【文章內(nèi)容簡介】 機械負載的同步電動機，專門用于發(fā)出（洗手）無功功率。 同步補償機使用方式 1）受控補償 河北科技師范學院 2021 本科畢業(yè)設(shè)計 7 圖 1 受控補償圖 當負荷較大時為了改善功率因素，同步補償機應(yīng)過勵運行。 2）中間補償 當電網(wǎng)在負載下工作時，由于滯后性負載引起線路電壓的下降；當電網(wǎng)符合很輕時，高壓長輸電線路將呈現(xiàn)較 大的電容作用，使受端電網(wǎng)電壓升高，此時，同步補償機應(yīng)運行在欠勵狀態(tài)，吸收電網(wǎng)中多余的無功功率。 同步補償機裝在線路上，可以達到自動維持線路電壓接近為恒定的目的。 圖 2 中間補償圖 并聯(lián)電抗器 并聯(lián)電抗器是高壓、超高壓線路上作補償用的一類電抗器，是提高線路的傳輸能力和確保輸電質(zhì)量的一種不可缺少的重要電氣設(shè)備。隨著電力需求的增大，輸電電壓的不斷提高；跨區(qū)域長距離的輸電線路的建設(shè)，使線路對地的充電電容顯著增大，給輸電系統(tǒng)造成了：切斷負荷產(chǎn)生工頻過電壓；單相對地短路時 非故障相電壓增大；由于超前無功功率過大而使電端電壓上升等問題。為此輸電系統(tǒng)安裝了吸收超前無功功率、補償電容電流的并聯(lián)電抗器；同時也能有效的限制操作過電壓。 并聯(lián)電抗器接線圈有無鐵心可分為帶有氣隙的鐵心電抗器和無鐵心的空心電抗器。帶有氣隙的鐵心式電抗器，其結(jié)構(gòu)主要是由鐵心和線圈組成的。由于鐵磁介質(zhì)的導磁率極高，而且其磁化曲線是非線性的，故電抗器的鐵心必須帶氣隙。帶有氣隙的鐵心式電抗器通常在 140%— 150%的額定電壓下是線性的，飽和后電感值約為額定電壓下電感值的 50%— 70%。 并聯(lián)電抗器采用能夠高壓端和輸 電系統(tǒng)直接相連接，中性點經(jīng)小電抗接地的連接方式。 補償方式的選擇 由于并聯(lián)電抗器具有安裝簡單、運行維護方便、有功損耗小一級組裝靈活、擴容方便等優(yōu)點，因此并聯(lián)電抗器在供電系統(tǒng)中應(yīng)用最為普遍。 無功功率補償計算 經(jīng)計算總有功功率 kWPC ? 總無功功率 kQC ? 河北科技師范學院 2021 本科畢業(yè)設(shè)計 8 由于本設(shè)計中上級要求 cosφ≥, 而由上面計算可知 cosφ= 1，因此需要進行無功補償。 綜合考慮在這里采用并聯(lián)電容器進行低壓集中補償。 可選用 Qc = （ － ） kvar = （ ） = 取 Qc=150kvar 因此，其電容器的個數(shù)為： n = Qc/qC =150/12≈ 12 而由于電容器是單相的，所以應(yīng)為 3的倍數(shù)，取 12個正好 需補償?shù)臒o功功率 Qc=12*12=144kvar 無功補償 后，變電所低壓側(cè)的計算負荷為： )()2( 22 ????S C KVA 無功率補償后，工廠的功率因數(shù)為： cosφ′= PC / )2(SC = ≈ 7 則工廠的功率因數(shù)為： cosφ′= PC / )2(SC = ≥ 3 變電站主變壓器臺數(shù)、容量、類型的選擇 變壓器容量、接線組別的確定 箱變用變壓器為降壓變壓器，一般將 10KV降至 380V/220V 變壓器容量一般為 160～1 600KVA，最常用的容量為 315～ 630KVA。其器身為三相三柱或三相五柱結(jié)構(gòu)、 Dyn11或 Yyn0 聯(lián)結(jié)，熔斷器連接在 “ △ ” 外部。