【文章內容簡介】 第 5 頁 共 49 頁 第 2章 電氣主接線方案確定 主接線代表了變電所高電壓、大電流的電氣部分主體結構，是電力系統(tǒng)網絡結構的重要組成部分。它直接影響電力生產運行的可靠性、靈活性，同時對電氣設備選擇、配電裝置布置、繼電保護等諸多方面都有決定性的關系 。因此，主接線設計必須經過技術與經濟的充分論證比較，綜合的考慮各個方面的因素影響，最終得到實際工程確認的最佳方案。 電氣主接線設計原則 電氣主接線又稱為電氣一次接線，它是將電氣設備已規(guī)定的圖形和文字符號，按電能生產、傳輸、分配順序及相關要求繪制的單向接線圖。它直接影響電力生產運行的可靠性、靈活性，同時對電氣設備選擇、配電裝置布置、繼電保護、自動裝置和控制方式等諸多方面都有決定性的關系。 電氣主接線的基本原則是以設計任務數(shù)為依據(jù)，以國家經濟建設的方針、政策、技術規(guī)定、標準為準繩，結合工程實際情況，在保證 供電可靠，調度靈活，滿足各項技術要求的前提下，兼顧運行、維護方便，盡可能的節(jié)省投資，就近取材，力爭設備元件的設計先進性和可靠性，堅持可靠、先進、適用、經濟、美觀的原則。結合主接線設計的基本原則，所設計的主接線應滿足供電可靠性、靈活、經濟、留有擴建和發(fā)展的余地。在進行論證分析時更應辯證地統(tǒng)一供電可靠性和經濟性的關系，方能做到先進性和可行性 [2]。 確定主接線方案 原始資料分析 本設計變電站為降壓變電站，有三個電壓等級，即 110/35/10KV。 （ 1） 110KV 側兩條電源進線，四條 出線，每回線路按 20MVA 計算。 （ 2） 35KV 側有一條聯(lián)絡線，七回出線，備用一回，總計負荷 60MVA，最大負荷利用小時數(shù)為 4500 小時。 （ 3） 10KV 側，出線 10 回，最大負荷 28MVA，最小負荷 18 MVA。 基于安全性考慮，均采用雙回路工作方式。 雙回路工作方式：兩條雙回路互為備用，平時均處于帶點狀態(tài)，一旦一條回路發(fā)生供電故障，另一條回路自動投入，從而保證不間斷供電。 北方民族大學學士學位論文 1103510KV變電所設計 第 6 頁 共 49 頁 各類接線的選用原則 主接線的基本形式：主接線的基本形式就是主要電氣設備常用的幾種連接方式，概括地分為兩大 類。 (1)有匯流母線的接線形式。 （ 2）無匯流母線的接線形式。 發(fā)電廠和變電所電氣主接線的基本環(huán)節(jié)是電源 (發(fā)電機或變壓器 )、母線和出現(xiàn)（饋線）。各個發(fā)電廠或變電所的出線回路數(shù)和電源數(shù)不同，且每路饋線所傳輸?shù)墓β室膊灰粯?。在進出線較多時（一般超過 4 回），為便于電能的匯集和分配，采用母線作為中間環(huán)節(jié)母線起著匯總電能和分配電能的作用，可使接線簡裝清晰、運行方便、有利于安裝和擴建。但有母線后，配電裝置占地面積增加，使用路斷器等設備增多。無匯流母線的接線使用開關電氣少，占地面積小，但只適于出線回路少，不再擴建和發(fā)展的發(fā)電 廠或變電所 [3]。 結合原始資料所提供的數(shù)據(jù)，將各電壓等級適用的主接線方式列出： 110KV 只有四回出線，且作為降壓變電所， 110KV 側無交換潮流，四回線路都可向變電所供電，亦可三回向變電所供電，另一回作為備用電源。所以，從可靠性和經濟性來定，110KV 側適用的接線方式為內橋接線和單母分段兩種。 35KV 側，出線回路有八回，所以，可選用單母分段和單母分段帶旁路兩種。 10KV 側，出線回路有十回，所以，可選用單母分段和單母分段帶旁路兩種。 