【正文】 變電站設(shè)計(jì)項(xiàng)目第1章 電力系統(tǒng)及變電站概述 電力系統(tǒng)概述隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和科學(xué)的發(fā)展，電能被越來越廣泛的應(yīng)用于工農(nóng)也生產(chǎn)以及人民的日常生活中。電能可以方便的轉(zhuǎn)化為其它形式的能源，并且電能的分配和輸送易于實(shí)現(xiàn)，可以輸送到需要它的工作場(chǎng)合和生活場(chǎng)合。為了安全、經(jīng)濟(jì)地發(fā)供電，滿足國民經(jīng)濟(jì)和人民生活的需要，由發(fā)電機(jī)、變壓器、輸配電線路和電力用戶的電器裝置連接而成的整體，它完成了發(fā)電、輸電、變電、配電、用電的任務(wù)，這就是電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)加上熱力發(fā)電廠中的熱能動(dòng)力裝置、熱能用戶和水電廠的水能動(dòng)力裝置，也就是加上鍋爐、汽輪機(jī)、水庫、水輪機(jī)以及原子能發(fā)電廠的反應(yīng)堆等，稱為動(dòng)力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)中各種電壓的變電站及輸配電線路組成的統(tǒng)一體，稱為電力網(wǎng)。 變電站概述變電站是匯集電源、升降電壓和分配電力的場(chǎng)所，是發(fā)電廠和用戶聯(lián)系的中間環(huán)節(jié)。變電站按照其升降電壓的不同分為升壓變電站和降壓變電站兩大類。升壓變電站是為了減少電能在運(yùn)輸過程中的損耗，將發(fā)電廠發(fā)出的電升壓后輸送到遠(yuǎn)方，這種變電站通常與發(fā)電廠聯(lián)系在一起；降壓變電站與負(fù)荷中心比較靠近，將高壓電通過變壓器轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合的低壓電?？偟膩碚f變電站內(nèi)的總體布置合理，便于設(shè)備的操作、搬運(yùn)、檢修和巡視，當(dāng)然也要便于未來的擴(kuò)建性。根據(jù)負(fù)荷允許停電程度的不同，可以將負(fù)荷分為三個(gè)等級(jí)，也就是一級(jí)負(fù)荷、二級(jí)負(fù)荷和三級(jí)負(fù)荷。等級(jí)不同，對(duì)電力系統(tǒng)供電可靠性與穩(wěn)定性的要求也不同。一級(jí)負(fù)荷是指將造成人身傷亡或引起對(duì)周圍環(huán)境嚴(yán)重污染對(duì)工業(yè)將造成經(jīng)濟(jì)的巨大損失，如重要的大型的設(shè)備損壞，重要產(chǎn)品或用重要原料生產(chǎn)的產(chǎn)品大量報(bào)廢，還可能引起社會(huì)秩序混亂或嚴(yán)重的政治影響；二級(jí)負(fù)荷是指回造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，產(chǎn)品大量報(bào)廢或減產(chǎn)，還可能引起社會(huì)秩序的混亂或較嚴(yán)重的政治影響；三級(jí)負(fù)荷指造成的損失不大或者直接的經(jīng)濟(jì)損失。負(fù)荷的等級(jí)不同，對(duì)供電的要求也不同。對(duì)于一級(jí)負(fù)荷，必須有兩個(gè)獨(dú)立電源供電，且任何一個(gè)電源失去后，能保證對(duì)全部一級(jí)負(fù)荷不間斷供電；對(duì)二級(jí)負(fù)荷，一般要有兩個(gè)獨(dú)立電源供電，且一個(gè)電源失去后，能保證全部或大部分二級(jí)負(fù)荷供電；對(duì)于三級(jí)負(fù)荷一般只需要一個(gè)電源供電。 變電站的分類（1）系統(tǒng)樞紐變電站樞紐變電站位于電力系統(tǒng)的樞紐點(diǎn)，它的電壓是系統(tǒng)最高輸電電壓，目前電壓等級(jí)有220kv、330kV(僅西北電網(wǎng))和500kv，樞紐變電站連成環(huán)網(wǎng)，全站停電后，將引起系統(tǒng)解列，甚至整個(gè)系統(tǒng)癱瘓，因此對(duì)樞紐變電站的可靠性要求較高。