【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 備狀況以及今后發(fā)展趨勢(shì)，應(yīng)選用新型號(hào)、低損耗、低噪聲的電力變壓器及性能好、時(shí)間長(zhǎng)、免維護(hù)的 SF6斷路器及高壓開(kāi)關(guān)柜。為此新的設(shè)備選擇也在設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)。 由于時(shí)間倉(cāng)促和自身知識(shí)的局限，導(dǎo)致在設(shè)計(jì)中難免有遺漏和錯(cuò)誤之處，望讀者予以批評(píng)指正。 35kV 變電所電氣部分設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè) 共 50 頁(yè) 2 原始資料 電力系統(tǒng)接線圖 待設(shè)計(jì)變電所進(jìn)線如圖 1 所示： 圖 變電所進(jìn)線示意圖 系統(tǒng)情況 待設(shè)計(jì)變電所通過(guò)一條架空線路由正西方 向 5km 處的一座 110kV 變電所 A送電，回路最大傳輸功率不大于 ， A變電所系統(tǒng)容量為 3000MW。西北方向 20km 處一座 35kV 變電所 B通過(guò)一條架空出線與待設(shè)計(jì)變電所聯(lián)系，平時(shí)本所與 B 變電所有少量功率交換。本所投運(yùn)后功率因數(shù)要求到達(dá) 。 10kV 負(fù)荷情況 10kV 負(fù)荷情況如表 1 所示 表 10kV負(fù)荷分布情況 負(fù)荷名稱 最大負(fù)荷 （ kW） 回路數(shù) 供電方式 功率因數(shù) 視在功率 （ kVA） 1出線 1500 1 架空 2出線 800 1 架空 3出 線 800 1 架空 待設(shè)計(jì)變電所A 變電所 B 變電所5 km 20 km35kV 變電所電氣部分設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè) 共 50 頁(yè) 4出線 1000 1 架空 5出線 1500 1 架空 6出線 1200 1 架空 電容器回路 2 10kV 側(cè)負(fù)荷同時(shí)率： ； 10kV 側(cè)最小負(fù)荷是最大負(fù)荷的 45％； 10kV 側(cè)最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù) maxT =4800H；待設(shè)計(jì)變電所年負(fù)荷增長(zhǎng)率為 5%。 本地區(qū)氣象條件 最高氣溫 C??? 41max? ；最低氣溫 C??? 12min? ；年平均氣溫 Cavy ??? ? ；最熱月平均最高溫度 Cavm ??? 26? 。 3 負(fù)荷統(tǒng)計(jì)和無(wú)功補(bǔ)償?shù)挠?jì)算 負(fù)荷分析 根據(jù)用電的重要性和突然中斷供電造成的損失程度可以將負(fù)荷分為以下三類： 1 一類負(fù)荷 一類負(fù)荷，又稱為一級(jí)負(fù)荷，是指突然中斷供電將造成人身傷亡或引起對(duì)周圍環(huán)境的嚴(yán)重污染，造成經(jīng)濟(jì)上的巨大損失。如重要大型設(shè)備損失、重要產(chǎn)品或重要原料生產(chǎn)的產(chǎn)品大量報(bào)廢、連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程被打亂且需要長(zhǎng)時(shí)間才能恢復(fù)、造成社會(huì)秩序嚴(yán)重混亂或產(chǎn)生政治上的重大影響 、重要的交通和通訊樞紐中斷、國(guó)際社交場(chǎng)所沒(méi)有照明等。 2 二類負(fù)荷 二類負(fù)荷，又稱為二級(jí)負(fù)荷，是指突然中斷供電會(huì)造成經(jīng)濟(jì)上的較大損失。如生產(chǎn)的主要設(shè)備損壞、產(chǎn)品大量報(bào)廢或減產(chǎn)、連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程需要較長(zhǎng)時(shí)間才能恢復(fù)、造成社會(huì)秩序混亂、在政治上產(chǎn)生較大影響、交通和通訊樞紐以及城市供水中斷、廣播電視、商貿(mào)中心被迫停止運(yùn)營(yíng)等。 3 三類負(fù)荷 三類負(fù)荷，又稱為三級(jí)負(fù)荷，是指不屬于以上一類和二類負(fù)荷的其他用電負(fù)35kV 變電所電氣部分設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè) 共 50 頁(yè) 荷。對(duì)于這類負(fù)荷，供電所所造成的損失不大或不會(huì)直接造成損失。 用電負(fù)荷的分類，其主要目的是確定供電工 程設(shè)計(jì)和建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)，保證建成投入運(yùn)行工程供電的可靠性，能滿足生產(chǎn)或社會(huì)安定的需要。