【正文】 ....................................... 42 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 前 言 變電所是電力配送的重要環(huán)節(jié)，變電所設(shè)計(jì)質(zhì)量的好壞，直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、靈活和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，為滿足城鎮(zhèn)負(fù)荷日益增長(zhǎng)的需要，提高對(duì)用戶供電的可靠性和電能質(zhì)量，根據(jù)系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃，擬建設(shè)一座 110/10kV 的區(qū)域性降壓變電所，本文是針對(duì)石油管道區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)和生活用電的需要，進(jìn)行變電所的設(shè)計(jì)。 110KV 變電站屬于高壓網(wǎng)絡(luò)，該地區(qū)變電所所涉及方面多，考慮問(wèn)題多，分析變電所擔(dān)負(fù)的任務(wù)及用戶負(fù)荷等情況，選擇所址，利用用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算，確定用戶無(wú)功功率補(bǔ)償裝置。同時(shí)進(jìn)行各種變壓器的選擇，從而確定變電站的接線方式，再進(jìn)行短路電流計(jì)算，選擇送配電網(wǎng)絡(luò)及導(dǎo)線，進(jìn)行短路電流計(jì)算。選擇變電站高低壓電氣設(shè)備，為變電站平面及剖面圖提供依據(jù)。本變電所的初步設(shè)計(jì)包括了：（ 1）總體接線方式選擇（ 2）負(fù)荷分析（ 3）短路電流的計(jì)算（ 4）高低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與系統(tǒng)接線方案選擇及電氣設(shè)備的選擇（ 5）繼電保護(hù)的選擇與整定（ 6）防雷與接地等內(nèi)容。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 第 1 章 緒論 設(shè)計(jì)背景材料及說(shuō)明 待設(shè)計(jì)變電站概況 按照先行的原則，依據(jù)遠(yuǎn)期負(fù)荷發(fā)展，決定在本區(qū)興建 1 中型 110kV變電所。該變電所建成后，主要對(duì)本區(qū)用戶供電為主，尤其對(duì)本地區(qū)大用戶進(jìn)行供電。改善提高供電水平。同時(shí)和其他地區(qū)變電所聯(lián)成環(huán)網(wǎng)，提高了本地供電質(zhì)量和可靠性。 某地有 110KV 變電站一座，向全鎮(zhèn)范圍內(nèi)供電。共有主變 2 臺(tái)， 容量為 40+，現(xiàn)有 110KV 線路 2 回，分別來(lái)自 110KV 聯(lián)美變電站（聯(lián)沖線）和南豐變電站（沖豐線）。目前大沖站的最大負(fù)荷為 萬(wàn)千瓦，到 2021 年，此地的用電量將達(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(kāi)發(fā)，對(duì)電力電量的需求也相應(yīng)的增加，預(yù)計(jì)到 2021 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； 2021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。 表 11 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 火車(chē)站 2500 I 洗衣機(jī)廠 3500 II 首飾廠 3000 II 寶元鞋廠 12021 II 市一中 800 II 市中心小學(xué) 400 II 市水泥廠 1700 II 明珠旅店 1800 II 百惠商城 2021 II 市政府 1650 I 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 博愛(ài)醫(yī)院 750 I 市公安局 1800 I 中心市場(chǎng) 1000 I 百樂(lè)休閑中心 900 I 其他散戶 5000 III 合計(jì) 38800 表 12 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 8600 II 30200 變電站所址選擇 變電站地址選擇與總布置是一門(mén)科學(xué)性、綜合性、政策性很強(qiáng)的工程，是電力基本建設(shè)工作的主要組成部分。