樞紐變電站主變壓器容量大，供電范圍廣。（2）地區(qū)一次變電站地區(qū)一次變電站位于地區(qū)網(wǎng)絡(luò)的樞紐點(diǎn)，是與輸電主網(wǎng)相連的地區(qū)受電端變電站，任務(wù)是直接從主網(wǎng)受電，向本供電區(qū)域供電。全站停電后，可引起地區(qū)電網(wǎng)瓦解，影響整個(gè)區(qū)域供電。電壓等級(jí)一般采用220kv或330kv。地區(qū)一次變電站主變壓器容量較大，出線回路數(shù)較多，對(duì)供電的可靠性要求也比較高。（3）地區(qū)二次變電站地區(qū)二次變電站由地區(qū)一次變電站受電，直接向本地區(qū)負(fù)荷供電，供電范圍小，主變壓器容量與臺(tái)數(shù)根據(jù)電力負(fù)荷而定。全站停電后，只有本地區(qū)中斷供電。（4）終端變電站終端變電站在輸電線路終端，接近負(fù)荷點(diǎn)，經(jīng)降壓后直接向用戶供電，全站停電后，只是終端用戶停電。（1）室外變電站室外變電站除控制、直流電源等設(shè)備放在室內(nèi)外，變壓器、斷路器、隔離開關(guān)等主要設(shè)備均布置在室外。這種變電站建筑面積小，建設(shè)費(fèi)用低，電壓較高的變電站一般采用室外布置。（2）室內(nèi)變電站室內(nèi)變電站的主要設(shè)備均放在室內(nèi)，減少了總占地面積，但建筑費(fèi)用較高，適宜市區(qū)居民密集地區(qū)，或位于海岸、鹽湖、化工廠及其他空氣污穢等級(jí)較高的地區(qū)。（3）地下變電站在人口和工業(yè)高度集中的大城市，由于城市用電量大，建筑物密集，將變電站設(shè)置在城市大建筑物、道路、公園的地下，可以減少占地，尤其隨著城市電網(wǎng)改造的發(fā)展，位于城區(qū)的變電站乃至大型樞紐變電站將更多的采取地下變電站。這種變電站多數(shù)為無人值班變電站。（4）箱式變電站箱式變電站又稱預(yù)裝式變電站，是將變壓器、高壓開關(guān)、低壓電器設(shè)備及其相互的連接和輔助設(shè)備緊湊組合，按主接線和元器件不同，以一定方式集中布置在一個(gè)或幾個(gè)密閉的箱殼內(nèi)。箱式變電站是由工廠設(shè)計(jì)和制造的，結(jié)構(gòu)緊湊、占地少、可靠性高、安裝方便，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于居民小區(qū)和公園等場(chǎng)所。箱式變電站一般容量不大，電壓等級(jí)一般為3kv～35kv，隨著電網(wǎng)的發(fā)展和要求的提高，電壓范圍不斷擴(kuò)大，現(xiàn)已經(jīng)制造出了132kv的箱式變電站。箱式變電站按照裝設(shè)位置的不同又可分為戶外和戶內(nèi)兩種類型。（5）移動(dòng)變電站將變電設(shè)備安裝在車輛上，以供臨時(shí)或短期用電場(chǎng)所的需要。（1）有人值班變電站大容量、重要的變電站大都采用有人值班變電站。（2）無人值班變電站無人值班變電站的測(cè)量監(jiān)視與控制操作都由調(diào)度中心進(jìn)行遙測(cè)遙控，變電站內(nèi)不設(shè)值班人員。（1）升壓變電站升壓變電站是把低電壓變?yōu)楦唠妷旱淖冸娬?，例如在發(fā)電廠需要將發(fā)電機(jī)出口電壓升高至系統(tǒng)電壓，就是升壓變電站。（2）降壓變電站與升壓變電站相反，是把高電壓變?yōu)榈碗妷旱淖冸娬?，在電力系統(tǒng)中，大多數(shù)的變電站是降壓變電站。 變電站主要設(shè)備組成發(fā)電廠和變電站中安裝的各種電氣設(shè)備，其主要任務(wù)是啟停機(jī)組、調(diào)整負(fù)荷、切換設(shè)備和線路、監(jiān)視主要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、發(fā)生異常故障時(shí)及時(shí)處理等。根據(jù)電氣設(shè)備的作用不同，可將電氣設(shè)備分為一次設(shè)備和二次設(shè)備。