【正文】 、經(jīng)濟(jì)的輸送到每一個(gè)用電設(shè)備的轉(zhuǎn)設(shè)場(chǎng)所。 本次變電站的初步設(shè)計(jì)包括了，總體方案的確定，負(fù)荷分析及計(jì)算，變壓器臺(tái)數(shù)和容量的選擇，主接線方案的確定，短路電流的計(jì)算，輸電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，高低壓配電系 統(tǒng)的設(shè)計(jì)，高低壓電氣設(shè)備的選擇，繼電保護(hù)的選擇與整定，防雷與接地保護(hù)設(shè)計(jì)等內(nèi)容。其中主變壓器的選擇與主接線的設(shè)計(jì)是本次論文重點(diǎn)內(nèi)容。 關(guān)鍵詞 ：變電站；輸電系統(tǒng)；配電系統(tǒng)；電氣設(shè)備 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 I Abstract Substation is an important ponent of the power system by the electrical equipment and distribution works of wiring, electrical energy from the power system through its transformation, distribution, transmission and protection, and electricity safety, reliability and economical transportation to the transfer of electrical equipment located place. The preliminary design of the substation, including the determination of the overall program, load analysis and calculations, transformer station number and choice of capacity, the main wiring scheme for the calculation of short circuit current, the transmission system design, lowvoltage distribution system design, high choice of lowvoltage electrical equipment, the choice of relay and tuning, lightning protection and grounding protection design content. Which the choice of the main transformer and the main wiring design is the focus of this paper. Keywords: Transformer substation ； Transmission system ； Distribution system； Electrical equipment山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 1 緒 論 眾所周知，電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動(dòng)力。電能既易于由其它形式的能量轉(zhuǎn)換而來(lái)，也易于轉(zhuǎn)換為其它形式的能量以供應(yīng)用。電能的輸送和分配既簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，又便于控制、調(diào)節(jié)和測(cè)量，有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，而且現(xiàn)代社會(huì)的信息技術(shù)和其它高新技術(shù)無(wú)一不是建立在電能應(yīng)用的基礎(chǔ)之上的。電能在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)生活中各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛。 變配電所是 電力系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的一環(huán)。變電所擔(dān)負(fù)著從電力系統(tǒng)受電，經(jīng)過(guò)變壓，然后配電的任務(wù)。配電所擔(dān)負(fù)著從電力系統(tǒng)受電，然后直接配電的任務(wù)。車間變電所主要用于負(fù)荷大而集中、設(shè)備布置比較穩(wěn)定的大型生廠房?jī)?nèi)。車間變電所一般位于車間的負(fù)荷中心，可以降低電能損耗和有色金屬的消耗量，并能減少輸電線路上的電壓損耗，可以保證供電的質(zhì)量。因此，對(duì)這種車間變電所的設(shè)計(jì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)要求比較高。 110KV 變電站從六十年代開始逐漸走入普通地級(jí)市，由于當(dāng)時(shí)負(fù)荷水平低，電力建設(shè)投資少，城市電網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。進(jìn)入八十年代以來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入前所未有 的告訴發(fā)展階段。這段時(shí)期建設(shè)的 110KV 變電站 110KV 電氣設(shè)備多采用常規(guī)設(shè)備 敞開式布置，變電站主接線較為復(fù)雜，例如為單母線分段帶旁路，電氣設(shè)備為多油或少油設(shè)備，主變?nèi)萘看蠖噙x擇 或 40MVA。進(jìn)入九十年代中期，供電緊張的情況得到好轉(zhuǎn)，電網(wǎng)設(shè)計(jì)和建設(shè)越來(lái)越強(qiáng)調(diào)供電可靠性。