【正文】 一些新的趨勢。居民與工業(yè)用電量迅速 增長，對電能的質量、供電的可靠性的要求日益提高，因此對變電站的設計也有了更高、更完善的要求。因此在設計中要針對負荷大小和負荷等級，做到具體問題具體分析。因此必須有可靠的、穩(wěn)定的、高質量的輸配電系統(tǒng)來保證電能的高效傳輸和利用。通過分析設計原始資料，統(tǒng)計全廠負荷，利用無功補償改善功率因數，選擇合適的電纜，計算相應的損耗，確定主變壓器的臺數和容量，從而確定出具體的電 氣主接線，再對其進行短路電流計算，然后參考電氣設計手冊進行高壓設備、線路的選型與校驗，最后做出符合要求的變電所防雷保護。山東科技大學學士學位論文 摘要 摘要 電力是現(xiàn)代煤炭工業(yè)的主要動力，在煤炭生產中占有十分重要的地位。本設計是 35kV變電所的設計，屬于中壓變電站，因此，它的設計應根據具體用戶用電情況即負荷種類和性質來具體分析設計。因此，電能在現(xiàn)代工業(yè)生產及整個國民經濟生活中應用極為廣泛。由于變電站設計的內容多，范圍廣，邏輯性強，不同電壓等級、不同類型、不同性質負荷的變電所設計時所側重的方面是大相徑庭的。我國電力工業(yè)技術水平和管理水平正在逐步提高，對變電站的設計提出了更高的要求，輸變電系統(tǒng)的設計也越來越全面、越來越系統(tǒng)。 變電站的發(fā)展趨勢 我國電力 建設經過多年的發(fā)展，系統(tǒng)容量越來越大，短路電流不斷增大，對電氣設備、系統(tǒng)內大量信息的實時性等要求越來越高 。簡化接線方案集中在這些方面：我國 500kV、 330kV 電壓等 級的接線較多采用 3/2 斷路器接線，但現(xiàn)在有些設計院提出，根據工程情況，可采用 3/2 斷路器變壓器 母線組接線，可靠性與 3/2 斷路器接線基本相同，卻可以降低投資。變電站設計的電氣設備檔次不斷提高，配電裝置也從傳統(tǒng)的形式走向無油化、真空開關、 SF6 開關和機、電組合一體化的小型設備發(fā)展。研究和分析國內外變電站技術的發(fā)展，把握其 趨勢，對變電站設計是很有必要的。 本次變電站設計的主要任務是： ，進行負荷統(tǒng)計。要求：有完整的計算電路圖；有詳細的計算過程；有完整的計算結果匯總表。 ，根據實際情況確定變電站的大小并計算出所用避雷針的根數和選用的型號。 ，統(tǒng)籌兼顧：按負荷性質、用電容量、工程特點和地區(qū)供電條件等，合理確定設計方案。由于將理論部分與計算部分分離開來有助于行文，而 且這樣寫使論文結構清晰、條例清晰，故本論文包括理論論述與工程計算兩大部分。經總降壓站降壓后電壓為 3~10kV，經架空線或電纜向車間、井下變電所及高壓用電設備等配電，組成煤礦的高壓供電系統(tǒng)。應根據負荷等級來保證其不同的可靠性，不可片面強調供電可靠性而造成不應有的浪費。 接線方式在滿足生產要求和保證供電質量的前提下應力求簡單，以減少設備投資和運行費用，以及提高供電安全性。 地面降壓變電所是礦山供電的樞紐，它擔負著接受電能、向井上、井下分配 電能的任務。采區(qū)變電所的電器主接線應根據電源進線回路數、負荷大小、變壓器臺數等因素確定。 35kV系統(tǒng)為無限大系統(tǒng)，該地區(qū)海拔 1000m，地震級 5 級，最低溫度 20℃ ，最高溫度 40℃，雷電日 30 天 /年，年降水量 1000mm/年。供電中斷不僅會影響企業(yè)生產，而且可能損壞設備， 甚至發(fā)生人身事故，嚴重時會造成礦井的破壞。因此，本設計的變電站采用了兩回獨立的電源線路，且電源線路上沒有分接任何負荷，這樣在任何一回路電源發(fā)生故障的情況下，仍能保證對生產用戶的供電。 所有的用電設備都是按照一定的電壓和頻率設計制造的，用電設備在額定值下運行性能最好。對于額定頻率為 50Hz 的工業(yè)用交流電，其偏差在 ? ～ ? 的上下波動。 山東科技大學學士學位論文 負荷計算和主變壓器的選擇 10 3 負荷計算與主變壓器的選擇 負荷計算 為了確定供電系統(tǒng)中各用戶電力負荷的大小，以便為正確地選擇主變壓器的容量和臺數、選擇電氣設備和導線截面積、確定測量儀表的量程、選擇繼電保護裝置等提供重要的計算依據。 