【正文】 3000 2 郊區(qū)變 2 15 30 備用一 2 3 備用二 2 3 設(shè)計(jì)任務(wù) （ 1） 變電站電氣主接線的設(shè)計(jì) （ 2） 主變壓器的選擇 （ 3） 短路電流的計(jì)算 （ 4） 電氣設(shè)備的選擇 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 （ 5）配電裝置及電氣總平面設(shè)計(jì) （ 6）防雷保護(hù)設(shè)計(jì) 本站負(fù)荷計(jì)算 根據(jù)初步設(shè)計(jì)原始資料計(jì)算 %)1(c o sn 1it apKS C ?? ?? ? （ ） 式中 —— 某電壓等級(jí)的計(jì)算負(fù)荷 Kt—— 同時(shí)系數(shù) 10kV 取 а%—— 該電壓等級(jí)電網(wǎng)的線損率，一般取 5% P、 cos? —— 各用戶的負(fù)荷和功率因數(shù) 考慮電力系統(tǒng)的遠(yuǎn)景發(fā)展規(guī)劃此變電站 10kV 側(cè)負(fù)荷為 M V A.%)(.). .. .. .. .. .. .. .... .. .(S C773451850800 02750 02800 02800 53780 54750 03780 51800 51800 03080 03?????????????? 考慮到備用情況，因此 本變電 站 的最終綜合用電負(fù)荷為： Sm=SC+2+2= 2 變壓器選擇 變壓器繞組與調(diào)壓方式的選擇 （ 1）繞組連接方式 參考《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊》和相應(yīng)規(guī)程指出：變壓器繞組的連接方式必須和系統(tǒng)電壓一致，否則不能并列運(yùn)行。故該 110kV 變電站主變應(yīng)采用的繞組連接方式為： YN， ? 。切換方式有兩種：不帶電切換，稱為無勵(lì)磁調(diào)壓，調(diào)壓范圍通常在 +5％ 以內(nèi)，另一種是帶負(fù)荷切換，稱為有載調(diào)壓，調(diào)壓范圍可達(dá)到 +30％ 。 由以上知，此變電所的主變壓器采用有載調(diào)壓方式。當(dāng)不受運(yùn)輸條件限制時(shí)，在 330kV 及以下的發(fā)電廠和變電所，均應(yīng)采用三相變壓器。 變壓器容量和臺(tái)數(shù)的選擇 主變?nèi)萘恳话惆醋冸娬窘ǔ山谪?fù)荷 5～ 10 年規(guī)劃選擇，并適當(dāng)考慮遠(yuǎn)期 10～15 年的負(fù)荷發(fā)展，對于城郊變電所主變壓器容量應(yīng)當(dāng)與城市規(guī)劃相結(jié)合，從長遠(yuǎn)利益考慮，本站應(yīng)按近期和遠(yuǎn)期總負(fù)荷來選擇主 變的容量，根據(jù)變電所帶負(fù)荷的性質(zhì)和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)來確定主變壓器的容量，對于有重要負(fù)荷的變電所，應(yīng)考慮當(dāng)一臺(tái)變壓器停運(yùn)時(shí)，其余變壓器容量在過負(fù)荷能力允許時(shí)間內(nèi)，應(yīng)保證用戶的一級(jí)和二級(jí)負(fù)荷。由于一般電網(wǎng)變電所大約有 25%的非重要負(fù)荷，因此采用 式 mn PS ? 來計(jì)算 主變?nèi)萘?對變電所保證重要負(fù)荷來說是可行的。為 了保證供電可靠性，避免一臺(tái)主變壓器故障或檢修時(shí)影響供電，變電站一般裝設(shè)兩臺(tái)主變壓器?？紤]到兩臺(tái)主變同時(shí)發(fā)生故障機(jī)率較小，且適用遠(yuǎn)期負(fù)荷的增長以及擴(kuò)建，故本變電站選擇兩臺(tái)主變壓器完全滿足要求。 油浸自冷式就是以油的自然對流作用將熱量帶到油箱壁和散熱管，然后依靠空氣的對流傳導(dǎo)將熱量散發(fā)，它沒有特制的冷卻設(shè)備。加裝風(fēng)冷后可使變壓器的容量增加 30%～ 35%。它是把變壓器中的油，利用油泵打入油冷卻器后再復(fù)回油箱。這種方式若把油的循環(huán)速度比 自然對流時(shí)提高 3 倍，則變壓器可增加容量 30%。 