【導(dǎo)讀】為滿足鄉(xiāng)鎮(zhèn)負(fù)荷日益增長的需要，提高對用戶供電的可靠性和電能質(zhì)量，根據(jù)系統(tǒng)發(fā)規(guī)劃，擬建設(shè)一座220／110／10kV的區(qū)域性降壓變電所。雙回路與60km外的系統(tǒng)相連。系統(tǒng)最大方式的容量為3800MVA，相應(yīng)的系統(tǒng)電。量及電壓為基準(zhǔn)的標(biāo)幺值）。系統(tǒng)最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)為TM=另有。負(fù)荷出線2回，每回出線功率100MVA；110KV架空線4回，2回輸送距離30km,每回輸送功率60MVA；2回輸送距離20km，每回輸送功率50MVA；10kV電壓級，7km,每回輸送功率4MW。變電站所在高度65m,最高年平均氣溫20攝氏度，月平。均氣溫26攝氏度。由任務(wù)書中給出的新建變電站的性質(zhì)和規(guī)模，針對變電站的作用和地位，對待建變電站的必要性和可行性進(jìn)行進(jìn)一步分析，論述。根據(jù)《電氣設(shè)計(jì)手冊》及《變電設(shè)備合理選擇運(yùn)行》對主變的。主變壓器臺數(shù)、型式、容量確定之后，變電站電氣主接線的框架就已確定，設(shè)計(jì)中，可粗略估計(jì)其短路電流，確定是否限制短路電流措施。設(shè)計(jì)結(jié)果要符合規(guī)程規(guī)定。電氣主接線必須滿足可靠性，靈活性和經(jīng)濟(jì)性三項(xiàng)基

　　

【正文】 kV及 110kV采用屋外配電裝置， 10kV 采用屋 內(nèi) 配電裝置。 根據(jù)電氣設(shè)備和母線布置的高度，屋外配電裝置可以分為中型、早高型和高型等。 （ 1） 中型配電裝置：中型配電裝置的所有電器都安裝在同一水平面內(nèi)，并裝在一定符號 適用范圍 35 63 110J 110 220J A1 帶電部分至接地部分之間 網(wǎng)狀遮欄向上延伸線距地 處與遮欄上方帶電部分之間 400 650 900 1010 1800 A2 不同相的帶電部分之間 斷路器和隔離開關(guān)的斷口兩側(cè)引線帶電部分之間 400 650 1000 1100 2020 B1 設(shè)備運(yùn)輸時(shí)，其外部至無遮欄帶電部分之間 交叉的不同時(shí)停電檢修的無遮欄帶電部分之間 柵狀遮欄至絕緣體和帶電部分之間 帶電作業(yè)時(shí)的帶電部分至接地部分之間 1150 1400 1650 1750 2550 B2 網(wǎng)狀遮欄至帶電部分之間 500 750 1000 1100 1900 C 無遮欄裸導(dǎo)體至地面之間 無遮欄裸體至建筑物、構(gòu)筑物之間 2900 3100 3400 3500 4300 D 平行的不同時(shí)停電檢修的無遮欄帶電部分之間 帶電部分與建筑物 、構(gòu)筑物的邊沿部分之間 2400 2600 2900 3000 3800 23 高度的基礎(chǔ)上，使帶電部分對地保持必要的高度，以便工作售貨員能在地面安全地活動(dòng)，中型配電裝置母線所在的水平面稍高于電器所在的水平面。這種布置特點(diǎn)是：布置比較清晰，不易誤操作，運(yùn)行可靠，施工和維修都比較方便，構(gòu)架高度較低，抗震性能較好，所用鋼材較少，造價(jià)低，但占地面積大，此種配電裝置用在非高產(chǎn)農(nóng)田地區(qū)及不占良田和土石方工程量不大的地方，并宜在地震烈度較高地區(qū)建用。這種布置是我國屋外配電裝置普遍采用的一種方式，而且運(yùn)行方面和安裝 檢 修方面積累了比較 豐富的經(jīng)驗(yàn)。 （ 2） 半高型配電裝置，它是 將 母線及母線隔離開關(guān)抬高將斷路器，電壓互感器等電氣設(shè)備布置在母線下面，具有布置緊湊、清晰、占地少等特點(diǎn)，其鋼材消耗與普通中型相近，優(yōu)點(diǎn)有： ① 占地面積約在中型布置減少 30%； ② 節(jié)省了用地，減少高層檢修工作量； ③ 旁路母線與主母線采用不等高布置實(shí)理進(jìn)出線均帶旁路 操作 方便。缺點(diǎn)：上層隔離開關(guān)下方未設(shè)置檢修平臺，檢修不夠方便。 （ 3） 高型配電裝置，它是將母線和隔離開關(guān)上下布置，母線下面沒有電氣設(shè)備。該型配電裝置的斷路器為雙列布置，兩個(gè)回路合用一個(gè)間隔，因此可大大 縮小占地面積，約為普通中型的 5%，但其耗鋼 多，安裝檢修及運(yùn)行 條件均較差，一般適用下列情況： ① 配電裝置設(shè)在高產(chǎn)農(nóng)田或地少人多的地區(qū)； ② 原有配電裝置需要擴(kuò)速，而場地受到限制； ③ 場地狹窄或需要大量開挖。 選擇配電裝置，首先考慮可靠 性、靈活性及經(jīng)濟(jì)性。 本次所設(shè)計(jì)的變電站是地區(qū)性變電站，對建筑面積沒有特殊的要求，所以該變電所 220kV、110kV和 10kV電壓等級均采用普通中型配電裝置。若采用半高型配電裝置，雖占地面積較少，但檢修不方便，操作條件差，耗鋼量多。 6 防雷保護(hù)的設(shè)計(jì) 概述 變電 站 是電力系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，是電能供應(yīng)的來源，一旦發(fā)生雷擊事故，將造成大面積的停電，而且電氣設(shè)備的內(nèi)絕緣會受到損壞，絕大多數(shù)不能自行恢復(fù)會嚴(yán)重影響國民經(jīng)濟(jì)和人民生活，因此，要采取有效的防雷措施，保證電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。 避雷器是專門用以限制過電壓的一種電氣設(shè)備，它實(shí)質(zhì)是一個(gè)放電器，與被保護(hù)的電24 氣設(shè)備并聯(lián)，當(dāng)作用電壓超過一定幅值時(shí)，避雷器先放電，限制了過電壓，保護(hù)了其它電氣設(shè)備。 避雷器有 FS 型和 FZ 型兩種。 FS 型主要適用于配電系統(tǒng)， FZ 型適用于發(fā)電廠和變電站。 電力系統(tǒng)中廣泛采用的主要是閥式避雷器。根據(jù)額定電壓 (正常運(yùn)行時(shí)作用在避雷器上的工頻工作電壓，也是使用該避雷器的電網(wǎng)額定電壓 )和滅弧電壓有效值 (指避雷器應(yīng)能可靠地熄滅續(xù)流電弧時(shí)的最大工頻作用電壓 )。 避雷器的 技術(shù) 參數(shù) (1) 額定電壓：避雷器的額定電壓 必須 與 安裝避雷器的電力系統(tǒng) 電壓 等級相同 。 (2) 滅弧電壓： 滅弧電壓 是保證避雷器能夠在工頻續(xù)流第一次經(jīng)過零值時(shí)，根據(jù)滅弧條件所允許加至避雷器的最高工頻電壓。 因此，對 35kV 及以下的避雷器，其滅弧電壓規(guī)定為系統(tǒng)最大工作線電壓的 100%~110%；對 110kV及以上中性點(diǎn)接地系統(tǒng)的避雷器；其滅弧電壓規(guī)定為 統(tǒng)最 大工作線電壓的 80%。 (3) 工頻放電電壓：在中性點(diǎn)絕緣或經(jīng)阻抗接地的電網(wǎng)中，工頻放電電壓一般應(yīng)大于最大運(yùn)行電壓的 倍。在中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)，工頻放電電壓應(yīng)大于最大運(yùn)行相電壓的 3 倍。工頻放電電壓應(yīng)大于滅弧電壓的 倍。 (4) 沖擊放電電壓 ： 沖擊放電電壓 是指預(yù)放時(shí)間為 ~20us 沖擊放電電壓，與 5kA下的殘壓基本相同。 (5) 殘壓 ：在防雷計(jì)算中以 5kA 下的殘壓作為避雷器的最大殘壓。 