【文章內(nèi)容簡介】 ohI —— 全電流最大有效值 S —— 短路容量 NS —— 變壓器額定容量 max?gI —— 最大持續(xù)工作電 流 kdI —— 斷路器 額定開斷電流 chi —— 斷路器極限通過電 流峰值 maxi —— 三相短路電流沖擊值。 ?I —— 穩(wěn)態(tài)三相短路電流 dzt —— 短路電流發(fā)熱等值時(shí)間； tI —— 斷 路器 t 秒熱穩(wěn)定電流 dtI —— 斷路器 t 秒熱穩(wěn)定電流 ?dK —— CT 的 1s 動穩(wěn)定倍數(shù) xgU —— 系統(tǒng)最高相電壓有效值 J —— 經(jīng)濟(jì)電流密度 X —— 電抗 fnX —— 轉(zhuǎn)移電抗 jsX —— 計(jì)算電抗 mI —— 電流互感器原邊額定電流 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1 引 言 電力行業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)，它的發(fā)展直接關(guān)系到國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的興衰成敗，它為現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科學(xué)技術(shù)和國防提供必不可少的動力。電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)及運(yùn)行的任務(wù)是：在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展計(jì)劃的統(tǒng)籌 安排下，合理開發(fā)、利用動力資源，用較少的投資和運(yùn)行成本，來滿足國民經(jīng)濟(jì)各部門及人民生活不斷增長的需要，提供可靠充足、質(zhì)量合格的電能。 所以在本次設(shè)計(jì)中選擇變電站電氣部分的初步設(shè)計(jì)，是為了更多的了解現(xiàn)代化變電站的設(shè)計(jì)規(guī)程、步驟和要求，設(shè)計(jì)出比較合理變電站 。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求 的任務(wù)，在本次設(shè)計(jì)中主要通過變電站電氣主接線、短路電流計(jì)算、設(shè)備選擇與校驗(yàn)、無功補(bǔ)償、主變保護(hù)和配電裝置部分的設(shè)計(jì)，使我 對四年來所學(xué)的知識更進(jìn)一步的鞏固和加強(qiáng)，并從中獲得一些較為實(shí)際的工作經(jīng)驗(yàn)。由于在設(shè)計(jì)中查閱了大量的相關(guān)資料，所以開始逐步掌握了 查閱，運(yùn)用資料的能力，又可以總結(jié)四年來所學(xué)的電力工業(yè)的 部分 相關(guān)知識，為 我們?nèi)蘸蟮墓ぷ鞔蛳铝藞?jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2 第 一 章 變電站電氣主接線設(shè)計(jì)及主變壓器的選擇 變電站電氣主接線是指變電站的變壓器、輸電線路怎樣與電力系統(tǒng)相連接，從而完成輸配電任務(wù)。變電站的主接線是電力系統(tǒng)接線組成中一個(gè)重要組成部分。主接線的確定，對電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、靈活、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及變電站電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護(hù)和控制方法的擬定將會產(chǎn)生直接的影響。 主接線的設(shè)計(jì)原則 和要求 主接線的設(shè)計(jì)原則 (1) 考慮變電站在 電力系統(tǒng)的地位和作用 變電站在電力系統(tǒng)中的地位和作用是決定主接線的主要因素。變電站是樞紐變電站、地區(qū)變電站、終端變電站、企業(yè)變電站還是分支變電站，由于它們在電力系統(tǒng)中的地位和作用不同，對主接線的可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性的要求也不同。 (2) 考慮近期和遠(yuǎn)期的發(fā)展規(guī)模 變電站主接線設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù) 5~10 年電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行。