【正文】 電站。由以太網(wǎng)通過GOOSE協(xié)議標準實現(xiàn)間隔層與過程層設(shè)備之間以及間隔層設(shè)備之間的信息共享與傳遞。第2章 負荷調(diào)查 負荷基本情況調(diào)研 現(xiàn)場勘查某縣所在地區(qū)位于河北南部，地區(qū)面積12439平方公里，年平均氣溫13℃，℃(1968年)，極端最低氣溫23℃(1981年)。該經(jīng)濟開發(fā)區(qū)規(guī)劃如下：新能源產(chǎn)業(yè)，占地100公頃，以神龍巨電、申通LED節(jié)能燈為骨干，重點發(fā)展太陽能、電動汽車等新型儲能電池領(lǐng)域；新醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)，占地710公頃，以燕南、三豐銀杞公司為骨干，重點發(fā)展金銀花、枸杞生物技術(shù)藥物及醫(yī)療器械；特色紡織服裝產(chǎn)業(yè)，占地247公頃，以三昌、昌盛為骨干，重點發(fā)展新型材料、高檔面料、品牌牛仔服裝；機械裝備制造產(chǎn)業(yè)，占地396公頃，以天成機械、匯工機械為主，重點發(fā)展運輸裝備制造、礦山工程裝備制造。110kv電網(wǎng)存在的問題：一、單電源情況較多，不滿足供電可靠性要求。電網(wǎng)規(guī)劃的目標是編制一個安全可靠。 負荷預(yù)測的分類(1)超短期負荷預(yù)測是指未來1h以內(nèi)的負荷預(yù)測，在安全監(jiān)視狀態(tài)下，需要5～10s或1～5min的預(yù)測值，預(yù)防性控制和緊急狀態(tài)處理需要10min至1h的預(yù)測值。其基本過程如下。當由于模型選擇不當而造成預(yù)測誤差過大時，就需要改換模型，必要時，還可同時采用幾種數(shù)學(xué)模型進行運算，以便對比選擇。第3章 變電站的設(shè)計方案 變電站建設(shè)流程變電站建設(shè)一般要經(jīng)過以下流程：(1)地質(zhì)勘探；(2)變電站的科學(xué)研究；(3)變電站的立項確認；(4)變電站的初步設(shè)計；(5)申報材料準備；(6)制作申請函；(7)向供電部門遞交申請函；(8)提交申報材料；(9)申報材料審批；(10)變電站初步設(shè)計；(11)初步設(shè)計審批；(12)變電站施工設(shè)計；(13)施工設(shè)計審批；(14)土建施工；(15)設(shè)備安裝；(16)工程驗收；(17)整改；(18)送電。 變電站設(shè)計的內(nèi)容變電站設(shè)計就是要確定這個站的主變?nèi)萘?、接線方式、設(shè)備選型等進行計算確定。②總平面布置圖。 (3)110kv電源進線從220kv變電站取得，110kv側(cè)采用內(nèi)橋接線，戶外配電裝置。 變電站選址原則(1)靠近負荷中心，以減少線路投資和電能損失。(2)以變電站建設(shè)和運行費用最小為目標，確定變電站經(jīng)濟供電半徑，變電站經(jīng)濟容量，變電站個數(shù)。 變電站選址考慮當?shù)氐慕煌顩r及供電范圍，決定將變電站建在本區(qū)省道324的交界處的東北方向。(4)同級電壓的單臺變壓器容量的級別同級電壓的單臺變壓器容量的級別不宜太多，應(yīng)從全網(wǎng)出發(fā)，推行主變?nèi)萘康南盗谢?、標準化。國家《城市電力?guī)劃設(shè)計導(dǎo)則》中規(guī)定，電網(wǎng)容載比一般為220kv電網(wǎng)：—；35—110kv電網(wǎng)：—。符合這種要求的變壓器運行率計算如下： T=KP(N1)/NP*100% (42)式中，T——變壓器運行率；K——變壓器短時允許過載率； N——變壓器臺數(shù)； P——單臺變壓器額定容量。(2)繞組數(shù)的確定變壓器按繞組數(shù)分為雙繞組普通式、三繞組式、自耦式以及低壓繞組分裂式等型式。通過切換變壓器的分接頭改變變壓器高壓繞組的匝數(shù)，從而改變其變比，實現(xiàn)電壓調(diào)整。變壓器的溫升除了和其輸出功率有關(guān)外，還和變壓器的散熱能力有關(guān)。 變壓器的選擇結(jié)果綜上所述，選擇SFZ9—50000/110型變壓器。