【正文】 一、設(shè)計(jì) 任務(wù) 35KV 企業(yè)變電所電氣一次設(shè)計(jì) 二、待建變電所基本資料 某企業(yè)為保證供電需要，要求設(shè)計(jì)一座 35KV 降壓變電所，以 10KV電纜給各車間供電，一次設(shè)計(jì)并建成。 距離本變電所 6KM 處有一系統(tǒng)變電所，用 35KV 雙回架空線路向待設(shè)計(jì)的變電所供電。在最大運(yùn)行方式下，待設(shè)計(jì)變電所高壓母線上的短路功率為 1000MVA。 待設(shè)計(jì)變電所 10KV 側(cè)無(wú)電源，考慮以后裝設(shè)兩組電容器，提高功率因數(shù)，故要求預(yù)留兩個(gè)間隔。 本變電所 10KV 母線到各車間均用電纜供電，其中一車間和二車間為 Ⅰ 類負(fù)荷，其余為 Ⅱ 類負(fù)荷， Tmax=4000h。各饋線負(fù)荷如下表所示： 序號(hào) 車間名稱 有功功率（ KW） 無(wú)功功率（ KVAR） 1 一車間 1040 470 2 二車間 740 490 3 機(jī)加工車間 818 560 4 裝配車間 1000 495 7 5 鍛工車間 925 280 6 高壓站 1360 310 7 高壓泵房 730 504 8 其他 935 680 所用電的主要負(fù)荷如下表所示： 序號(hào) 設(shè)備名稱 額定容量（ KW） 功率因數(shù) 臺(tái)數(shù) 1 主充電機(jī) 19 1 2 浮充電機(jī) 1 3 蓄電池室通風(fēng) 1 4 屋內(nèi)配電裝置通風(fēng) 2 5 交流電焊機(jī) 10 1 6 檢修試驗(yàn)用電 1 7 載波 1 8 照明負(fù)荷 14． 5 9 生活用電 11 環(huán)境條件 當(dāng)?shù)睾０胃叨?，年雷電日 個(gè)，空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良，無(wú)污染，歷年平均最高氣溫 ℃ ，土壤電阻率ρ≤ 500Ω? m。 第一章 主接線的選擇 8 11 主接線的設(shè)計(jì)原則和要求 發(fā)電廠和變電所的電氣主接線 是保證電網(wǎng)安全可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵，是電氣設(shè)備布置、選擇、自動(dòng)化水平和二次回路設(shè)計(jì)的原則和基礎(chǔ)。 電氣主接線的設(shè)計(jì)原則： 應(yīng)根據(jù)發(fā)電廠和變電所所在電力系統(tǒng)的地位和作用。首先應(yīng)滿足電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)調(diào)度的要求，根據(jù)規(guī)則容量，本期建設(shè)規(guī)模、輸送電壓等級(jí)、進(jìn)出線回路數(shù)、供電負(fù)荷的重要性，保證供需平衡，電力系統(tǒng)線路容量、電氣設(shè)備性能和周圍環(huán)境及自動(dòng)化規(guī)則與要求等條件確定，應(yīng)滿足可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)型的要求。 電氣主接線的主要要求： 可靠性：可靠性的客觀衡量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)運(yùn)行實(shí)踐主接線的可靠性是其組合元件 （包括一次不分和二次部分）在運(yùn)行中可靠性的綜合，因此要考慮一次設(shè)備和二次部分的故障及其對(duì)供電的影響，衡量電氣主接線運(yùn)行可靠性的一般準(zhǔn)則是： （ 1） 斷路器檢修時(shí)，是否影響供電、停電的范圍和時(shí)間 （ 2） 線路、斷路器或母線故障以及母線檢修時(shí)，停電出線回路數(shù)的多少和停電時(shí)間長(zhǎng)短，能否保證對(duì)重要用戶的不間斷供電。 （ 3） 發(fā)電廠、變電所全部停電的可能性。