應(yīng)根據(jù)負(fù)荷的大小和分布、負(fù)荷增長速度及地區(qū)網(wǎng)絡(luò)情況和潮流分布，并分析各種可能的運(yùn)行方式，來確定主接線的形式及站連接電源數(shù)和出線回?cái)?shù)。 (3) 考慮負(fù)荷的重要性分級和出線回路多少對主接線的影響 對一、二級負(fù) 荷，必須有兩個(gè)獨(dú)立電源供電，且當(dāng)一個(gè)電源失去后，應(yīng)保證全部一、二級負(fù)荷不間斷供電；三級負(fù)荷一般只需一個(gè)電源供電。 (4) 考慮主變臺數(shù)對主接線的影響 變電站主變的容量和臺數(shù)，對變電站主接線的選擇將產(chǎn)生直接的影響。通常對大型變電站，由于其傳輸容量大，對供電可靠性高，因此，其對主接線的可靠性、靈活性的要求也高。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。 (5) 考慮備用量的有無和大小對主接線的影響 發(fā)、送、變的備 用容量是為了保證可靠的供電，適應(yīng)負(fù)荷突增、設(shè)備檢修、故障停運(yùn)情況下的應(yīng)急要求。電氣主接線的 設(shè)計(jì)要根據(jù)備用容量的有無而有 所 不同，例如，當(dāng)斷路器或母線檢修時(shí)，是否允許線路、變壓器停運(yùn)；當(dāng)線路故障時(shí)是否允許切除線路、變壓器的數(shù)量等，都直接影響主接線的形式。 主接線設(shè)計(jì)的基本要求 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3 根據(jù) 有關(guān) 規(guī)定：變電站電氣主接線應(yīng)根據(jù)變電站在電力系統(tǒng)的地位，變電站的規(guī)劃容量，負(fù)荷性質(zhì)線路變壓器的連接、元件總數(shù)等條件確定。并應(yīng)綜合考慮供電可靠性、運(yùn)行靈活、操作檢修方便、投資節(jié)約和便于過度或擴(kuò)建 等 要求。 (1) 可靠性 所 謂可靠性是指主接線能可靠的工作，以保證對用戶不間斷的供電，衡量可靠 性的客觀 標(biāo) 準(zhǔn)是運(yùn)行 實(shí)踐 。主接線 的可靠性是 由其 組成元件 （包括一 次 和二次設(shè)備）在運(yùn)行中可靠性的綜合。 因此， 主接線的設(shè)計(jì)， 不僅要考慮一次設(shè)備對供電可靠性的影響，還要考慮繼電保護(hù)二次設(shè)備的故障對供電可靠性的影響。同時(shí)，可靠性 并不是絕對的而是相對的， 一種主接線對某些變電站是可靠的，而對另一些變電站則可能不是可靠的。 評價(jià) 主接線 可靠性的標(biāo)志 如下： 1) 斷路器檢修時(shí)是否影響供電； 2) 線路、斷路器、母線故障和檢修時(shí)，停運(yùn)線路的回?cái)?shù)和停運(yùn)時(shí)間的長短，以及能否保證對重要用戶的供電； 3) 變電站全部停電的可能性。 (2) 靈活性 主接線的靈活性有以下幾方面的要求 ： 1) 調(diào) 度 靈活，操作方便。 可靈活的投入和切除變壓器、線路 ， 調(diào)配電源和負(fù)荷 ；能夠滿足系統(tǒng)在 正常、事故、 檢修 及 特 殊運(yùn)行 方式下的調(diào)度要求。 2) 檢修 安全。 可方便的停運(yùn)斷路器 、 母線及其繼電器保護(hù)設(shè)備 ， 進(jìn)行安全檢修，且不影響對用戶的供電。 3) 擴(kuò)建 方便。隨著電力事業(yè)的發(fā)展，往往需要對已經(jīng)投運(yùn)的變電站進(jìn)行擴(kuò)建，從變壓器直至饋線數(shù)均有擴(kuò)建的可能。 所 以，在設(shè)計(jì)主接線時(shí)，應(yīng)留有余地，應(yīng)能 容易 地 從初期過度到終期接線 ， 使在擴(kuò)建時(shí)，無論一次和二次設(shè)備改造量最小。 (3) 經(jīng)濟(jì)性 可靠性和靈活性是主接線設(shè)計(jì)中在技術(shù)方面的要求，它與經(jīng)濟(jì)性之間往往發(fā)生矛盾，即欲使主接線可靠、靈活，將可能導(dǎo)致投資增加。所以，兩者必須綜合考慮，在滿足技術(shù)要求前提下，做到經(jīng)濟(jì)合理。 1) 投資省。主接線應(yīng)簡單清晰，以節(jié)約斷路器、隔離開關(guān)等一次設(shè)備投資；要使控制、保護(hù)方式不過于復(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)限制短路電流，以便選擇價(jià)格合理的電器設(shè)備；在終端或分支變電站中，應(yīng)推廣采用直降式（ 110/6～ 10kV）變電站和以質(zhì)量可靠的簡易電器代替高壓側(cè)斷路器。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4 2) 年運(yùn)行費(fèi)小。年運(yùn)行費(fèi)包括電能損耗費(fèi)、折舊費(fèi)以及大修費(fèi)、日常小修維護(hù)費(fèi)。