光伏变电站基础知识(技术部)

变 电 站 基 础 知 识1. 电力系统电压等级与变电站种类电力系统电压等级有 220/380V （ 0.4 kV） ， 3 kV、 6 kV、 10 kV、 20 kV、 35 kV、 66 kV、110 kV 、 220 kV 、 330 kV 、 500 kV 。输配电系统以 110 kV 以上为主。发电厂发电机有 6 kV与 10 kV 两种，现在以 10 kV 为主，用户均为 220/380V （ 0.4 kV ）低压系统。根据《城市电力网规定设计规则》规定：输电网为 500 kV、 330 kV 、 220 kV、 110kV，高压配电网为 110kV、 66kV，中压配电网为 20kV、 10kV、 6 kV ，低压配电网为 0.4 kV（ 220V/380V ） 。发电厂发出 6 kV 或 10 kV 电，除发电厂自己用（厂用电）之外，也可以用 10 kV 电压送给发电厂附近用户， 10 kV 供电范围为 10Km、 35 kV 为 20~50Km、 66 kV 为 30~100Km、 110 kV 为 50~150Km、 220 kV 为 100~300Km、 330 kV 为 200~600Km、 500 kV 为 150~850Km。2. 变配电站种类电力系统各种电压等级均通过电力变压器来转换，电压升高为升压变压器（变电站为升压站） ， 电压降低为降压变压器 （变电站为降压站） 。 一种电压变为另一种电压的选用两个线圈 （绕组） 的双圈变压器， 一种电压变为两种电压的选用三个线圈 （绕组） 的三圈变压器。变电站除升压与降压之分外，还以规模大小分为枢纽站，区域站与终端站。枢纽站电压等级一般为三个 （三圈变压器） ， 550kV /220kV /110kV 。 区域站一般也有三个电压等级 （三圈变压器） ， 220 kV /110kV /35kV 或 110kV /35kV /10kV 。终端站一般直接接到用户，大多数为两个电压等级（两圈变压器） 110kV /10 kV 或 35 kV /10 kV 。用户本身的变电站一般只有两个电压等级（双圈变压器） 110 kV /10kV 、 35kV /0.4kV 、 10kV /0.4kV ，其中以 10kV /0.4kV 为最多。3. 变电站一次回路接线方案1）一次接线种类变电站一次回路接线是指输电线路进入变电站之后，所有电力设备（变压器及进出线开关等） 的相互连接方式。 其接线方案有： 线路变压器组， 桥形接线， 单母线， 单母线分段，双母线，双母线分段，环网供电等。2）线路变压器组变电站只有一路进线与一台变压器，而且再无发展的情况下采用线路变压器组接线。3）桥形接线有两路进线、两台变压器，而且再没有发展的情况下，采用桥形接线。针对变压器，联络断路器在两个进线断路器之内为内桥接线， 联络断路器在两个进线断路器之外为外桥接线。4）单母线变电站进出线较多时，采用单母线，有两路进线时，一般一路供电、一路备用（不同时供电） ，二者可设备用电源互自投，多路出线均由一段母线引出。5）单母线分段有两路以上进线，多路出线时，选用单母线分段，两路进线分别接到两段母线上，两段母线用母联开关连接起来。出线分别接到两段母线上。单母线分段运行方式比较多。一般为一路主供，一路备用（不合闸） ，母联合上，当主供断电时，备用合上，主供、备用与母联互锁。备用电源容量较小时，备用电源合上后，要断开一些出线。这是比较常用的一种运行方式。对于特别重要的负荷，两路进线均为主供，母联开关断开，当一路进线断电时，母联合上，来电后断开母联再合上进线开关。单母线分段也有利于变电站内部检修，检修时可以停掉一段母线，如果是单母线不分段，检修时就要全站停电，利用旁路母线可以不停电，旁路母线只用于电力系统变电站。