、 9 靈活性：投切發(fā)電機(jī)、變壓器、線路斷路器的操作要可靠方便，調(diào)度靈活，電氣主接線的靈活性要求有以下幾方面： （ 1） 調(diào)度靈活、操作方便，應(yīng)能靈活地投切某些元件，調(diào)配電源和負(fù)荷能滿足系統(tǒng)在事故、檢 修及特殊運(yùn)行方式下的調(diào)整要求。 （ 2） 檢修安全，應(yīng)能容易地從初期過(guò)渡到最終接線，并在擴(kuò)建過(guò)渡時(shí)使一次和二次設(shè)備等所需的改造最少。 控制、保護(hù)方式不過(guò)于復(fù)雜，以利于運(yùn)行并節(jié)約二次設(shè)備和電纜投資，要適當(dāng)限制經(jīng)濟(jì)型：通過(guò)優(yōu)化比選，應(yīng)盡力做到投資省、占地面積小、電能損耗少，在滿足技術(shù)要求的前提下，要做到經(jīng)濟(jì)合理。 （ 1） 投資省，電氣主接線應(yīng)簡(jiǎn)單清晰，以節(jié)省斷路器、隔離開關(guān)等一次設(shè)備投資，要使短路電流，一邊選擇價(jià)格合理的電氣設(shè)備。 （ 2） 占地面積小，電氣主接線的設(shè)計(jì)要為配電裝置的布置創(chuàng)造條件，以便節(jié)約地和節(jié)省架構(gòu)、導(dǎo)線、絕緣小及安裝費(fèi) 用，在運(yùn)輸調(diào)節(jié)許可的地方都應(yīng)采用三相變壓器。 （ 3） 電能損耗少，經(jīng)濟(jì)合理的選擇變壓器的型式、容量和臺(tái)數(shù)，避免因兩次變壓而增加投資。 12 主接線的擬定 待設(shè)計(jì)變壓所為一座 35KV 降壓變電所，以 10KV 電纜線各車間供電，距改變電所 6KM 處有一系統(tǒng)變電所，用 35KV 雙回架空線向待 10 設(shè)計(jì)的變電所供電，在最大運(yùn)行方式下，待設(shè)計(jì)變電所高壓母線上的短路功率為 1000MVA，待設(shè)計(jì)變電所的高壓部分為二進(jìn)二出回路，為減少斷路器數(shù)量及縮小占地面積，可采用內(nèi)橋接線和外橋接線，變電所的低壓部分為二進(jìn)八處回路，同時(shí)考慮以后裝設(shè)兩 組電容量要預(yù)留兩個(gè)出線間隔，故 10KV 回路應(yīng)至少設(shè)有 10 回出線，其中，一車間和二車間為Ⅰ類負(fù)荷，其余為Ⅱ類負(fù)荷，其主接線可采用單母不分段接線，單母分段接線和單母分段帶旁路接線，綜上所述，該變電所的主接線形式初步擬定為 6 種，如下圖 21 所示 圖 21（ a）方案一 11 圖 21（ b）方案二 12 圖 21（ c）方案三 圖 21（ d）方案四 13 圖 21（ e）方案五 圖 21（ f）方案六 13 主接線的比較與選定 131 技術(shù)比較 內(nèi)橋線路的特點(diǎn)： （ 1）線路操作方便 （ 2）正常運(yùn)行時(shí)變壓器操作復(fù)雜 （ 3）橋回路故障或檢修時(shí)全廠分列為兩部分，使兩個(gè)單元間失去聯(lián) 14 系 內(nèi)橋接線試用于兩回進(jìn)線兩回出線且線路較長(zhǎng)，故障可能性較大和變壓器不需要經(jīng)常切換運(yùn)行方式的發(fā)電廠和變電站中。 外橋接線的特點(diǎn)： (1)變壓器操作方便 （ 2）線路投入與切除時(shí)，操作復(fù)雜 （ 3）橋回路故障或檢修時(shí)全廠分列為兩部分，使兩個(gè)單元之間失去聯(lián)系。 外橋接線適用于兩回進(jìn)線兩回出線且線路較短故障可能性小和變壓器需要經(jīng)常切換，且線路有穿越功率通過(guò)的發(fā)電廠和變電站中。待設(shè)變電所 35KV 回路進(jìn)線為 6KM，進(jìn)線較長(zhǎng)，且沒(méi) 有穿越功率通過(guò)，正常運(yùn)行時(shí)兩臺(tái)變壓器不需要經(jīng)常切換，經(jīng)比較，內(nèi)橋接線的線路投入與切除操作方便，故以上 6 種設(shè)計(jì)方案中，方案一、方案二和方案三為優(yōu)。 單母線不分段接線的特點(diǎn)： 接線簡(jiǎn)單、清晰、設(shè)備少、操作方便、投資少、便于擴(kuò)建，但其不夠靈活可靠，接到母線上任一元件故障時(shí)，均使整個(gè)配電裝置停電。 