電氣主接線的選擇正確與否對電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟運行，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和調(diào)度的靈活性，以及對電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護及控制方式的擬定等都有重大影響。 電氣主接線的基本類型電氣主接線一般按有無母線分類，即分為有母線和無母線兩大類。如需切除變壓器T1，應(yīng)首先斷開斷路器QF1和聯(lián)絡(luò)斷路器QFL ，再拉開變壓器側(cè)的隔離開關(guān)，使變壓器停電，然后重新合上斷路器QF1和聯(lián)絡(luò)斷路器QFL ，圖44 內(nèi)橋接線示意圖QF1QF2QFL1T2T恢復(fù)線路WL1的供電。 單母線分段的缺點是：①當一段母線或母線隔離開關(guān)故障或檢修時，必須斷開接在該分段上的全部電源和出線，這樣就減少了系統(tǒng)的發(fā)電量，并使該段單回路供電的用戶停電。有機絕緣材料長期受到高溫作用，將逐漸變脆和老化，以至絕緣材料失去彈性、絕緣性能下降、使用壽命大為縮短。(4)短路情況下均勻?qū)w的短時發(fā)熱短路時，短路電流流過導(dǎo)體的時間，一般為零點幾秒到幾秒，這是一種短時發(fā)熱的狀況。因此，把導(dǎo)體和電器承受短路電流電動力效應(yīng)的能力，稱為電動力穩(wěn)定，簡稱動穩(wěn)定。由于三相短路和兩相短路的沖擊電流的關(guān)系是ich(2)=(2/)ich(3)，所以經(jīng)過計算的兩相短路時兩故障平行母線間的最大電動力小于三相短路時的最大點動力即F(2) F(3)，因此選擇電氣設(shè)備校驗動穩(wěn)定時，應(yīng)采用三相短路電流進行校驗。如果制造部門未提出產(chǎn)品在日照下額定載流量下降的數(shù)據(jù)，在設(shè)計中可暫按電器額定電流的80%選擇設(shè)備。⑥污穢。 按正常運行條件選擇(1)按環(huán)境條件選擇選擇電氣設(shè)備時，應(yīng)在當?shù)丨h(huán)境條件滿足要求的條件下，盡量選擇普通型產(chǎn)品。因此，按工作電流選擇的條件為： Iy ≥Igmax 式中，Iy——導(dǎo)體和電器長期允許通過電流，AIgmax——各種可能運行方式下回路最大持續(xù)工作電流，A，一般認為連續(xù)運行超過4min即為持續(xù)工作電流。校驗電器和載流導(dǎo)體時，必須在計算電路圖上確定電器和載流導(dǎo)體處于最嚴重情況的短路地點，這些地點稱為短路計算點。(4)短路動穩(wěn)定校驗短路時，電氣設(shè)備承受的電動力效應(yīng)決定于沖擊短路電流，為了校驗方便，制造部門通常用額定動穩(wěn)定電流，即通過的極限電流峰值來表示電器承受電動效應(yīng)的能力，因此，滿足開關(guān)電器動穩(wěn)定的一般條件是 ide≥ich(3) (49)式中，ide——電氣設(shè)備的額定動穩(wěn)定電流(KA)； ich(3)——三相短路沖擊電流(KA)。一般按三相短路驗算。(3)按工作電流選擇電氣設(shè)備的額定電流是指在基準環(huán)境溫度θ0e下，發(fā)熱溫度不超過長期發(fā)熱允許溫度時所允許長期通過的最大電流。⑧地震。⑤濕度。當無資料時取最熱月平均最高溫度加5℃②日照。三相短路時，瞬時出現(xiàn)的最大電流為短路沖擊電流ich（3）。 電器和載流導(dǎo)體的電動力效應(yīng)載流導(dǎo)體位于磁場中，要受到磁場力的作用，這種力稱為電動力。使其溫度升高；若導(dǎo)體通過其額定電流Ie 則溫度將穩(wěn)定上升到導(dǎo)體的長期發(fā)熱允許溫度θe ；若導(dǎo)體通過的電流為某一值Ig ，則其升高的穩(wěn)定溫度θg 可用下式計算： θg =θ0 +(θe –θ0e )(Ig /Ie)2 (43)式中，θ0e——基準環(huán)境溫度。導(dǎo)體的接觸處，如果溫度過高接觸表面會強烈氧化，使得接觸電阻增加，溫度便隨著增加，因而可能導(dǎo)致接觸處松動或燒熔。當分段斷路器斷開運行時，分段斷路器除裝有繼電保護裝置外，還應(yīng)裝有備用電源自動投入裝置，分段斷路器斷開運行有利于限制短路電流。變壓器故障時，聯(lián)絡(luò)斷路器及與故障變壓器同側(cè)的線路斷路器均自動跳閘，使未故障線路的供電受到影響，須經(jīng)倒閘操作后，方可恢復(fù)對線路的供電。