3 電氣主接線設(shè)計(jì) 電氣主接線設(shè)計(jì)的基本原則是以設(shè)計(jì)任務(wù)書為依據(jù)，以國家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)方針、政策、技術(shù)規(guī)定、標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)繩，結(jié)合工程實(shí)際情況，在保證供電可靠、調(diào)度靈活、滿足各項(xiàng)技術(shù)要求的前提下、兼顧運(yùn)行、維護(hù)方便，盡可能的節(jié)省投資，就近取材，力爭設(shè)備元件和設(shè)計(jì)的先進(jìn)性與可靠性，堅(jiān)持可靠、先進(jìn)、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀的原則。 主接線的設(shè)計(jì)原則 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 （ 1） 考慮變電所在電力系統(tǒng)中的地位和作用 變電所在電力系統(tǒng)中的地位和作用是決定主接線的主要因素。 （ 2） 考慮近期和遠(yuǎn)期的發(fā)展規(guī)模 變電所 主接線設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù) 5～ 10 年電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行。 （ 3） 考慮負(fù)荷的重要性和分級(jí)和出線回?cái)?shù)多少對主接線的影響 對一級(jí)負(fù)荷，必須有兩個(gè)獨(dú)立電源供電，且當(dāng)一個(gè)電源失去后，應(yīng)保證全部一級(jí)負(fù)荷不間斷供電；對二級(jí)負(fù)荷，一般要有兩個(gè)電源供電，且當(dāng)一個(gè)電源失去后，能保證大部分二級(jí)負(fù)荷供電。 （ 4） 考慮主變臺(tái)數(shù)對主接線的影響 變電所主變的容量和臺(tái) 數(shù)，對變電所主接線的選擇將產(chǎn)生直接的影響。而容量小的變電所，其傳輸容量小，對主接線的可靠性、靈活性要求低。電器主接線的設(shè)計(jì)要根據(jù)備用容量的有無而有所不同。 主接線設(shè)計(jì)的基本要求 主接線 設(shè)計(jì)的合理性直接影響電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，靈活性及對電器的選擇、配電裝置、繼電保護(hù)、自動(dòng)控制裝置和控制方式的擬定都有決定性的關(guān)系。并綜合考慮供電可靠、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 ”。衡量可靠性的客觀標(biāo)準(zhǔn)是運(yùn)行實(shí)踐，經(jīng)過長期運(yùn)行實(shí)踐的考驗(yàn)，對以往所采用的主接線，優(yōu)先采用。同時(shí)，可靠性不是絕對的而是相對的。評價(jià)主接線方式可靠的標(biāo)志是： （ 1） 線路、母線 （ 包括母線側(cè)隔離刀閘 ） 等故障或檢修時(shí)，停電范圍的大小和停電時(shí)間的長短，能否保證對一類、二類負(fù)荷的供電。 （ 3） 變電所全部停電的可能性 。 靈活性 電氣主接線應(yīng)能適應(yīng)各種運(yùn)行狀態(tài)，并能靈活地進(jìn)行運(yùn)行方式的轉(zhuǎn)換，靈活性主要包括以下幾個(gè)方面： （ 1） 操作的方便性：電氣主接線應(yīng)該在滿足可靠性的條件下，接線簡單，操作方便，盡可能地使操作步驟少，以便于運(yùn)行人員掌握，不致在操作過程中出差錯(cuò) 。 （ 3） 擴(kuò)建的方便性：對將來要擴(kuò)建的發(fā)電廠，其接線必須具有擴(kuò)建的方便性。設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考慮最終接線的實(shí)現(xiàn)，還要考慮到從初期接線到最終接線的可能和分段施工的可行方案，使其盡可能地不影響連續(xù)供電或在停電時(shí)間最短的情況下，將來能順利完成過渡方案的實(shí)施，使改造工作量最少。經(jīng)濟(jì)性主要從以下幾個(gè)方面考慮： （ 1） 節(jié)省一次投資。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 （ 2） 占地面積少。