6）双母线双母线主要用于发电厂及大型变电站，每路线路都由一个断路器经过两个隔离开关分别接到两条母线上， 这样在母线检修时， 就可以利用隔离开关将线路倒在一条件母线上。 双母线也有分段与不分段两种， 双母线分段再加旁路断路器， 接线方式复杂， 但检修就非常方便了，停电范围可减少。4. 变配电站二次回路1）二次回路种类变配电站二次回路包括：测量、保护、控制与信号回路部分。测量回路包括：计量测量与保护测量。控制回路包括：就地手动合分闸、防跳联锁、试验、互投联锁、保护跳闸以及合分闸执行部分。信号回路包括开关运行状态信号、事故跳闸信号与事故预告信号。2）测量回路测量回路分为电流回路与电压回路。 电流回路各种设备串联于电流互感器二次侧 （ 5A） ，电流互感器是将原边负荷电流统一变为 5A 测量电流。计量与保护分别用各自的互感器（计量用互感器精度要求高） ，计量测量串接于电流表以及电度表，功率表与功率因数表电流端子。 保护测量串接于保护继电器的电流端子。 微机保护一般将计量及保护集中于一体， 分别有计量电流端子与保护电流端子。电压测量回路， 220/380V 低压系统直接接 220V 或 380V， 3KV以上高压系统全部经过电压互感器将各种等级的高电压变为统一的 100V 电压，电压表以及电度表、功率表与功率因数表的电压线圈经其端子并接在 100V电压母线上。微机保护单元计量电压与保护电压统一为一种电压端子。3 ）控制回路（ 1）合分闸回路合分闸通过合分闸转换开关进行操作， 常规保护为提示操作人员及事故跳闸报警需要，转换开关选用预合 -合闸 - 合后及预分 - 分闸 - 分后的多档转换开关。 以使利用不对应接线进行合分闸提示与事故跳闸报警， 国家已有标准图设计。 采用微机保护以后， 要进行远分合闸操作后， 还要到就地进行转换开关对位操作， 这就失去了远分操作的意义， 所以应取消不对应接线，选用中间自复位的只有合闸与分闸的三档转换开关。（ 2）防跳回路当合闸回路出现故障时进行分闸，或短路事故未排除，又进行合闸 （误操作） ，这时就会出现断路器反复合分闸， 不仅容易引起或扩大事故， 还会引起设备损坏或人身事故， 所以高压开关控制回路应设计防跳。 防跳一般选用电流启动， 电压保持的双线圈继电器。 电流线圈串接于分闸回路作为启动线圈。电压线圈接于合闸回路，作为保持线圈， 当分闸时， 电流线圈经分闸回路起动。 如果合闸回路有故障， 或处于手动合闸位置， 电压线圈起启动并通过其常开接点自保持， 其常闭接点马上断开合闸回路， 保证断路器在分闸过程中不能马上再合闸。 防跳继电器的电流回路还可以通过其常开接点将电流线圈自保持， 这样可以减轻保护继电器的出口接点断开负荷，也减少了保护继电器的保持时间要求。有些微机保护装置自己已具有防跳功能，这样就可以不再设计防跳回路。断路器操作机构选用弹簧储能时， 如果选用储能后可以进行一次合闸与分闸的弹簧储能操作机构 （也有用于重合闸的储能后可以进行二次合闸与分闸的弹簧储能操作机构） ，因为储能一般都要求10 秒左右，当储能开关经常处于断开位置时，储一次能，合完之后，将储能开关再处于断开位置，可以跳一次闸；跳闸之后，要手动储能之后才能进行合闸，此时，也可以不再设计防跳回路。（ 3）试验与互投联锁与控制对于手车开关柜，手车推出后要进行断路器合分闸试验，应设计合分闸试验按钮。进线与母联断路，一般应根据要求进行互投联锁或控制。（ 4）保护跳闸保护跳闸出口经过连接片接于跳闸回路，连接片用于保护调试，或运行过程中解除某些保护功能。（ 5）合分闸回路合分闸回路为经合分闸母线为操作机构提供电源，以及其控制回路，一般都应单独画出。4）信号回路（ 1）开关运行状态信号由合闸与分闸指示两个装于开关柜上的信号灯组成：经过操作转换开关不对应接线后接到正电源上。 采用微机保护后， 转换开关取消了不对应接线， 所以信号灯正极可以直接接到正电源上。