其中電能損耗主要由變壓器引起，因此，要合 理地選擇主變壓器的型式、容量、臺數(shù)以及避免兩次變壓而增加電能損 失 。 3) 占地面積小。電氣主接線設(shè)計(jì)要為配電裝置的布置創(chuàng)造條件，以便節(jié)約用地和節(jié)省架構(gòu)、導(dǎo)線、絕緣子及安裝費(fèi)用。在運(yùn)輸條件許可的地方，都應(yīng)采用三相變壓器。 4) 在可能的情況下，應(yīng)采取一次設(shè)計(jì)，分期投資、投產(chǎn)，盡快發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益。 主接線的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)步驟 電氣主接線設(shè)計(jì)，一般分以下幾步： (1) 擬定可行的主接線方案：根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，在分析原始資料的基礎(chǔ)上，擬訂出若干可行方案，內(nèi)容 包括主變壓器 形式 、臺數(shù)和容量 、 以及各級電壓配電裝置的接線方式等 ， 并依據(jù)對主接線的要求，從技術(shù)上論證各方案的優(yōu)、缺點(diǎn)，淘汰一些較差的方案，保留 2 個(gè)技術(shù)上相當(dāng)?shù)妮^好方案。 (2) 對 2 個(gè)技術(shù)上 比 較好的方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)計(jì)算。 (3) 對 2 個(gè)方案進(jìn)行全面的技術(shù)，經(jīng)濟(jì)比較，確定最優(yōu)的主接線方案。 (4) 繪制 最優(yōu)方案 電氣主接線圖。 初步方案設(shè)計(jì) 根據(jù) 原始資料， 此 變電站有三個(gè)電壓等級： 110/35/10KV ，故可初選三相三繞組變壓器，根據(jù)變電站與系統(tǒng)連接的系統(tǒng)圖知，變電站有兩條進(jìn)線，為保證供電可靠性，可裝設(shè)兩臺主變壓器。 為保證設(shè)計(jì)出最優(yōu)的接線方案， 初步設(shè)計(jì)以下四種接線方案供最優(yōu)方案的選擇。 方案一： 110KV 側(cè)采用單母分段接線， 35KV 側(cè)采用雙母線接線， 10KV 側(cè)采用單母分段接線。 方案二： 110KV 側(cè)采用單母分段接線， 35KV 側(cè)采用單母分段接線， 10KV 側(cè)采用單母分段。 方案三： 110KV 側(cè)采用 內(nèi) 橋形接線， 35KV 側(cè)采用雙母線接線， 10KV 側(cè)采用雙母線接線。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 方案四： 110KV 側(cè)采用 內(nèi) 橋形接線， 35KV 側(cè)采用雙母線接線， 10KV 側(cè)采用單母分段接線。 四種方案 接 線 形式 如下： 方案一 方案二 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 方案三 方案四 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 最優(yōu)方案確定 (1) 技術(shù)比較 在 初 步設(shè)計(jì)的 四種方案中， 110KV 側(cè)有兩種接線形式，分別為單母分段和內(nèi)橋接線，這兩種方案 都可實(shí)現(xiàn)兩條進(jìn)線的并列運(yùn)行或分裂運(yùn)行，當(dāng)在此側(cè)有一回進(jìn)線檢修時(shí)，兩種接線形式都是只停該段線路 ； 估在這四種方案中 110KV 側(cè)在技術(shù)上都滿足要求；而 35KV、 10KV 兩側(cè)都有兩種接線，分別為單母分段和雙母線接線，在 35KV側(cè)， 出線回路數(shù) 為 8 回 以上 ,采用 單母分段接線 形式穩(wěn)定性差，所以在以上兩種方案中優(yōu)選雙母線接線，這樣可以保證在 35KV 側(cè) 的供電穩(wěn)定，可靠 性；在 10KV 電壓等級比較低，且負(fù)荷不大、出線回路數(shù)少，選擇雙母線比較浪費(fèi) 。 綜合以上分析，在以上四種方案中 保留方案一 ， 方案四進(jìn)行最優(yōu)方案的確定。 (2) 經(jīng)濟(jì)比較 在保留的兩中方案 （方案一、方案四） 中， 35KV、 10KV 側(cè)的接線形式相同，只是在 110KV 側(cè)的接線形式不同， 故 在經(jīng)濟(jì)比較上只需比較 110KV 側(cè)即可。 在 方案一 、 方案四 110KV 側(cè) 的 電氣主接線形式 中， 方案一 在 110KV 側(cè) 為單母線的接線形式， 方案四在 110KV 為 內(nèi) 橋形接線形式。