對大容量發(fā)電廠或變電站，在可能和允許條件下，應(yīng)采取一次設(shè)計(jì)，分期投資、投建，盡快發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益。在發(fā)電廠或變電站中，電能損耗主要來自變壓器，應(yīng)經(jīng)濟(jì)合理地選擇變壓器的形式、容量和臺(tái)數(shù)，盡量避免兩 次變壓而增加電能損耗。當(dāng)有旁路母線時(shí)，首先宜采用分段斷路兼作旁路斷路器的接線。 110kV 側(cè)主接線設(shè)計(jì) （ 1） 初選方案 因本所 初期設(shè)計(jì) 2 回進(jìn)線 2 回出線，最終 2 回進(jìn)線 4 回出線 ，故 110kV 變電站電氣主接線 可 采用單母線分段接線或單母線分段帶旁路接線。 單母線分段接線如圖 所示 ： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 Q S 2Q S 3Q F 2Q S 1B Z 線W Ⅰ備 用 一備 用 二Q F dW ⅡB I 線 圖 單母線分段接線 單母線分段帶旁路接線圖如圖 所示 ： Q S 2Q S 1B Z 線W Ⅰ備 用 一 B I 線備 用 二Q F DQ F 1W ⅡQ S DQ S 3 Q S 4Q S 7W PQ S 5Q S 6 圖 單母線分段 分段斷路兼作旁路斷路器的接線 （ 2）方案比較 單母線分段接線 ： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 ① 當(dāng)一段母線發(fā)生故障，分段斷路器自動(dòng)將故障段隔離，保證正常母線不間斷供電，不致使重要用戶停電 。 ③ 在可靠性要求不高時(shí)，可使用隔離分段開關(guān)。 單母線分段帶旁路接線 ： ① 通過倒閘操作，可檢修與旁路母線相連的任一回路的出線斷路器而不停電，因固定式斷路器檢修時(shí)間較長，不重要負(fù)荷停電時(shí)間長。進(jìn)線斷路器故障時(shí)，不重要負(fù)荷停電時(shí)間較長。 ③ 幾乎無線路全部停運(yùn)的可能，若出線全部停運(yùn)的情況，因固定式斷路器的檢修時(shí)間長，則全部停運(yùn)時(shí)間長。檢修出線斷路器，可以通過倒閘操作而不是切除線路。 ⑤ 設(shè)備少，投資少，土建工作和費(fèi)用較少，可以兩個(gè)方向均衡擴(kuò)建。 綜合比較，本次設(shè)計(jì)在 110kV 母線上采用單母線分段 帶旁路母線 接線的形式。 （ 2）方案比較 雙母線接線 特點(diǎn)： ① 檢修任一組母線，不會(huì)中斷對用戶的連續(xù)供電（利用 母聯(lián)倒換操作） 。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 ③檢修任一回路中的母線側(cè) QS，僅該回路停電，其余線路照常工作。 ⑤ 在特殊需要時(shí)，可以用母聯(lián)與系統(tǒng)進(jìn)行同期或解列操作 ⑥ QS 不僅用來隔離電壓，而且還用來倒換操作 ⑦ 擴(kuò)建方便。 接線 簡單清晰， 操作方便，不易誤操作，設(shè)備少，投資小，占地面積小， 為以后的發(fā)展和擴(kuò)建奠定了基礎(chǔ)。 4 短路電流計(jì)算 在電力供電系統(tǒng)中，對電力系統(tǒng)危害最大的就是短路。在短路電流計(jì)算過程中，以便都以最嚴(yán)重的 短路形式為依據(jù)。 在供電系統(tǒng)中發(fā)生短路故障時(shí)，在短路回路中短路電流要比額定電流大幾倍至幾十倍，通?？蛇_(dá)數(shù)千安，短路電流通過電氣設(shè)備和導(dǎo)線必然要產(chǎn)生很大的電動(dòng)力，并且使設(shè)備溫度急劇上升有可能損壞設(shè)備和電纜；在短路點(diǎn)附近電壓顯著下降，造成這些地方供電中斷或影響電動(dòng)機(jī)正常工作；發(fā)生接地短路時(shí)所出現(xiàn)的不對稱短路電流，將對通信線路產(chǎn)生干擾；當(dāng)短路點(diǎn)離發(fā)電廠很近時(shí)，將造成發(fā)電機(jī)失去同步，而使整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行解列。 