（ 2） 事故信号有事故跳闸与事故预告两种信号， 事故跳闸报警也要通过转化开关不对应后，接到事故跳闸信号母线上， 再引到中央信号系统。 事故预告信号通过信号继电器接点引到中央信号系统。 采用微机保护后， 将断路器操作机构辅助接点与信号继电器的接点分别接到微机保护单元的开关量输入端子， 需要有中央信号系统时， 如果微机保护单元可以提供事故跳闸与事故预告输出接点， 可将其引到中央信号系统。 否则， 应利用信号继电器的另一对接点引到中央信号系统。（ 3）中央信号系统为安装于值班室内的集中报警系统，由事故跳闸与事故预告两套声光报警组成，光报警用光字牌，不用信号灯， 光字牌分集中与分散两种。采用变电站综合自动化系统后， 可以不再设计中央信号系统， 或将其简化， 只设计集中报警作为计算机报警的后备报警。5. 变配电站继电保护1）变配电站继电保护的作用变配电站继电保护能够在变配电站运行过程中发生故障（三相短路、两相短路、单相接地等）和出现不正常现象时（过负荷、过电压、低电压、低周波、瓦斯、超温、控制与测量回路断线等） ，迅速有选择性发出跳闸命令将故障切除或发出报警，从而减少故障造成的停电范围和电气设备的损坏程度，保证电力系统稳定运行。2）变配电站继电保护的基本工作原理变配电站继电保护是根据变配电站运行过程中发生故障时出现的电流增加、电压升高或降低、频率降低、出现瓦斯、温度升高等现象超过继电保护的整定值（给定值）或超限值后，在整定时间内，有选择的发出跳闸命令或报警信号。根据电流值来进行选择性跳闸的为反时限，电流值越大，跳闸越快。根据时间来进行选择性跳闸的称为定时限保护， 定时限在故障电流超过整定值后， 经过时间定值给定的时间后才出现跳闸命令。瓦斯与温度等为非电量保护。可靠系数为一个经验数据， 计算继电器保护动作值时， 要将计算结果再乘以可靠系数，以保证继电保护动作的准确与可靠，其范围为 1.3~1.5 。发生故障时的最小值与保护的动作值之比为继电保护的灵敏系数，一般为 1.2~2 ，应根据设计规范要进行选择。3）变配电站继电保护按保护性质分类（ 1）电流速断保护：故障电流超过保护整定值无时限（整定时间为零） ，立即发出跳闸命令。（ 2） 电流延时速断保护： 故障电流超过速断保护整定值时， 带一定延时后发出跳闸命令。（ 3） 过电流保护： 故障电流超过过流保护整定值， 故障出现时间超过保护整定时间后发出跳闸命令。（ 4）过电压保护：故障电压超过保护整定值时，发出跳闸命令或过电压信号。（ 5）低电压保护：故障电压低于保护整定值时，发出跳闸命令或低电压信号。（ 6）低周波减载：当电网频率低于整定值时，有选择性跳开规定好的不重要负荷。（ 7）单相接地保护：当一相发生接地后对于接地系统，发出跳闸命令，对于中性点不接地系统，发出接地报警信号。（ 8）差动保护：当流过变压器、中性点线路或电动机绕组，线路两端电流之差变化超过整定值时， 发出跳闸命令称为纵差动保护， 两条并列运行的线路或两个绕组之间电流差变化超过整定值时，发出跳闸命令称横差动保护。（ 9）距离保护：根据故障点到保护安装处的距离（阻抗）发出跳闸命令称为距离保护。（ 10）方向保护：根据故障电流的方向，有选择性的发出跳闸命令称为方向保护。（ 11）高频保护：利用弱电高频信号传递故障信号来进行选择性跳闸的保护称为高频保护。（ 12）过负荷：运行电流超过过负荷整定值（一般按最大负荷或设备额定功率来整定）时，发出过负荷信号。（ 13） 瓦斯保护：对于油浸变压器， 当变压器内部发生匝间短路出现电气火花，变压器油被击穿出现瓦斯气体冲击安装在油枕通道管中的瓦斯继电器， 故障严重， 瓦斯气体多， 冲击力大，重瓦斯动作于跳闸，故障不严重，瓦斯气体少，冲击力小，轻瓦斯动作于信号。（ 14） 温度保护： 变压器、 电动机或发电机过负荷或内部短路故障， 出现设备本体温度升高，超过整定值发出跳闸命令或超温报警信号。