單母線分段接線的特點(diǎn)： 15 單母線分段接線也比較簡(jiǎn)單、清晰，當(dāng)母線發(fā)生故障時(shí)，僅故障母線段停止工作，另一段母線仍繼續(xù)工作，兩段母線可看成是兩個(gè)獨(dú)立的電源，挺高了供電可靠性，可對(duì)重要用戶供電，當(dāng)一段母線故障或檢修時(shí)， 必須斷開接在該段母線上的所有支路，使之停止工作，任一支斷路器檢修時(shí)，該支路必須停止工作。 單母線分段帶旁路接線的特點(diǎn)： 在母線引出各元件的斷路器，保護(hù)裝置需停電檢修時(shí)，通過(guò)旁路木母線由旁路斷路器及其保護(hù)代替，而引出元件可不停電，加旁路母線雖然解決了斷路器和保護(hù)裝置檢修不停電的問(wèn)題，提高了供電的可靠性，但也帶來(lái)了一些負(fù)面影響。 a) 旁路母線、旁路斷路器及在各回路的旁路隔離開關(guān)，增加了配電裝置的設(shè)備，增加了占地，也增加了工程投資。 b) 旁路斷路器代替各回路斷路器的倒閘操作復(fù)雜，容易產(chǎn)生誤操作，釀成事故。 c) 保護(hù)及二次 回路接線復(fù)雜。 d) 用旁路代替?zhèn)€回路斷路器的倒閘操作，需要人來(lái)完成，因此帶旁路母線的界限不利于實(shí)現(xiàn)變電所的無(wú)人值班。 方案一種采用單母線不分段接線，雖然簡(jiǎn)單靈活，但其可靠性不高，當(dāng)接到母線上任一元件公章時(shí)，均使整個(gè)配電裝置停電，且?guī)гO(shè)變電所的符合均為Ⅰ類、Ⅱ類中藥符合，因此方案一種的單母線不分 16 段接線不能滿足Ⅰ類、Ⅱ類負(fù)荷供電可靠性的要求。 方案二與方案三中采用單母線分段接線的兩段母線可看成是兩個(gè)獨(dú)立的電源，提高了供電的可靠性，為了確保當(dāng)任何一路電源發(fā)生故障或檢修時(shí)，都不回中斷對(duì)重要用戶Ⅰ類負(fù)荷的用電，可 分別在每段母線上都設(shè)有一車間與二車間的出現(xiàn)間隔。方案二與方案三的可靠性都較高，加設(shè)旁路母線的方案三可使出現(xiàn)線路上斷路器故障或檢修時(shí)，通過(guò)旁路母線使用電不用中斷，相比之下，方案三的供電可靠性要比方案二高，但由于加設(shè)旁路母線也帶來(lái)了倒閘操作復(fù)雜等負(fù)面影響，即方案三靈活性要低于方案二，為最終確定帶設(shè)變電所的主接線方式，下面對(duì)方案二與方案三進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較。 132 經(jīng)濟(jì)比較 綜合投資比較 )1001(0 aZZ ?? 該變電所為 35KV 等級(jí)，故不明顯的附加費(fèi)用比例系數(shù) a 取 100 ???02ZZ ? ② 式中 0Z 包括變壓器、開關(guān)設(shè)備。配電裝置等設(shè)備的費(fèi)用，由式子②可知，綜合投資與 0Z 成正比。 方案三語(yǔ)方案二相比，方案三多設(shè)了一條 10KV 母線， 1 臺(tái)旁路母聯(lián) 17 斷路器及隔離開關(guān)。即方案三中的 0Z 大于方案二中的 0Z 。故方案二的綜合投資 Z 小于方案三的綜合投資 Z。 年運(yùn)行費(fèi)用 U 的比較 AZ UUU ??? 式中 ZU 為折舊費(fèi)， AU? 為損耗費(fèi) CZUZ ? 式中 C 為折舊維護(hù)檢修費(fèi)，對(duì)主變及配電裝置可取 8%~10%.對(duì)水泥桿線路可取 5%，對(duì)鐵塔線路可取 4%，故 ZU 與 Z 成正比。 ????? ?U 式中 ? 為電能電價(jià)（常數(shù)）。 雙繞組主變的年電能損耗 ])([ 20 ?emK SSPtPn ?????? 該變電所采用 2 臺(tái)主變，故 n=2 式中 0P? 為主變壓器的空載損耗和短路損耗 t 為變壓器年運(yùn)行小時(shí)數(shù) eS 為變壓器的額定容量， mS 為變壓器持續(xù)最大負(fù)荷 ? 為最大負(fù)荷年損耗小時(shí)數(shù)，決定于最大負(fù)荷年利用小時(shí)數(shù) T 與平均功率因數(shù) ?COS 。 