代建成了东北、华中、华北的500kv输电线，并形成了近十个大型电力系统2。1.3.1.2 电力系统的形成早期向电力负荷供电采用单台发电机供电的方式，从发电厂发出的电力直接经过架设输送和分配电力的线路到用户。如果用户离发电厂较远，就需要通过升压变电站的升压变压器才能输送过去。到了用户附近时在经过降压变电站的降压变压器把电压降到用户合适的电压供用户使用。这种由单台发电机供电的方式，由于用户的用电随着季节、日月、昼夜而不同。高峰时的负荷与平均数相差很大，发电机大了成本太高，轻载时效率又太低。另外，雷电的发生、设备故障以及开关操作引起的过电压都会引起用户用电的中断。为了克服上述缺点，我们把发电厂通过电力线路连接起来(如果各个发电厂机组发出的电压等级不同，则还需要通过变压器变成同一电压等级才能连接)，从而组成电力系统。目前，全国出现区域电网互联的趋势，可以产生更显著的经济效益：(1)更经济合理的开发一次能源，优化电能资源配置，实现水、火电资源的优势互补。电网互联可在煤炭丰富的矿区建立超临界、超超临界汽轮机组，高效率、低成本的大型水电厂，充分发挥水电和火电在电力系统中的互补作用。(2)降低互联的各电网总的高峰用电负荷，提高提高发电机组的利用率。减少总的装机容量。由于各区域电网的用电构成、负荷特性、电力消费习惯存在一定差异，各电网的年负荷曲线、周负荷曲线和日负荷曲线将不同，使得各电网高峰用电负荷可能不出现在同一时间，相互错开。这样互联电网总的日高峰负荷、周高峰负荷和年高峰负荷不是各电网高峰负荷的线性相加，使得互联电网总的高峰负荷比各电网高峰负荷之和低，互联电网总的日负荷曲线、周负荷曲线、年负荷曲线与各被互联电网的相应负荷曲线相比，峰谷差减少。因此，在整个电网同样运行容量的条件下，可向用户提供更多的电力，从而提高发电机组的利用率。换句话说，在满足同样负荷水平条件下，整个电网可减少装机容量，因此，电网互联可产生较好的错峰效益。检修和紧急事故备用互助支援，减少备用发电容量。(3)为了确保电力系统的安全运行和向用户连续不间断的供电，电力系统无论大小都必须既有运行备用、检修备用又有事故备用。电网互联以后，满足同样容量负荷水平的发电容量水平将减少，整个系统备用容量一般按期望的尖峰负荷的一定百分比安排，另外，整个系统内单一元件故障的容量不会因联网而增加，这样，整个系统的备用容量可相应减少。对各被联电网来说它可享受到整个系统的备用容量，因而减少了本身的备用容量。由于各区域电网可分享备用容量，在出现事故时最有效的利用现有发电容量，进行紧急事故的相互支援，从而减少用于备用的安装容量。(4)提高电网运行的可靠性和供电质量。(5)安装高效率、低成本大容量机组和建设更大容量规模电厂，产生更大规模经济效益，为了电力系统的安全运行，确保连续、可靠供电，单台机组和但各电厂的容量占系统容量的比例应保持在一定范围内，具体比例由各国电力系统安全导则按照停电造成的社会影响确定，一般应保持在10%的范围内。由于电网互联后。整个系统容量增加，单台机组和电厂规模可加大，更多的投入大型、特大型高效率机组，从而是整个系统火电厂的供电煤耗率和供电成本以及电厂运行、维护和管理的成本降低2。1.3.1.3 电力系统的发展电力系统中为了减小事故造成的损失，保护人身及设备安全，必须有保护的设施。最早的保护设备只是简单的熔断器、避雷器、自动断路器等。随着机组的加大和电压的提高，陆续研制出各种继电器及量测设备，组成保护电路。继电保护已经发展成为电厂中的一种专门技术了。除了事故处理外，在系统的正常运行中仍然需要进行一些调度工作，以适应用户负荷的变化和机组的情况，使系统的总体效率提高。这方面已经进行了很多研究：例如电能的潮流分布、短路电流的计算、静态及动态稳定性判定、过电压分布等，又如励磁调节技术、无功功率的补偿、水电火电的配合、抽水蓄能方法、调峰技术等等，积累了很多经验。但是，因为电力系统中牵涉的环节太多，出现的情况千变万化，直到现在人们的技术水平还不能完全适应需要，包括欧美很先进的国家也一再出现电力系统失控，造成大面积停电。因此对电力系统的研究正在进一步的发展中。1.3.2 变电站的基本知识我们所使用的交流电主要是由交流发电机提供的，由于受绝缘水平的限制，发电机输出端发出的电压一般低于30kv，用这样低的电压将电能进行远距离输送事实上是不可能的，为此需要利用升压变压器将电压升高后，然后再将电能进行远距离输送，到用电负荷所在地区后，由于用电设备多是低压设备，所以用高压将电能输送到用电地区后，还必须利用降压变压器降低电压，才能供给用户使用。