1. 研究目的与意义
二次回路是指对电力系统及电气装置的一次设备进行测量、控制、监视、操作和保护，确保发电、变电、输电、配电的生产过程能安全、可靠、经济的运转而设置的各种测量表计、保护设备、自动装置和控制信号装置等设备并将其用导线连接所组成的回路的总称。要保证二次回路的运行正常，首先要保证二次线路接线原理图设计的正确性，此线路图也是施工人员对线路进行运行、调试、检修等的主要参考图纸，因此，准确设计二次线路设计图有着十分重要的意义。在传统的电力系统二次部分设计中，可设计的主要内容有：①围绕一次设备（如发电机、变压器），将其及其相关的一次设备（如变压器及其相关的各侧断路器、隔离开关等设备）作为设计对象，设计其控制回路、信号回路、进行继电保护及自动装置的配置及整定计算、绘制相应的施工接线图纸；②专门对发电厂（变电所）的公用部分进行设计，如对中央信号部分、直流系统部分、厂（所）用电部分、母线电压互感器回路等部分进行专门设计；③专门对继电保护及自动装置进行设计，例如线路保护、变压器保护的设计，发电机的同期系统、励磁系统的设计等。掌握220kV变电所的设计原则和方法是本专业学生应掌握的基本技能。
2. 课题关键问题和重难点
1、关键问题：
1) 短路电流计算。
2) 电流电压互感器配置与选型。
3. 国内外研究现状（文献综述）
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随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，用户对供电质量的要求日益提高。国家提出了加快城网和农网建设及改造、拉动内需的发展计划。变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施，它通过其变压器将各级电压的电网联系起来，在电力系统中起着至关重要的作用。近年来110kV变电站的建设迅猛发展。科学的变电站设计方案能够提升配电网的供电能力和适应性，降低配电网损耗和供电成本，减少电力设施占地资源，体现“增容、升压、换代、优化通道”的技术改造思路[1]。同时可以增加系统的可靠性，节约占地面积，使变电站的配置达到最佳，不断提高经济效益和社会效益。 本次设计是在掌握变电站生产过程的基础上完成的。通过它可以复习巩固了专业课程的有关内容，拓宽了知识面，增强了工程观念，培养了变电站设计的能力。同时对能源、发电、变电和输电的电气部分有个详细的概念，能熟练的运用有些知识，如短路计算的基本理论和方法、主接线的设计、导体电气设备的选择等 为了保障我国经济的高速发展，以及持续的城镇化进程，我国电力系统进入了一个快速发展阶段，电网建设得到进一步完善。由于我国电力建设起步比较晚，目前我国变电站主要现状是老设备向新型设备转变，有人值班向无人值班变电站转变，交流传输向直流输出转变，在城市变电站建设中，户内型变电站大幅增加。国外变电站主要是交流输出向直流输出转变。而数字化智能变电站也是国内外变电站未来发展趋势。 1、无人值守变电站： 同西方发达国家相比，由于我国变电站自动化系统应用起步较晚，变电站运行管理的理念也有很大差异，使我们的变电站无人值守运行水平与之相比还有很大的差距。在我国，许多220 kV及以下电压等级变电站已经开始由监控中心进行监控，基本上实现了变电站无人值守。但作为国内电网中最高电压等级的500 kV和330 kV变电站，即使采用了变电站自动化系统的，也都是实行有人值守的管理方式。而在欧美发达国家，各个电压等级变电站都能实现变电站无人值守。由此发现，在国内外无人值守变电站之间、国内外变电站自动化系统之间都还有很大的差异。全面实现变电站无人值守对我国电网建设有非常明显的技术经济效益: 1提高了运行可靠性；2加快了事故处理的速度；3提高了劳动生产率；4降低了建设成本。[2] 2、城市变电站建设 随着城市中心地区的用电负荷迅速增长，形势迫使在城市电网加快改造和建设的同时，在中心城区要迅速地建设一批高质量的城市变电站，在多种变电站的型式中户内型变电站受到各方面的重视，在这几年中得到飞速发展[3]。由于户内变电站允许安全净距小且可以分层布置而使占地面积较小。室内变电站的维修、巡视和操作在室内进行，可减轻维护工作量，不受气候影响。 3、数字化智能变电站 在变电站自动化领域中，智能化电气的发展，特别是智能化开关、光电式互感器等机电一体化设备的出现，变电站自动化技术即将进入新阶段[4]。变电站自动化系统是在计算机技术和网络通信技术基础上发展起来的。