馨月小区降压变电所设计专业电气工程及其自动化_开题报告

(一)选题的目的与研究意义

为了满足我国民众住房需求和生活用电，努力做好电力生产及配电设计是必须的。居民小区供配电系统是整个人们的动力源泉的命脉，它的正常运行直接影响人们的一切。现代居民小区供配电系统的主接线及运行方式都非常复杂，各种电器设备的数量和种类繁多。通过本次设计达到巩固所掌握的供配电专业知识，并通过亲身设计，能够学以致用的目的。了解和学习降压变电所电气设计的基本方案，培养和提高自主独立解决问题的工作能力，锻炼进行工程设计的基本技能。培养查阅国标、设计手册、科研期刊、中外文献等参考资料的能力。加深对居民小区供配电的认识，能独立设计电气主接线、选择和校验电气设备。为今后从事电力设计、建设、运行、维护方面的工作打下坚实的基础。

(二)国内研究现状

随着我国经济建设的高速发展，现代电网结构日趋复杂，电网容量不断扩大，电网实时信息传送量成倍增多，对电网运行的可靠性要求也越来越高，而电力系统对变电站又提出了减人增效的要求，这两者之间的矛盾可以通过变电站自动化技术来解决。实际上，随着计算机及通信技术的发展，信息采集处理、传输均可通过计算机完成，变电站自动化系统就是以计算机和网络通信技术为基础，将微机保护、微机控制、微机远动、微机自动装置、微机故障录波等分散的技术集成在一起，从而实现电网的现代化管理，并可以给运行、安全、设计、施工、检修、维护、管理等诸多方面带来直接或间接的经济效益、社会效益。

在发电厂和变电所中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器，主变压器又称主变。主变压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。

电能是现代社会中最重要、也是最方便的能源。发展国民经济的基础，是一种无形的、不能大量储存的二次能源。电能的发、变、送、配合用电，几乎是在同一瞬间完成的，须随时保持功率平衡。要满足国民经济发展的要求，电力工业必须超前发展，这是世界电力工业发展规律，因此，做好电力规划，加强电网建设，就尤为重要。

近年来，“智能电网”一词已成为一个流行的专业术语，代表了当今世界电力系统发展变革的最新动向，被认为是21世纪电力系统的重大科技创新和发展趋势。在国外，智能电网作为未来电网的发展方向，渗透到发电、输电、变电、配电、用电各个环节。在上述这些环节中，智能变电站无疑是最核心的一环。变电所作为电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，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。对其进行设计势在必行，合理的变电所不仅能充分的满足当地的供电需求，还能有效的减少投资和资源浪费。变电站综合自动化系统就是将这些技术应用在变电站,实现对变电站供电网络的在线数据监测、开合闸控制、线路保护以及运行历史数据存储。同时变电站系统对这些新技术的渴望也越来越强烈,如变电站的操作对于实时性的要求越来越高,发生异常时应该立即做出动作采取相应措施,这就要求数据通信传输速度越来越快；再有对于经常出现的故障以及设备服役到年限的一些情况应作出预判,这就要求计算机软件系统有强大的数据库以及更加人性化的人机界面设计,同时也要求计算机硬件配备更高速运算的CPU；现有的变电站都在相对偏远的郊区而且大多数需要工作人员24小时值守,运行成本较高,无人值守站变电站需求越来越迫切。

作为智能电网的重要基础，智能变电站为智能电网提供标准的、可靠的节点(包括一次、二次和系统)支撑。智能变电站是采用先进、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。智能变电站的建设能够实现设备信息、运行维护策略与电力调度全面互动，实现基于状态的全寿命周期综合优化管理，实现电网运行数据的全面采集和实时共享，支撑电网实时控制、智能调节和各类高级应用，保障各级电网安全稳定运行。