人們開始把注意力轉(zhuǎn)向性能好、質(zhì)量高、檢修周期長(zhǎng)或多年不需檢修等特點(diǎn)的電氣設(shè)備。實(shí)施“四遙”功能，實(shí)現(xiàn)變電站無(wú)人值班已成為可能。由于采用了先進(jìn)可靠地設(shè)備，這段時(shí)期建設(shè)的 110KV 變電站主接線較為簡(jiǎn)潔，除主變外 110KV 電氣設(shè)備多 采用戶內(nèi)布置的形式，主變?nèi)萘慷酁?40MVA 或 50MVA，開關(guān)設(shè)備為無(wú)憂設(shè)備，變電站具備無(wú)人值班的功能。 變配電所是工廠供電系統(tǒng)的樞紐，在工廠里占有特殊重要的地位，因而設(shè)計(jì)一個(gè)合理的變電所對(duì)于整個(gè)工廠供電的可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行至關(guān)重要。本設(shè)計(jì)是從工程的山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 角度出發(fā)，按照變電所設(shè)計(jì)的基本要求，本著安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)的原則，綜合地考慮各個(gè)方面的要素，對(duì)供電系統(tǒng)進(jìn)行合理布局，在滿足各項(xiàng)技術(shù)要求的前提下，兼顧運(yùn)行方便、維護(hù)簡(jiǎn)單，并盡可能地節(jié)省投資。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 1 設(shè)計(jì)背景 某省 A 市青陽(yáng)鎮(zhèn)現(xiàn)有 110KV 變電站（青陽(yáng)站）一座，向全鎮(zhèn) 范圍內(nèi)供電。青陽(yáng)站共有主變 2 臺(tái)，容量為 40MVA，現(xiàn)有 110KV 線路 2 回，分別來(lái)自 110KV 梅嶺變電站和羅山變電站。目前青陽(yáng)站的最大負(fù)荷為 萬(wàn)千瓦，到 2020 年，青陽(yáng)鎮(zhèn)的用電量將達(dá) 億千瓦時(shí)，最大負(fù)荷達(dá) 萬(wàn)千瓦。隨著工業(yè)的發(fā)展與工業(yè)區(qū)的開發(fā)，對(duì)電力電量的需求也相應(yīng)的增加，預(yù)計(jì)到 2020 年，全鎮(zhèn)用電量將達(dá) 億千瓦時(shí)，最大負(fù)荷達(dá) 萬(wàn)千瓦； 2020 年，用電量將達(dá)到 億千瓦時(shí)，最大負(fù)荷達(dá)到 萬(wàn)千瓦。 由此分析，僅靠目前青陽(yáng)鎮(zhèn)僅有的一個(gè) 110KV 變電站是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠滿足負(fù)荷增長(zhǎng) 需求的。若按照《城市電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則》的要求，主變?nèi)萘堪?~ 來(lái)計(jì)算，2020 年共需要 110KV 主變?nèi)萘考s 111~129 兆伏安，而目前青陽(yáng)站主變?nèi)萘恐挥?0MVA，還需要增加 31~49MVA。為滿足用電負(fù)荷增長(zhǎng)的需要到 2020 年建設(shè)新的110KV 變電站是十分必要的。而且青陽(yáng)鎮(zhèn)現(xiàn)有的 10KV 線路大部分是放射形網(wǎng)，無(wú)法形成合理的環(huán)網(wǎng)和分段，結(jié)構(gòu)比較單一和薄弱，供電可靠性差。加上部分線路供電半徑大、用戶多、負(fù)荷重，線路壓降過(guò)高，供電質(zhì)量差，但城南變電站建成后可承擔(dān)青陽(yáng)鎮(zhèn)南部的用電負(fù)荷，釋放大沖站的供電能力 ，提高青陽(yáng)鎮(zhèn)的供電可靠性、改善電能質(zhì)量和降低網(wǎng)損。并且，城南站建成后，可以與大沖站的 10KV 形成環(huán)網(wǎng)，有效的提高負(fù)荷轉(zhuǎn)移能力，從而進(jìn)一步提高供電可靠性。 綜上所述，為了青陽(yáng)鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，新建 110KV 城南變電站是電源合理分布點(diǎn)，改善 10KV 配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，滿足新增用電需要的必要措施。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 2 變電站負(fù)荷計(jì)算和無(wú)功補(bǔ)償?shù)挠?jì)算 變電站的負(fù)荷計(jì)算 負(fù)荷統(tǒng)計(jì) 青陽(yáng)鎮(zhèn)的用電負(fù)荷統(tǒng)計(jì)如下表： 表 2— 1 用電負(fù)荷統(tǒng)計(jì)（單位：千瓦） 用電單位 負(fù)荷統(tǒng)計(jì)（ KW） 負(fù)荷類別 市政府 1650 I 醫(yī)院 750 I 市公安局 1800 I 中心市場(chǎng) 1000 I 休閑中心 900 I 火車站 2500 I 洗衣機(jī)廠 3500 II 首飾廠 3000 II 寶元鞋廠 12020 II 市一中 800 II 市中心小學(xué) 400 II 市水泥廠 1700 II 旅店 1800 II 百惠商城 2020 II 其他散戶 5000 III 合計(jì) 38800 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 表 2— 2 負(fù)荷性質(zhì)分析結(jié)果表 負(fù)荷等級(jí) 負(fù)荷值（ KW） 占 總負(fù)荷百分比（ %） I 8700 II 30200 負(fù)荷計(jì)算 各組負(fù)荷的計(jì)算： （ 1）有功功率 P=KX? Σ Pei （ 2）無(wú)功功率 Q=P? tgФ （ 3）視在功率 S=P/ CosФ 式中：Σ Pei：每組設(shè)備容量之和，單位為 KW； Kd：需用系數(shù)； CosФ :功率因數(shù)。 