它以其简单可靠、可扩展性强、兼容性好等特点逐步为国内用户所接受，并在一些大型变电站监控项目中获得成功的应用[5]。随着智能化开关，光电式电流电压互感器、一次运行设备在线状态检测及自诊断、变电站运行操作培训仿真这些新技术的日趋成熟以及广泛应用必将对现有变电站自动化技术产生深刻的影响，带来全数字化的变电站新概念[6]。2009年9月11日华北电网首家220千伏数字化智能变电站郭家屯变电站正式启动，它的建成对国内数字化变电站技术的发展及智能电网的建设具有重要意义[7]。 变电站设计内容及原则 1、220kV变电站电气二次系统设计主要包括以下步骤：电气主接线设计、配电装置、电气平面布置、系统保护 、电气设备选择。[8] 2、变电站设计原则[9]： (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)结构紧凑，设备体积小，占地面积小； (3)自动化程度高，通信误码率低，可靠性高； (4)可靠灵活的主接线方式； (5)主设备技术性能优越，可靠性高，检修频率低，噪声低。 在变电站设计中要考虑到雷电对变电站的危害，在变电站中至少要安装一台避雷器来保护变压器，最佳选择是在变电站入口处安装避雷器。此时，即使在瞬时有极高电流出现，也能最大限度地保证变压器上的电压水平在安全极限内[10]。 变电站设计是个综合系统工程，是电力系统项目设计的重要组成部分。一份成功的变电站设计方案可以在实际工程中取得最优的效益:增加系统的可靠性，节约占地面积以及建设成本，使变电站的配置达到最佳，保证较高的经济效益和社会效益。 参考文献 [1] 张桂珠.大城市变电站的发展.中国电力教育,2011,25(3)：15-16 [2] 张国兵,冯明利,管霄.我国变电站设计的研究与发展趋势.科技与生活 2012，19(17)：210 [3] 络启松.IEC6185变电站程序化操作的工程实现.中国高新技术企业,2011.11 [4] Roostaee. S，Hooshmand. R，Ataei. M．Substation automation system using IEC 61850．IEEE The 5th International Power Engineering and Optimization Conference，2011，8(5):339-397 [5] 沈健,艾尼瓦尔,夏江.数字化变电站的发展.应用科技，2011，(16)：43 [6] 国家电网公司.Q/GDW383-2009智能变电站技术导则.北京：中国电力出版社,2009 [7] 国家电网公司.Q/GDW Z414-2010变电站智能化改造技术规范.北京：中国电力出版社，2010 [8] 马丽英，苏小林.国内数字化变电站现状.电力学报,2011,26(2)：127-129 [9] 马淑娟.浅谈智能化变电所配电系统.科技论坛,2011,(32) [10] 钱新建,汪卫国,张永生.智能化辅助系统在智能变电站的应用.浙江电力， 2011,(12)：31-34 |
4. 研究方案
变电站设计的内容力求概念清楚，层次分明，结合自己设计的原始资料，参考变电站电气设计工程标准，通过大量翻阅工作，了解设计大体进程，从而进一步指导设计内容的开展。现将自己查阅文献的工作归述为：通过查阅馆藏书籍，讲义和网络资源，了解电力工业的有关政策，技术规程等方面知识，理清自己的设计思路，查询有关电气设备等最新动态价钱及参数。从而为自己的设计提供有力的依据。
通过查阅文献，进行论述，提出我的设计思路和具体设计内容，以便于为设计工作提供有理可据的参考价值。通过查阅变电站设计规程，了解发变电站设计的一样进程及相关的设计规程，明白了自己要设计一个变电站的设计内容，清楚设计任务。如电气主接线设计，短路计算，设备的选择，防雷接地等。树立了正确的设计思路，要紧涉及以下内容；
5. 工作计划
第1阶段 熟悉电力工程设计的有关技术规程、设计原则及方法等，学会阅读电力工程设计图纸。确定总体设计方案，撰写开题报告。
第2阶段完成主变压器的选择和电气主接线方式的选择，并初步绘制电气主接线草图，进行短路电流的计算，进行电气设备，电器和导体的选择。
第3阶段 绘制电气主接线图；设计电气总平面布置，并绘制总平面布置图。进行线路的保护和整定计算。进行防雷击保护设计，并绘制防雷保护图，撰写毕业论文
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