乌兰敖都66kV输变电工程建设方案整体设计

第 1 章 绪 论

　　1.1 课题研究背景

　　变电站建设一直都是电网建设中的重要一环，新的形势下对变电站的设备选择、站址规划、工程建设都提出了更高的要求。减小投资，增加效率是变电站的建设中考虑的。本文结合兴安盟地区实际要求，选择设计新型环保的 66 千伏变电站做了主要研究。

　　兴安盟位于内蒙古自治区东北部，地处北纬 45°05′~47°18′、东经 119°93′~122°之间，总面积 59806km?,南北长约 380km,东西宽约 320km.兴安盟交通发达、通讯便利。现人口 165 万，有蒙、汉、朝鲜、回等 22 个民族。兴安盟地处大兴安岭成矿带北段，矿产资源丰富，探明的煤矿、铁矿估算潜在经济价值约 440 亿元。

　　大量的煤炭资源，同时水利资源、风能、太阳能丰富，多种资源的发现，使兴安网目前拥有火电、风电、光伏、水电四种电站，为地方经济发展提供了有利的条件。

　　兴安电网位属于蒙东电网，位于通辽和呼伦贝尔的中间地段。2018 年兴安电网依然以500kV为主网架，220kV 为骨干网架的网架结构，10 座220kV变电站以500kV兴安变为中心散射式供电，背靠东北电网为兴安电网做出了保障，增加了可靠性。随着 500kV 伊（伊敏变）- 兴（红城变）-乌（兴安变）输变电工程的建成投运，实现了呼伦贝尔市与兴安盟 500kV 主网架互连，解决兴安地区 500kV 单电源供电问题，降低了兴安盟地区全停电的可能， 进一步保障地区可靠供电和电网安全稳定运行。

　　同时打开了兴安地区的外送通道，改善了兴安地区盈余电力的外送能力，缓解了新能源限电问题。

　　截至 2017 年底，兴安电网有 500kV 变电站 1 座，即 500kV 兴安变，变电容量为1500MVA,500kV 开关站 1 座，即红城开关站，现有 220kV 变电站 10 座，变电容量为 1446MVA;现有 66kV 变电站 94 座，变电容量为 171825MVA ;现有 35kV 变电站 1 座，变电容量为 126MVA .现有 500kV 线路 6 条，线路长为 74421km ;现有220kV 线路 40 条，线路长度为 184204km ;现有 66kV 线路 134 条，线路长度为287028km.

　　截至 2017 年底，该地区总的装机具有火电、水电、风电、光伏四种电厂，是东北地区为数不多的具有全部四种主要发电类型的地区，共有容量为 15774MW,其中火电和水电各为两座，分别为 700MW 和 241MW,火电还是占据了该地区的主要装机份额；风电场 11 座，总装机容量 6433MW;光伏电站 8 座，总装机容量 210MW.

　　1.2 工程的必要性

　　科右前旗位于兴安盟中部，毗邻扎赉特旗、突泉县。截止 2017 年底，科右前旗区域有 2 座 220kV 变电站，分别为德伯斯 220kV 变电站和科右前旗 220kV 变电站。

　　科右前旗辖区内共有 22 座 66kV 变电站，主变 24 台，变电总容量 2176MVA;共有28 条 66kV 线路，线路总长 48949km.科右前旗属于干旱半干旱大陆性季风气候，四季分明，且冬季漫长而寒冷，雨热同季，有效积温高。水土流失主要有风力侵蚀和水力侵蚀两种类型。以水力侵蚀为主的区域土壤侵蚀形式以沟蚀为主；风力侵蚀为主的区域土壤侵蚀形式以面蚀为主。本工程区域所属土壤侵蚀类型以风力侵蚀为主，区域土壤侵蚀形式以面蚀为主，侵蚀模数 3000~4500t/km2·a.根据区域“三区”划分，属于水土流失重点治理区。

　　为改善地区经济，服务地方发展，多年来兴安供电公司一直加大对科右前旗地区的电力建设投入，大大改善了该地区的供电问题，但由于兴安供电公司整体发展相对落后，且供电面积过大，造成对于一些偏远地区的供电存在疏漏之处，本次规划建设的科右前旗西北部地区就属于上述问题地区之一，其需要改进的提升供电水平的方向如下：