(4)應(yīng)具有發(fā)展和擴建的可能性(5)技術(shù)上先進，經(jīng)濟上合理在確定主接線時，應(yīng)采用先進的技術(shù)和新型的設(shè)備。另外，方案一中變電站b和c要考慮相互備用，兩個變電站都要裝設(shè)備用電源自動投入裝置，這樣使保護配置更加復(fù)雜圖圖42 方案一示意圖 圖43 方案二示意圖所以經(jīng)以上分析，新建110kv變電站以終端變電站的形式接入系統(tǒng)較好，接線簡單，運行可靠，檢修維護工作量小[10]。油浸自冷式變壓器主要依靠油的自然對流帶走熱量，沒有其它冷卻設(shè)備，油浸風(fēng)冷式變壓器則在油浸自冷的基礎(chǔ)上，另加風(fēng)扇給油箱壁和散熱管吹風(fēng)，以加強冷卻作用，大容量變壓器有的采用強迫油循環(huán)冷卻，它是利用油泵將變壓器內(nèi)的熱油抽到箱外專用的冷卻器，經(jīng)過風(fēng)冷或水冷后，再把它送回油箱。這些損耗轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?，引起變壓器發(fā)熱。本站為110kv變壓器，高壓側(cè)采用YN連接方式，低壓側(cè)采用d11連接方式。對于500kv及以上電力系統(tǒng)中主變壓器的選擇，除按容量、制造水平、運輸條件確定外，更重要的是考慮負荷和系統(tǒng)情況、保證供電可靠性，進行綜合分析，在滿足技術(shù)經(jīng)濟的條件下來確定選擇單相變壓器還是三相變壓器。變電所當一臺變壓器退運時，其余變壓器必須保證向下一級配電網(wǎng)供電，即滿足N1準則，滿足變電所供電的可靠性。220kv變電站單臺主變?nèi)萘恳话氵x用120MVA\180MVA兩種規(guī)格。電壓等級低、變電所密度高，一般變電所容量可選擇的小些。變電站的總體規(guī)劃是總布置設(shè)計的首要環(huán)節(jié)，只有在正確的總體規(guī)劃指導(dǎo)下，才能設(shè)計出好的總布置，總體規(guī)劃一般采用以下方法和步驟：第一:在已取得的建站地形圖、地質(zhì)資料、進出線路徑規(guī)劃、城鎮(zhèn)及工業(yè)區(qū)規(guī)劃圖的基礎(chǔ)上進行規(guī)劃。近三十年來，隨著計算機技術(shù)和優(yōu)化理論的迅速發(fā)展，許多電力系統(tǒng)專家致力于應(yīng)用計算機技術(shù)來解決電網(wǎng)規(guī)劃問題，從而大大提高了規(guī)劃速度和質(zhì)量，給傳統(tǒng)的電網(wǎng)規(guī)劃注入了新的活力。圖31 電氣主接線圖繪制第4章 變電站設(shè)計 變電站選址 變電站選址的重要意義變電站規(guī)劃是電網(wǎng)規(guī)劃的重要組成部分，要確定合理的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，必須首先確定變電站的位置，使變電站規(guī)模和供電范圍最佳。 變電站設(shè)計方案確定 (1)根據(jù)當?shù)氐碾娋W(wǎng)結(jié)構(gòu)及電源情況，擬在本地建設(shè)110kv變電站為南部地區(qū)供電。表明各種電器設(shè)備的相互聯(lián)系，設(shè)備規(guī)范、防侵入波及感應(yīng)雷的措施，中性點接地方式、電壓互感器及電流互感器的配置等。同時，當電網(wǎng)投入運行后，由于負荷發(fā)展或其他外部因素可能導(dǎo)致線路末端隨意延伸，走徑迂回曲折，使線路供電半徑或末端地區(qū)負荷密度超出經(jīng)濟合理范圍。對于這種情況按城市的發(fā)展目標和未來定位，在國內(nèi)外找到相當?shù)膮⒖汲鞘谢虻貐^(qū)來測定待測城市的用電水平，是解決問題的可取方法。 數(shù)據(jù)的水平處理即在進行分析數(shù)據(jù)時，將前后兩個時間的負荷數(shù)據(jù)作為基準，設(shè)定待處理數(shù)據(jù)的最大變動范圍，當待處理數(shù)據(jù)超過這個范圍，就視為不良數(shù)據(jù)，采用平均值的方法平穩(wěn)其變化；數(shù)據(jù)的垂直處理即在負荷數(shù)據(jù)預(yù)處理時考慮其24h的小周期，即認為不同日期的同一時刻的負荷應(yīng)該具有相似性，同時刻的負荷值應(yīng)維持在一定的范圍內(nèi)，對于超出范圍的不良數(shù)據(jù)修正，為待處理數(shù)據(jù)的最近幾天該時刻的負荷平均值。