【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 g, I have learned in four years of college professional knowledge, in order to consolidate and deepen the understanding of the expertise. Ability to master the basic skills of substation design practice teaching graduate design, develop and improve independent analysis and solve practical engineering problems. Keywords ： Power system substation 。Electrical main wiring。 shortcircuit current calculation。 electrical equipment selection 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第一章 選題背景與原始數(shù)據(jù)分析 選題背景 電能是文明社會(huì)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，電力行業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的先行行業(yè)，重要性不言而喻。電能的利用離不可電力系統(tǒng)，電力系統(tǒng)又可以分為發(fā)電、輸配電、用電等環(huán)節(jié)，在這些環(huán)節(jié)中，變電站都起著極其重要、不可或缺的作用，它是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間 環(huán)節(jié)，起著變換和分配電能的作用。 根據(jù)變電站在電力系統(tǒng)中的地位和作用，可以分為系統(tǒng)樞紐變電站、地區(qū)中間變電站和終端變電站。這其中，地區(qū)終端變電站又在電力系統(tǒng)中數(shù)量最多、分布最廣，電壓等級(jí)一般采用 110kV 或 35kV。本次設(shè)計(jì)內(nèi)容為110kV 終端變電站。 原始數(shù)據(jù) 根據(jù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要和電力部門規(guī)劃，擬在 A 市市郊建設(shè)一座 110kV 降壓變電站。該變電站建成以后，供給市郊開(kāi)發(fā)區(qū)建設(shè)施工用電 ，工期一年。工程完畢后，轉(zhuǎn)為向開(kāi)發(fā)區(qū)常規(guī)供電。 待建變電站主要數(shù)據(jù)如下： ： 110kV/10kV 110kV 側(cè)： 2 回出線。一回經(jīng) 15km 的 LGJ 架空線與無(wú)限大電源系統(tǒng)相連，另一回經(jīng) 20km 的 LGJ 架空線與無(wú)限大電源系統(tǒng)相連。 LGJ 電抗值： 。 1. 10kV 側(cè)： 16 回出線。 各 負(fù)荷最大容量之和為 22021kVA，一、二級(jí)負(fù)荷比例為70%，負(fù)荷同時(shí)率為 ，線損率為 5%。 最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)為 5000h。 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 2. 繼電保護(hù)時(shí)間：主保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為 ，后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為 。 3. 站用電負(fù)荷： 動(dòng)力負(fù)荷 P1=57kVA，加熱負(fù)荷 P2=，照明負(fù)荷P3=17kVA。 4. 站址 自然條件 環(huán)境溫度 : 15℃ ～ 40℃ 最熱月平均最高溫度 : 35℃ 海拔高度 : ﹤ 1000m 地震烈度 : 6 度 污穢等級(jí) : 2 級(jí) 負(fù)荷等級(jí) 由設(shè)計(jì)任務(wù)書中的原始數(shù)據(jù)可知，本次設(shè)計(jì)的變電站的供電對(duì)象含有大量的一、二級(jí)負(fù)荷，現(xiàn)對(duì)此進(jìn)行分析。 電力負(fù)荷應(yīng)根據(jù)對(duì)供電可靠性的要求及中斷供電在對(duì)人身安全、經(jīng)濟(jì)損失上所造成的影響程度進(jìn)行分級(jí)，不同級(jí)別的電力負(fù)荷采用不同的供電方式。 