三相五柱式 Dyn11 變壓器的優(yōu)點是帶三相不對稱負荷能力強，不會因三相負載不對稱造成中性點電壓偏移，負載 電壓質(zhì)量可得到保證，這種變壓器具有很好的耐雷特性。 對于 Dyn11 聯(lián)結(jié)變壓器來說，其 3n 次（ n 為整數(shù)）諧波勵磁電流在其三角形結(jié)構(gòu)的一次繞組內(nèi)形成環(huán)流，不注入公共的高壓電網(wǎng)中去，這較之一次繞組接成星型接線的 Yyn0 聯(lián)結(jié)變壓器更利于抑制高次諧波電流； Dyn11 聯(lián)結(jié)變壓器的零序阻抗較之 Yyn0 聯(lián)結(jié)變壓器的小得多，從而更有利于低壓單相接地短路故障的保護和切除；當接用單相不平負荷時，由于 Yyn0 聯(lián)結(jié)變壓器要求中性線電流不超過二次繞組額定電流的 25%，因而嚴重影響了接用單相負荷的容量，影響設(shè)備能力的發(fā)揮。因此國家規(guī)定在 TT 和 TN 系統(tǒng)中，推廣 Dyn11 聯(lián)結(jié)變壓器。但是 Yyn0 聯(lián)結(jié)變壓器一次繞組的絕緣要求稍低于 Dyn11，從而制造成本稍低于 Dyn11 聯(lián)結(jié)的變壓器。變壓器聯(lián)結(jié)河北科技師范學院 2021 本科畢業(yè)設(shè)計 9 方式如圖 3。 . . .. . .A B Ca b cUAUCUBUA BU aU c UbUa bUa bUA B. ... . .UA =UA BUCUBU aU c UbUa bUa b變 壓 器 Y y n 0 聯(lián) 結(jié) 組 變 壓 器 D y n 1 1 聯(lián) 結(jié) 組圖 3 變壓器的 Yyn0 聯(lián)結(jié)和 Dyn11 聯(lián)結(jié) 綜合考慮 10kV 箱式變電站變壓器的容量確定為 200kVA，型號為 S6200/10，變壓器的連接組別為 Yyn0，阻抗電壓為 Ud =%，采用油浸式變壓器。 變壓器的散熱處理 變壓器設(shè)置有二種方式：一 種將變壓器外露，另一種將就壓器安裝在封閉隔室內(nèi)。10kV 箱式變電站變壓器采用第二種接線方式，將變壓器安裝在封閉的變壓器隔室內(nèi)。為防日照輻射使室溫升高，采用四周壁添加隔熱材料、雙層夾板結(jié)構(gòu)，頂蓋設(shè)計成帶空氣墊或隔熱材料的氣樓結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)通風道，裝有自動強迫排氣通風裝置 (軸流風機或幅面風機 )。裝置的開啟和停止，由變壓器室的溫度監(jiān)控裝置自控，其溫度的整定值按允許溫度的 80%～ 90%設(shè)定；室內(nèi)正常溫度下，靠自然通風來散熱。有為防止灰塵對絕緣的影響，在變壓器連接處加上絕緣防護罩。室內(nèi)溫度不正常的情況下采用機械強迫通風， 以變壓器油溫不超過 95℃作為動作整定值。 采用負荷開關(guān) — 熔斷器組合電器保護變壓器 負荷開關(guān)是用來開、合負載電流的開關(guān)裝置，它一般具有關(guān)合短路電流能力，但是它不能開斷短路電流。負荷開關(guān)可以單獨使用在遠離電源中心、且容量較小的終端變電站，用于投切無功補償回路、并聯(lián)電抗器及電動機等。熔斷器結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、維護方便，仍然具有發(fā)展前途。