【文章內(nèi)容簡介】 .....................................................................................49參考文獻(xiàn) .......................................................................................................................................50致 謝 ...........................................................................................................................................511 前 言電能是發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，是一種無形的、不能大量存儲(chǔ)的二次能源，同時(shí)也是現(xiàn)代社會(huì)中最重要也是最方便的能源。我國電力建設(shè)經(jīng)過多年的發(fā)展，系統(tǒng)容量越來越大，短路 電流不斷增大，對電氣設(shè)備等要求越來越高，要科學(xué)合理的駕馭電力，必須從電力工程的設(shè)計(jì)原則和方法上理解和掌握其精髓，提高電力系統(tǒng)的安全可靠性和運(yùn)行效率，從而達(dá)到降低生產(chǎn)成本提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。本課題研究的是 110kV 變電站一次部分設(shè)計(jì)。變電站是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它直接影響了電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，起著交換和分配電能的作用。這就要求科學(xué)的設(shè)計(jì)變電站的一次部分，采取合理的電氣主接線形式，從數(shù)量和質(zhì)量上選擇最優(yōu)的電氣設(shè)備，變電站平面布置和配電裝置也要符合國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，只有這樣變電站才能正常的運(yùn)行工作，為國民經(jīng)濟(jì)服務(wù)。故本次 110kV 變電站電氣部分設(shè)計(jì)主要為電氣一次部分設(shè)計(jì)。目前，我國變電站發(fā)展的又一新趨勢是大量新型電氣一次設(shè)備的應(yīng)用。近年來電氣一次設(shè)備制造有了較大發(fā)展，大量高性能、新型設(shè)備不斷出現(xiàn)，變電站設(shè)計(jì)的電氣設(shè)備檔次不斷提高，配電裝置也從傳統(tǒng)的形式走向無油化、真空開關(guān)、SF6 開關(guān)和機(jī)、電組合一體化的小型設(shè)備發(fā)展。近年來世界各國著名的高壓電氣設(shè)備公司都相繼開發(fā)、研制了各種類型的戶外高壓和超高壓組合電器，國內(nèi)一些高壓開關(guān)廠也已經(jīng)開始生產(chǎn)戶外緊湊型組合電器。這些設(shè)備運(yùn)行可靠性高、節(jié)省占地面積和空間、施工安裝簡單、運(yùn)行維護(hù)方便等。為了改變我國城網(wǎng)變電所設(shè)備陳舊，占地面積大，與現(xiàn)代的城市建設(shè)不相適應(yīng)的情況，如今的城網(wǎng)方面的變電所已經(jīng)向小型化發(fā)展，逐步采用組合式電器，即 GIS 成套設(shè)備。從某種程度上說，GIS 即由 SF6 氣體的出現(xiàn)而發(fā)展的一種新型高壓成套設(shè)備，是有包括斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、斷流互感器、電壓互感器、避雷器、母線等，按設(shè)備主接線要求，依次連接組合成一個(gè)整體，隨著 GIS 封閉組合電器的不斷完善和電力系統(tǒng)的需要，全國各地區(qū) 110kV 及 110kV 電壓等級以上變電站超高壓開關(guān)設(shè)備選用 GIS已成為主要發(fā)展趨勢。在我國變電站的建設(shè)過程中仍然存在一些問題，比如由于經(jīng)濟(jì)步伐與農(nóng)村變電站建設(shè)步伐不一致，可以減少線路功率損耗，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性的，深入市區(qū)、農(nóng)村的變電站遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。即使在建設(shè)這些變電站的過程中，也會(huì)常常面臨站址選取、管理等諸方面困難；二是城區(qū)地價(jià)昂貴，環(huán)境要求嚴(yán)格，在稠密的市區(qū)選擇變電站址相當(dāng)困難。