因此，电压变换在电力生产过程中是一个重要环节。进行电压变换就需要相应的电气设备及其控制装置和保护装置，将这些变电设备按其功能和规定要求组合起来就成为变电站。变电站的主要电气设备有电力变压器、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线及各种无功补偿装置。1.3.2.1 变电站的作用在电力系统中，变电站主要担负着电压变换这一重要任务，其作用概括如下：(1)提高输电电压，减少电能损失。电能在输送过程中由于电流的热效应，就要产生电能损失，且电能转化为热能的损失数量和电流的平方成正比。因此，当输送功率一定时，提高输电电压就可减小电流，电网就会相应减少电能损失。(2)降低电压，分配电能。电能经过升压分配到用电地区后，用户很难使用高电压的电气设备，因为高电压的电气设备从制造到运行维护都很困难，而且使用也不安全。因此，须经降压变电站把电压降低再分配到用户。(3)集中电能，控制电力流向。一个电网多数由多个电源点提供电能，这些电能的集中必须通过枢纽升压变电站来实现。在用电地区，根据负荷情况，再由降压变电站来控制电力的流向。(4)调整电压，提高电压质量，满足用户的要求。通过变电站的变压器调压装置和无功补偿装置，既可以使用户得到稳定的电压，也可以提高线路的输电功率2。1.3.2.2 变电站的分类(1)枢纽变电站。枢纽变电站位于电力系统的枢纽点，汇集着电力系统中多个大电源和多回大容量的联络线，连接着电力系统的多个大电厂和大区域，这类变电站的电压一般为330500kv。(2)中间变电站。中间变电站的电压等级多为220330kv，高压侧与枢纽变电站连接，以穿越功率为主，在系统中起交换功率的作用或使高压长距离输电线路分段，它一般汇集23个电源，其中压侧一般是110220kv，供给所在的多个地区用电并接入一些中小型电厂。这样的变电站主要起中间环节作用。(3)地区变电站。地区变电站高压侧一般为110220kv，低压侧一般为10110kv，主要对地区用户供电，所以这类变电站是一个地区或城市的主要变电站。(4)企业变电站。企业变电站是大中型企业的专用变电站，电压等级为35220kv，12回进线。(5)终端变电站。终端变电站位于配电线路的终端，接近负荷处，高压侧10110kv引入线，经降压后向用户供电3。1.3.2.3 变电站的结构形式(1)室外变电站。室外变电站除控制、直流电源等设备放在室内外，变压器、隔离开关、断路器等主要设备均布置在室外。这种变电站建筑面积小，建设费用低，电压较高的电站一般采用室外布置。(2)室内变电站。室内变电站的主要设备均放置在室内，减少了总占地面积，但建筑费用较高，适宜市区居民密集地区，或位于海岸、盐湖、化工厂及其它空气污秽等级较高的地区。(3)地下变电站。在人口和工业高度密集的大城市， 由于城市用电量大，建筑物密集，将变电站设置在城市大建筑物、道路、公园的地下，可减少占地，随着城市电网改造的发展，位于城区的变电站将更多地采取地下变电站。(4)箱式变电站。箱式变电站又称预装式变电站，是将变压器、高压开关、低压电器设备及其相互连接和辅助设备紧凑组合，按主接线和元器件不同，以一定方式布置在一个或几个密闭箱壳内。箱式变电站是由工厂设计和制造的，结构紧凑、占地少、可靠性高、安装方便，广泛应用于居民小区和公园等场所。箱式变电站一般容量不大，电压等级一般为335kv。箱式变电站按装设位置不同又可分为户内和户外两种类型。(5)移动变电站。将变电设备装在车辆上，以供临时或短期用电场所的需要3。1.3.2.4 变电站的发展趋势随着社会经济的发展，对电能质量的要求的不断提高，电网正在向智能化发展。作为其中的变电环节，智能变电站必将成为其发展的主要方向。智能变电站采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。与常规站项目比起，智能变电站具有如下特点：(1)一次设备的数字化、智能化。传统的电磁式互感器由电子式互感器取代，经合并单元后由光纤介质向外提供经数字化的一次电量信息；传统的变压器、断路器等一次设备加装智能组件，实现信号的数字式转换与状态监测，控制命令的数字化接收与发送，达到一次设备智能化的要求。(2)二次设备的网络化、数字化。由以太网通过GOOSE协议标准实现间隔层与过程层设备之间以及间隔层设备之间的信息共享与传递。