　　（1）增强科右前旗西北部供电区供电可靠性

　　现阶段，科右前期西北部的供电电源，仅有 66kV 勿布林变电站所辖的 10kV 宝格达山一条线路，且该线路的辐射方式为辐射线路，无法与其他线路手拉手完成负荷转代，切该线路投运年限较为久远，运行时间已将近 10 年，设备老化程度严重，极易发生线路事故跳闸。因没有备用电源转代负荷，该线路故障后，科右前旗西北部将全部停电，极大的影响了该地区人民群众的正常生产生活秩序，制约了该地区的经济建设发展，因此，建设新的变电站，改善该地区 10kV 电网架构，变的尤为重要，新变电站的投入，可大大提升该地区的供电可靠性。

　　（2）提高供电能力，满足新增负荷发展需要

　　目前，科右前旗西北部没有 66kV 变电站，供电电源为 66kV 勿布林变配出的 1回 10kV 宝格达山线。66kV 勿布林变现有主变压器 1 台，容量为 5MVA,新增负荷地区距离该变电站较远，最远距离可达将近 150km,无法满足新增负荷需求。其所带10kV 宝格达山线 2017 年最大负荷为 15MW,现阶段其共连接配电变压器 104 台，合计容量为 488MW.另，该线路导线型号采用 LGJ-50 导线，其最大持续极限输送容量为 38MW,无法满足区域新报装负荷。根据近年信息统计，该线路仍有将近10MW 的电机井报装已完成施工，但因线路承载能力不足而无法接入线路。此外根据负荷预测结果，2020 年科右前旗西北部区域最大负荷为 67MW,2023 年最大负荷约为 56MW,2025 年最大负荷约为 64MW,该区域现有供电能力势必无法满足新增负荷发展需要。

图 1-1 新增负荷分布情况

　　综上所述，为满足乌兰敖都乡区域负荷发展需要，增强地区供电能力和供电质量，推动地区经济发展，新建 66kV 乌兰敖都变电站是十分必要的。

　　1.3 国内外发展现状

　　输变电工程建设是新时代电网高速发展的必经环节，不同地域和不同的经济发展状况，决定了工程的资金投入比例，工程建设的智能化程度，体现了对工程实施的全方位分析，达到投入和汇报的最佳平衡点，也是对于工程长期运行可持续发展的要求，系统的兼容性高低决定了后期工程的扩建和改造。欧美国家在此方面研究的比较早，在 110 千伏以下电压等级的变电工程设计上，更加注重用户，为满足用户的供电需求，在标准化设计提高了电站的建设速度，二次系统的智能化应用，增加了用户的互动效果，包含设备状态的智能分析，抗冲击高稳定性的电网结构，供电质量的平衡调节等等，都是当前对电网优良与否的考验。欧州国家的电子技术和制造业水平处于世界领先地位，电气设备的集成化应用相当广泛，在变电站建设上，设备系统调试升级、站内标准化改造维护等工作的技术经验值得研习和应用。

　　我国在电网建设中，起步相对较晚。但是由于中国能源储备丰富，为电力发展提供了乐观的先决条件。在低电压等级的输变电工程，直接服务大企业和配电用户，由于用户的需求和经济发展状况有所差异，中国的输变电建设还是更具多样性，有以外部环境为主导选择建设材为侧重点的工程建设，有以高要求电能质量的精密设备生产企业的需求。智能站的优势愈加明显，如下图 1-2 所示。

图 1-2 智能变电站的优势

　　智能站的优势的影响直接明了，方便的运行管理，提高了设备的效率[8].我国各地的智能化水平不尽相同，却在智能站可以因地制宜，打破传统，以实际为出发点，在建设和应用上进行深入的探讨，使其更具被推广和应用。加大研究深度，并实际检验，朝着泛在电力物联网为终极目标不断迈进[5].《国家电网公司输变电工程通用设计 35-110kV 智能变电站模块化建设施工图设计》方案是课题设计主要参照[6],并在其基础上进行了调整。变电站的设计中，要考虑增量成本，包括购电成本、用电损耗费、人员费用、折旧费、修理费、运营成本费用、财务费用，要增强地区供电能力和供电质量，推动生产及地区经济发展。

　　随着智能电网建设的不断推进，新形势、新需求，国家和企业对变电站提出了更高的标准。新一代智能变电站设计是一项重大的集成创新工作，在吸收现有智能变电站试点工程设计、建设及运行等经验的基础上，以整体方案优化入手，进行新技术、新设备的研发，以求尽快得到应用，引导设备研制和功能开发，设计满足不同功能需求的变电站，智能、稳定、环保已成为新的电网发展需要。