1．一次設(shè)備：通常把生產(chǎn)、變換、輸送、分配和使用電能的設(shè)備稱為一次設(shè)備。主要包括：生產(chǎn)和轉(zhuǎn)換電能的設(shè)備，如發(fā)電機(jī)等；接通或斷開電路的開關(guān)設(shè)備，如斷路器、隔離開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)，熔斷器、接觸器等；限制故障電流和防御過電壓的保護(hù)電器，如電抗器和避雷器等；載流導(dǎo)體，如裸導(dǎo)線和電纜等；接地裝置。2．二次設(shè)備：把對(duì)一次設(shè)備和系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行測(cè)量、控制、監(jiān)視、和保護(hù)的設(shè)備稱為二次設(shè)備。主要包括：儀用互感器，如電壓互感器和電流互感器；測(cè)量表計(jì)，如電壓表、電流表、功率表和電能表等；繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置；直流電源設(shè)備；操作電器、信號(hào)設(shè)備及控制電纜。 變壓器電力變壓器是發(fā)電廠變電站中的重要元件之一。主變壓器是變換電壓的主要設(shè)備，一般可分為降壓變壓器和升壓變壓器。變壓器由單相變壓器和三相變壓器。在運(yùn)輸?shù)葪l件允許的情況下一般使用經(jīng)濟(jì)上有利的三相變壓器，單相變壓器僅在高電壓、大容量的500KV變電站等由于受到搬運(yùn)上的限制而被采用。 輸電線和開關(guān)設(shè)備在變電站內(nèi)匯集著許多集中和分配電力的輸配電線，與主變壓器一起接在母線上，在每一條線路的引出口除裝設(shè)斷路器和隔離開關(guān)。斷路器通常用于電路的送出、停止或切換，當(dāng)輸、配電設(shè)備發(fā)生事故時(shí)則用來自動(dòng)切斷。隔離開關(guān)用于輸、配電線路時(shí)，變壓器和斷路器等進(jìn)行保護(hù)，檢修時(shí)把他們從回路中斷開，有時(shí)用來切換母線環(huán)。 控制裝置與互感器控制裝置是變電站的中樞神經(jīng)，通過它值班員監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)備的操作以及聯(lián)合互感器進(jìn)行電壓、電流和功率的測(cè)量?；ジ衅髦饕獪y(cè)量于儀器：將高電壓、大電流轉(zhuǎn)換成低電壓、小電流進(jìn)行測(cè)量。 避雷器避雷器是把系統(tǒng)中如雷電和操作過電壓之類的異常電壓抑制在規(guī)定值以內(nèi)，從而保護(hù)以主變壓器為主的機(jī)器設(shè)備。 調(diào)相設(shè)備調(diào)相設(shè)備，因?yàn)樵谥刎?fù)荷時(shí)可以使電流超前，輕負(fù)荷時(shí)可以使電流滯后，所以用來進(jìn)行電壓的調(diào)整。 其它設(shè)備變電站內(nèi)除上述設(shè)備外，還有接地、屏蔽裝置、站內(nèi)電源蓄電池和照明設(shè)備等其它各種設(shè)備。 本次變電站設(shè)計(jì)任務(wù)變電所位于某中小型城市邊緣，所區(qū)西為城區(qū)，南為工業(yè)區(qū)，所址地勢(shì)平坦，交通便利，進(jìn)出線方便，空氣污染輕微，不考慮對(duì)變電所的影響。所區(qū)平均海拔186米，最高氣溫40℃，最低氣溫15℃，年平均氣溫14℃，土壤溫度25℃,出線方向：110KV向北，35KV向西，10KV向東,擬建變電所概況如下圖：圖11 概況圖表11 負(fù)荷表電壓負(fù)荷 名稱每回最大負(fù)荷（kW）功率 因數(shù)回路數(shù)供電 方式線路長度（km）35kVA變電所60001架空15B變電所7000 1架空8C變電所4500 2架空10D廠4300 2架空7E廠5000 1架空1110kVF變電所10003架空5G變電所800 2電纜2H廠700 1電纜3I廠800 2架空7J廠200 1架空4K廠1001架空5L廠500 2架空2本次所設(shè)計(jì)變電站擔(dān)負(fù)著向該城市市郊工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活用電的工程，承擔(dān)著該市的輸變電任務(wù)。