由于方案二與方案三都選用同樣兩臺(tái)型號(hào)相同的主變，故主變的年電能 損耗相同。 架空輸電線路的年電能損耗。 18 LKPm??? 式中 mP 為通過(guò)線路的最大持續(xù)功率， L 為線路長(zhǎng)度， K 為線路有功損耗系數(shù)。方案二與方案三中都從距變電所 6KM處的系統(tǒng)變電所用 35KV雙回架空線路向帶設(shè)變電所供電。故其 mP 、 L、 K 相同，即架空輸電線路的年電能損耗相同。 由于 U= ZU + AU? 當(dāng)損耗費(fèi)用相同時(shí)， ZU 大的年運(yùn)行費(fèi)高，故方案二與方案三相比，方案二的經(jīng)濟(jì)性較優(yōu)。而且近年來(lái)，系統(tǒng)的發(fā)展，電力系統(tǒng)接線的可靠性有了較大提高， 220KV 以下電網(wǎng)建設(shè)的目標(biāo)是逐步實(shí)現(xiàn) N1或 N2 的配置，這樣有計(jì)劃地進(jìn)行設(shè)備檢修，不會(huì)對(duì)用戶的供電產(chǎn)生影響，不需要通過(guò)旁路斷路器來(lái)代替檢修斷路器；由于設(shè)備制造水平的提高，高質(zhì)量的斷路器不斷出現(xiàn)，例如現(xiàn)在廣泛采用的 SF6 斷路器，真空斷路器，運(yùn)行可靠性大幅度提高，使旁路母線的使用幾率也在逐年下降；由于現(xiàn)今的變電站都有向無(wú)人值班方式設(shè)計(jì)趨勢(shì)，旁路母線給無(wú) 人值班帶來(lái)不便，故新建工程中基本上不再采用帶旁路母線的接線方式，所以經(jīng)綜合分析比較后，最終確定方案二為該變電所的電氣主接線方式，即 35KV 高壓部分采用內(nèi)橋接線， 10KV 低壓部分采用單母分段接線方式。如下圖 所示： 19 圖 22 14 所用電的設(shè)計(jì) 141 所用電設(shè)的要求計(jì) 變電所用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備選擇，直接關(guān)系到變電所的安全運(yùn)行和設(shè)備的可靠。 最近幾年設(shè)計(jì)的變電所大都不采用蓄電池作為直流電源，而是廣泛采用晶閘管整流或復(fù)式整流裝置取得直流電源，這就要求交流所用電源可靠連續(xù)、電壓穩(wěn)定，因此要求有兩個(gè)電源。其電源的引入方式有內(nèi)接和外接兩種。其接入方式有三種，如下圖 23 所示： 20 圖23（ a） 圖 23（ b） 21 圖 23（ c） 其中 圖 23（ a）兩臺(tái)所用變均從外部電源引進(jìn)，其供電可靠 性最高，但由于接入電源電壓較高（ 35KV） ,投資成本也較大；圖 23（ c）的所用變投資成本最低但其可靠性較低； 圖 23（ b）的所用電源接入形式，當(dāng)該變電站的兩臺(tái)主變壓器都發(fā)生故障時(shí)，一號(hào)所用變又外不電源接入，可以保證變電所的所用電正常。其成本投資低于 圖23（ a），是在保證了可靠性的前提下最優(yōu)經(jīng)濟(jì)方案。因此本變電所的所用變接線形式如 圖 23（ b）所示。 第二章 變壓器的選擇 21 主變的選擇 211 變電站變壓器臺(tái)數(shù)的選擇原則 22 （ 1）對(duì)于只供給二類、三類負(fù)荷 的變電站，原則上只裝設(shè)一臺(tái)變壓器。 （ 2）對(duì)于供電負(fù)荷較大的城市變電站或有一類負(fù)荷的重要變電站，應(yīng)選用兩臺(tái)兩臺(tái)相同容量的主變壓器，每臺(tái)變壓器的容量應(yīng)滿足一臺(tái)變壓器停運(yùn)后，另一臺(tái)變壓器能供給全部一類負(fù)荷；在無(wú)法確定一類負(fù)荷所占比重時(shí)，每臺(tái)變壓器的容量可按計(jì)算負(fù)荷的 70%～ 80%選擇。 （ 3）對(duì)大城市郊區(qū)的一次變電站，如果中、低壓側(cè)已構(gòu)成環(huán)網(wǎng)的情況下，變電站以裝設(shè)兩臺(tái)為宜；對(duì)地區(qū)性孤立的一次變電站，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)