經(jīng)過比較 內(nèi) 橋形接線比單母線接線形式少一組斷路器， 110KV 處為兩回進(jìn)線，兩回出線，該變電所應(yīng)用兩臺降壓變壓器，宜選用 內(nèi) 橋形接線，在配電裝置的綜合投資，包括控 制設(shè)備，電纜，母線及土建費(fèi)用上，在運(yùn)行靈活性上，橋形接線比單母線形接線有很大的靈活性，所以經(jīng)過技術(shù)及經(jīng)濟(jì)上的比較，橋形接線的優(yōu)勢大 于單母線的接線形式 。 由以上分析，最優(yōu)方案可選擇為 方案四， 即 110KV 側(cè)為內(nèi)橋接線， 35KV 側(cè)為 雙母線 接線， 10KV 側(cè)為單母分段接線。 其接線圖 見 以上方案四。 主變壓器的選擇 在各 種 電壓等級的變電 站 中，變壓器是主要電氣設(shè)備之一，其擔(dān)負(fù)著變換網(wǎng)絡(luò)電壓，進(jìn)行電力傳輸?shù)闹匾蝿?wù)。確定合理的變壓器容量是變電所安全可靠供電和網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的保證。因此，在確保安全可靠供電的基礎(chǔ)上，確 定變壓器的經(jīng)濟(jì)容量，提高網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行素質(zhì)將具有明顯的經(jīng)濟(jì)意義。 主變壓器臺數(shù)的選擇 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 為保證供電可靠性，變電站一般裝 設(shè) 兩臺主變，當(dāng)只有一個(gè)電源或變電站可由低壓側(cè)電網(wǎng)取得備用電源給重要負(fù)荷供電時(shí)，可裝設(shè)一臺。本設(shè)計(jì)變電站有兩回電源進(jìn)線，且低壓側(cè)電源只能由這兩回進(jìn)線取得，故選擇兩臺主變壓器 ]1[ 。 主變壓器 型式 的選擇 (1) 相數(shù)的確定 在 330kv 及以下的變電 站 中，一般都選用三相式變壓器。因?yàn)橐慌_三相式變壓器較同容量的三臺單相式 變壓器 投資小、占地少、 損耗小，同時(shí)配電裝置結(jié)構(gòu)較簡單，運(yùn)行維護(hù)較方便。如果受到制造、運(yùn)輸?shù)葪l件限制時(shí)，可選用兩臺容量較小的三相變壓器，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理時(shí)，也可選用單相變壓器。 (2) 繞組數(shù)的確定 在有三種電壓 等級的變電站 中，如果變壓器各側(cè)繞組的通過容量均達(dá)到變壓器額定容量的 15%及以上，或低壓側(cè)雖 然 無負(fù)荷，但需要在該側(cè)裝無功補(bǔ)償設(shè)備時(shí)，宜采用三繞組變壓器。 (3) 繞組連接方式的確定 變壓器繞組連接方式必須和系統(tǒng)電壓相位一致，否則不能并列運(yùn)行。電力系統(tǒng)采用的繞組連接方式只有星接和角接，高、中、低三側(cè)繞組如何組合要根據(jù)具體工程來確定。我國 110KV 及以上電壓，變壓器繞組都采用星接， 35KV 也采用星接，其中性點(diǎn)多通過消弧線圈接地。 35KV 及以下電壓，變壓器繞組都采用角接。 (4) 結(jié)構(gòu)型式的選擇 三繞組變壓器在結(jié)構(gòu)上有兩種基本型式。 1) 升壓型。升壓型的繞組排列為：鐵芯 — 中壓繞組 — 低壓繞組 — 高壓繞組，高、中壓繞組間距較遠(yuǎn)、阻抗較大、傳輸功率時(shí)損耗較大。 2) 降壓型。降壓型的繞組排列為：鐵芯 — 低壓繞組 — 中壓繞組 — 高壓繞組，高、低壓繞組間距較遠(yuǎn)、阻抗較大、傳輸功率時(shí)損耗較大。 3) 應(yīng)根據(jù)功率傳輸方向來選擇其結(jié)構(gòu)型式。變電 站 的三繞組變壓器，如果以高壓側(cè)向中壓側(cè)供電 為主、向低壓側(cè)供電為輔，則選用降壓型；如果以高壓側(cè)向低壓側(cè)供電為主、向中壓側(cè)供電為輔，也可選用升壓型。 (5) 調(diào)壓方式的確定 變壓器的電壓調(diào)整是用分接開關(guān)切換變壓器的分接頭，從而改變其變比來實(shí)現(xiàn)。無勵磁調(diào)壓變壓器分接頭較少，且必須在停電情況下才能調(diào)節(jié)；有載調(diào)壓變分接頭較多，調(diào)壓范圍可達(dá) 30%，且分接頭可帶負(fù)荷調(diào)節(jié)，但有載調(diào)壓變壓器不能并聯(lián)運(yùn)行，內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 9 因?yàn)橛休d分接開關(guān)的切換不能保證同步工作。根據(jù)變電所變壓器配置，應(yīng)選用無載調(diào)壓變壓器。