對(duì)于一級(jí)負(fù)荷的用電設(shè)備，應(yīng)有兩個(gè)及以上的獨(dú)立電源供電，并輔之一其他必要的非電保安設(shè)施。二級(jí)負(fù)荷應(yīng)由兩回線供電，但當(dāng)兩回線路有困難時(shí)（如邊遠(yuǎn)地區(qū)），允許有一回專用架空線路供電。三級(jí)負(fù)荷對(duì)供電無(wú)特殊要求，允許較長(zhǎng)時(shí)間停電，可用單回線路供電。這次設(shè)計(jì)的變電所所帶的負(fù)荷均為三級(jí)負(fù)荷，因此可以用單回線路供電。 負(fù)荷計(jì)算 10kV 側(cè)的負(fù)荷計(jì)算 ??P +++1++= ??Q *+*+*+1*+*+*= ??S ? ?? 22 )()( QP （ 31） = 22 ? = 功率因數(shù) cos? = 無(wú)功補(bǔ)償 無(wú)功補(bǔ)償概述 電力系統(tǒng)中有許多根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的電氣設(shè)備，如變壓器、電動(dòng)機(jī)、感應(yīng)爐等。都是依靠磁場(chǎng)來(lái)傳送和轉(zhuǎn)換電能的電感性負(fù)載，在電力系統(tǒng)中感應(yīng)電動(dòng)機(jī)約占全部負(fù)荷的 50%以上。電力系統(tǒng)中的無(wú)功功率很大，必須有足夠的無(wú)功電源，才能維持一定的電壓水平，滿足系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求。 電力系統(tǒng)中的無(wú)功電源由三部分組成： 1 發(fā)電機(jī)可能發(fā)出的無(wú)功功率（一般為有功功率的 40%~50%）。 2 無(wú)功功率補(bǔ)償裝置（并聯(lián)電容器和同步調(diào)相機(jī)）輸出無(wú)功功率。 3 110kV及以上電壓線路的充電 功率。 電力系統(tǒng)中如無(wú)功功率小，將引起供電電網(wǎng)的電壓降低。電壓低于額定電壓35kV 變電所電氣部分設(shè)計(jì) 第 7 頁(yè) 共 50 頁(yè) 值時(shí)，將使發(fā)電、送電、變電設(shè)備均不能達(dá)到正常的出力，電網(wǎng)的電能損失增大，并容易導(dǎo)致電網(wǎng)震蕩而解列，造成大面積停電，產(chǎn)生嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和政治影響。電壓下降到額定電壓值的 60%~70%時(shí)，用戶的電動(dòng)機(jī)將不能啟動(dòng)甚至造成燒毀。所以進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償是非常有必要的。 無(wú)功補(bǔ)償?shù)挠?jì)算 補(bǔ)償前 cos 1? =，求補(bǔ)償后達(dá)到 。因此可以如下計(jì)算： 設(shè)需要補(bǔ)償 XMva 的無(wú)功 則 cos 2? =??39。39。SP （ 32） =22 ）（ X?? = 解得 X= 無(wú)功補(bǔ)償裝置 無(wú)功補(bǔ)償裝置分為串聯(lián)補(bǔ)償裝置和并聯(lián)補(bǔ)償裝置兩大類。并聯(lián)補(bǔ)償裝置又可分為同期調(diào)相機(jī)、并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置、靜補(bǔ)裝置等幾大類。 同期調(diào)相機(jī)相當(dāng)于空載運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)在過(guò)勵(lì)磁時(shí)運(yùn)行，它向系統(tǒng)提供可無(wú)級(jí)連 續(xù)調(diào)節(jié)的容性和感性無(wú)功，維持電網(wǎng)電壓，并可以強(qiáng)勵(lì)補(bǔ)償容性無(wú)功，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。在我國(guó)經(jīng)常在樞紐變電所安裝同步調(diào)相機(jī)，以便平滑調(diào)節(jié)電壓和提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。 靜止補(bǔ)償器有電力電容器與可調(diào)電抗并聯(lián)組成。電容器可發(fā)出無(wú)功功率，電抗器可吸收無(wú)功功率，根據(jù)電壓需要，向電網(wǎng)提供快速無(wú)級(jí)連續(xù)調(diào)節(jié)的容性和感性的無(wú)功，降低電壓波動(dòng)和波形畸變率，全面提高電壓質(zhì)量，并兼有減少有功損耗，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，降低工頻過(guò)電壓的功能。