【導(dǎo)讀】及種類對電能的質(zhì)量提出了更高的要求。在國民暢享科技進(jìn)步的同時，還須確保電力系統(tǒng)能。夠安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)的運行。因此，必須提高電力網(wǎng)絡(luò)供電可靠性和發(fā)電設(shè)備利用率，改善電力系統(tǒng)運行狀況，滿足經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性的要求。本設(shè)計的目的是設(shè)計一座需要新建35KV變電站，以滿足某地區(qū)的發(fā)展需求。地區(qū)供電要求的35kV變電所初步設(shè)計。要求，確定了主變壓器臺數(shù)、容量和型號。其次，通過短路電流計算，對變電站主要電氣設(shè)。備進(jìn)行選擇，并校驗其熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定。最后，對該35kv的二次系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。變電站的建設(shè)中,以便加強數(shù)字化變電站理論和實際工程之間的相互聯(lián)系。提高,初步進(jìn)入了數(shù)字化的時代。

　　

【正文】 綜合。主接線的可靠性在很大程度上取決于設(shè)備的可靠性，采用可靠性高的電器設(shè)備還可以簡化接線。 主接線可靠性的衡量標(biāo)準(zhǔn)是運行實踐，即滿足用戶的供電可靠性和電能質(zhì)量的要求，也就是說當(dāng)斷路器檢修時不宜影響對系統(tǒng)和用戶的供電。斷路器或母線故障以及母線檢修時，盡量減少停電的回路數(shù)和停電的時間，并要保證對一級及全部或大部分二級負(fù)荷的供電，保證用戶需要的電壓和周波質(zhì)量，盡量避免全部不停運的可能性。 35kV 無人值守變電站電氣部分設(shè)計 10 靈活性 接線系統(tǒng)在運行時應(yīng)該有一定的靈活性，即： 1. 調(diào)度時，應(yīng)可以靈活地投入和切除變壓器和線路，調(diào)配電源和負(fù)荷，滿足系統(tǒng)在事故運行方式、檢修運行方式以及特殊運行方式下的系統(tǒng)調(diào)度要求。 2. 檢修時，可以方便地停運斷路器、母線及繼電保護(hù)裝置，進(jìn)行安全檢修而不影響電力網(wǎng)的運行和對用戶的供電。 3. 擴(kuò)建時，可以方便地由初級接線過渡到最終接線。在不影響連續(xù)供電或停電時間最短的情況下，投入變壓器或線路而不相互干擾，并且對一次和二次部分的改建工作量最少。 經(jīng)濟(jì)性 主接線在滿足可靠性、靈活性要求的前提下應(yīng)做到經(jīng)濟(jì)合理。 1. 投資?。褐?接線應(yīng)力求簡單，以節(jié)省斷路器、隔離開關(guān)、電流和電壓互感器、避雷器等一次設(shè)備，要能限制短路電流，以便選擇廉價的電氣設(shè)備或輕型電器。 2. 占地面積?。褐鹘泳€設(shè)計要為配電裝置的布置創(chuàng)造條件，盡量減少占地面積。 3. 盡量減少電能損失少：經(jīng)濟(jì)合理地選擇主變壓器的種類、數(shù)量，適量、合理選擇導(dǎo)線截面，盡量減少電能損失。 主接線的一般接線形式 電氣主接線是根據(jù)電力系統(tǒng)和變電站具體條件確定的，它以電源和出線為主體，在進(jìn)出線路多時 (一般超過四回 )為便于電能的匯集和分配，常設(shè)置母線作為中間環(huán)節(jié)，使接線簡單清晰、運行方便，有利于安裝和擴(kuò)建 。在出線超過四回時，宜采用有母線連接。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展、調(diào)度自動化水平的提高及新設(shè)備新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，變電站電氣主接線形式亦有了很大變化。目前常用的主接線形式有：單母線、單母線分段、單母線分段帶旁路、雙母線、雙母線分段帶旁路、 1 個半斷路器接線、橋形接線及線路變壓器組接線等。 