【正文】 3。 48 設(shè)計(jì)的背景 電力工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的的重要部門之一，它是負(fù)責(zé)把自然界提供的能源轉(zhuǎn)化為供人們直接使用的電能產(chǎn)業(yè)。它既是現(xiàn)代工業(yè)、現(xiàn)在農(nóng)業(yè)、現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代國(guó)防提供不可缺少的動(dòng)力，又和廣大人民群眾的關(guān)系密切不可分割。電力是工業(yè)的先行，電力工業(yè)的發(fā)展必須先行于其他的工業(yè)部門，整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)才能不斷的前進(jìn)和發(fā)展。近幾年來(lái)隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人民生活用電的急劇增長(zhǎng)，對(duì)于電力的需求大幅度增加，使的電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大、結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，人們對(duì)能源的利用越來(lái)越重視，而變電所對(duì)于電力的生產(chǎn)和分 配起到了舉足輕重的作用。 變電所是電網(wǎng)建設(shè)和電網(wǎng)改造中非常重要的技術(shù)環(huán)節(jié)，在目前電網(wǎng)建設(shè)中，尤其是在 10KV 變電所的建設(shè)中，土地、資金等資源浪費(fèi)現(xiàn)象非常的嚴(yán)重，所以存在著非常嚴(yán)重的問(wèn)題。比如 。重復(fù)建設(shè)、改造困難、工頻電磁輻射、無(wú)線電干擾、噪聲等環(huán)保問(wèn)題以及電能質(zhì)量差等問(wèn)題，這些已經(jīng)成為影響高壓輸變電工程建設(shè)成本和運(yùn)行質(zhì)量的重要因素，違背了可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略。所以 10KV 變電所需要采用節(jié)約資源的設(shè)計(jì)方案，要克服通信干擾和噪聲、既要保證電能質(zhì)量和用電安全等問(wèn)題，同時(shí)還要滿足以后電網(wǎng)改造的方便性和資源等利用率搞得要 求。 國(guó)內(nèi)外研究綜述 近年來(lái)一些發(fā)達(dá)國(guó)家為減少電能在電網(wǎng)中的損耗，已經(jīng)形成了完善的變電所設(shè)計(jì)理論，基本達(dá)到了建設(shè)節(jié)約型、集約型、高效型變電所的目標(biāo)。國(guó)內(nèi)的變電所也通過(guò)改善優(yōu)化變電所結(jié)構(gòu)，降低變電所的功率消耗，提高變電所的可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性。另外變電所綜合化自動(dòng)系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的變電所二次系統(tǒng)，已經(jīng)成為當(dāng)前電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。我國(guó)變電所自動(dòng)化系統(tǒng)經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，雖然取的了不小的進(jìn)步，但目前還跟不上電力工業(yè)前進(jìn)的步伐，真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和無(wú)人值守的變電所并不多，其社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益明顯不夠卓著，這說(shuō)明我國(guó)的變 電所自動(dòng)化技術(shù)并不規(guī)范，市場(chǎng)發(fā)育也不成熟，這也研究、制造、規(guī)劃、基建和運(yùn)行等部門對(duì)變電所自動(dòng)化的認(rèn)識(shí)不同有很大的關(guān)系。