站址選擇是否正確，總布置是否合理，對(duì)基建投資、建設(shè)速度、運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性起著十分重要的甚至決定性的作用。實(shí)踐證明，凡是重視前期工作，站址選擇得好，總布置合理而又緊湊的，則投資省、建設(shè)快、經(jīng)濟(jì)效益高，反之，將給電力建設(shè)造成損失和浪費(fèi)，甚至影響安全供電。 站址選擇的基本要求 靠近負(fù)荷中心 變電站站址的選擇必須適應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃和布局的要求，盡可能的接近主要用戶，靠近負(fù)荷中心。這樣，既減少了輸配電線路的投資和電能的損耗，也降低了造成事故的機(jī)率，同時(shí)也可避免由于站址遠(yuǎn)離負(fù)荷中心而帶來(lái)的其它問(wèn)題。 節(jié)約用地 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 節(jié)約工程用地是我們的國(guó)策，我們需要遵循技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的原則，合理布置，盡可能提高土地的利用率，凡有荒地可以利用的，不得占用耕地，凡有差地可以利用的，不得占用良田。尤其要避免占用菜地良田等經(jīng)濟(jì)效益高的土地。用地要 緊湊，因地制宜，用劣地作為站址選擇方案是決定一個(gè)設(shè)計(jì)方案好壞的主要條件之一。隨著北京經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展，城區(qū)用電量的增加，單獨(dú)拿出一塊土地用于變電站建設(shè)是很困難且不經(jīng)濟(jì)的，所以我們應(yīng)該適當(dāng)發(fā)展地下式變電站，全部設(shè)備均設(shè)置在高層建筑的地下室，以適應(yīng)城市建設(shè)的要求。如北京電力設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的北太平莊 110 kV 地下變電站和甘家口 110 kV 地下變電站，這些變電站占地面積小，但造價(jià)頗高，重點(diǎn)要解決好通風(fēng)與防火問(wèn)題，這將是城市特別是中心城區(qū)電力發(fā)展的趨勢(shì)。 地質(zhì)條件的要求 隨著對(duì)農(nóng)業(yè)的保護(hù)及對(duì)農(nóng)民利益保 護(hù)的不斷加強(qiáng)，注重山區(qū)的電力建設(shè)是非常必要的。不僅對(duì)于農(nóng)業(yè)的發(fā)展有重要作用，也會(huì)為北京郊區(qū)開(kāi)展旅游事業(yè)及提高山區(qū)人民生活水平提供前提條件，電力深入山區(qū)，供電范圍大，交通不便，所以選好站址是非常重要的。 選址階段的工程地質(zhì)勘測(cè)內(nèi)容主要是研究和解決站址穩(wěn)定性和建站的可行性，查明地質(zhì)構(gòu)造、巖性、水文地質(zhì)條件等，并對(duì)站址的穩(wěn)定性作出基本評(píng)價(jià)。土建專業(yè)在勘測(cè)內(nèi)容詳盡的情況下，對(duì)站址的抗震是否有利，作出正確的評(píng)估。由于變電站設(shè)施造價(jià)很高，如果把變電站建在不利于建筑物抗震的地段，若發(fā)生地震就可能發(fā)生滑坡、山崩、地陷 等災(zāi)害。對(duì)國(guó)家財(cái)產(chǎn)造成損壞。對(duì)于北京地區(qū)，由于城市周?chē)蠖急簧絽^(qū)所包圍，滑坡、洪水都是可能發(fā)生的。在選址前一定要對(duì)山區(qū)地質(zhì)有充分的了解。查明地下水埋藏條件是評(píng)價(jià)水文地質(zhì)條件的重要依據(jù)。