其運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單，功耗小，能做到分相補(bǔ)償，對(duì)沖擊負(fù)荷也有較強(qiáng)的適應(yīng)性，因此在電力系統(tǒng)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。但設(shè) 備造價(jià)太高，本設(shè)計(jì)中不宜采用。 電力電容器可按三角形和星形接法連接在變電所母線上。既可集中安裝，又可35kV 變電所電氣部分設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè) 共 50 頁(yè) 分散裝設(shè)來(lái)接地供應(yīng)無(wú)功功率，運(yùn)行時(shí)功率損耗亦較小。 綜合比較以上三種無(wú)功補(bǔ)償裝置后，選擇并聯(lián)電容器作為無(wú)功補(bǔ)償裝置，并且采用集中補(bǔ)償?shù)姆绞健? 并聯(lián)電容器裝置的分組 1 分組原則 （ 1）對(duì)于單獨(dú)補(bǔ)償?shù)哪撑_(tái)設(shè)備，例如電動(dòng)機(jī)、小容量變壓器等用的并聯(lián)電容器裝置，不必分組，可直接與該設(shè)備相連接，并與該設(shè)備同時(shí)投切。 （ 2）配電所裝設(shè)的并聯(lián)電容器裝置的主要目的是為了改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。此時(shí)，為保證一定的功率 因數(shù)，各組應(yīng)能隨負(fù)荷的變化實(shí)行自動(dòng)投切。負(fù)荷變化不大時(shí)，可按主變壓器臺(tái)數(shù)分組，手動(dòng)投切。 （ 3）終端變電所的并聯(lián)電容器裝置，主要是為了提高電壓和補(bǔ)償主變壓器的無(wú)功損耗。此時(shí)，各組應(yīng)能隨電壓波動(dòng)實(shí)行自動(dòng)投切。投切任一組電容器時(shí)引起的電壓波動(dòng)不應(yīng)超過(guò) %。 2 分組方式 并聯(lián)電容器的分組方式主要有等容量分組、等差級(jí)數(shù)容量分組、帶總斷路器的等容量分組、帶總斷路器的等差級(jí)數(shù)容量分組。這幾種方式中等容量分組方式，分組斷路器不僅要滿足頻繁切合并聯(lián)電容器的要求，而且還要滿足開(kāi)斷短路的要求，這種分組方式應(yīng)用較多，因此 采用等容量分組方式。 并聯(lián)電容器裝置的接線 并聯(lián)電容器裝置的接線基本形式有星形和三角形兩種。經(jīng)常采用的還有由星形派生出的雙星形，在某種場(chǎng)合下，也有采用由三角形派生出的雙三角形。 從《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)》（一次部分） 502 頁(yè)表 9— 17 可比較得出，應(yīng)采用Y 形接線，因?yàn)檫@種接線適用于 6kV 及以上的并聯(lián)電容器組，并且容易布置，布置清晰。 并聯(lián)電容器組裝設(shè)在變電所低壓側(cè)，主要是補(bǔ)償主變和負(fù)荷的無(wú)功功率，為了在發(fā)生單相接地故障時(shí)不產(chǎn)生零序電流，所以采用中性點(diǎn)不接地方式。 選用 BFM11— 500— 3型號(hào)的高 壓并聯(lián)電容器 2臺(tái) 。額定電壓 11kV。額定容量 50035kV 變電所電氣部分設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè) 共 50 頁(yè) kVar。 4 主變壓器的選擇 規(guī)程中的有關(guān)變電所主變壓器選擇的規(guī)定 1 主變?nèi)萘亢团_(tái)數(shù)的選擇，應(yīng)根據(jù)《電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》 SDJ161— 85 有關(guān)規(guī)定和審批的電力規(guī)劃設(shè)計(jì)決定進(jìn)行。凡有兩臺(tái)及以上主變的變電所，其中一臺(tái)事故停運(yùn)后，其余主變的容量應(yīng)保證供應(yīng)該所全部負(fù)荷的 70%，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。若變電所所有其他能源可保證在主變停運(yùn)后用戶的一級(jí)負(fù)荷，則可裝設(shè)一臺(tái)主變壓器。 2 與電力系統(tǒng)連接的 220~330kV 變壓 器，若不受運(yùn)輸條件限制，應(yīng)選用三相變壓器。 3 根據(jù)電力負(fù)荷的發(fā)展及潮流的變化，結(jié)合系統(tǒng)短路電流、系統(tǒng)穩(wěn)定、系統(tǒng)繼電保護(hù)、對(duì)通信線路的影響、調(diào)壓和設(shè)備制造等條件允許時(shí)，應(yīng)采用自耦變壓器。 4 在 220~330kV 具有三種電壓的變電所中，若通過(guò)主變各側(cè)繞組的功率均達(dá)到該變壓器額定容量的 15%以上，或者第三繞組需要裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備時(shí)，均宜采用三繞組變壓器。 