在農(nóng)村，農(nóng)田的保護(hù)非常嚴(yán)格。我國開始開發(fā)新的技術(shù)，即建設(shè)地下變電站。而建設(shè)地下變電站可以利用城市綠化帶或者利用大廈的地下室。例如前者有上海人民廣場，北京王府井 220kV 變電站，還有北京西單 110kV 變電站。隨著新的科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，制造、材料行業(yè)，尤其是計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用使變配電技術(shù)也有了新的飛躍，如出現(xiàn)了無人值班或少人值班變電所[3], 這種新形式的變電站通常采用遠(yuǎn)動(dòng) RTU 方式或綜合自動(dòng)化技術(shù)，現(xiàn)在最常見的無人值班變電站主要在傳統(tǒng)的繼電保護(hù)體制基礎(chǔ)上，配合集中式 RTU 或者分布式RTU 實(shí)現(xiàn)老站改造。這種新型變電站的功能除了有數(shù)據(jù)采集與處理、運(yùn)行日志及報(bào)表生成等正常運(yùn)行功能外，還具有安全監(jiān)視、保護(hù)、電量計(jì)算、遙控、遠(yuǎn)動(dòng)、自診斷和自恢復(fù)等功能。智能化正在逐步擴(kuò)大其在電力系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的覆蓋面。隨著制造廠生產(chǎn)的電氣設(shè)備質(zhì)量的提高以及電網(wǎng)可靠性的增加，變電站發(fā)展的另一個(gè)趨勢是其接線趨于簡化。我國少數(shù)變電站設(shè)計(jì)已逐漸采用一些新的更為簡單的接線方案。簡化接線方案集中在這些方面，如我國 500kV、330 kV 電壓等級的接線較多采用 3/2斷路器接線，但現(xiàn)在有些設(shè)計(jì)院提出，根據(jù)工程情況，可采用 3/2 斷路器變壓器 母線組接線 可靠性與 3/2 斷路器接線基本相同，卻可以降低投入。 本文主要研究內(nèi)容本次設(shè)計(jì)主要是 110kV 電壓等級的降壓變電所一次接線設(shè)計(jì)，主要任務(wù)如下：1．根據(jù)原始資料選擇 5～7 種合理的電氣主接線； 主接線的基本要求是安全性，可靠性，靈活性，經(jīng)濟(jì)性?？刹捎玫慕泳€形式有單母線，單母線分段，雙母線，雙母分段和增設(shè)旁路母線的接線。2．進(jìn)行初步技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，選擇較好的電氣主接線；由初步技術(shù)，經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果選擇出較好的兩種電氣主接線進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)計(jì)。3．選擇主變壓器的容量和型號；變壓器的選擇原則：根據(jù)地區(qū)供電條件、負(fù)荷性質(zhì)、用電容量、負(fù)荷性質(zhì)和運(yùn)行方式等綜合考慮確定。保證每年電容按 10%的增長，并在 10 年內(nèi)能滿足要求， 并按下例方案進(jìn)行綜合考慮：1）明備用方式，即 2 臺(tái)主變壓器的容量都滿足要求，任何情況下都只有 1 臺(tái)運(yùn)行，兩臺(tái)主變壓器互相備用。2）暗備用方式，即 2 臺(tái)主變壓器的容量之和滿足要求。正常情況下兩臺(tái)主變運(yùn)行，故障情況下一臺(tái)運(yùn)行，因此，每臺(tái)變壓器的容量應(yīng)滿足安全用電的要求,即保證Ⅰ、Ⅱ類負(fù)荷的供電，一般要求能滿足全部負(fù)荷的 70%80%。4．計(jì)算兩種主接線的短路電流；供電系統(tǒng)應(yīng)該正常的不間斷地可靠供電，以保證生產(chǎn)和生活的正常進(jìn)行。但是供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行常常因?yàn)榘l(fā)生短路故障而遭到破壞。所謂短路，就是供電系統(tǒng)中一相或多相載流導(dǎo)體接地或相互接觸并產(chǎn)生超出規(guī)定值的大電流。造成短路的主要原因是電氣設(shè)備載流部分的絕緣損壞、誤動(dòng)作、雷擊或過電壓擊穿等。短路電流數(shù)值通常是正常工作電流值的十幾倍或幾十倍。當(dāng)它通過電氣設(shè)備時(shí)，設(shè)備的載流部分變形或損壞，選用設(shè)備時(shí)要考慮它們對短路電流的穩(wěn)定。短路電流在線路上產(chǎn)生很大的壓降，離短路點(diǎn)越近的母線，電壓下降越厲害，從而影響與母線連接的電動(dòng)機(jī)或其它設(shè)備的正常運(yùn)行。5．