避雷器的配置原則 （ 1） 配電裝置的每組母線上，應(yīng)裝設(shè)避雷器 。 （ 2） 旁路母線上是否應(yīng)裝設(shè)避雷器，應(yīng) 看 旁路母線投入運(yùn)行時(shí)，避雷器到被保護(hù)設(shè)備的電氣距離是否滿足而定。 （ 3） 220kV 以下變壓器和并聯(lián)電抗器處必須裝設(shè)避雷器，并盡可能靠近設(shè)備本體。 （ 4） 220kV 及以下變壓器到避雷器的電氣距離超過允許值時(shí)，應(yīng)在變壓器附近增設(shè)一組避雷器。 （ 5） 三繞組變壓器低壓側(cè)的一相上宜設(shè)置一臺避雷器。 表 631 避雷器 選擇結(jié)果 型號 額定電壓 滅弧電 壓 kV 工頻放電電壓有效 值 kV 沖擊放電電壓 8/20μs 雷電沖擊波殘壓峰值不大于 kV 25 有效值 kV 不小于 不大于 峰值(及)不大于kV 5 A 10 A FZ220J 220 200 448 536 630 664 728 FZ110J 110 100 224 268 310 332 364 FZ10 10 26 31 45 45 50 FZ220J 220kV變壓器中性點(diǎn) 200 448 536 630 664 728 FZ110J 110kV變壓器中性點(diǎn) 100 224 268 310 332 364 7 繼電保護(hù)配置規(guī)劃 概述 繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要屏障，在此設(shè)計(jì)變電站繼電保護(hù)結(jié)合我國目前繼電保護(hù)現(xiàn)狀突出繼電保護(hù)的選擇性，可靠性、快速性、靈敏性、運(yùn)用微機(jī)繼電保護(hù)裝置及微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)提高變電站綜合自動(dòng)化水平。 變壓器的保護(hù) 電力變壓器是電力系統(tǒng)普遍使用的重要電器設(shè)備。 它的故障將對供電可靠性和系統(tǒng)正常運(yùn)行帶來嚴(yán)重的后果 ,特別是大容量的變壓器一旦因故障而損壞造成的損失會更大。 因此必須根據(jù)變壓器的保護(hù)的容量和重要程度裝設(shè)性能良好、動(dòng)作可靠的保護(hù)。 變壓器故障可分為油箱內(nèi)部故障和 油箱外部故障。油箱內(nèi)部故障包括相間短路、繞組的匝間短路和單相接地短路；油箱外部故障包括引線及套管處會產(chǎn)生各種相間短路和接地故障。變壓器的不正常工作狀態(tài)主要由外部短路或過負(fù)荷引起的過電流、油面降低。 26 對于上述故障和不正常工作狀態(tài)變壓器應(yīng)裝設(shè)如下保護(hù)： （ 1） 主變壓器的主保護(hù) ① 瓦斯保護(hù) 對變壓器油箱內(nèi)的各種故障以及油面的降低，應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)，它反應(yīng)于油箱內(nèi)部所產(chǎn)生的氣體或油流而動(dòng)作。其中輕瓦斯動(dòng)作于信號，重瓦斯動(dòng)作于跳開變壓器各側(cè)電源斷路器。 ② 縱 差動(dòng)保護(hù) 對變壓器繞組和引出線上發(fā)生故障，以及發(fā)生 匝間短路時(shí)，其保護(hù)瞬時(shí)動(dòng)作，跳開各側(cè)電源斷路器。 對于 及以上并列運(yùn)行的電力變壓器，應(yīng)裝設(shè)差動(dòng)保護(hù)。 （ 2） 主變壓器的后備保護(hù) ① 過 電 流保護(hù) 為了反應(yīng)變壓器外部故障而引起的變壓器繞組過電流，以及在變壓器內(nèi)部故障時(shí)，作為差動(dòng)保護(hù)和瓦斯保護(hù)的后備，所以需裝設(shè)過電流保護(hù)。 ② 過負(fù)荷保護(hù) 對于 及以上電力變壓器，當(dāng)數(shù)臺并列運(yùn)行或到那度運(yùn)行，并作為其他負(fù)荷的備用電源時(shí)，因根據(jù)可能過負(fù)荷的情況，裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)。 變壓器的過負(fù)荷電流，大多數(shù)情況下都是三相對稱的，因此只需裝設(shè)單相式過負(fù)荷保護(hù)，過負(fù) 荷保護(hù)一般經(jīng)追時(shí)動(dòng)作于信號，而且三繞組變壓器各側(cè)過負(fù)荷保護(hù)均經(jīng)同一個(gè)時(shí)間繼電器。 線路的保護(hù) （ 1） 220kV 線路保護(hù) 220kV 線路的安全運(yùn)行，對整個(gè)電力系統(tǒng)有著相當(dāng)重要的影響，所以，本工程為 220kV 線路 保護(hù) ： ① 高頻保護(hù) ② 過電流保護(hù) （ 2） 110kV 線路保護(hù) 由于 110kV 側(cè)有 四 回出線 且 接線方式為單母線 分段 ，所以 穩(wěn)定性要求較高，所以， 110kV線路 可以 配置 的 保護(hù) 為 距離保護(hù) 。 ① 主保護(hù)：距離Ⅰ段和距離Ⅱ段 ② 后備保護(hù)： 距離Ⅲ . 27 （ 3） 10kV 線路 保護(hù) 對于 10kV母線接線方式為單母線 分段 ，可以配置的保護(hù)主要 為三段式 電流保護(hù) ① 主保護(hù)：無時(shí)限電流速斷保護(hù)和帶時(shí)限電流速斷保護(hù) . ② 后備保護(hù)：定時(shí)限過電流保護(hù) . 8 無功補(bǔ)償 概述 電力系統(tǒng)的無功功率平衡是系統(tǒng)電壓質(zhì)量的根本保證。在電力系統(tǒng)中 ,整個(gè)系統(tǒng)的自然無功負(fù)荷總大于原有的無功電源 ,因此必須進(jìn)行無功補(bǔ)償。合理的無功補(bǔ)償和有效的電壓控制 ,不僅可保證電壓質(zhì)量 ,而且將提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性和經(jīng)濟(jì)性。 無功補(bǔ)償設(shè)備包括系統(tǒng)中的并聯(lián)電容器、串聯(lián)電容器、并聯(lián)電抗器、同步調(diào)相機(jī)和靜止型動(dòng)態(tài) 無功補(bǔ)償裝置等。 提高功率因數(shù)的意義 在用電設(shè)備中按功率因數(shù)劃分，可以有以下三類：電阻性負(fù)荷、電感性負(fù)荷、電容性負(fù)荷。在用電設(shè)備中絕大部分為感性負(fù)荷。使用電單位功率因數(shù)小于 1。功率因數(shù)降低以后，將帶來以下不良后果： （ 1） 使電力系統(tǒng)內(nèi)電氣設(shè)備的容量不能充分利用，因發(fā)電機(jī)和變壓器電流是一定的，在正常情況下是不允許超過的，功率因數(shù)降低，則有功出力將降低，使設(shè)備容量不能得到充分利用。 （ 2） 由于功率因數(shù)降低，如若傳輸同樣的有功功率，就要增大電流，而輸電線路和變壓器的功率損耗和電能損耗也隨之增加。 （ 3） 功率因數(shù)過低，線路上電流增大，電壓損耗也將增大，使用電設(shè)備的電壓也要下降，影響異步電動(dòng)機(jī)和其他用電設(shè)備的正常運(yùn)行。 為了保證供電質(zhì)量和節(jié)能，充分利用電力系統(tǒng)中發(fā)變電設(shè)備的容量，減小供電線路的截面，節(jié)省有色金屬，減小電網(wǎng)的功率損耗、電能損耗，減小線路的電壓損失，必須提高用電單位的功率因數(shù)。 補(bǔ)償裝置的確定 （ 1） 同步調(diào)相機(jī)：同步調(diào)相機(jī)在額定電壓177。 