熔斷體是熔斷器的主要元件，當熔斷體通過的電流超過一定值時，熔斷體本身產(chǎn)生的焦耳熱，使本身溫度升高，在達到熔斷體熔點時，熔斷體自河北科技師范學院 2021 本科畢業(yè)設(shè)計 10 行熔斷切斷過載電流或短路電流。限流熔斷器切斷短 路電流的電流波形如圖 4所示 1 a 2 時間 0 b 燃弧時間 tb1 tb2 Ik1 圖 4 限流熔斷器切斷短路電流時電流波形 1— 切斷前電流波形 2— 切斷過程中電流波形 Ik1 — 截止電流； tb2 — 動作時間 負荷開關(guān) — 熔斷器組合電器中使用限流型高壓熔斷器，這種熔斷器是依靠填充在熔體周圍的石英砂冷卻電弧，達到有效熄滅電弧，用于在強力冷卻熄弧過程中 建立起高于工作電壓的電弧電壓，因而具有很強限流能力。由曲線可見到，短路開始后電流上升，熔體發(fā)熱，溫度上升，電流升到 a 點，熔體熔化，由于熔斷器的限流作用，電流上升停止，開始沿 ab 線段下降，在 b 點電流下降到零，此時完成熄弧。這種熔斷器的整個動作過程發(fā)生在密封的瓷管中，在熄滅電弧時，巨大氣流不會沖出管外。 負荷開關(guān)與熔斷器配合使用于箱變可替代斷路器，作為變壓器的保護開關(guān)設(shè)備。當變壓器內(nèi)部發(fā)生故障，為使油箱不爆炸，故障切除時間必須限在 20ms 內(nèi)。采用斷路器保護的話，斷路器最快全開斷時間 (繼電保護動作時間 +斷路器固有 動作時間 +燃弧時間 )一般需要 2～ 3個周波 (40ms～ 60ms)左右，而限流熔斷器則可保證在 10ms以內(nèi)切除故障。由于同電壓等級負荷開關(guān)的價格大約是斷路器的價格的 1/4～ 1/5，而負荷開關(guān) +熔斷器的價格僅僅是斷路器的價格的 1/3，因此采用負荷開關(guān) +熔斷器有較大經(jīng)濟性。由于斷路器是用于開斷短路故障電流、大負荷電流、容性電流等通用的開關(guān)設(shè)備，因此體積大、笨重，結(jié)構(gòu)也復(fù)雜。相比之下負荷開關(guān)體積小，簡單易開發(fā)。 河北科技師范學院 2021 本科畢業(yè)設(shè)計 11 4 變電站主接線方案的選擇 箱式變電站對主接線的基本要求 概況地說，對主接線的基本要求包括安全、可 靠、靈活、經(jīng)濟四個方面 安全包括設(shè)備安全及人身安全。要滿足這一點，必須按照國家標準和規(guī)范的規(guī)定，正確選擇電氣設(shè)備及正常情況下的監(jiān)視系統(tǒng)和故障情況下的保護系統(tǒng)，考慮各種人身安全的技術(shù)措施。 可靠就是主接線應(yīng)滿足對不同負荷的不中斷供電，且保護裝置在正常運行時不誤動、發(fā)生事故時不拒動，能盡可能的縮下停電范圍。為了滿足可靠性要求，主接線應(yīng)力求簡單清晰。電器是電力系統(tǒng)中最薄弱的元件，所以不應(yīng)當不適當?shù)卦黾与娖鞯臄?shù)目，以免發(fā)生事故。 靈活是用最少的切換，能適應(yīng)不同的運行方式，適應(yīng)調(diào)度的要求，并能靈活、簡便、迅速地倒換運 行方式，使發(fā)生故障時停電時間最短，影響范圍最小。因此，電氣主接線必須滿足調(diào)度靈活、操作方便的基本要求。 經(jīng)濟是指在滿足了以上要求的條件下，保證需要的設(shè)計投資最少。在主接線設(shè)計時，主要矛盾往往發(fā)生在可靠性與經(jīng)濟性之間。欲使主接線靈活、可靠，必須要選用高質(zhì)量的設(shè)備和現(xiàn)代化的自動裝置，從而導致投資費用的增加。因此，主接線的設(shè)計應(yīng)滿足可靠性和靈活性的前提下，做到經(jīng)濟合理。