目前我國設計部門在進行工礦企業(yè)供電設計時，常用需用系數法和二項式系數法。主變壓器根據負荷的類別、總計算負荷選擇其臺數和容量，并應考慮留有一定的發(fā)展余地。對季節(jié)性負荷或晝夜負荷變動較大的及宜于采用經濟運行方式的變電所，也可以采用兩臺變壓器。目前廣泛使用的低損耗電力變壓器有 SFL SL S S9 等型號。 提高功率因數對礦山企業(yè)具有下列實際意義： 山東科技大學學士學位論文 負荷計算和主變壓器的選擇 12 。當網絡的電壓和輸送功率一定時，功率因數越低，通過網絡的電流越大。當線路的額定電壓和輸送的有功功率保持恒定時 ?2max COSKP ?? 可見，在其他因素相同的情況下，線路的功率損耗與功率因數的平方成反比，即用戶的負載的功率因數越低，供電線路的功率損耗越大，這樣既浪費能源又增大電費成本，而功率因數越高，則網絡中的功率損耗越少。 凡未裝設人工補償裝置設備的功率因數，稱為自然功率因數。提高自然功率因數的方法有：正確選擇與合理地使用電動機，使其經常在滿載或接近滿載的情況下運行；合理地調節(jié)負荷，避免變壓器空載和輕載運 行；使同步電動機在過勵磁條件下運行；盡量選用鼠籠型電動機。 同步電動機過激法，由于同步電動機消耗的有功功率取決于電動機軸上所帶機械負荷的大小，而消耗的無功功率取決于轉子中的勵磁電流的大小，在欠激狀態(tài)時，定子繞組從電網吸取感性無功功率；在過激狀態(tài)時，定子繞組向電網送出無功功率，從而提高了全礦 的功率因數。變電站的主接線是電力系統(tǒng)接線組成中一個重要組成部分。 電氣主接線類型 變電站的電氣主接線包括一次接線，二次接線和配出線的接線。這種接線結構簡單，電氣設備少，投資省，但供電可靠性差。 山東科技大學學士學位論文 電氣主接線 15 圖 線路變壓器組接線 為了保證供電的可靠性，工礦企業(yè)變電所廣泛采用有兩路電源進線和兩臺主變壓器的橋型接線。 內橋接線，其特點是在母線與變壓器之間只設隔離開關，不設斷路器，因而投資與占地面積比全橋少，仍保持切換線路方便的優(yōu)點。這種接線比內橋還少兩個隔離開關，因而具有投資和占地面積更少、切換變壓器方便、易過渡到全橋接線的優(yōu)點。并易發(fā)展成單母線分段的中間變電所。 單母線接線，其優(yōu)點是接線簡單，所用設備少。 雙母線接線，變電所每條進出線，通過隔離開關分別接到兩條母線上，兩條母線之間用聯(lián)絡開關聯(lián)接，互為備用。 單母線分段接線，電源進線分別接于 不同的母線段上。適用于出線回路不太多、母線故障可能性較少的變電所。 圖 單母線分段式接線 山東科技大學學士學位論文 電氣主接線 18 配出線的接線 配出線是指工礦企業(yè)變電所二次母線上引出的 6（ 10） kV 高壓配電線路。具有雙電源的重要負荷在檢修時為了防止發(fā)生反送電，在斷路器的兩側都需裝設隔離開關，如圖 所示。以防止在發(fā)生隔離開關與斷路器之間的誤操作時，人為擴大事故范圍。應根據負荷的大小和分布、負荷增長速度及地區(qū)網絡情況和潮流分布，并分析各種可能的運行方式，來確定主接線的形式及站連接電源數和出線回數。而容量小的變電站，其傳輸容量小，對主接線的可靠性、靈活性要求低。并應 充分 考慮供電可靠性、運行靈活、操作檢修方便、投資節(jié)約和便于過 渡 或擴建 等 要求。因此，主接線的設計，不僅要考慮一次設備對供電可靠性的影響，還要考慮繼 電保護二次設備的故障對供電可靠性的影響。 經濟 在滿足供電可靠性的前提下，盡量選用簡單的接線。 設計主接線時，要為布置配電裝置提供條件，盡量減少占地面積。 電氣主接線方 案比較 對于電源進線電壓為 35kV及以上的大中型工礦企業(yè)，通常是先經工廠總降壓變電站降為 6～ 10 kV的高壓配電電壓，然后經車間變電所，降為一般低壓設備所需的電壓。所謂正常狀態(tài)，就是電氣設備所處的電路中既無電壓，也無外力作用的狀態(tài)。 