5%的范圍內(nèi)，可發(fā)額定容量，在過勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)，它向系統(tǒng)供給感性的無功功率起無功電源作用，能提高系統(tǒng)電壓，在欠勵(lì)磁運(yùn)行28 時(shí)，它從系統(tǒng)吸收感性的無功功率起無 功負(fù)荷作用，可降低系統(tǒng)電壓。 裝有自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置的同步調(diào)相機(jī)，能根據(jù)裝設(shè)地點(diǎn)電壓的數(shù)值平滑改變輸出（或吸收）無功功率，進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)，但是調(diào)相機(jī)的造價(jià)高，損耗大，維修麻煩，施工期長。 （ 2） 串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置：在長距離超高壓輸電線路中，電容器組串入輸電線路，利用電容器的容抗抵消輸電線的一部分感抗，可以縮短輸電線的電氣距離，提高靜穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定度。但對負(fù)荷功率因數(shù)高（ COS? ＞ ）或?qū)Ь€截面小的線路，由于 PR/V 分量的比重大，串聯(lián)補(bǔ)償?shù)恼{(diào)壓效果就很小。故串聯(lián)電容 器調(diào)壓一般用在供電電壓為 35kV或 10kV，負(fù)荷波動(dòng)大而頻繁，功率因數(shù)又很低的配電線路上。 （ 3） 靜止補(bǔ)償器補(bǔ)償裝置：它由靜電電容器與電抗器并聯(lián)組成電容器可發(fā)出無功功率，電抗器可吸收無功功率，兩者結(jié)合起來，再配以適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)裝置，就能夠平滑地改變輸出（或吸收）無功功率的靜止補(bǔ)償器，與同步調(diào)機(jī)相相比較，運(yùn)行維護(hù)簡單，功率 損耗小，但相對串聯(lián)電容及并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置，其造價(jià)高維護(hù)較復(fù)雜。 (4) 并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置：并聯(lián)電容器是無功負(fù)荷的主要電源之一。它具有投資省，裝設(shè)地點(diǎn)不受自然條件限制，運(yùn)行簡便可靠等優(yōu)點(diǎn)， 故一般首先考慮裝設(shè)并聯(lián)電容器。由于它沒有旋轉(zhuǎn)部件，維護(hù)也較方便，為了在運(yùn)行中調(diào)節(jié)電容器的功率，可將電容器連接成若干組，根據(jù)負(fù)荷的變化，分組投入或切除。 由于本次設(shè)計(jì)的變電站為 220kV 降壓變電站， 從 補(bǔ)償?shù)慕嵌葋磉x擇，以上四種均能滿足要求，但是從維護(hù)和性能的角度來考慮，選用 并聯(lián)電容器 補(bǔ)償裝置比較合適。 表 81 電容器選擇結(jié)果 型號 額定電壓（ kV） 額定容量（ kvar） 額定電容（ ? F） 聯(lián)接方式 尺寸（ mm） BAFH11/ 3 18003W 11/ 3 1800 星形聯(lián)接 167010351755 設(shè)計(jì) 計(jì)算書 29 9 主變?nèi)萘康拇_定計(jì)算 本設(shè)計(jì)任務(wù)中 220kv 側(cè) 以雙回路與系統(tǒng)相連。系統(tǒng)最大方式容量為 3800MVA， 220kV另有兩回出線，每回出線功率 100MVA； 110kV 架空線 4 回， 2回輸送距離 30km，每回輸送功率 60MVA； 2回輸送距離 20km，每回輸送功率 ，電纜出線 2回，每 回輸送功率 3MW；