根據(jù)參考文獻(xiàn) [1]第 條、 條、 條可 知： 符合下列情況之一時(shí)，應(yīng)視為一級(jí)負(fù)荷： (1) 中斷供電將造成人身傷害時(shí)。 (2) 中斷供電將在經(jīng)濟(jì)上造成重大損失時(shí)。 (3) 中斷供電將影響重要用電單位的正常工作。 符合下列情況之一時(shí)，應(yīng)視為二級(jí)負(fù)荷： (1) 中斷供電將在經(jīng)濟(jì)上造成較大損失時(shí)。 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 (2) 中斷供電將影響較重要用電單位的正常工作。 不屬于一級(jí)和二級(jí)負(fù)荷者應(yīng)為三級(jí)負(fù)荷。 一級(jí)負(fù)荷應(yīng)由雙重電源供電，當(dāng)一電源發(fā)生故障時(shí)，另一電源不應(yīng)同時(shí)受到損壞。二級(jí)負(fù)荷的供電系統(tǒng)，宜由兩回線路供電。 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 第二章 變壓器選擇及無(wú)功補(bǔ)償 主變壓器選擇 主變壓器臺(tái)數(shù)的選擇 1. 初選方案 方案一：選擇一臺(tái)主變，方案二：選擇兩臺(tái)主變，兩種方案做以下比較，對(duì)比結(jié)果如表 21 所示 表 21 兩種方案對(duì)比表 項(xiàng)目 方案 一臺(tái)主變 兩臺(tái)主變 安全性 較差 較好 可靠性 較差 較好 經(jīng)濟(jì)性 較好 較差 靈活性 較差 較好 2. 最終方案 文獻(xiàn) [2]中第 條規(guī)定：在有一、二級(jí)負(fù)荷的變電所中宜裝設(shè)兩臺(tái)主變壓器。根據(jù)原始數(shù)據(jù)，本設(shè)計(jì)的負(fù)荷中有 70%的一、二級(jí)負(fù)荷，比例很大，為了保證供電的安全性和可靠性，決定采用兩臺(tái)主變 壓器。 主變壓器額定容量的選擇 ： (1)主變壓器容量一般按變電站建成后 510 年的規(guī)劃負(fù)荷選擇，并適當(dāng)華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 考慮到遠(yuǎn)期 1020 年的負(fù)荷發(fā)展。對(duì)于城郊變電所，主變壓器應(yīng)與城市規(guī)劃相結(jié)合。 (2)根據(jù)變電所所帶負(fù)荷的性質(zhì)和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)來(lái)確定主變壓器的容量。對(duì)于有重要負(fù)荷的變電所，應(yīng)考慮當(dāng)一臺(tái)主變壓器停運(yùn)時(shí)，其余變壓器在計(jì)及過(guò)負(fù)荷能力后的允許時(shí)間內(nèi)，應(yīng)保證用戶的一級(jí)和二級(jí)負(fù)荷；對(duì)一般性變電站，當(dāng)一臺(tái)變壓器停運(yùn)時(shí)，其余變壓器容量應(yīng)能保證全部負(fù)荷的 60%。 ：將負(fù)載的同時(shí)率 、線損率、負(fù)荷年增長(zhǎng)率等因素考慮進(jìn)去后，就可得到變電站承受的實(shí)際供電容量，也稱為計(jì)算容量Sca。 maxca 12SSk(1 k )? ? 式中， Smax—— 最大負(fù)荷容量 (kVA) k1—— 負(fù)荷的同時(shí)率 k2—— 線損率 代入數(shù)據(jù)后得 : ????Sca(kVA) 文獻(xiàn) [2]中第 條規(guī)定：裝有兩臺(tái)及以上主變壓器的變電所，當(dāng)斷開(kāi)一臺(tái)時(shí)，其余主變壓器的容量不應(yīng)小于 60%的全部負(fù)荷，并應(yīng)保證用戶的一、二級(jí)負(fù)荷。 本設(shè)計(jì)中全部負(fù)荷的 60%為： =20834kVA=12500kVA 本設(shè)計(jì)中全部一、二級(jí)負(fù)荷為： =20834kVA= 主變壓器的額定容量應(yīng)該同時(shí)大于這兩個(gè)數(shù)值，所以，決定把主變壓器的額定容量 SN定為 16000kVA。 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 主變壓器調(diào)壓方式的選擇 變壓器輸出電壓的調(diào)整是通過(guò)切換高壓線圈中的分接開(kāi)關(guān)，從而改變變壓器比來(lái)實(shí)現(xiàn)的。切換方式有兩種： (1) 不帶電切換。