根據(jù)《電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》中的有關(guān)規(guī)定：系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)在國家計(jì)劃經(jīng)濟(jì)的指導(dǎo)下，在審議后的中期、長期電力規(guī)劃的基礎(chǔ)上，從電力系統(tǒng)整體出發(fā)，進(jìn)一步研究提出系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體方案；應(yīng)合理利用能源，合理布局電源和網(wǎng)絡(luò)，使發(fā)、輸、變電及無功建設(shè)配套協(xié)調(diào)，并為系統(tǒng)的繼電保護(hù)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)及下一級(jí)電壓的系統(tǒng)等創(chuàng)造條件。設(shè)計(jì)方案應(yīng)技術(shù)先進(jìn)、過度方便、運(yùn)行靈活、切實(shí)可行，以經(jīng)濟(jì)、可靠、質(zhì)量合格和充足的電能來滿足國民經(jīng)濟(jì)各部門與人民生活不斷增長的需要。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)水平可為今后第五年至第十年的某一年，并應(yīng)對(duì)過度年進(jìn)行研究(五年內(nèi)逐年研究)，遠(yuǎn)景水平可為第十年至第十五年的某一年，且宜與國民經(jīng)濟(jì)計(jì)劃的年份相一致。系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)審查后，二至三年進(jìn)行編制，但有重大變化時(shí)，應(yīng)及時(shí)修改。該市郊110KV變電站是地區(qū)性城市變電站，它由系統(tǒng)S1和系統(tǒng)S2供電，該站建成后與系統(tǒng)S1和系統(tǒng)S2構(gòu)成110kV環(huán)網(wǎng)，與電網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)系較為緊密，在整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)中占有重要地位。第2章 電力系統(tǒng)及變電站總體分析 電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)及變電所的設(shè)計(jì)首先要對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行分析才能選擇正確的方案，及對(duì)變電所進(jìn)行總體分析才能設(shè)計(jì)比較經(jīng)濟(jì)、可靠的變電所方案。根據(jù)《35~110KV變電站設(shè)計(jì)規(guī)范》—：變電站的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工程的5~10年發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行做到遠(yuǎn)近期結(jié)合。以近期為主，正確處理近期建設(shè)與遠(yuǎn)期發(fā)展的關(guān)系，適當(dāng)考慮擴(kuò)建的可能；變電站的設(shè)計(jì)，必須以全出發(fā)，統(tǒng)籌兼顧。