總之，變電所自動(dòng)化系統(tǒng)以其簡(jiǎn)單可靠、可擴(kuò)展性強(qiáng)、兼容性好等特點(diǎn)逐步為國(guó)內(nèi)用戶所接收，并在一些大型變電所監(jiān)控項(xiàng)目中獲得成功的應(yīng)用，變電所綜合自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的越來(lái)越成熟。 認(rèn)清和適應(yīng)變電所自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，采用先進(jìn)的理論技術(shù)，丟棄落后和即將淘汰的技術(shù)，確定科學(xué)的模式和結(jié)構(gòu)，選擇質(zhì)量?jī)?yōu)良和性能可靠的產(chǎn)品，無(wú)論對(duì)設(shè)備制造廠家還是對(duì)用戶都至關(guān)重要，也關(guān)系到變電所技術(shù)未來(lái)的發(fā)展。因此，在學(xué)習(xí)鑒定國(guó)外 先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況，全面系統(tǒng)的研究探討符合國(guó)情的變電所自動(dòng)化系統(tǒng)模式、結(jié)構(gòu)、功能、通訊方式等，對(duì)我國(guó)變電所的發(fā)展有很大重要的意義。 現(xiàn)在 我國(guó)電力工業(yè)的技術(shù)水平和管理水平正在逐步提高，現(xiàn)在已經(jīng)有許多的變電站實(shí)現(xiàn)了集中控制和采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控，電力系統(tǒng)也實(shí)現(xiàn)了分級(jí)集中調(diào)度，所有電力企業(yè)都在努力增產(chǎn)節(jié)約，降低成本，確保安全運(yùn)行。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力工業(yè)將逐步跨入世界先進(jìn)水平的行列。變電所是生產(chǎn)工藝系統(tǒng)嚴(yán)密，土建結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工難度較大的建筑。電力工業(yè)的發(fā)展，單機(jī)容量的增大，總?cè)萘吭诎偃f(wàn)千瓦以上變電所的建立促使變電所建筑結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)不斷改進(jìn)和 發(fā)展。 2 電氣主接線設(shè)計(jì) 電氣主接線又稱為一次接線，是由各種開(kāi)關(guān)電器、變壓器、互感器、線路、電抗器、母線等安一定順序連接而成的接受和分配電能的總電路。電氣主接線代表了發(fā)電廠和變電所電氣部分的主體結(jié)構(gòu)，直接影響著電氣設(shè)備選擇、配電裝置布置、繼電保護(hù)配置、自動(dòng)裝置和控制方式的選擇，對(duì)運(yùn)行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性起決定性作用。 用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的設(shè)備圖形符號(hào)和文字符號(hào)，按電氣設(shè)備的實(shí)際連接順序繪制而成的接線圖，成為電氣主接線圖。電氣主 接線圖通常畫成單線圖的形式。 主接線的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足一下基本要求： 1） 安全：保證在進(jìn)行任何切換操作時(shí)人身和設(shè)備的安全。 2） 可靠：應(yīng)滿足各級(jí)電力負(fù)荷對(duì)供電可靠性的要求。 3） 靈活：應(yīng)能適應(yīng)各種工作方式的操作和檢修、維護(hù)需要。 4） 經(jīng)濟(jì)：在滿足以上要求的前提下，主接線應(yīng)力求簡(jiǎn)單，盡可能減少一次性投資和年運(yùn)行費(fèi)用。 