一般在收集地區(qū)性的水文地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合所址具體位置，進(jìn)行分析研究。對(duì)含水層的巖性、厚度、分布規(guī)律、滲透系數(shù)、出水量等盡可能的詳細(xì)了解。在水文地質(zhì)條件較復(fù)雜，水源地較難確定時(shí)，工程選址階段的水源勘探尤為重要。必須進(jìn)行必要的勘探，有條件時(shí)還應(yīng)觀察地下水位，采取水樣進(jìn)行水質(zhì)分析，以便科學(xué)地、可靠地判斷變電站的供水水源。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第 2 章 電氣主接線設(shè)計(jì) 現(xiàn)代電力系統(tǒng)是一個(gè)巨大的、嚴(yán)密的整體。各類發(fā)電廠、變電站分工完成整個(gè)電力系統(tǒng)的發(fā)電、變電和配電的任務(wù)。其主接線的好壞不僅影響到發(fā)電廠、變電站和電力系統(tǒng)本身，同時(shí)也影響到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民日常生活。因此，發(fā)電廠、變電站主接線必須滿足以下基本要求。 【 2】 1 、運(yùn)行的可靠 斷路器檢修時(shí)是否影響供電；設(shè)備和線路故障檢修時(shí)，停電數(shù)目的多少和停電時(shí)間的長(zhǎng)短，以及能否保證對(duì)重要用戶的供電。 具有一定的靈活性 主接線正常運(yùn)行時(shí)可以根據(jù)調(diào)度的要求靈活的改變運(yùn)行方式，達(dá)到調(diào)度的目的，而且在各種事故 或設(shè)備檢修時(shí)，能盡快地退出設(shè)備。切除故障停電時(shí)間最短、影響范圍最小，并且再檢修在檢修時(shí)可以保證檢修人員的安全。 操作應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單、方便 主接線應(yīng)簡(jiǎn)單清晰、操作方便，盡可能使操作步驟簡(jiǎn)單，便于運(yùn)行人員掌握。復(fù)雜的接線不僅不便于操作，還往往會(huì)造成運(yùn)行人員的誤操作而發(fā)生事故。但接線過(guò)于簡(jiǎn)單，可能又不能滿足運(yùn)行方式的需要，而且也會(huì)給運(yùn)行造成不便或造成不必要的停電。 經(jīng)濟(jì)上合理 主接線在保證安全可靠、操作靈活方便的基礎(chǔ)上，還應(yīng)使投資和年運(yùn)行費(fèi)用小，占地面積最少，使其盡地發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益。 應(yīng)具有擴(kuò)建的可 能性 由于我國(guó)工農(nóng)業(yè)的高速發(fā)展，電力負(fù)荷增加很快。因此，在選擇主接線時(shí)還要考慮到具有擴(kuò)建的可能性。 變電站電氣主接線的選擇，主要決定于變電站在電力系統(tǒng)中的地位、環(huán)境、負(fù)荷的性質(zhì)、出線數(shù)目的多少、電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)等。 110kV 電氣主接線 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 由于此變電站是為了某地區(qū)電力系統(tǒng)的發(fā)展和負(fù)荷增長(zhǎng)而擬建的。那么其負(fù)荷為地區(qū)性負(fù)荷。變電站 110kV 側(cè)和 10kV 側(cè)，均為單母線分段接線。 110kV～ 220kV 出線數(shù)目為 5 回及以上或者在系統(tǒng)中居重要地位，出線數(shù)目為 4 回及以上的配電裝置。在采用單母線、分段單母線或雙母線的35kV～ 110kV 系統(tǒng)中，當(dāng)不允許停電檢修斷路器時(shí)，可設(shè)置旁路母線。 根據(jù)以上分析、組合，保留下面兩種可能接線方案，如圖 及圖 所示。 圖 單母線分段帶旁母接線 圖 雙母線帶旁路母線接線 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 對(duì)圖 及圖 所示方案Ⅰ、Ⅱ綜合比較，見(jiàn)表 11。 