变电站综合自动化是将变电站的二次设备(包括控制、信号、测量、保护、自动装置及远动装置等)应用计算机技术和现代通信技术,经过功能组合和优化设计,对变电站实施自动监视、测量、控制和协调,以及与调度通信等综合性的自动化系统。实现变电站综合自动化,可提高电网的安全、经济运行水平,减少基建投资,并为推广变电站无人值班提供了手段。计算机技术、信息技术和网络技术的迅速发展,带动了变电站综合自动化技术的进步。近年来,随着数字化电气量测系统(如光电式互感器或电子式互感器)、智能电气设备以及相关通信技术的发展,变电站综合自动化系统正朝着数字化方向迈进。变电站自动化系统在我国的应用已经取得了非常显著的效果,对提高电网的安全经济运行水平起到了重要作用。目前随着新技术的不断发展,数字化变电站正在兴起。与传统变电站相比,数字化变电站具有以下优势:减少二次接线,提升测量精度,提高信号传输的可靠性,避免电缆带来的电磁兼容、传输过电压和两点接地等问题,解决设备间的互操作问题,变电站的各种功能可共享统一的信息平台,避免设备重复,自动化运行和管理水平进一步提高。数字化变电站是变电站自动化技术的发展方向。

（三）国外研究现状

在国外，有一些国家的经济发展一直处于一种十分缓慢的进程，其中的一部分原因与电能的极度紧张是密不可分的。电力资源的紧张使得工厂企业的生产变得缓慢，也就阻碍了总体经济的增长。因此为了满足国民用电的需求，这些国家采用各种方式例如提高电压来降低电能的损耗。而一些发达国家正是由于对于电能的高度重视，不断的提高电能的质量以及输送能力，不断地提高变电站的灵活性，其经济也随之发展迅速。

欧洲国家变电站的发展欧洲国家，迫于电力需求相对稳定，其电网建设速度较慢，其变电站的发展，主要火力集中在选用新技术、新设备升级改造传统变电站，提高设备及装置的二次利用率。

欧洲国家的电网公司多由商业化资本运作，限于经济压力，降低总成本(包含前期设计、中期施工和后期运维三大成本)成为发展变电站的首要任务，其次是完善设备集成应用和提升服务质量，最后才是发展可靠性电网的诉求。相较而言，我国追求的是建设供电稳定度强的电网，所以我国走在变电站工程建设的国际前列。

ENTSO-E（欧洲互联电网组织）呼吁将IEC61850标准列为未来变电站发展建设的规范并于全球范围内推广应用。碍于需求与投资等因素的制约，欧洲各国并没有大力应用该标准建设变电站。这也已经成为阻碍其变电站发展的主要因素。

美国变电站自动化技术的发展

2008年4月，美国XcelEnergy公司在Minnesota（明尼苏达）的MerriamPark变电站是具备电力系统监测、自动控制、通信处理和设备状态监测的化变电站（smartsubstation），其主要技术特点：针对降低变压器影响维护成本的监视、保护与控制；通过具备通信功能的自动重合闸实现电网的自恢复；完备的故障定位以减少故障查找的时间；分布式、保护控制技术；能降低能耗、具备系统参数可视性、高效的仪表系统。

美国ALSTOM公司研发的光CT/PT等数字化测量变压器极大满足安全、灵活和可靠的需求。一般认为电缆适合输送电力，而光缆适合输送信息。在安全方面，光CT/PT与电能无直接联系，高压和地之间通过非导体很好地分开，介质中也不含液体。在和可靠性方面，光CT/PT是完全自动诊断的，具有很高的精度，可以改善系统诊断，并通过软件实现可视化；可靠性是上述安全、、灵活的自然结果，户外光设备具有无可比拟的可靠性，同时电子交互性和冗余也决定了可以做到无间断运行。总体来看，分布式变电站自动化系统已占据美国变电站自动化技术发展的主流方向，同国内的发展趋势基本上一致。