按照負(fù)荷性質(zhì)，用電容量，工程特點(diǎn)和地區(qū)供電條件，綜合國情合理地確定設(shè)計(jì)方案；變電站的設(shè)計(jì)，必須堅(jiān)持節(jié)約用地的原則；變電站設(shè)計(jì)除應(yīng)執(zhí)行本規(guī)范外，尚應(yīng)符合現(xiàn)行的國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的規(guī)定。設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循國家電網(wǎng)公司“兩型一化”變電站設(shè)計(jì)建設(shè)導(dǎo)則，參照國家電網(wǎng)公司輸變電工程典型設(shè)計(jì)110kV變電站分冊(cè)執(zhí)行。 變電站總體分析 變電所的總體分析1．設(shè)計(jì)依據(jù)根據(jù)相關(guān)委托書及批復(fù)文件。2．變電所的建設(shè)的必要性該所位于某中小城市郊區(qū)，為滿足該地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及人民生活需要，決定在此建設(shè)此區(qū)域性變電所。3．變電所的建設(shè)規(guī)模根據(jù)電力系統(tǒng)規(guī)劃，本變電所的規(guī)模如下:電壓等級(jí)：110 KV /35 KV /10KV,線路回?cái)?shù)：110KV近期2回，遠(yuǎn)景發(fā)展2回；35KV近期7回，遠(yuǎn)景發(fā)展2回；10KV近期12回，遠(yuǎn)景發(fā)展4回。4．所址概況變電所位于某中小型城市邊緣，所區(qū)西為城區(qū)，南為工業(yè)區(qū)，所址地勢(shì)平坦，交通便利，進(jìn)出線方便，空氣污染輕微，不考慮對(duì)變電所的影響。所區(qū)平均海拔186米，最高氣溫40℃，最低氣溫15℃，年平均氣溫14℃，土壤溫度25℃,出線方向：110KV向北，35KV向西，10KV向東,擬建變電所概況如下圖：5．氣象條件：年最高氣溫＋40℃,年最低氣溫－10℃，年平均溫度＋15℃,最熱月平均最高溫度＋33℃,水溫度為+10℃，最大風(fēng)速30m/s,屬于我國第V級(jí)標(biāo)準(zhǔn)氣象區(qū)。 負(fù)荷分析　1．110 KV負(fù)荷分析從擬建變電站概況圖中，近期規(guī)模中的兩個(gè)110kV線路LL3使系統(tǒng)中的SS2和 擬建變電站構(gòu)成110kV環(huán)網(wǎng)，供電可靠性較高。2．35KV負(fù)荷分析在35KV負(fù)荷中三回線路是三個(gè)35kV變電站的電源線，是電網(wǎng)中的線路，兩回是分別供D廠和E廠的專線，因此要盡可能保證其供電可靠性。其中不同負(fù)荷的年利用時(shí)間為：城市生活用電2500h，化學(xué)工業(yè)7300h。表22 35KV負(fù)荷分析電壓負(fù)荷 名稱每回最大負(fù)荷（kW）功率 因數(shù)回路數(shù)供電 方式線路長度（km）35kVA變電所60001架空15B變電所7000 1架空8C變電所4500 2架空10D廠4300 2架空7E廠5000 1架空113．10KV負(fù)荷分析 在10KV負(fù)荷中，除兩回是供往變電站的線路外，其它均為工廠用電，必須保證其供電可靠性。其中不同負(fù)荷的年利用時(shí)間為：紡織工業(yè)6000h，城市生活用電2500h，食品工業(yè)4500h，機(jī)械制造工業(yè)5000h，其他工業(yè)4000h。表23 10 KV負(fù)荷分析電壓負(fù)荷 名稱每回最大負(fù)荷（kW）功率 因數(shù)回路數(shù)供電 方式線路長度（km）10kVF變電所10003架空5G變電所800 2電纜2H廠700 1電纜3I廠800 2架空7J廠200 1架空4K廠1001架空5L廠500 2架空2 電力系統(tǒng)接線圖圖21 電力系統(tǒng)接線圖第3章 變壓器選擇 主變選擇變壓器是變電所中最重要的和最貴重的是設(shè)備，變壓器的選擇在變電所中是比較重要的。 變壓器容量和臺(tái)數(shù)的選擇1．主變?nèi)萘窟x擇考慮原則：(1)主變?nèi)萘窟x擇一般應(yīng)按變電所建成后5~10年的規(guī)劃負(fù)荷選擇，并