表 21 主接線方案比較表 項(xiàng)目 方案 方案Ⅰ 方案Ⅱ 技 術(shù) ① 簡(jiǎn)單清晰、操作方便、易于發(fā)展 ② 可靠性、靈活性差 ③ 旁路斷 路器 還可以代替 出線 斷路器，進(jìn)行不停電檢修出線斷路器，保證重要用戶供電 ① 運(yùn)行可靠、運(yùn)行方式靈活、便于事故處理、易擴(kuò)建 ② 母聯(lián)斷 路器 可代替需檢 修的 出線斷路器工作 ③ 倒閘操作復(fù)雜，容易誤操作 經(jīng) 濟(jì) ① 設(shè)備少、投資小 ② 用母線 分段 斷路器兼作 旁路 斷路器節(jié)省投資 ① 占地大、設(shè)備多、投資大 ② 母聯(lián)斷 路器 兼作旁路斷 路器 節(jié)省投資 在技術(shù)上（可靠性、靈活性）第Ⅱ種方案明顯合理，在經(jīng)濟(jì)上則方案Ⅰ占優(yōu)勢(shì)。鑒于此站為地區(qū)變電站應(yīng)具有 較高的可靠性和靈活性。經(jīng)綜合分析，決定選第Ⅱ種方案為設(shè)計(jì)的最終方案。 10kV 電氣主接線 6～ 10kV 配電裝置出線回路數(shù)目為 6 回及以上時(shí)，可采用單母線分段接線。而雙母線接線一般用于引出線和電源較多，輸送和穿越功率較大，要求可靠性和靈活性較高的場(chǎng)合，上述兩種方案如圖 及圖 所示。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 圖 單母線分段接線 圖 雙母線接線 對(duì)圖 及圖 所示方案Ⅰ、Ⅱ綜合比較，見(jiàn)表 13 表 13 主接線方案比較 項(xiàng)目 方案 方案Ⅰ 單分 方案Ⅱ雙 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 技術(shù) ① 不會(huì)造成全所停電 ② 調(diào)度靈活 ③ 保證對(duì)重要用戶的供電 ④ 任一斷路器檢修，該回路必須停止工作 ①供電可靠 ②調(diào)度靈活 ③擴(kuò)建方便 ④便于試驗(yàn) ⑤易誤操作 經(jīng)濟(jì) ① 占地少 ② 設(shè)備少 ①設(shè)備多、配電裝置復(fù)雜 ③ 資和占地面大 經(jīng)過(guò)綜合比較方案Ⅰ在經(jīng)濟(jì)性上比方案Ⅱ好，且調(diào)度靈活也可保證供電的可靠性。所以選用方案Ⅰ。 站用電接線 一般站用電接線選用接線簡(jiǎn)單且投資小的接線方式。故提出單母線分段接線和單母線接線兩種方案。 上述兩種方案如圖 及圖 所示。 圖 單 母線分段接線 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 圖 單母線接線 對(duì)圖 及圖 所示方案Ⅰ、Ⅱ綜合比較，見(jiàn)表 24。 表 24 主接線方案比較 經(jīng)比較兩種方案經(jīng)濟(jì)性相差不大，所以選用可靠性和靈活性較高的方案Ⅰ。 方案 方案Ⅰ單分 方案Ⅱ單 技 術(shù) ①不會(huì)造成全所停電 ②調(diào)度靈活 ③保證對(duì)重要用戶的供電 ④任一斷路器檢修，該回路必須停止工作 ⑤擴(kuò)建時(shí)需向兩個(gè)方向均衡發(fā)展 ① 簡(jiǎn)單清晰、操作方便、易于發(fā)展 ② 可靠性、靈活性差 經(jīng)濟(jì) ①占地少 ②設(shè)備少 ① 備少、投資小 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 第 3 章 負(fù)荷計(jì)算及無(wú)功補(bǔ)償 負(fù)荷分析 僅靠目前此地僅有的一個(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， 2021 年大沖共需要 110KV 主變?nèi)萘考s 111~129 兆伏安，而目前此地主變?nèi)萘恐挥?80MVA，還需要增加 31~49MVA。為滿足用電負(fù)荷增長(zhǎng)的需要到 2021 年建設(shè)新的 110KV 變電站是十分必要的。而且大沖鎮(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)大沖鎮(zhèn)南部的用電負(fù)荷，釋放大沖站的供電能力，提高大沖鎮(zhèn)的供電可靠性、改善電能質(zhì)量和降低網(wǎng)損。 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