電氣主接線的基本形式 單母線接線 優(yōu)點(diǎn)：接線簡(jiǎn)單、使用設(shè)備少、操作方便、投資少、便于擴(kuò)建和采用成套配電裝置。 缺點(diǎn)：不夠靈活可靠，任一原件（母線或母線隔離開(kāi)關(guān)等）故障時(shí)檢修，都需使整個(gè)配電裝置停電，單 母線可用隔離開(kāi)關(guān)分段，但當(dāng)一段母線故障時(shí)，全部回路任需短時(shí)停電，在用隔離開(kāi)關(guān)將故障的母線段分開(kāi)后才能恢復(fù)非故障母線的供電。 適用范圍： 6— 10kv 配電裝置的出線回路數(shù)不超過(guò) 5 回； 35— 63kv 配電裝置的出線回路數(shù)不超過(guò) 3回； 110— 220kv 配電裝置的出線回路數(shù)不超過(guò) 2回。 圖 單母線接線 單母線分段接線 優(yōu)點(diǎn)：用斷路器把母線分段后，對(duì)重要用戶可以從不同段引出兩個(gè)回路，有兩個(gè)電源供電。當(dāng)一段母線發(fā)生故障，分段斷路器自動(dòng)將故障切除，保證正常段母線不間斷供電和不致使重 要用戶停電。 缺點(diǎn)：當(dāng)一段母線或母線隔離開(kāi)關(guān)故障或檢修時(shí)，該段母線的的回路都要在檢修期間內(nèi)停電。當(dāng)出線為雙回路時(shí)，常使架空線路出現(xiàn)交叉跨越。擴(kuò)建時(shí)需要向兩個(gè)方向均衡擴(kuò)建。 適用范圍： 610kv 配電裝置出線回路數(shù)為 6 回及以上時(shí)； 35kv 配電裝置出線回路數(shù)為 48回時(shí)； 110220kv 配電裝置出現(xiàn)回路數(shù)為 34 回時(shí)。 圖 單母線分段接線 單母線分段帶旁路母線 這種接線方式在進(jìn)出線不多，容量不大的中小型電壓等級(jí)為 35110kv 的變電所較為實(shí)用，具有足夠的可靠性和靈活性。 圖 單 母線分段帶旁路母線 雙母線接線 優(yōu)點(diǎn)： 1） 供電可靠。可以輪流檢修一組母線而不致使供電中斷；一組母線故障時(shí)，能迅速恢復(fù)供電；檢修任一回路的母線隔離開(kāi)關(guān)，只停該回路。 2） 調(diào)度靈活。各個(gè)電源和各個(gè)回路負(fù)荷可以任意分配到某一組母線上，能靈活的適應(yīng)系統(tǒng)中各種運(yùn)行方式調(diào)度和潮流變化的需要。 3） 擴(kuò)建方便。想雙母線的左右任何一個(gè)方向擴(kuò)建，均不影響兩組母線的電源和負(fù)荷分配，不會(huì)引起原有回路的停電。 4） 便于實(shí)驗(yàn)。當(dāng)個(gè)別回路需要單獨(dú)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，可將該回路分開(kāi)，單獨(dú)接至一組母線上。 缺點(diǎn)： 1） 增加一組母線和使沒(méi)回線路需要增加一組母 線隔離開(kāi)關(guān)。 2） 當(dāng)母線故障或者檢修時(shí)隔離開(kāi)關(guān)作為倒換操作電器，容易誤操作。為了避免隔離開(kāi)關(guān)誤操作，需在隔離開(kāi)關(guān)和斷路器之間裝設(shè)連鎖裝置。 適用范圍： 610kv 配電裝置，當(dāng)短路電流較大，出線需要帶電抗器時(shí)； 35kv 配電裝置，當(dāng)出線回路超過(guò) 8回時(shí)，或連接的電源較多、負(fù)荷較大時(shí)； 110220kv 配電裝置，出線回路在 5回以上時(shí)，或 110220kv 配電裝置在系統(tǒng)中占重要地位，出線回路數(shù)在 4 回以上使。 圖 雙母線接線 雙母線分段接線 雙母線分段可以分段運(yùn)行，系統(tǒng)構(gòu)成方式的自由度大，兩個(gè)原件可完全 分別接到不同的母線上，對(duì)大容量且相互聯(lián)系的系統(tǒng)是有利的。由于這種母線接線方式是常用技術(shù)的一種延生，因此在繼電保護(hù)方式和操作運(yùn)行方面都不會(huì)發(fā)生問(wèn)題，而較容易實(shí)現(xiàn)分階段的擴(kuò)建優(yōu)點(diǎn)。但容易受到母線故障的影響，斷路器檢修時(shí)需要停運(yùn)線路。