根據(jù)短路電流計(jì)算結(jié)果選擇電氣設(shè)備；由短路電流計(jì)算結(jié)果選擇高壓側(cè)配電系統(tǒng)設(shè)備的選擇，如高壓斷路器，高壓隔離開關(guān)，高壓熔斷器。低壓側(cè)配電系統(tǒng)設(shè)備的選擇，如低壓斷路器，低壓隔離開關(guān)，低壓熔斷器，電流互感器，電壓互感器等6．通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定最佳方案；7．防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)；防雷保護(hù)包括直擊雷保護(hù)，入侵雷保護(hù)，還有接地裝置的設(shè)計(jì)等。由于雷電參數(shù)和電氣設(shè)備的沖擊放電特性具有統(tǒng)計(jì)性，故防雷措施也是相對的，而不是絕對的。屋內(nèi)外配電裝置設(shè)計(jì)和總平面布置； 對于接受和分配電能的電氣裝置,在放置開關(guān)設(shè)備、聯(lián)接母線、保護(hù)電器、測量儀表和其他輔助設(shè)備時(shí)，應(yīng)遵循安全可靠、便于操作、維護(hù)、檢修，再之前基礎(chǔ)上，考慮其經(jīng)濟(jì)性并留有可擴(kuò)建的裕度。9．繪制圖紙：電氣主接線、電氣總平面布置、防雷與接地各一張，配電裝置斷面圖3～4 張。2 電氣主接線的設(shè)計(jì) 主接線的設(shè)計(jì)原則變電站電氣主接線是電力系統(tǒng)接線的主要組成部分。它表明了發(fā)電機(jī)、變壓器、線路、和斷路器等的數(shù)量和連接方式及可能的運(yùn)行方式，從而完成發(fā)電、變電、輸配電的任務(wù)。它的設(shè)計(jì)，直接關(guān)系著全站電器設(shè)備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的確定，關(guān)系著電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、靈活和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。主接線的設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合性的問題。必須在滿足國家有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策的前提下，力爭使其技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠。對于 6～220kV 電壓配電裝置的接線，在具體確定接線時(shí)，以電源和出線為主體。一般分兩類：一為母線類，包括單母線、單母線分段、雙母線、雙母線分段和增設(shè)旁路母線的接線；其二為無母線類，包括單元接線、橋形接線和多角形接線等。在進(jìn)出線回路數(shù)多時(shí)，為便于電能的匯集和分配，通常采用有母線類。旁路母線的設(shè)置原則：（1）采用分段單母線或雙母線的 110kV 配電裝置，當(dāng)斷路器不允許停電檢修時(shí)，一般需設(shè)置旁路母線。因?yàn)?110kV 線路輸送距離長、功率大，一旦停電影響范圍大，且斷路器檢修時(shí)間較長（平均每年 5～7 天），故設(shè)置旁路母線為宜。當(dāng)有旁路母線時(shí)，應(yīng)首先采用以分段斷路器或母聯(lián)斷路器兼作旁路斷路器的接線。（2）35kV 配電裝置中，一般不設(shè)旁路母線，因重要用戶多系雙回路供電，且斷路器檢修時(shí)間短，平均每年 2～3 天。如線路斷路器不允許停電檢修時(shí)，可設(shè)置其它旁路設(shè)施。（3）10kV 配電裝置，可不設(shè)旁路母線。對于出線回路數(shù)多或多數(shù)線路系向用戶單獨(dú)供電，以及不允許停電的單母線、分段單母線的配電裝置，可設(shè)置旁路母線。對于變電站的電氣接線，當(dāng)能滿足運(yùn)行要求時(shí)，其高壓側(cè)應(yīng)盡量采用斷路器少的接線。當(dāng)出線為 2 回時(shí)，一般采用橋形接線。 主接線設(shè)計(jì)的基本要求變電站的電氣主接線應(yīng)根據(jù)該變電站所在電力系統(tǒng)中的地位，變電站的規(guī)劃容量、負(fù)荷性質(zhì)、線路、變壓器連接元件總數(shù)、設(shè)備特點(diǎn)等條件確定。并應(yīng)綜合考慮供電可靠、運(yùn)行靈活、操作檢修方便、投資節(jié)約和便于過渡或擴(kuò)建等要求[8]。 主接線可靠性的要求可靠性的工作是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。主接線的可靠性是它的各組成元件，包括一、二次部分在運(yùn)行中可靠性的綜合。因此，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。