如测量控制装置、继电保护装置、故障录波装置、防误闭锁装置、以及在线状态检测装置等都是都采用高速网络通信连接，并具备对外光纤网络通信接口。与传统变电站信息传输以电缆为媒介不同，智能化变电站二次信号传输是基于光纤以太网实现的，除直流电源之外，传统的二次电缆全部由光纤或屏蔽网络代替，通过网络真正实现数据共享与资源共享。(3)变电站通信网络和系统实现IEC61850标准统一化。因1EC61850标准的完整性、系统性、开放性，保证了数字化变电站内设备间具备互操作性的特征。(4)运行管理系统的自动化。在传统综自站已有的较大程度自动化特征的基础上，数字化变电站在站内设备的互操作性，信号的光纤传输，基于IEC61850传输协议的网络通信平台信息共享等方面进一步体现了运行管理自动化的特点。综合以上特点分析，智能变电站的建设与常规变电站不尽相同，一是新增了智能组件，在智能组件的配合下，传统的一次设备具有了智能作用；二是智能变电站新型设备的应用，安装形式将产生变化，如新型保护测控装置之间的链接，由电缆链接转为光纤连接，安装时需加强对光纤的保护；三是变电站二次设备的调试形式发生大的变化，保护测控等二次设备输入量采用数字化形式，相应的，数字继电保护测试仪等新型测试仪器将大量采用4。第2章 负荷调查2.1 负荷基本情况调研2.1.1 现场勘查某县所在地区位于河北南部，地区面积12439平方公里，人口710.4114万，年平均气温13，年极端最高气温42.7(1968年)，极端最低气温-23(1981年)。日照年平均767.4小时，无霜期年平均为197天，平均年降水量520毫米，多集中在7-8月份。该地区地势较为平坦，海拔25.5-31米，中南部最高点31米，北部最低处25.5米。其经济开发区位于县城西部，规划占地面积23.78km2，发展环境条件比较优越，京广、京九、京珠、青银四大高速东西环抱，省级邢德路穿区而过，定魏、巨广线在此交汇，交通便利。远离市中心和其他县市重化工产业区，村庄分布相对稀疏，最大限度的满足开发区发展对建设用地的需要2.1.2 负荷基本情况该地区过去经济发展以农业为主, 生产各种农副产品和干鲜果品，经济发展比较落后，用电负荷小，主要靠110kv线路供电，供电距离较远。近年来，随着地方经济的发展，该地区的工业得到迅速发展：钢铁制造工业、冶金工业、新能源、新型建材等相继建立，形成了该县经济开发区，有力带动了当地经济的发展。用电负荷迅速增长，原有的供配电网存在的主变已呈现严重过负荷情况，供电能力和可靠性已不能满足负荷对电能质量日益提高的要求，限制了电力市场及当地经济的发展。由于当地负荷增长较快，发展潜力较大，且电网结构比较薄弱，所以为了满足当地经济发展的需求，并考虑当地电网的发展，决定在此地建设新变电站。该经济开发区规划如下：新能源产业，占地100公顷，以神龙巨电、申通LED节能灯为骨干，重点发展太阳能、电动汽车等新型储能电池领域；新医药产业，占地710公顷，以燕南、三丰银杞公司为骨干，重点发展金银花、枸杞生物技术药物及医疗器械；特色纺织服装产业，占地247公顷，以三昌、昌盛为骨干，重点发展新型材料、高档面料、品牌牛仔服装；机械装备制造产业，占地396公顷，以天成机械、汇工机械为主，重点发展运输装备制造、矿山工程装备制造。2.2 电网基本情况河北南网是华北电网的重要组成部分，其供电 区域包括河北省南部的保定、石家庄、邢台、邯郸、衡水、沧州6个地区。河北南网以500千伏和220千伏电网构成主网架，东联山东、西通山西、南承华中、北接京津唐，是“西电东送、南北互供、全国联网”的重要通道。截至2011年底，全网拥有500千伏变电站13座，容量2100万千伏安，线路4538公里；220千伏变电站 142 座，容量 4489 万千伏安，线路8818公里。全网发电装机容量2410.68万千瓦，其中统调电厂装机容量2202.97万千瓦。邢台电网作为河北南网的重要组成部分，以220kv和110kv为主网架，在承担着邢台地区的电力供应的同时，还肩负着电网向东、向北输送的任务。邢台电网由500kv彭村和广元变电站、邢台电厂和邯邢4条220kv联络线为电源支撑。全网现有500kv变电站2座，220kv变电站20座，容量591万千伏安，线路1217.6公里；110kv变电站79座，容量566.3万千伏安，线路1921.7公里；35kv变电站181座，容量245万千伏安，线路2560.1公里。