總負(fù)荷的計(jì)算： （ 1）有功功率 PΣ =K1? Σ P （ 2）無(wú)功功率 QΣ = K1? Σ Q （ 3）視在功率 SΣ = ? ?? 22 QP （ 4）自然功率因數(shù)： CosФ 1= PΣ /SΣ 式中： K1 組間同時(shí)系數(shù)，取為 ～ 。 電力系統(tǒng)中的無(wú)功功率就是要使系統(tǒng)中無(wú)功電源所發(fā)出的無(wú)功功率與系統(tǒng)的無(wú)功負(fù)荷及網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)功損耗相平衡 。按 系統(tǒng)供電負(fù)荷的功率因數(shù)達(dá)到 考慮無(wú)功功率平衡。 變電站所供負(fù)荷的總數(shù)： P 總 =38800KW 變電站所供一類負(fù)荷總數(shù)： P 總 1=8700KW 變電站所供二類負(fù)荷總數(shù)： P 總 2=30100KW 一類負(fù)荷占總負(fù)荷的百分比：δ = P 總 1/ P 總 =8700／ 38800 100%=% 二類負(fù)荷占總負(fù)荷的百分比：δ = P 總 2 /P 總 =30100／ 38800 100%=% 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康? 無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康氖窍到y(tǒng)功率因數(shù)低，降低了發(fā)電機(jī)和變壓器的出力，增加了輸電線路的損耗和電壓損失，這一些原因是電 力系統(tǒng)基本的常識(shí)，在這里不多作特別的說(shuō)明。電力系統(tǒng)要求用戶的功率因數(shù)不低于 （本次設(shè)計(jì)要求功率因數(shù)為 以上），因此，必須采取措施提高系統(tǒng)功率因數(shù)。目前提高功率因數(shù)的常用的辦法是裝設(shè)電容器補(bǔ)償無(wú)功。 無(wú)功補(bǔ)償?shù)挠?jì)算 （ 1）計(jì)算考慮主變損耗后的自然因數(shù) CosФ 1： P1=PΣ +Δ Pb Q1=QΣ +Δ Qb CosФ 1= P1 / 2121 OP ? （ 2）取定補(bǔ)償以后的功率因數(shù)： CosФ 2 為 ： （ 3）計(jì)算補(bǔ)償電容器的容量： Qc=K1PΣ ? (tgФ 1+ tgФ 2) 式中 ： K1=～ （ 4）計(jì)算補(bǔ)償電容器的個(gè)數(shù)： Nc=Qc / qc 式中： qc 單個(gè)電容器的容量，單位 kavr。 按照 3 的整數(shù)倍取定補(bǔ)償器的個(gè)數(shù) Nc s，然后計(jì)算出實(shí)際的補(bǔ)償容量： Qc s = Nc s * qc （ 5）計(jì)算補(bǔ)償以后實(shí)際的功率因數(shù)，補(bǔ)償后實(shí)際的功率因數(shù)大于 為合理 CosФ 2= PΣ / 22 )( Cxx P ?? 10KV： COSφ 1≥ ∴選 COSφ 1= 來(lái)考慮 ： P=38800KW S=38800247。 =43111KVA Q=38800 tanφ 1=18792Kvar 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 110KV： COSφ 2≥ ∴選 COSφ 2= 來(lái)考慮 。 P=38800KW S=38800247。 =40842KVA Q=38800 tanφ 2=12753Kvar 表 2— 3 負(fù)荷計(jì)算結(jié)果表 電壓等級(jí) 有功功率（ KW） 無(wú)功功率（ KW） 視在功率（ KVA） 10KV 38800 18792 43111 110KV 38800 12753 40842 主接線采用兩臺(tái)高壓并聯(lián)補(bǔ)償電容器，每臺(tái)主變安裝一臺(tái)。 電容器組的額定容量： 4800kvar,單 Y 接線。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 3 主變壓器臺(tái)數(shù)和容量的選擇 變壓器的選擇原則 為了保證每年電容按 10%的增長(zhǎng)，并在 10 年內(nèi)能滿足要求， 并按下例方案進(jìn)行綜合考慮： (1)明備用方式，任何情況下都只有 1 臺(tái)運(yùn)行，兩臺(tái)主變壓器互相備用。 (2)暗備用方 式，正常情況下兩臺(tái)主變運(yùn)行，故障情況下一臺(tái)運(yùn)行，因此，每臺(tái)變壓器的容量應(yīng)滿足安全用電的要求 ,即保證Ⅰ、Ⅱ類負(fù)荷的供電，一般要求能滿足全部負(fù)荷的 70%80%。 (3)在設(shè)計(jì)中，初期主變壓器可采用明備用方式，隨著負(fù)荷的增加和發(fā)展，后期可采用暗備用方式。 變壓器臺(tái)數(shù)的選擇 (1)對(duì)于大城市郊區(qū)的一次變電站，在中、低壓側(cè)已構(gòu)成環(huán)網(wǎng)的情況下，變電站以兩臺(tái)主變壓器為宜。 (2)對(duì)于孤立的一次變電站或大型工業(yè)專業(yè)用變電站，在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮設(shè)三臺(tái)主變壓器的可能性。 (3)對(duì)于規(guī)劃只住兩臺(tái)主變壓器的變電站，其變壓器 基礎(chǔ)宜大于變壓器容量的12 級(jí)設(shè)計(jì)，以便符合發(fā)展時(shí)更換變壓器的容量。 變壓器容量的選擇 按照上述原則確定變壓器容量后，最終應(yīng)選用靠近的國(guó)家的系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格。變壓器容量系列有兩種，一種是按 R8 容量系列，它是按 R8=810 ≈ 的倍數(shù)增加的，如 100KVA、 13