這樣，擬定兩種主接線方案： 方案Ⅰ： 110KV 采用內橋接線， 35KV 采 用單母分段帶旁路接線， 10KV 采用單母分段接線。 圖 21 方案Ⅰ主接線圖 北方民族大學學士學位論文 1103510KV變電所設計 第 7 頁 共 49 頁 方案Ⅱ： 110KV 采用單母分段接線， 35KV 采用單母分段接線， 10KV 采用單母分段接線。 圖 22 方案Ⅱ主接線圖 擬定方案中設計方案比較 （ 1）主接線方案的可靠性比較 110KV 側： 方案Ⅰ：采用內橋接線，當一條線路故障或切除、投入時，不影響變壓器運行，不中斷供電，并且操作簡單；橋連斷路器停運時，兩回路將解列運行，亦不中斷供電。且接線簡單清晰，全部失電的可能性小，但變壓器二次配電線及倒閘操作復雜，易出 錯。 方案Ⅱ：采用單母線分段接線，任一臺變壓器或母線、線路故障或停運時，不影響其它回路的運行；分段斷路器停運時，兩段母線需解列運行，全部失電的可能稍小一些，不易誤操作。 35KA 側 ： 方案Ⅰ：單母線分段兼旁路接線，檢修任一臺斷路器時，都可用旁路斷路器代替；當任一母線故障檢修時，旁路斷路器可代替該母線，使該母線的出線不致停運。 方案Ⅱ：單母線分段接線，檢修任一臺斷路器時，該回路需停運，分段開關停運時，兩段母線需解列運行，當一段母線發(fā)生故障，分段斷路器自動將故障段切除，保證正常段母線不至失電，另一段母線上其他線 路需停運。 10KV 側 ： 由于兩方案接線方式一樣，故不做比較。 北方民族大學學士學位論文 1103510KV變電所設計 第 8 頁 共 49 頁 （ 2）主接線方案的靈活性比較 110KV 側 ： 方案Ⅰ：操作時，主變壓器的切除和投入較復雜，需動作兩臺斷路器，擴建方便。線路的投入和切除比較方便。 方案Ⅱ：調度操作時可以靈活地投入和切除線路及變壓器，而且便于擴建。 35KV 側 ： 方案Ⅰ：運行方式較復雜，調度操作復雜，但可以靈活地投入和切除變壓器和線路，能滿足在事故運行方式、檢修方式及特殊運行方式下的調度要求，較易于擴建。 方案Ⅱ：運行方式簡便，調度操作簡單靈活，易于擴建，但當斷路器檢修時線路要停運 ，影響供電 [4]。 10KV 側 ： 兩方案相同。 （ 3）主接線方案的經濟型比較 將兩方案主要設備比較列表如表 21： 表 21主接線方案經濟性比較 主變壓器（臺） 110KV斷路器（臺） 110KV隔離開關（組） 35KV斷路器（臺） 35KV隔離開關（組） 10KV設備 Ⅰ 2 3 8 13 35 相同 Ⅱ 2 5 10 12 33 相同 從表中可以看出，方案Ⅰ比方案Ⅱ綜合投資少一些。 （ 4）主接線方案的確定 對方案Ⅰ、方案Ⅱ的綜合比較列表，對應比較它們的可靠性、靈活性和經濟性，從中選擇一個最終方 案 表 22 方案對比表 方案Ⅰ 方案Ⅱ 可靠性 簡單清晰，設備少 35KV母線檢修時，旁路母線可簡單清晰，設備多 35KV母線故障或檢修時，將導致該母項 目 方 案 方 案 項 目 北方民族大學學士學位論文 1103510KV變電所設計 第 9 頁 共 49 頁 代替工作，不致使重要用戶停電；任一斷路器檢修時，均不需停電 任一主變或 110KV線路停運時，均不影響其他回路停運 全部停電的概率很小 操作相對簡單，誤操作的幾率不大 線上所帶出線全停 任一主變或 110KV線路停運時，均不影響其他回路停運 各電壓等級有可能出現(xiàn)全部停電的概率不大 操作簡便，誤操作的幾率小 靈活性 運行方式較簡單，操作稍復雜 便于擴建和發(fā)展 運行方式簡單，調度靈活 便于擴建和發(fā)展 經濟性 高壓斷路器少，投資相對少 占地面積較小 設備投資比方案Ⅰ相對多 占地面積較大 通過以上比較，可靠性上方案Ⅰ優(yōu)于方案Ⅱ，靈活性方面方案Ⅰ比方案Ⅱ稍差一些，經濟性上方案Ⅰ比方案Ⅱ好。 