该县目前有220kv变电站一座，110kv变电站两座，35kv变电站四座。110kv电网存在的问题：一、单电源情况较多，不满足供电可靠性要求。网络基础比较薄弱，单线单变情况较多，有些县只有一路110kv电源，当线路停电时，造成大面积停电。二、缺乏统一规划，网络结构既复杂又薄弱。由于过去110kv电网由地方集资建设，缺乏统一规划，各地方为节省投资，不注意加强主网架建设，新建变电站往往只是就近破口或T接，一条线路串接或T接多个变电站的情况非常普遍。110kv网络既薄弱又复杂，不但供电可靠性差、网损高，而且难以满足日益增长的负荷需求5。2.3 负荷预测2.3.1 负荷预测的意义现代的电力系统十分庞大，有无数个电气元件组成，发电机组有千台，用户分布在整个供电区，要使电能能达到“产”“销”的动态平衡，必须对用电量进行预测，按用户需求来编制发电机机组的开停计划，只有这样才能保证可靠的供电，也只有这样才能达到电力系统的经济运行。负荷预测也是电力系统建设的依据，每年新装多少容量的发电机组，造多少容量的变电所、增建多少公里的输电线路以及如何分布等，都必须与该地区的经济、社会发展和人民生活水平的提高相适应，不然就可能产生电力不足而制约该地区的经济文化发展。电力建设投资过早，会使过剩的电力设备不能发挥作用、不能产生经济效益，对一个发展中国家来说应该避免这样的情况出现，编制电力系统规划的目的也就在于此。电网规划的目标是编制一个安全可靠。适应能力强，结构合理，能满足城市和农村经济、社会发展和生活用电需要的电网网架，实现这个目标的第一步就是要做好负荷预测。2.3.2 负荷预测的内容电力系统负荷一般可以分为城市民用负荷、商业负荷、农村负荷、工业负荷以及其他负荷等，不同类型的负荷具有不同的特点和规律。电力系统负荷预测包括最大负荷功率、负荷电量及负荷曲线的预测。最大负荷功率预测对于确定电力系统发电设备及输变电设备的容量是非常重要的。为了选择适当的机组类型和合理的电源结构以及确定燃料计划等，还必须预测负荷及电量。负荷曲线的预测可为研究电力系统的峰值、抽水蓄能电站的容量以及发输电设备的协调运行提供数据支持。负荷预测的内容取决于电网规划的目标和内容，为了确定规划年的输配电系统所需要的设备容量，必须先对供电区与规划年相应的负荷总量进行预测；为了确定变电所设备的合理分布，要求对供电区内进行分块负荷预测，每块的面积大小和电网电压等级有关，电压高的面积大，如11035kv电网的分块为13km2，100.4kv电网必须规划的更小，而且还和供电区的负荷密度相关。2.3.3 负荷预测的分类(1)超短期负荷预测是指未来1h以内的负荷预测，在安全监视状态下，需要510s或15min的预测值，预防性控制和紧急状态处理需要10min至1h的预测值。(2)短期负荷预测是指日负荷预测和周负荷预测，分别用于安排日调度计划和周调度计划，包括确定机组起停、水火电协调、联络线交换功率、负荷经济分配、水库调度和设备检修等，对短期预测，需充分研究电网负荷变化规律，分析负荷变化相关因子，特别是天气因素、负荷类型等和短期负荷变化的关系。 (3)中期负荷预测是指月至年的负荷预测，主要是确定机组运行方式和设备大修计划等。 (4)长期负荷预测是指未来35年甚至更长时间段内的负荷预测，主要是电网规划部门根据国民经济的发展和对电力负荷的需求，所作的电网改造和扩建工作的远景规划。对中、长期负荷预测，要特别研究国民经济发展、国家政策等的影响。2.3.4 负荷预测的方法目前能用于工程的预测方法很多，大体可分为两类：一类是确定性预测方法，把电量和电力负荷预测用一个或一组方程来描述，他与变量之间有明确的对应关系，如经济计量预测法、时间序列法、相关法和最小二乘法等等。另一类称为非确定性预测法，这种方法基于这样的认识：认为电力负荷的变化受多种因素影响，不可能用简单的显式数学方程来描述它的变化规律，而应把尽可能多的相关因素反映在预测模型中。2.3.5 负荷预测的过程负荷预测工作的关键在于收集大量的历史数据，建立科学有效的预测模型，采用有效的算法，以历史数据为基础，进行大量试验性研究，总结经验，不断修正模型和算法，以真正反映负荷变化规律。其基本过程如下。 (1)调查和选择历史负荷数据资料多方面调查收集资料，包括电力企业内部资料和外部资料，从众多的资料中挑选出有用的一小部分，即把资料浓缩到最小量。挑选资料时的标准要直接、可靠并且是最新的资料。如果资料的收集和选择得不