單母線接線 單母線接線 雖 然接線簡單清晰、設(shè)備少、操作方便，便于擴(kuò)建和采用成套配電裝置等優(yōu)點，但是不夠靈活可靠，任一元件 (母線及母線隔離開關(guān) 等 )故障或檢修時，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(dāng)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)非故障段的供電，并且電壓等級越高，所接的回路數(shù)越少，一般只適用于一臺主變壓器。 適用范圍： 110~200KV配電裝置的出線回路數(shù)不超過兩回 ； 35~66kV，配電裝置的出線回路數(shù)不超過 3 回 ； 6~10KV配電裝置的出線回路數(shù)不超過 5 回時選用。 單母線分段接線 用斷路器，把單母線接線的母線分段后，對重要用戶可以從不同段引出兩個冋路 ； 有兩35kV 無人值守變電站電氣部分設(shè)計 11 個電源供電。當(dāng)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。但是，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，而出線為雙回時，常使架空線路出現(xiàn)交叉跨越，擴(kuò)建時需向兩個方向均衡擴(kuò)建。 適用范圍： 110KV~220KV配電裝置的出線冋路數(shù)為 3~4回 ； 35~66KV配電裝置的出線回路數(shù)為 4~8 冋 ； 6~10KV配電裝置出線為 6 回及以上時選用。 雙母線接線 它具有供電可靠、調(diào)度靈活、擴(kuò)建方便等優(yōu)點，而且，檢修另一母線時，不會停止對用戶連續(xù)供電。如果需要檢修某線路的斷路器時，不裝“跨條”，則該回路在檢修期需要停電。對于， 110K~220KV輸送功率較多，送電距離較遠(yuǎn)，其斷 路器或母線檢修時，需要停電，而斷路器檢修時間較長，停電影響較大，一般規(guī)程規(guī)定， 110KV~220KV 雙母線接線的配電裝置中，當(dāng)出線回路數(shù)達(dá) 7 回 (110KV)或 5 回 (220KV)時，一般應(yīng)裝設(shè)專用旁路母線。 適用范圍： 110~220KV配電裝置出線回路數(shù)為 5 冋及以上時，或當(dāng) 110~220KV配電裝置在系統(tǒng)中處于重要地位，出線回路為 4 回及以上時。 35~63K： V 配電裝置，當(dāng)出線回路數(shù)超過 8回時，或連接的電源較多、負(fù)荷較大時 ； 6~10KV配電裝置，當(dāng)短路電流較大、出線需要帶電抗器時選用。 雙母線分段接線 雙母線 分段，可以分段運行，系統(tǒng)構(gòu)成方式的自由度大，兩個元件可完全分別接到不同的母線上，對大容量且在需相互聯(lián)系的系統(tǒng)是有利的，由于這種母線接線方式是常用傳統(tǒng)技術(shù)的一種延伸，因此在繼電保護(hù)方式和操作運行方面都不會發(fā)生問題。而較容易實現(xiàn)分階段的擴(kuò)建等優(yōu)點，但是易受到母線故障的影響，斷路器檢修時要停運線路，占地面積較大，一般當(dāng)連接的進(jìn)出線回路數(shù)在 11 回及以下時，母線不分段。為了保證雙母線的配電裝置，在進(jìn)出線斷路器檢修時 (包括其保護(hù)裝置和檢修及調(diào)試 )，不中斷對用戶的供電，可增設(shè)旁路母線，或旁路斷路器。當(dāng) 110KV出線為 1 回 及以上， 220KV出線在 4 回以下時，可用母聯(lián)斷路器兼旁路斷路器用，這樣節(jié)省了斷路器及配電裝置間隔。 橋形接線 當(dāng)只符兩臺變壓器和兩條輸電線路時，采用橋式接線，所用斷路器數(shù)目最少，它可分為內(nèi)橋和外橋接線。 1. 內(nèi)橋接線：適合于輸電線路較長，故障機(jī)率較多而變 壓 器又不經(jīng)常切除時，采用內(nèi)橋式接線。當(dāng)變壓器故障時，需停相應(yīng)的線路。 2. 適用范圍：較小容量的發(fā)電廠、變電站，并且變壓器不經(jīng)常切換或線路較長，故障率較高的情況。 3. 外橋接線：適合于出線較短，且變壓器隨經(jīng)濟(jì)運行的要求需經(jīng)常切換，或系統(tǒng)有穿越功率，較為適宜。為檢修斷路器， 不致引起系統(tǒng)開環(huán)，有時增設(shè)并聯(lián)旁路隔離開關(guān)以供檢修時使用。當(dāng)線路故障時需停相應(yīng)的變壓器。