稱為無(wú)載調(diào)壓或無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓，特點(diǎn)是調(diào)壓范圍通常較小，通常在 177。5 ﹪ 以內(nèi)。而且切換時(shí)必需中斷變壓器的供電。 (2) 帶負(fù)荷切換。稱為有載調(diào)壓，特點(diǎn)是調(diào)壓范圍較大，調(diào)整范圍可達(dá) 20﹪～ 30﹪ 。切換時(shí)變 壓器不用停電，可保障供電的可靠性。兩種調(diào)壓方式比較結(jié)果如表 22 所示 表 22 兩種調(diào)壓方式比較表 項(xiàng)目 方案 無(wú)載調(diào)壓 有載調(diào)壓 安全性 較差 較好 可靠性 較差 較好 經(jīng)濟(jì)性 較好 較差 靈活性 較差 較好 根據(jù)《 35110KV 變電所設(shè)計(jì)規(guī)范》和《電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》： (1) 大于 35kV 電壓的變電站中的降壓變壓 器，直接向 35kV、 10kV、6kV 電網(wǎng)送電時(shí)應(yīng)采用有載調(diào)壓變壓器。 (2) 對(duì)于 110kV 及以下的變電器，設(shè)計(jì)時(shí)宜考慮至少有一級(jí)變壓器采用有載調(diào)壓方式。 本設(shè)計(jì)屬于 110kV 變電站，但考慮到目前城鎮(zhèn)用電負(fù)荷具有波動(dòng)性較華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 大的特點(diǎn)，如果不設(shè)有載調(diào)壓，變壓器的電壓變化率將超過(guò)正常值，故決定選用有載調(diào)壓變壓器。 主變壓器的型號(hào)和主要參數(shù) 主變壓器選用具有低損耗、低噪音、檢修周期長(zhǎng)等性能的產(chǎn)品，同時(shí)根據(jù)額定容量和調(diào)壓方式這兩個(gè)主要指標(biāo)，決定將主變壓器的型號(hào)定為SZ1016000/110，其主要參數(shù) 及特點(diǎn)如表 23 所示 表 23 SZ1016000/110 的主要參數(shù)表 站用變壓器的選擇 站用電的作用及計(jì)算 站用電是指 變電站在變換、分配電能過(guò)程中自身所使用的電能。站用電的主要用電設(shè)備包括：主變壓器的冷卻設(shè)備、蓄電池的充電設(shè)備或開(kāi)關(guān)項(xiàng)目 參數(shù) 特點(diǎn) 額定容量 SN 16000kVA 額定電壓 U1N/U2N 110kV/10kV 高壓側(cè)調(diào)壓范圍 110177。8% 高壓側(cè)有載分接開(kāi)關(guān)有 7個(gè)檔， 調(diào)壓范圍較大 阻抗電壓 Uk% 空載電流 I0標(biāo)幺值 聯(lián)結(jié)組 YN， d11 低壓側(cè)為帶中線星接 設(shè)計(jì)序列號(hào) 10 低損耗變壓器，經(jīng)濟(jì)性好 冷卻方式 油冷 +風(fēng)冷 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 電源、油處理設(shè)備、照明、檢修器械以及供水水泵等用電負(fù)荷。重要負(fù)荷有主變壓器的冷卻風(fēng)扇或強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻裝置的油泵、水泵、風(fēng)扇以及整流操作電源等。以及滿足運(yùn)行、檢修和試驗(yàn)等的用電。 變電站的自用電源引接、電氣設(shè)備的選擇和接線，應(yīng)考慮運(yùn)行、檢修和施工的需要，以滿足確保機(jī)組安全、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的要求。其中，交流不停電電源宜采用成套 UPS 裝置，或由直流系統(tǒng)和逆變器組成。還應(yīng)設(shè)置直流電源，保證對(duì)直流負(fù)荷 可靠供電。 站用變壓器的選擇 本設(shè)計(jì)中 站用電的主要負(fù)荷大小為：動(dòng)力負(fù)荷 P1=57kVA，加熱負(fù)荷P2=，照明負(fù)荷 P3=17kVA。 站用電計(jì)算容量： S=P1+P2+P3=57kVA++17kVA= 文獻(xiàn) [2]第 條規(guī)定：在有兩臺(tái)及以上主變壓器的變電所中，宜裝設(shè)兩臺(tái)容量相同可互為備用的所用變壓器。 根據(jù)這條要求和站用電的負(fù)荷計(jì)算，決定選擇兩臺(tái)容量相同的站用變壓器，分別接于 10kVⅠ 、 Ⅱ 段母線上，型號(hào)為 SC1080/10 各一臺(tái)，安裝在 XGN210 開(kāi)關(guān) 柜內(nèi)， SC1080/10 主要參數(shù)如表 24 所示 表 24 SC1080/10 主要參數(shù)表 SC1080/10 項(xiàng)目 參數(shù) 特點(diǎn) 額定容量 SN 80kVA 額定電壓 U1N/U2N 10177。