該變電所為降壓變電所， 110KV 母線無穿越功率，選用內橋要優(yōu)于單母分段接線?，F(xiàn)在 35KV 及 10KV 全為 SF6 斷路器，停電檢修的幾率極小。在 35KV 側重要負荷所占比重較大，為使重要負荷在母線或斷路器檢修時不 致停電，采用單母分段帶旁路接線方式。在 10KV側采用成套開關柜，主變壓器 10KV 側經矩形鋁母線引入開關柜。 經綜合分析，決定選方案Ⅰ最終方案，即 110KV 系統(tǒng)采用內橋接線、 35KV 系統(tǒng)采用單母分段帶旁路接線、 10KV 系統(tǒng)采用單母分段接線。 第 3 章 短路電流計算 短路是電力系統(tǒng)中最常見和最嚴重的一種故障。所謂短路是指電力系統(tǒng)正常情況以北方民族大學學士學位論文 1103510KV變電所設計 第 10 頁 共 49 頁 外的一切相與相之間或相與地之間發(fā)生通路的情況。引起短路的主要原因是電氣設備載流部分絕緣損壞。 短路計算的目的 電力系統(tǒng)發(fā)生短路時，由于系統(tǒng)的總阻抗大為減小，因此伴 隨短路所產生的基本現(xiàn)象是電流劇烈增加，短路電流為正常工作電流的幾十倍甚至幾百倍，在大容量電力系統(tǒng)中發(fā)生短路時，短路電流可高達幾萬甚至幾十萬安。在電流急劇增加的同時，系統(tǒng)中的電壓降大幅度下降，例如發(fā)生三相短路時，短路點的電壓將降到零。 由于短路所引起的后果是破壞性的，因此，在發(fā)電廠和變電所的電氣設計中，短路電流計算是其中一個重要環(huán)節(jié)。 短路電流計算的目的主要有以下幾方面： ，為了比較各種接線方案或確定某一接線是否需要采取限制短路電流的措施等，均需進行必要的短路電流計算。 在選擇電氣設備時 ，為了保證設備在正常運行和故障情況下都能安全可靠的工作，同時又力求節(jié)約資金，就需要進行全面的短路電流計算。例如：計算某一時刻的短路電流有效值，用以校驗開關設備的熱穩(wěn)定、計算短路電流沖擊值、用校驗設備動穩(wěn)定。， ，需要按短路條件校驗軟導線的相間和相對地的安全距離。 ，需以各相短路時的短路電流為依據(jù)。 [5]。 短路計算的一般規(guī)定 1. 合理假設： (1)電力系統(tǒng)中所用電源都在額定負 荷下運行。 (2)同步電機都具有自動調整勵磁裝置（包括強行勵磁）。 (3)短路發(fā)生在短路電流為最大值的瞬間。 (4)所有電源的電動勢相位角相同。 (5)正常工作時，三相系統(tǒng)對稱運行。 (6)應考慮對短路電流值有影響的所有元件，但不考慮短路點的電弧電阻北方民族大學學士學位論文 1103510KV變電所設計 第 11 頁 共 49 頁 對異步電動機的作用，僅在確定短路電流沖擊值和最大全電流有效值時才予以考慮。 ：計算短路電流是所用的接線方式應是可能發(fā)生最大短路 電流的正常接線方式（即最大運行方式），而不能用僅在切換過程中的能并列的接線方式。 ：一般按三相短路計算。若發(fā)電機出口的兩相短路或中性點直接接地系統(tǒng)以及自耦變壓器等回路中的單相（或兩相）接地短路較三相短路情況嚴重時，則應按嚴重情況進行校驗 [6]。 具體短路計算 系統(tǒng)可視為一無窮大系統(tǒng)，有充足的有功和無功功率。根據(jù)系統(tǒng)接線圖，繪制短路等效電路。 XL K1 110KV X1 X1 X2 35KV X3 X2 X3 K2 10KV K3 圖 31 短路等效圖 解 ： SB=100MVA， 基準電壓 UB1=115KV， UB2=37KV， UB3=。則