5 主變調(diào)壓方式的選擇，應(yīng)符合《電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》 SDJ161 的有關(guān)規(guī)定。 主變臺(tái)數(shù)的確定 為保證供電的可靠性，變電所一般應(yīng)裝設(shè)兩臺(tái)主變，但一般不超 過(guò)兩臺(tái)主變。當(dāng)只有一個(gè)電源或變電所的一級(jí)負(fù)荷另有備用電源保證供電時(shí)，可裝設(shè)一臺(tái)主變。對(duì)大型樞紐變電所，根據(jù)工程的具體情況，應(yīng)安裝 2~4 臺(tái)主變。 本次設(shè)計(jì)的變電所沒(méi)有一級(jí)負(fù)荷，所以采用兩臺(tái)主變。 主變?nèi)萘康拇_定 主變?nèi)萘康拇_定應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng) 5~10 年發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行。 當(dāng)變電所裝設(shè)兩臺(tái)及以上主變時(shí)，每臺(tái)容量的選擇應(yīng)按照其中任一臺(tái)停運(yùn)時(shí)，其余容量至少能保證所供一35kV 變電所電氣部分設(shè)計(jì) 第 10 頁(yè) 共 50 頁(yè) 級(jí)負(fù)荷或?yàn)樽冸娝控?fù)荷的 60~75%。 由 的負(fù)荷計(jì)算得知 10kV 側(cè)的負(fù)荷總量為 。 考慮 ?? 5%的年負(fù)荷增長(zhǎng)率， 5 年規(guī)劃年限內(nèi)計(jì)算負(fù)荷可表示為： iiiiSSnn???? ??? 1 )1()1( ]1)1[(1c ?? （ 41） 式中 1S — 第一年的負(fù)荷； ?— 年負(fù)荷增長(zhǎng)率； n— 規(guī)劃年數(shù)； i— 年利率。 帶入 i=， n=5， ? =5%， 1S = 得 cS =。 再考慮同時(shí)系數(shù)時(shí)，可按下式算： cSKS 039。 ?? （ 42） 式中 0K — 負(fù)荷同時(shí)系數(shù) 帶入 0K = 得 ?39。S =。 對(duì)于兩臺(tái)變壓器的變電所，其變壓器的額定容量可按下式確定 ： eS =?39。S =*= 總安裝容量為 2*（ ?39。S ） =?39。S 如此當(dāng)一臺(tái)變壓器停運(yùn)，考慮變壓器的過(guò)負(fù)荷能力為 40%，則可保證 98 的負(fù)荷供電。 所以應(yīng)選容量為 7500kVA 的變壓器。 主變形式的選擇 主變一般采用三相變壓器，若因制造和運(yùn)輸條件限制，在 220kV 的變電所中，可采用單相變壓器組。當(dāng)今社會(huì)科技日新月異，制造運(yùn)輸以不成問(wèn)題，因此采用三相變壓器。 在關(guān)于繞組上 ，只有 220~330kV 具有三種電壓的變電所中，若通過(guò)主變各側(cè)繞組的功率均達(dá)到該變壓器額定容量的 15%以上，或者第三繞組需要裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備時(shí)，均宜采用三繞組變壓器。 此次設(shè)計(jì)的變電所只有 35kV 和 10kV兩個(gè)電壓等級(jí)，35kV 變電所電氣部分設(shè)計(jì) 第 11 頁(yè) 共 50 頁(yè) 所以采用雙繞組變壓器。 我國(guó) 110kV 及以上電壓，變壓器繞組都采用 Y0 連接； 35kV亦采用 Y 連接，其中性點(diǎn)多通過(guò)消弧線圈接地。 35kV及以下電壓，變壓器繞組都采用 △ 連接。因此 35kV側(cè)采用 Y連接， 10kV 側(cè)采用 △ 接線。 根據(jù)上述的討論選用 35kV 鋁線雙繞組電力變壓器，該變壓器的型號(hào)為 SJL1 — 7500/： 表 變壓器技術(shù)參數(shù) 型號(hào) SJL1 — 7500/35 額定容量 (kVA) 7500 額定電壓 (kV) 高壓 35 低壓 損耗 (KW) 空載 短路 57 短路電壓 (%) 空載電流 (%) 5 電氣主接線設(shè)計(jì) 電氣主接線概述 發(fā)電廠和變電所中的一次設(shè)備、按一定要求和順序連接成的電路，稱為電氣主接線，也成主電路。它 把各電源送來(lái)的電能匯集起來(lái)，并分給各用戶。它表明各種一次設(shè)備的數(shù)量和作用，設(shè)備間的連接方式，以及與電力系統(tǒng)的連接情況。所以電氣主接線是電力系統(tǒng)接線組成中的一個(gè)重要組成部分。主接線的確定，對(duì)電力系統(tǒng)得安全、穩(wěn)定、靈活、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及變電所電氣設(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(huì)長(zhǎng)生