另一類稱為非確定性預(yù)測法，這種方法基于這樣的認識：認為電力負荷的變化受多種因素影響，不可能用簡單的顯式數(shù)學(xué)方程來描述它的變化規(guī)律，而應(yīng)把盡可能多的相關(guān)因素反映在預(yù)測模型中。負荷曲線的預(yù)測可為研究電力系統(tǒng)的峰值、抽水蓄能電站的容量以及發(fā)輸電設(shè)備的協(xié)調(diào)運行提供數(shù)據(jù)支持。負荷預(yù)測也是電力系統(tǒng)建設(shè)的依據(jù)，每年新裝多少容量的發(fā)電機組，造多少容量的變電所、增建多少公里的輸電線路以及如何分布等，都必須與該地區(qū)的經(jīng)濟、社會發(fā)展和人民生活水平的提高相適應(yīng)，不然就可能產(chǎn)生電力不足而制約該地區(qū)的經(jīng)濟文化發(fā)展。全網(wǎng)現(xiàn)有500kv變電站2座，220kv變電站20座，容量591萬千伏安，；110kv變電站79座，；35kv變電站181座，容量245萬千伏安。用電負荷迅速增長，原有的供配電網(wǎng)存在的主變已呈現(xiàn)嚴重過負荷情況，供電能力和可靠性已不能滿足負荷對電能質(zhì)量日益提高的要求，限制了電力市場及當?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展。在傳統(tǒng)綜自站已有的較大程度自動化特征的基礎(chǔ)上，數(shù)字化變電站在站內(nèi)設(shè)備的互操作性，信號的光纖傳輸，基于IEC61850傳輸協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信平臺信息共享等方面進一步體現(xiàn)了運行管理自動化的特點。傳統(tǒng)的電磁式互感器由電子式互感器取代，經(jīng)合并單元后由光纖介質(zhì)向外提供經(jīng)數(shù)字化的一次電量信息；傳統(tǒng)的變壓器、斷路器等一次設(shè)備加裝智能組件，實現(xiàn)信號的數(shù)字式轉(zhuǎn)換與狀態(tài)監(jiān)測，控制命令的數(shù)字化接收與發(fā)送，達到一次設(shè)備智能化的要求。箱式變電站一般容量不大，電壓等級一般為3—35kv。這種變電站建筑面積小，建設(shè)費用低，電壓較高的電站一般采用室外布置。(3)地區(qū)變電站。在用電地區(qū)，根據(jù)負荷情況，再由降壓變電站來控制電力的流向。 變電站的作用在電力系統(tǒng)中，變電站主要擔(dān)負著電壓變換這一重要任務(wù)，其作用概括如下：(1)提高輸電電壓，減少電能損失。除了事故處理外，在系統(tǒng)的正常運行中仍然需要進行一些調(diào)度工作，以適應(yīng)用戶負荷的變化和機組的情況，使系統(tǒng)的總體效率提高。(4)提高電網(wǎng)運行的可靠性和供電質(zhì)量。這樣互聯(lián)電網(wǎng)總的日高峰負荷、周高峰負荷和年高峰負荷不是各電網(wǎng)高峰負荷的線性相加，使得互聯(lián)電網(wǎng)總的高峰負荷比各電網(wǎng)高峰負荷之和低，互聯(lián)電網(wǎng)總的日負荷曲線、周負荷曲線、年負荷曲線與各被互聯(lián)電網(wǎng)的相應(yīng)負荷曲線相比，峰谷差減少。高峰時的負荷與平均數(shù)相差很大，發(fā)電機大了成本太高，輕載時效率又太低。1908年美國開始出現(xiàn)110kv輸電線路，到1922年又建成150kv線路，1923年再將輸電電壓提高到220kv，隨后歐洲許多國家也都建成220kv線路。1895年英國費朗梯取得油斷路器專利。隨著發(fā)電廠的建立，需要有通斷大電流、耐受高電壓的開關(guān)電器，20年代最簡單的開關(guān)是金屬棒與盛有水銀的容器。1885年他又建成自瓦利爾到巴黎的輸電線，距離為56km，這次將始端電壓提高到6000v，線路損失降低到總能量的55%，因為采用的是直流電繼續(xù)提高電壓是很困難的，現(xiàn)在看來這個輸電效率是太低了，但是能夠遠距離傳輸電能在當時已經(jīng)是一個突破了。1891年，德國勞芬電廠建設(shè)世界上第一臺三相交流發(fā)電機，使電力既用于照明又用于電力拖動，開創(chuàng)了大功率遠距離輸電的歷史。并于同一年由法拉第發(fā)明