占地面積較大。一般當(dāng)連接的進(jìn)出線回路在 11回及以下是，母線不分段。 橋型接線 內(nèi)橋型接線 優(yōu)點(diǎn)：高壓斷路器數(shù)量少，四個(gè)回路只需三臺(tái)斷路器。 缺點(diǎn)：變壓器的切除和投入較復(fù)雜，需動(dòng)作兩臺(tái)斷路器，影響一回線路的暫時(shí)運(yùn)作；橋連斷路器檢修時(shí)，兩個(gè)回路需解列運(yùn)行；出線斷路器檢修時(shí)， 線路需較長(zhǎng)時(shí)期停運(yùn)。 適用范圍：適用于較小容量的發(fā)電廠，變電所并且變壓器的切換較頻繁或線路較短，故障率較小的情況。 外橋型接線 優(yōu)點(diǎn)：高壓斷路器數(shù)量少，四個(gè)回路只需三臺(tái)斷路器。 缺點(diǎn)：線路的切除和投入較復(fù)雜，需動(dòng)作兩臺(tái)斷路器，并有一臺(tái)變壓器暫時(shí)停運(yùn)。高壓側(cè)斷路器檢修時(shí)，變壓器較長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)。 適用范圍：適用于較小容量的發(fā)電廠，變電所并且變壓器切換較頻繁或線路段，故障率較少的情況。 電氣主接線的選擇 10kv 電氣主接線 根據(jù)資料顯示，由于 10kv 的出線為 12 回，可以初步選擇以下兩種方案： 1） 單母線分段接線如圖 15， 6～ 10kV 配電裝置出線回路數(shù)目為 6 回及以上 ，可采用單母線分段接線。 圖 單母線分段接線 2）雙母線接線如圖 16， 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 。 圖 雙母線接線 表 10kv主接線方案比較 項(xiàng)目 方案 方案一 單母線接線 方案二 雙母線接線 技術(shù) 不會(huì)造成全所停電 調(diào)度靈活 保證對(duì)重要用戶的供電 擴(kuò)建時(shí)需要向兩個(gè)方向均衡擴(kuò)建 供電可靠 調(diào)度靈活 擴(kuò)建方便 便于實(shí)驗(yàn) 易誤操作 經(jīng)濟(jì) 占地少 設(shè)備少 設(shè)備多，配電裝置復(fù)雜 投資和站地面大 經(jīng)過(guò)綜合比較方案一在經(jīng)濟(jì)性上比方案二好，且調(diào)度靈活也可保證供電的可靠性，所以選用方案一。 110kv 電氣主接線 由于 110kv 只有 2回進(jìn)線，可以初步選擇一下兩種方案： 1） 橋型接線根據(jù)資料分析此處選擇內(nèi)橋接線。 圖 內(nèi)橋接線 2） 單母線接線如圖 圖 單母線接線 表 110kv主接線比較 項(xiàng)目 方案 方案一 內(nèi)橋接線 方案二 單 母線接線 技術(shù) 接線清晰簡(jiǎn)單 調(diào)度靈活，可靠性不高 簡(jiǎn)單清晰、操作方便、易于發(fā)展 可靠性、靈活性差 經(jīng)濟(jì) 占地少 實(shí)用的斷路器少 設(shè)備少 投資小 經(jīng)比較兩種方案都具有接線簡(jiǎn)單這一特點(diǎn)。雖然方案一可靠性、靈活性不如方案二，但其具有良好的經(jīng)濟(jì)性?？蛇x用投資小的方案一。 3 主變壓器的選擇 變壓器是變電所中的重要電氣設(shè)備之一，它的主要作用是變換電壓以利于功率的傳輸，電壓經(jīng)升壓變壓器升壓后，可以減少線路損耗，提高了經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到遠(yuǎn)距離送電的目的。而降壓變壓器則將高電壓降低為用戶所需要的各級(jí)使 用電壓，以滿足用戶需要。 負(fù)荷計(jì)算 要選擇主變壓器和站用變壓器的容量，確定變壓器各出線側(cè)的最大持續(xù)工作電流。首先要計(jì)算各測(cè)的負(fù)荷包括站用電負(fù)荷 10kv 負(fù)荷。 由于課題上并未給出 10KV出線的負(fù)荷功的功率因數(shù)，所以默認(rèn) cos? = 計(jì)算， 故總計(jì)算負(fù)荷為 10KVP =630 4＋ 400＋ 500＋ 1250＋ 1600=6270KVA 即 P總 = 所以總計(jì)算負(fù)荷 由于考慮到變電站未來(lái) 5~10 年的遠(yuǎn)期負(fù)荷 主變壓器型式的選擇 主變壓器臺(tái)數(shù)的選擇 由原始資料可知，我們此次設(shè)計(jì)的變電站是一個(gè) 10KV變電站，我們選取 110KV進(jìn)線，所以該變電站是一個(gè)降壓變電站。 