　　变电站设计是一个综合性工作，通常以可行性研究、初步设计、详细设计为主要部分，每个部分又有不同侧重。初步设计也不只是简单的设备选取和计算，而是扩展到整个变电站的综合研究，使智能变电站面向多层次、多元化发展[7]-[9].它包含电气、自动化、保护、基建等多项技术，在前期规划设计中，要注重整体的研究，提升工程的研究的目的。变电站的初步设计更加注重系统的整体，从系统的角度，以稳定、经济、长远性为依据，以智能设备为主导进行全面规划。

　　智能变电站可综合自动控制系统一般分为三层两网。三层即站控层，间隔层及过程层。两网即为站控层网络和过程层网络，其一般的结构如图 1-3 所示。

图 1-3 智能变电站三层两网结构

　　智能变电站设计通常具有共同的特征：一般情况有不确定性，又有概念性标准，还包括通常的规范和经验。各地在设计中，应用的智能设备又不尽相同，在约定的条件下，既要满足社会、用户和经济发展的需求，又要对系统性进行验证，对可行性研究和初步设计中的关键性内容进行权衡。整体设计方案不仅须满足变电站工程全寿命周期成本最低要求，还要满足社会、用户与企业发展的综合要求。

　　1.4 本文主要研究内容

　　首先分析了课题背景和工程的必要性，查阅国内外发展现状，结合实际，选定研究方向。

　　其次，设计系统接入方案，通过潮流计算、电能质量、经济性研究，提出合理的接入方式。通过地区负荷现状分析和预测，对主变、无功补偿装置等其它一次设备的电气计算和选择优化，并对站内设备的进行合理选型。

　　再次，对二次继电保护系统、自动化系统等现状进行了分析，以问题为导向，开展对乌兰敖都变电站二次部分的设计，开展系统通信和站内通信工程的建设，保证变电站信息的智能传输和远方控制。开展对站址的选择工资的预想，参照可持续发展的理念，按照一二次设备电气特性，在站内配置经济、技术、材料工程设施，朝新型环保智能站方向努力。

　　最后，对接入的上端变电站电气改造进行规划，增加与保护、自动化相匹配的智能设备。同时，按照潮流分析，规划送电线路路径，设计合理的进行线路工程的节能分析，设计适合地区的导线、地线绝缘设备等，确保此项工程的可实施性。方案完成后进行分析总结，为变电站建设积累新的经验。

第 2 章 电力系统一次设计

　　2.1 变电站接入系统设计

　　按照兴安公司的规划，结合 66kV 变电站现场收资情况，分析考虑两个方案进行接入，相关 66kV 电网情况如下：通过实地勘测，选定两个站址用于比较，择去最适合的建设场地。站址一位于科右前旗满族屯满族乡，距离科右前旗城区约 200km,科右前旗的东北方向。站址二位于科右前旗满族屯满族乡，具体位于站址一的东北侧，距其直线距离约 50m,此地交通便利，征地比较容易，也符合网架结构，负荷分布将对均匀，都处于中间位置。站址一地势虽高，但土方挖填量基本平衡，且距离河道较远。线路引入及配出比较便利，有部分乡道路面需要修复；站址二地势相对较陡，进站道路坡度大，高差约 7%,需进行部分土方回填方可建站，站址二接引路为乡村土路，比站址一长 200 多米，在变压器大件电气设备运输前需进行修建方可满足运输，增加投资成本，现状为草地，站址区域出线不太方便，有部分乡道需要修建，路长约1000m,站址区域未发现有地面文物遗存和压矿藏现象。建综合以上主要分析的部分和实际情况，对站址方案技术条件进行综合比较，如表比较表 2-1 所示。

表 2-1 技术方案比较

　　由表格数据可以看到，两个方案都符合基本要求。站址一地势较高，土方挖填量基本平衡，且距离河道较远。线路引入及配出比较便利，有部分乡道路面需要修复；站址二地势相对较陡，进站道路坡度大，高差约 7%,需进行部分土方回填方可建站，站址二接引路为乡村土路，比站址一长 200 多米，在变压器大件电气设备运输前需进行修建方可满足运输，增加投资成本。综合比较，因此推荐站址一作为该变电站的推荐站址。