評價(jià)主接線可靠性的標(biāo)志是：（1）斷路器檢修時(shí)是否影響停電；（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，以及能否對重要用戶的供電；（3）變電站全部停電的可能性。 主接線靈活性的要求主接線的靈活性有以下幾個(gè)方面的要求：（1）調(diào)度要求。可以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)在事故運(yùn)行方式下、檢修方式下以及特殊運(yùn)行方式下的調(diào)度要求。（2）檢修要求。可以方便的停運(yùn)斷路器、母線及其繼電保護(hù)設(shè)備進(jìn)行安全檢修，且不致影響對用戶的供電。（3）擴(kuò)建要求?？梢匀菀椎膹某跗谶^渡到終期接線，使在擴(kuò)建時(shí)，無論一次和二次設(shè)備改造量最少。 主接線經(jīng)濟(jì)性的要求在滿足技術(shù)要求的前提下，做到經(jīng)濟(jì)合理：（1）投資?。褐鹘泳€簡單，以節(jié)約斷路器、隔離開關(guān)等設(shè)備的投資；占地面積?。弘姎庵鹘泳€設(shè)計(jì)要為配電裝置布置創(chuàng)造條件，以節(jié)約用地、架構(gòu)、導(dǎo)線、絕緣子及安裝費(fèi)用。（2）電能損耗少：經(jīng)濟(jì)選擇主變壓器型式、容量和臺(tái)數(shù)，避免兩次變壓而增加電能損失。 電氣主接線的選擇和比較 主接線方案的擬訂高壓側(cè)是 2 回出線，可選擇線路變壓器組，接線可選：雙母線、單母分段帶旁路、橋型接線。中壓側(cè)有 4 回出線，低壓側(cè)有 8 回出線，均可以采用單母線、單母分段、單母分段帶旁路和雙母線接線。在比較各種接線的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍后，根據(jù)以上規(guī)定提出如下方案：方案一(如圖) 110kV 高壓側(cè)：內(nèi)橋型接線；35kV 中壓側(cè)：單母線分段；10kV 低壓側(cè)：單母線分段 圖 21 方案一主接線方案二(如圖) 110kV 高壓側(cè)：內(nèi)橋接線；35kV 中壓側(cè)：雙母線；10kV 低壓側(cè)：單母線分段 22 方案二主接線10kV側(cè)35kV側(cè) 10kV側(cè)四 回四 回四 回 10kV側(cè)35kV側(cè) 10kV側(cè)四 回 四 回方案三(如圖) 110kV 高壓側(cè)：外橋接線； 35kV 中壓側(cè)：單母線分段；10kV 低壓側(cè)：單母線分段。 圖 23 方案三主接線方案四： (如圖) 110kV 高壓側(cè):單母分段接線； 35kV 中壓側(cè)：單母線分段帶旁路；10kV 低壓側(cè)：單母線分段。\圖 24 方案四主接線10kV側(cè)35kV側(cè) 10kV側(cè)四 回 四 回10kV側(cè)35kV側(cè) 10kV側(cè)四 回四 回方案五(如圖) 110kV 高壓側(cè)：內(nèi)橋接線；35kV 中壓側(cè)：單母線分段帶旁路；10kV低壓側(cè)：單母線分段。圖 25 方案五主接線方案六（如圖） 110kV 高壓側(cè)：單母線分段；35 kV 中壓側(cè)：單母線分段；10kV 低壓側(cè)：單母線分段。圖 26 方案六主接線 主接線各方案的討論比較方案一：10kV側(cè)35kV側(cè) 10kV側(cè)四 回四 回10kV側(cè) 10kV側(cè)35kV側(cè) 四 回四 回110kV 側(cè)：采用內(nèi)橋法接線. 該接線形式所用斷路器少，四個(gè)回路只需三個(gè)斷路器，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。連接橋斷路器接在線路斷路器的內(nèi)側(cè)。因此，線路的投入和切除時(shí)，不影響回路的正常運(yùn)行，操作比較方便。但是當(dāng)變壓器故障被切除時(shí)，會(huì)使得高壓側(cè)兩出線都停電。由于變壓器是少故障元件，一般不經(jīng)常切換，故內(nèi)橋接法適用于輸電線路較長，故障幾率較大而變壓器又不經(jīng)常切除的的情況。35kV 和 10kV 側(cè)：采用單母分段接線的形式使得重要用戶可從不同線分段引出兩個(gè)回路，使重要用戶有兩個(gè)電源供電。單母線分段接法可以提供單母線運(yùn)行，各段并列運(yùn)行，各段分列運(yùn)行等運(yùn)行方式，便于分段檢修母線，減小母線故障影響范圍。任一母線發(fā)生故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置可使分段斷路器跳閘，保證正確母線繼續(xù)運(yùn)行。方案二：110kV 側(cè)采用單母線分段接線形式，描述同上。35k 側(cè): 采用雙母線接線。變電所經(jīng)兩回線從系統(tǒng)獲得電源，采用雙母線接線具有供