5%/ 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 無(wú)功補(bǔ)償設(shè)計(jì) 無(wú)功補(bǔ)償?shù)囊饬x 用戶 的負(fù)荷中存在著大量的感性負(fù)載，這會(huì)造成電網(wǎng)的功率因數(shù)降低，供電線路上電流增大，電壓降落和線路損耗增加，造成經(jīng)濟(jì)上的損失。無(wú)功補(bǔ)償可以保證電壓質(zhì)量、減少網(wǎng)絡(luò)中的有功功率的損耗和電壓損耗，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性和經(jīng)濟(jì)性。 無(wú)功補(bǔ)償方式的選擇 目前常用的補(bǔ)償裝置有：靜止補(bǔ)償器、同步調(diào)相機(jī)、并聯(lián)電力電容器。其中，并聯(lián)電力電容器由于其設(shè)備簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、價(jià)格低，因而大量應(yīng)用于終端變電站。 電力電容器可按三角形和星形接法連接在變電所母線上。它所提供的無(wú)功功率值與所節(jié)點(diǎn)的電壓成正比。電力電容 器的裝設(shè)容量可大可小。而且既可集中安裝，又可分散裝設(shè)來(lái)接地供應(yīng)無(wú)功率，運(yùn)行時(shí)功率損耗亦較高壓側(cè)調(diào)壓范圍 10177。5% 高壓側(cè)有載分接開(kāi)關(guān)有 3個(gè)檔 阻抗電壓 U%=4 聯(lián)結(jié)組 D,yn11 設(shè)計(jì)序列號(hào) 10 低損耗變壓器，經(jīng)濟(jì)性好 冷卻方式 風(fēng)冷 干式變壓器，安全性高 在主接線中的位置 接于 母線 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 小。此外，由于它沒(méi)有旋轉(zhuǎn)部件，維護(hù)也較方便。為了在運(yùn)行中調(diào)節(jié)電容器的功率，也可將電容器連接成若干組，根據(jù)負(fù)荷的變化，分組投入和切除。 所以，選擇并聯(lián)電力電容器作為本次設(shè)計(jì)的無(wú)功補(bǔ)償裝置。 無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆桨? 文獻(xiàn) [3]第 條規(guī)定，變電站補(bǔ)償容量以不超過(guò)主變壓器容量的 15%為宜。 本變電站主變?nèi)萘繛?216000kVA，所以選擇并聯(lián)電容器的容量為21800kVar，型號(hào)為 TBB101800/50AK 分 別接于 10kV 的兩段母線上。 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 第三章 電氣主接線 電氣主接線的基本要求和設(shè)計(jì)原則 電氣主接線是由高壓電器通過(guò)連接線，按其功能要求組成接受和分配電能的電路，成為傳輸電流、高電壓的網(wǎng)絡(luò)，故稱為一次接線或電氣主系統(tǒng)。用規(guī)定的設(shè)備文字和圖形符號(hào)并按工作順序排列，詳細(xì)地表示電氣設(shè)備或成套裝置的全部基本組成和連接關(guān)系的單線接線圖，稱為主接線電路圖。電氣主接線是變電站電氣設(shè)計(jì)的首要部分，也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)。對(duì)電氣主接線的基本要求概括地說(shuō)，應(yīng)包括電力系統(tǒng)整體及變電站本身運(yùn)行的可靠性、靈 活性和經(jīng)濟(jì)性。 電氣主接線的基本要求 1. 可靠性。供電可靠性是電力生產(chǎn)和分配的首要要求，停電會(huì)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門帶來(lái)巨大的損失，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢、設(shè)備損壞、人身傷亡。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） 變電站全部停電的可能性。 2. 靈活性。電氣主接線應(yīng)能適應(yīng)各種運(yùn)行狀態(tài)，并能靈活地進(jìn)行運(yùn)行方式的轉(zhuǎn)換。電氣主接線的靈活性要求有以下幾方面：