所以，橋式接線，可靠性較差， 雖 然它有：使35kV 無人值守變電站電氣部分設(shè)計 12 用斷路器少、布置簡單、造價低等優(yōu)點，但是一般系統(tǒng)把具有良好的可靠性放在首位，故不選用橋式接線。 適用范圍：較小容量的發(fā)電廠或變電站，并且變壓器的切換較為繁或線路較短，故障率較少的情況。此外，線路存穿越功率時，也宜采用外橋形接線。 主接線方案的選 定 因此，本設(shè)計中的變配電所電氣主接線如圖 45所示 ，變電站由 2回輸電線的分支線接入變電所 ， 由負(fù)荷統(tǒng)計可知負(fù)荷變化小且基本不需要對變壓器進(jìn) 行切換、電源進(jìn)線長、線路倒閘次數(shù)較多且有一二級負(fù)荷，故 35kV進(jìn)線回路采用 內(nèi)橋接線 。變電站 10kV側(cè)饋線 12回 ， 全部為電纜出線。由于饋電線路較多 ， 負(fù)荷較為重要 ， 因此采用單母線分段帶接線方式。 旁 路 旁 路Q F 1 Q F 2Q F 5Q F 4Q F 3T 1T 2Q S 1 Q S 2Q F 6W L 1 W L 2 圖 41 主接線示意圖 35kV 無人值守變電站電氣部分設(shè)計 13 4 短路電流計算 短路是電力系統(tǒng)中最常見的且很嚴(yán)重的故障。短路故障將使系統(tǒng)電壓降低和回路電流大大增加，它不僅會影響用戶的正常供電，而且會破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并損壞電氣設(shè)備。因此，在變電站以及整個電力系統(tǒng)的設(shè) 計和運行中，都必須對短路電流進(jìn)行計算。 短路故障產(chǎn)生的原因 短路是系統(tǒng)常見的嚴(yán)重故障。所謂短路 ， 就是系統(tǒng)中各種類型不正常的相與相之間或地與相之間的短接。系統(tǒng)發(fā)生短路的原因很多 ， 主要有 ： 1. 設(shè)備原因 電氣設(shè)備、元件的損壞。如 ： 設(shè)備絕緣部分自然老化或設(shè)備本身有缺陷 ， 正常運行時被擊穿短路 ； 以及設(shè)計、安裝、維護(hù)不當(dāng)所造成的設(shè)備缺陷最終發(fā)展成短路的功能。 2. 自然原因 氣候惡劣 ， 由于大風(fēng)、低溫、導(dǎo)線覆冰引起架空線倒桿斷線 ； 因遭受直擊雷或雷電感應(yīng) ，設(shè)備過電壓 ， 絕緣被擊穿等。 3. 人為原因 工作人員違反操作規(guī)程帶負(fù)荷拉閘 ， 造成相間 弧光短路 ； 違反電業(yè)安全工作規(guī)程帶接地刀閘合 閘 ， 造成金屬性短路 ； 人為疏忽接錯線造成短路或運行管理不善造成小動物帶電設(shè)備內(nèi)形成短路事故等。 短路電流計算的目的 短路電流計算目的是 ： 1. 在選擇電氣主接線時 ， 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(jìn)行必要的短路電流計算。 2. 在選擇電氣設(shè)備時 ， 為了保證設(shè)備在正常運行和故障情況下都能安全、可靠地工作 ，同時又力求節(jié)約資金 ， 這就需要進(jìn)行全面的短路電流計算。 3. 在設(shè)計屋外高壓配電裝置時 ， 需按短路條件檢驗軟導(dǎo)線的相間和相對地的安全距離。 4. 在選擇繼電保 護(hù)方式和進(jìn)行整定計算時 ， 需以各種短路時的短路電流為依據(jù)。 5. 按接地裝置的設(shè)計 ， 也需用短路電流 。 短路電流計算的 基本要求 1. 短路電流計算的一般規(guī)定是 ： (一 ) 驗算導(dǎo)體和電器動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器 斷電流 ， 應(yīng)按工程的設(shè)計規(guī)劃容量計算 ，并考慮電力系統(tǒng)的遠(yuǎn)景發(fā)展規(guī)劃 (一般為本期工程建成后 5 到 10年 )。確定短路電流計算時 ，應(yīng)按可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式 ， 而不應(yīng)按只在切換過程中可能并列運行的接線方式。 (二 ) 選擇導(dǎo)體和電器用的短路電流 ， 在電氣連接的網(wǎng)絡(luò)中 ， 應(yīng)考慮具有反饋作用的異步35kV 無人值守變電站電氣部分設(shè)計 14 電動機(jī)的影響和電容補償裝置放電電流的影響。 (三 ) 選擇 導(dǎo)體和電器時 ， 對不帶電抗器回路的計 187。短路點時 ， 應(yīng)按選擇在正常接線方式時短路電流為最大的地點。 (四 ) 導(dǎo)體和電器的動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器的 斷電流一般按三相短路驗算 。 2. 短路計 算 基本假設(shè)是 ： (一 ) 正常工作 ， 三相系統(tǒng)對稱運行 ； (二 ) 所有電源的電 動勢相位角相同 ； (三 ) 電力系統(tǒng)中各元件的磁路不飽和 ， 即帶鐵芯的電氣設(shè)備電抗值不隨電流大小而發(fā)生變化 ； (四 ) 不考慮短路點的電弧阻抗和變壓器的勵磁電流 ； (五 ) 元件的電阻略去 ， 輸電線路的電容略去不計 ， 及不計負(fù)荷的影響 ； (六 ) 系統(tǒng)短路時是金屬性短路。 3. 短路點位置的選擇原則 (一 ) 短路電流的計算，是為了選擇電氣設(shè)備提 供依據(jù)，使所選的電氣設(shè)備能在各種情況下正常運行，因此短路點的選擇應(yīng)考慮到電器可能通過的最大短路電流。 (二 ) 為了保證選擇的合理性及經(jīng)濟(jì)性，不考慮極其稀有的運行方式。 (三 ) 根據(jù) 《電力變壓器》第 條規(guī)定：對稱短路電流值 I 對于具有兩個獨立繞組的三相變壓器， 對稱短路電流的方均根值 I 按下式計算： )(3/ st ZZUI ?? (51) 式中： I 一一對稱短路電流的方均根值 ， kA； tZ —— 系統(tǒng)短路阻抗， 每相歐姆（等值星形聯(lián)結(jié)），按下式計算： SUZ SS /2? (52) 式中： US —— 系統(tǒng)標(biāo)稱電壓 ， kV； S —— 系統(tǒng)短路視在容量 ， MVA； U 和 Zt ，對于主分接，按以下規(guī)定： U —— 所考慮繞組的額定電壓 U ， kV； Zt —— 折算到所考慮繞組的變壓器的短路阻抗， 每相歐姆（等值星形聯(lián)結(jié)），按下式計算： SZZ rtt /)％( U 2r? (53) 35kV 無人值守變電站電氣部分設(shè)計 15 式中： )％(Zt—— 在參考溫度、額定電流和額定頻率下所測出的主分接短路阻抗，用％表示； Sr—— 變壓器的額定容量， MVA 在實際工程中，電阻的影響可以忽略不計，即 X=Z 短路電流 計算的步驟 在工程設(shè)計中，短路電流的計算一般采用實用計算曲線法。其具體計算步驟如下： 1. 繪制等值網(wǎng)絡(luò)。 (一 ) 選取基準(zhǔn)功率及基準(zhǔn)電壓 ； (二 ) 略去網(wǎng)絡(luò)各個元件的電阻、輸電線路的電容及變壓器的勵磁支路； (三 ) 無限大功率電源的內(nèi)電抗等于零； (四 ) 略去負(fù)荷。 2. 進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)變換。 按網(wǎng)絡(luò)變換的原則，將網(wǎng)絡(luò)中的各個電源合并成若干組。如共有 N 組，每組用一個等值的發(fā)電機(jī)代表。無限大功率電源（如果有的話）則另成一組。求出各等值發(fā)電機(jī)對短路點的轉(zhuǎn)移電抗以及無限大功率電源對短路點的轉(zhuǎn)移電抗。 (一 ) 將求出的轉(zhuǎn)移電抗按照各自相應(yīng)的等值發(fā)電機(jī)的容量 進(jìn)行計算，便可得出各個等值 (二 ) 發(fā)電機(jī)對短路點的計算電抗。 (三 ) 分別根據(jù)適當(dāng)?shù)挠嬎闱€，找出在指定時刻各等值發(fā)電機(jī)提供的短路周期電流的標(biāo) (四 ) 幺值。 (五 ) 計算短路電流周期分量有名值。 (六 ) 計算短路容量及短路電流沖擊值。 (七 ) 繪制短路電流計算結(jié)果表。 短路電流計算 本變電所與上級變電所電氣連接圖如圖 51 所示 ， 等值網(wǎng)絡(luò)的 短路 計算過程如下： 1. 計算短路電路中各主要元件的電抗標(biāo)幺值 基準(zhǔn)電壓一般取各級電壓的平均電壓 ，即 ?UB UUeav ?各級電壓的平均額定電 壓見表 51。 選取 ?SB100 MVA， 且USI BBB 3?，可得 基準(zhǔn)電壓 UB下的基準(zhǔn)電流 IB常用基準(zhǔn)值見表 52。 35kV 無人值守變電站電氣部分設(shè)計 16 2 2