　　如何科学合理的介入新建变电站应该结合负荷情况，综合考虑运行的可靠性，长远的发展的容错性，以及工程实施的合理性和可操作性，接入电站情况如下：

　　（1）66kV 满族屯变电站基本情况。

　　满族屯变电站现有 1 台主变，主变容量为 10MVA,2017 年最大负荷为 0.3MW.满族屯变 66kV 侧采用单母线接线，1 回 66kV 线路为德满线，预留 1 回 66kV 进线间隔，10kV 侧采用单母线接线方式，3 回 10kV 出线，分别为满东线、满乌线、满西线。如图 2-1 所示，为满族屯变电站站内现状。

图 2-1 66kV 满族屯变电站站内状况

　　（2）66kV 勿布林变电站基本情况。

　　勿布林变电站现有 1 台主变，主变容量为 5MVA,2017 年最大负荷为 2.7MW.勿布林变 66kV 侧采用单母线接线，1 回 66kV 线路为海勿线，预留 1 回 66kV 进线间隔， 10kV 侧采用单母线接线方式，4 回 10kV 出线，分别为宝格达山线、勿布林线、乌兰河线、内蒙路桥线。实际情况如图 2-3 所示。

图 2-2 66kV 勿布林变电站站内状况

　　2.2 系统潮流计算

　　按照系统接入方式，进行系统搭建，模拟仿真验证可行性。提出 66kV 乌兰敖都变电站接入系统方案如下：

　　方案一：新建 66kV 乌兰敖都变电站~66kV 满族屯变电站 66kV 线路 1 回，新建线路导线型号为 JL/G1A-150,长度 54km.其接入方式如图 2-3 所示。

图 2-3-乌兰敖都变电站接网方案一

　　方案二：新建 66kV 乌兰敖都变电站~66kV 勿布林变电站 66kV 线路 1 回，新建线路导线型号为 JL/G1A-150,长度 45km.其接入方式如图 2-4 所示。

图 2-4 乌兰敖都变电站接网方案二

……由于本文篇幅较长，部分内容省略，详细全文见文末附件

第 6 章 结 论

　　本文分析课题背景，选定研究方向结合科右前旗的乌兰敖都 66kV 输变电工程进行研究分析。

　　通过对地区电网概况，负荷预测、地理环境等多方面因素，结合实际对新建电站进行了选址、接入方式等进行了分析和计算。电站的规划重点对一次、二次设备进行参数计算，合理经济的进行改造设计。其次，提出对站址的选择的设计，参照可持续发展的理念，按照一二次设备电气特性，在站内配电气设备布置、母线接线方式、中性点接地方式、主要电气设备型号选择上进行了计算分析，确定了整站的系统方案。

　　工作尽可能的把握可持续发展的原则，对经济、技术、新设备、新材料的应用上给予充分考虑，朝新型环保智能站方向努力。最后，对新建电站电源侧满族屯站的电气改造，规划后可实现近期和终期接入条件，并且对电气设备进行了优化处理，并且根据输送容量和输送距离，合理的进行输电线路的选择，为电站的投产提供了有效了理论依据，确保了此项工程的可实施性。

　　本文具有很强的现实意义，为变电站建设积累新的经验，主要有以下几个方面特点：

　　（1）系统方案规划的合理。建设 66kV 乌兰敖都输变电工程一方面提升科右前旗西北部区域电压质量，满足居民的正常生产生活需要；另一方面提升该区域供电能力，满足农业机井灌溉、桥梁建设、隧道建设等项目的新增负荷发展需要。

　　（2）系统的给出电气一次设计方案详细。通过系统潮流分析、负荷预测对系统主变和无功设备等主要电气设备进行选择论证。其分析方法，计算方式，具有典型效果。

　　（3）电气设备和工程应用技术环保措施应用得当。体现了相智能化发展的要求，对于未来变电站规划建设有一定的帮助。

致 谢

　　经过一年多的研究、论文编写、修改，终于完成了本篇论文。在论文的最后，要感谢我的导师王老师，在完成论文的整个过程中，给了我很多帮助与指导，感谢他毫无保留的把知识教授与我。感谢校外导师陈宏给了我很多技术上的支持。感谢同学们给予我的帮助。正是你们的帮助和鼓励，才使我顺利完成了研究生论文。

　　在这 3 年的学习生涯中，我不仅学到了更高层次的知识，也在他们身上学习到了很多优秀的品质，同时让我感受到了团队的力量。我会把学习到的一切应用到今后的工作生活中。

　　衷心地感谢所有关心和帮助过我的老师和同学们！

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