（ 15） 主保护： 满足电力系统稳定和设备安全要求， 出现故障后能以最快速度有选择性的切除被保护设备或线路的保护。（ 16）后备保护：主保护或断路器拒动时，用来切除除故障的保护。主保护拒动，本电力系统或线路的另一套保护发出跳闸命令的为近后备保护。 当主保护或断路器拒动由相邻 （上一级）电力设备或线路的保护来切除故障的后备保护为远后备保护。（ 17） 辅助保护： 为补充主保护和后备保护的性能， 或当主保护和后备保护检修退出时而增加的简单保护。（ 18）互感器二次线路断线报警：电流互感器或电压互感器二次侧断线会引起保护误动作，所以在其发生断线后应发出断线信号。（ 19）跳闸回路断线：断路器跳闸回路断线后，继电保护发出跳闸命令断路器也不能跳开，所以跳闸回路断线时应发出报警信号。（ 20）自动重合闸：对于一些瞬时性故障（雷击、架空线闪路等）故障迅速切除后，不会发生永久性故障， 此时再进行合闸， 可以继续保证供电。 继电保护发出跳闸命令断路器跳开后马上再发出合闸命令，称为重合闸。重合闸一次后不允许再重合的称为一次重合闸， 允许再重合一次的称为二次重合闸 （一般很少使用） 。有了重合闸功能之后，在发生故障后，继电保护先不考虑保护整定时间，马上进行跳闸， 跳闸后， 再进行重合闸， 重合后故障不能切除，然后再根据继电保护整定时间进行跳闸，此种重合闸为前加速重合闸。发生事故后继电保护先根据保护整定时间进行保护跳闸， 然后进行重合闸， 重合闸不成功无延时迅速发出跳闸命令，此种重合闸称为后加速重合闸。（ 21） 备用电源互投：两路或多路电源进线供电时，当一路断电， 其供电负荷可由其它电源供电， 也就是要进行电源切换， 人工进行切换的称为手动互投。 自动进行切换的称为自动互投。互投有利用母联断路器进行互投的（用于多路电源进行同时运行） 和进线电源互投 （一路电源为主供， 其它路电源为热备用） 等多种形式。 对于不允供电电源并列运行的还应加互投闭锁。（ 22） 同期并列与解列： 对于多电源供电的变电站或发电厂要联网或上网时必须满足同期并列条件后才能并网或上网，并网或上网有手动与自动两种。5. 变配电站综合自动化系统1）系统组成高压采用微机保护， 低压采用监控单元， 再用通信电缆将其与计算机联网之后就可以组成一个现代化变配电站管理系统 —— 变配电站综合自动化系统。2）变配电站综合自动化系统设计内容A高压微机保护单元（组屏或安装在开关柜上）选型及二次图设计。B低压微机监控单元（安装在开关柜上）选型及二次图设计。C管理计算机（放在值班室，无人值班时可放在动力调度室）选型。D模拟盘（放在值班室或调度室）设计。E 上位机（与工厂计算机或电力部门调度联网）联网方案设计。F 通信电缆设计（包括管理计算机与上位机） 。3）管理计算机管理计算机可根据系统要求进行配置。4）模拟盘用户要求有模拟盘时，可以设计模拟盘，小系统可以用挂墙式，大系统用落地式，模拟盘尺寸根据供电系统一次图及值班室面积来决定。 模拟盘采用专用控制单元， 将其通信电缆引到管理计算机处。模拟盘还需要一路交流 220V 电源，容量只有几十瓦，设计时应与管理计算机电源一起考虑。5）变配电站综合自动化系统主要功能变配电站综合自动化系统的管理计算机通过通信电缆与安装在现场的所有微机保护与监控单元进行信息交换。 管理计算机可以向下发送遥控操作命令与有关参数修改， 随时接受微机保护与监控单元传上来的遥测、 遥信与事故信息。 管理计算机就可通过对信息的处理， 进行存盘保存， 通过记录打印与画面显示， 还可以对系统的运行情况进行分析， 通过遥信可以随时发现与处理事故，减少事故停电时间，通过遥控可以合理调配负荷，实现优化运行，从而为实现现代化管理提供了必须的条件。管理计算机软件要标准化，操作要简单方便，人机界面好，组态方便，用户使用与二次开发简单，容易掌握。