為了達(dá)到上述目的，須計(jì)算出下列各短路參數(shù) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 I″— 次暫態(tài)短路電流，用來 作 為繼電保護(hù)的整定計(jì)算和校驗(yàn)斷路器額定斷流容量。 ish— 三相短路沖擊電流，用來檢驗(yàn)電器和母線的動(dòng)穩(wěn)定。 S″— 次暫態(tài)三相短路容量，用來檢驗(yàn)斷路器的遮斷容量和判斷母線短 路容量是否超過規(guī)定值，作為選擇限流電抗器的依據(jù)。 （ 2） 認(rèn)為變壓器是理想變壓器，變壓器的鐵心始終處于不飽和狀態(tài)，即電抗值不隨電流的變化而變化。 （ 4） 每一個(gè)電壓級(jí)采用平均電壓，這個(gè)規(guī)定在計(jì)算短路電流時(shí)，所造成的誤差很小。 （ 5） 計(jì)算高壓系統(tǒng)短路電流時(shí)，一般只計(jì)及發(fā)電機(jī)、變壓器、電抗器、線路等元件的電抗，因?yàn)檫@些元件 X/3R 時(shí)，可以略去電阻的影響。 （ 6） 短路點(diǎn)離同步調(diào)相機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)較近時(shí)，應(yīng)該考慮對短路電流值的影響。此時(shí)，電動(dòng)機(jī)將變?yōu)榘l(fā)電機(jī)運(yùn)行 狀態(tài)，母線上電壓低于電動(dòng)機(jī)的反電勢。 （ 8） 以供電電源為基準(zhǔn)的電抗標(biāo)幺值 3,可以認(rèn)為電源容量為無限大容量的系統(tǒng) ,短路電流的周期分量在短路全過程中保持不變。其具體計(jì)算步驟如下： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 （ 1）計(jì)算各元件電抗標(biāo)幺值，并折算到同一基準(zhǔn)容量下； （ 2） 繪制等值網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)變換 ； （ 3）選擇短路點(diǎn)； （ 4）對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行化簡，把供電系統(tǒng)看為無限大系統(tǒng)，不考慮短路電流周期分量的衰減求出電 流對短路點(diǎn)的電抗標(biāo)幺值，并計(jì)算短路電流標(biāo)幺值、有名值； （ 5）計(jì)算短路容量，短路電流沖擊值： 短路容量： IUS k ??? 3 （ ） 短路電流沖擊值 : Iish ? （ ） （ 6）列出短路電流計(jì)算結(jié)果。 以下為簡便起見，省略下標(biāo) * 。 （ 4） 單相接地短路電 流的計(jì)算： 短路點(diǎn)各序分量電流為： （ ） 短路電流計(jì)算過程 原始資料 系統(tǒng)供電到 110kv 母線上， 10kV 側(cè)無電源，系統(tǒng)阻抗歸算到 110kV 側(cè)母線上UB=Uav, SB=100MVA. 取基準(zhǔn)容量為： SB=100MVA， 基準(zhǔn)電壓為 UB=Uav， 又依公式：avBB USI 3? ；BBB SUX 2? ， 計(jì)算基準(zhǔn)值如出下表所示 ： 表 變電站網(wǎng)絡(luò)等值電路參數(shù)基準(zhǔn)值取值 電氣量 關(guān)系式 基 準(zhǔn) 值 SB (MVA) 100 UB (kV) UB =Uav 115 IB (kA) /3b B BI S U? XB (? ) BBB SUX 2? 01)1(2)1(1 2 1 xxII dd ???畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 短路計(jì)算 （Ⅰ） 短路計(jì)算過程 說明：在變電站的電氣設(shè)計(jì)中，短路電流計(jì)算是其中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，在選擇和校驗(yàn)電器設(shè)備時(shí)，需要用到短路電流。 （ 2） 短路種類：一般按三相短路計(jì)算，在三繞組變壓器回路中單相或兩相接 地短路較三相短路嚴(yán)重時(shí)，則應(yīng)按最嚴(yán)重的情況進(jìn)行校驗(yàn)。在該系統(tǒng)中分別選擇了 110kV 高壓側(cè)母線 d d d , 10kV 低壓側(cè)