（四）拟采用的设计方案

从馨月小区收集到的原始资料对该小区进行总降压变电所的负荷计算，把变电所变压器的功率损耗也考虑进去去求得整个小区降压变电所高压侧计算负荷及功率因数。

负荷计算求出总降压变电所的功率因数，通过查表或计算求出达到供电部门要求数值（0.85）所需补偿的无功率并选择合适的补偿方式。

考虑设置总降压变电所的有关因素，结合整个小区计算负荷以及扩建和备用的需要，确定变压器的台数和容量。

求出由系统最大运行方式和最小运行方式的三相及两相短路电流。

短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额定值，选择变电所高、低压侧电器设备。

上网浏览中外科研文献以及读书馆查阅10Kv降压变电所国内外现状及未来发展趋势，结合电气工程及其自动化专业所学供配电技术课程以及借鉴前人降压变电所设计研究成果，熟悉和掌握变电所设计的原理和过程，对10Kv/220v降压变电所的电气主接线、电气设备选型、防火防雷、安全接地等方面进行一系列的设计。

二、^范文提纲

第1章负荷计算 

1.1原始资料 

1.2供电负荷的分析 

1.3供电负荷计算 

1.4补偿容量计算 

1.5配电设计 

第2章主接线设计 

2.1基本接线形式 

2.2一次侧电缆进出线 

2.3二次侧电缆进出线 

第3章总降压变电所总体布置 

3.1总降压变电所的位置 

3.2总降压变电所的变压器台数及容量选择 

第4章短路计算 

4.1主接线简化图 

4.2短路点选择 

4.3短路电流计算 

第5章变电所高、低压侧设备选择 

5.1高低压侧设备选择及校验 

5.2断路器： 

5.3隔离开关： 

5.4互感器 

5.5进出导线截面选择 

第6章系统主要设备的继电保护及二次接线设计 

6.1变压器的继电保护 

6.2继电保护的整定计算和灵敏度校核 

6.3二次接线系统设计 

第7章变电所的防雷与接地 

7.1变电所防雷装置设计 

7.2变电所接地装置设计 

三、参考文献

[1]焦留成.《供配电设计手册》[M].北京：中国计划出版社，2010

[2]丁毓山,雷振山.《中小型变电所实用设计手册》[M].北京：中国水利水电出版

社，2006

[3]宋继成.《220—500KV变电所电气接线设计》[M].北京：中国电力出版社，2012

[4]熊信银.《发电厂电气部分》[M].北京：中国电力出版社.2013

[5]何仰赞,温增银.《电力系统分析（》上册）（第三版）[M].武汉：华中科技大学

出版社，2002

[6]宋进《配电网电能损耗及降损措施》.德州学院学报.2005

[7]刘大力.《配电网的降损节能措施》.农村电气化.2012

[8]卓乐友.《电力工程电气设计200例》[M].北京:中国电力出版社，2012

[9]《中国电器工业协会.输配电设备手册》[M].上、下册.北京：机械工业出版社，

1996

[10]《水利电力部西北电力设计院.电力工程电气设计手册》[M].北京:中国电力出

版社，1996

[11]《电力业部西北电力设计院.电力工程电气设备手册电气一次部分》[M].中国

电力出版社.1998

[12]傅知兰.《电力系统电气设备选择与实用计算》[M].北京:中国电力出版社，

2004

[13]舒飞.《AutoCAD2005电气设计》[M].北京:机械工业出版社，2005

[14]文远芳.《高电压技术》[M].武汉：华中科技大学出版社，2005

[15]辽宁省电力有限公司用电检查处主编.《变电所技术标准及规程规范应用手

册》[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2011

[16]李晓辉.《110KV变电站通用设计方案》[J].电气设计.2013

[17]李益浩.《220KV密东变电站的设计与研究》[D].郑州大学.2013

[18]董洁茹.《220K变电站精益化运行研究》[J].中小型企业管理与科技（下旬刊）.2014

[19]Novotny D W, Lipo TA. 《Vector Control and Dynamics of AC Drives》[M]. Clarendon Press.Oxford. 2013

[20]Chih-Min Lin.《Neural-Network-based Adaptive Control for Induction Servomotor Drive System》[J]. IEEE Transaction On Industry Electronics: 2012

[21] Akagi. H. 《New Trends in Active Filter for Power Conditionin》g[J]. IEEE Trans IA: 2012