主要應(yīng)從投資聲、占地面積少、電能損耗小等幾個方面綜合考慮。 電氣主接線是變電所電氣設(shè)計的首要核心部分，也是電力構(gòu)成的重要環(huán)節(jié)。電氣主接線設(shè)計是依據(jù) 變電所的最高電壓等級和變電所的性質(zhì)，選擇出某種與變電所在系統(tǒng)中的地位和作用相適應(yīng)的接線方式。 主接線的接線方式 單母線接線 優(yōu)點：接線簡單清晰，設(shè)備少，操作方便，便于擴建和采用成套配電裝置。 缺點：不夠靈活可靠，任一元件（母線或母線隔離開關(guān)等）故障時檢修，均需使整個配電裝置停電，單母線可用隔離開關(guān)分段，但當一段母線故障時，全部回路仍需短時停電，在用隔離開關(guān)將故障的母線段分開后才能恢復(fù)非故障母線的供電。 適用范圍： 610KV 配電裝置的出線回路數(shù)不超過 5回； 3563KV 配電裝置出線回路數(shù)不 超過 3回； 110220KV 配電裝置的出線回路數(shù)不超過 2回。 單母線分段接線 優(yōu)點：用斷路器把母線分段后，對重要用戶可以從不同段引出兩個回路，有兩個電河北科技師范學院 2021 本科畢業(yè)設(shè)計 12 源供電。當一段母線發(fā)生故障，分段斷路器自動將故障切除，保證正常段母線不間斷供電和不致使重要用戶停電。 缺點：當一段母線或母線隔離開關(guān)故障或檢修時，該段母線的回路都要在檢修期間內(nèi)停電。當出線為雙回路時，常使架空線路出現(xiàn)交叉跨越。擴建時需向兩個方向均衡擴建。 適用范圍： 610KV 配電裝置出線回路數(shù)為 6 回及以上時； 35KV 配電裝置出線回路數(shù)為 48 回時 ； 110220KV 配電裝置出線回路數(shù)為 34 回時。 4, 單母分段帶旁路母線 這種接線方式在進出線不多，容量不大的中小型電壓等級為 35110KV 的變電所較為實用，具有足夠的可靠性和靈活性。 橋型接線 (1)內(nèi)橋形接線 優(yōu)點：高壓斷器數(shù)量少，四個回路只需三臺斷路器。 缺點：變壓器的切除和投入較復(fù)雜，需動作兩臺斷路器，影響一回線路的暫時停運；橋連斷路器檢修時，兩個回路需解列運行；出線斷路器檢修時，線路需較長時期停運。 適用范圍：適用于較小容量的發(fā)電廠，變電所并且變壓器不經(jīng)常切換或線路較長，故障率較高的情況。 (2)外橋形接線 優(yōu)點：高壓斷路器數(shù)量少，四個回路只需三臺斷路器。 缺點：線路的切除和投入較復(fù)雜，需動作兩臺斷路器，并有一臺變壓器暫時停運。高壓側(cè)斷路器檢修時，變壓器較長時期停運。 適用范圍：適用于較小容量的發(fā)電廠，變電所并且變壓器的切換較頻繁或線路較短，故障率較少的情況 [1]。 電氣主接線的選擇 10kV 電氣主接線，根據(jù)資料顯示 ,由于 10KV 的出線有一類負荷，可以初步選擇以下兩種方案： (1)單母分段接線 ,6～ 10kV 配電裝置出線回路數(shù)目為 6回及以上時，如果有一類負荷可采用單母 線分段帶旁路接線 ,如圖 5所示： (2)內(nèi)橋式接線，一般用于電源進線線路較長，負荷比較平穩(wěn)，變壓器不需要經(jīng)常操作，沒有穿越功率的終端總降壓變電所 ,如圖 6。 （ 3） 10KV 主接線方案比較如表三所示： 河北科技師范學院 2021 本科畢業(yè)設(shè)計 13 表 3 10KV 主接線方案比較 方案 方案Ⅰ 單母分段 方案Ⅱ 內(nèi)橋式接線 技術(shù) ①不會造成全所停電 ②調(diào)度靈活 ③保證對重要用戶的供電