M V A7M V ??總SM V ASS N %)55(%)55( ????? ???總為了提高供電的可靠性，防止因一臺(tái)主變故障或檢修時(shí)影響整個(gè)變電站的供電，變電站中一般裝設(shè)兩臺(tái)主變壓器，互為備用，可以避免因主變檢修或故障而造成對(duì)用戶的停電。故可選擇兩臺(tái)主變壓器。 主變壓器容量的選擇 由于設(shè)計(jì)資料提及，主供運(yùn)行時(shí)帶全部負(fù)荷，備供不投，當(dāng)主供跳閘 時(shí)，備供自動(dòng)啟動(dòng)并確定主供和分段斷路器均斷開(kāi)后自動(dòng)合上備供電源，向 II 段母線繼續(xù)供電。當(dāng)主供電源故障排除后備自投切除備供并且合上主供及分段開(kāi)關(guān)，恢復(fù)正常運(yùn)行方式。 對(duì)一般性變電站停運(yùn)時(shí)，其余變壓器容量就能保證全部負(fù)荷的 60～ 70%。NS =，故兩臺(tái)主變?nèi)萘窟x擇為 10MVA，查表，選用 SFS9— 10000/110 型雙繞組電力變壓器，其參數(shù)如表 . 表 SFS— 10000/110 型雙繞組變壓器參數(shù) 型號(hào) 額定容量KVA 額定電壓 /KV 損耗 /KW 空載電流（ %） 短路電壓（ %） 聯(lián)接組別 高壓 低壓 空載 短路 SF9—10000/110 10000 110177。 2 % 121177。 2 % 11 YNd11 4 短路電流計(jì)算 在電力系統(tǒng)運(yùn)行中都必須考慮到可能發(fā)生的各種故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)，最常見(jiàn)同時(shí)也是最危險(xiǎn)的故障是發(fā)生各種型式的短路，因?yàn)樗鼈儠?huì)遭到破壞對(duì)用戶的正常供電和電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。 短路計(jì)算的目的 1）在選擇電氣主接線時(shí)，為了比較各種接線方案或確定某一接線是否需要采取限制短路電流的措施等，均需進(jìn)行必要的短路電流計(jì)算。 2）在選擇電氣設(shè)備時(shí)，為了保證設(shè)備在正常運(yùn)行和故障情況下都能安全、可靠地工作，同時(shí)又力求節(jié)約資金，這就需要進(jìn)行全面的短路電流計(jì)算。 3）在設(shè)計(jì)屋外高壓配電裝置時(shí)，需按短路條件檢驗(yàn)軟導(dǎo)線的相間和相對(duì)地的安全距離。 4）在選擇繼電保護(hù)方式和進(jìn)行整定計(jì)算時(shí)，需以各種短路時(shí)的短路電流為依據(jù)。 短路計(jì)算過(guò)程 ，繪制短路等效電路 系統(tǒng)短路等效電路如圖 所示。 圖 系統(tǒng)短路等效電路 （ 1）選取基準(zhǔn)容量 dS =100MVA，基準(zhǔn)電壓 1dU =，則基準(zhǔn)電流為 kAkAUSI ddd 1003 ???? （ 2）計(jì)算各元件電抗標(biāo)幺值 變壓器 T1 T2 001 ????X （ 3） 求 k 點(diǎn)的總等效電抗標(biāo)幺值及三相短路電流和短路容量 ?? ??? XX kAkAXII dk ??? ?? kAkAIi ksh ???? kAkAII ksh ???? MV AMV AXsS dk ??? ?? kAkAUSIddd 1003 ???? 表 短路電流計(jì)算結(jié)果 5 備用電源自動(dòng)投入裝置 作用 備用電源自動(dòng)投入裝置目標(biāo)：為消除或減少損失，保證用戶不間斷供電 。 BZT 定義：當(dāng)工作電源因故障被斷開(kāi)以后，能迅速自動(dòng)的將備用電源投入或?qū)⒂秒娫O(shè)備自動(dòng)切換到備用電源上去，使用戶不至于停電的一種自動(dòng)裝置簡(jiǎn)稱備自投或BZT裝置。 適用情況 以及優(yōu)點(diǎn)