常用的變電站電氣主接線方案有如下幾種： ，二次側采用單母線分段的總降壓變電所，這種電氣主接線，其一次側的斷路器跨接在兩路電源線之間，猶如一座橋梁，而處在線路斷路器的內側，靠近變壓器，因此稱為內橋式接線 。 、二次側采用單母線分段的總降壓變電站，這種主接線，其一次側的高壓斷路器也跨接在兩路電源進線之問，但處在線路斷路器的外側，靠近電源方向，因此稱為外橋式接線。當一次電源電網采用環(huán)行接線時，也宜于采用這種接線，使環(huán)行電網的穿越功率不通過進線斷路器，這對改善線路斷路器的工作及其繼電保護的整定都極為有利。 因此，這種方案也不適合本次設計。適用于出線回路不太多、母線故障可能性較少的變電站。 在供電系統(tǒng)中發(fā)生短路將產生以下破壞性的后果： ：由于短路電流比正常工作電流大幾十倍至幾百倍，這將使電氣設備過熱，絕緣損壞，甚至把電氣設備燒毀。 ：巨大的短路電流通過線路時，在線路上產生很大的電壓降，使用戶的電壓降低，影響負荷的正常工作。 在三相供電系統(tǒng)中，破壞供電系統(tǒng)正常運行的故障最為常見而且危害性最大的就是各種短路。所計算短路電流用于解決下列技術問題： ：在選擇設備時，需要計算出可能通過電氣設備的最大短路電流及其短路電流產生的熱效應及電動力效應，以便校驗電氣設備的熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定性，確保電氣設備在運行中不受短路電流的沖擊而損壞。 ：不同的接線和運行方式，短路電流的大小不同。其計算簡化條件如下： ，認為電抗是常數； ； ，一般不考慮電網的電容電流； ； 1/3 時，電阻值忽略； 短路電流的計算 在煤礦企業(yè)的供電系統(tǒng)中，大多屬于無限大電源容量系統(tǒng)，對無限大電源容量系統(tǒng)短路電流的計算方法常用相對值法和絕對值法。 為了計算短路電流，應先求出短路點以前短路回路的總阻抗。在計算低壓供電系統(tǒng)的短路電流時，由于高壓系統(tǒng)的阻抗與低山東科技大學學士學位論文 短路電流計算 27 壓系統(tǒng)的阻抗相比很小，高壓系統(tǒng)阻抗可忽略不計，減少了折算工作。在用相對值法計算短路電流時，常用到四個物理量，即容量，電壓，電流和電抗。 由本設計提供的原始資料知， 35 kV電源系統(tǒng)可 以看作是無限大電源系統(tǒng)，所以本設計采用相對值法來計算短路電流，選基準容量為 100MV?A，基準電壓為平均電壓。 山東科技大學學士學位論文 電氣設備 28 6 電氣設備 電氣設備簡介 變電所的高低壓電器對電能起著接受，分配，控制和保護的作用，主要有斷路器，負荷開關，隔離開關，熔斷器，電抗器，互感器，母線裝置及成套配電裝置等。由于其結構簡單，價格較斷路器便宜。 ，一般不能用于分、合負載電流，但有時可用山東科技大學學士學位論文 電氣設備 29 于切斷小的電感電流（如小型變壓器的空載電流）和小的電容電流。熔斷器的功能只要是對電路及電路設備進行短路保護。根據二次回路的繼電器，測量儀表及監(jiān)視裝置的需要設置。 限流電抗器 限流電抗器是一種無鐵心的電抗線圈，其主要作用是： 1．將短路電流限制在預定的范圍，以保證短路時系統(tǒng) 工作的穩(wěn)定性。 山東科技大學學士學位論文 電氣設備 30 使用成套配電裝置，可是變電所布置緊湊，整齊美觀，操作和維護方便，并可加快安裝速度，保證安裝質量，但耗用鋼材較多，造價較高。本次設計是按照經濟電流密度選擇導線的截面。礦用型又分為一般型和礦用防爆型。 按正常工作參數選擇電氣設備 1. 根據額定電壓選擇 所選電氣設備的額定電壓應不低于所在電網的額定電壓，或電氣設備的 最高允許電壓 ( ～ )不小于所在電網的最高電壓。否則，故障不能切除，并有可能使故障繼續(xù)擴大，影響到系統(tǒng)的安全運行。由于各種原因，造成設備的電壓異常升高，其數值大大超過設備的額定電壓，使設備的絕緣被擊穿或閃絡，這就是過電壓。 雷電的破壞作用很大，它能傷害人畜，擊毀建筑物，造成火災，并使電氣設備的絕緣受到破壞，影響供電系統(tǒng)的安全運行。它由接閃器、接地引下線和接地極三部分組成。 山東科技大學學士學位 論文 變電站負荷計算 34