【正文】 全數(shù)字化的變電站新概念。依據(jù)我國電力工業(yè)發(fā)展的實際情況，電力系統(tǒng)的變電所運行技術有了新的飛躍，我國變電站設計出現(xiàn)了一些新的趨勢。例如，高壓斷路器是變電站的主要電氣設備之一，其制造技術近年來有了較大發(fā)展，可靠性大為提高，檢修時間縮短。 經(jīng)濟和城市建設的發(fā)展要求新建的城市變電站必須符合城市的形象及環(huán)保要求，追求綜合經(jīng)濟和社會效益，所以設計形式多采用地面全戶內(nèi)型或地下等布置形式，這使得占地面積有效減少。發(fā)展和完善變電站綜合自動化系統(tǒng)，是電力系統(tǒng)發(fā)展的新的趨勢。變電站設計的分類可依據(jù)變電站標準方式、配電裝置型式和變電站規(guī)模三個層次進行劃分。戶外變電站是指最高電壓等級的配電裝置、主變壓器布置在戶外的變電站；戶內(nèi)變電站是指配電裝置布置在戶內(nèi)，主變壓器布置在戶外或者戶內(nèi)的變電站。 (2)按配電裝置型式分類：110kV配電裝置可再分為常規(guī)敞開式開關設備和全封閉式組合電氣設備兩類。 一、題目： 110kV變電站設計 二、原始資料 （一）變電所性質及規(guī)模 本所位于某市郊區(qū)。其性質為區(qū)域性終端變電站。5%以內(nèi)。(三)負荷資料 電壓等級 負荷 名稱最大負荷MW穿越功率 MW負荷組成（%）自然力率Tmax（h） 線（km）備注近期遠景近期遠景一級二級三級 110kV市甲線152012市乙線152025備用一1035kV化肥廠12403020化肥廠22403020甲鄉(xiāng)鎮(zhèn)23203010乙鄉(xiāng)鎮(zhèn)2203020備用115備用221210kV煤礦1402055002煤礦2402055002開關廠1203040003電線電纜廠11203045002電線電纜廠21303045002玻璃廠11303050002機械廠130304000食品廠120304500市區(qū)220403000備用一1備用二1（4） 地形、地質、水文、氣象等條件 所址地區(qū)海拔170m,屬輕微地震區(qū)。C，年最低氣溫8176。C，最熱月平均最高溫度+36176。最大風速25m/s，覆冰厚度為8mm，屬于我國第V標準氣象區(qū)。全線地質為黏土地層，地耐力為3kg/cm2，土壤電阻率為95Ω。土壤熱阻率ρT=120176。C。主接線的接線方式能反映正常和事故情況下的供送電情況，電氣主接線直接影響著配電裝置的布置、繼電保護裝置、自動裝置和控制方式的選擇，對運行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟性起決定性的作用。因此，發(fā)電廠、變電站主接線必須滿足以下基本要求。 (2)具有一定的靈活性 主接線正常運行時可以根據(jù)調(diào)度指令靈活的改變運行方式，而且在各種事故或設備檢修時，能盡快的將有關設備或線路退出系統(tǒng)運行。 (3)操作應盡可能簡單、方便 主接線應簡單清晰、明了、操作方便，盡可能使操作步驟簡單，便于運行人員掌握。但接線過于簡單，可能又不能滿足運行方式的需要，而且也會給運行造成不便或者不必要的停電。 電氣主接線的基本原則是以設計任務書為依據(jù)，以國家經(jīng)濟建設的方針、政策、技術標準為準繩，結合工程具體情況，在保證供電安全可靠、調(diào)度靈活、滿足各項技術要求的前提下，兼顧運行和維護的經(jīng)濟方便，盡可能地節(jié)省投資，力爭設備元件和設計的先進性與可靠性，堅持可靠、先進、適用、經(jīng)濟、美觀的原則。它與電力系統(tǒng)、電廠動能參數(shù)、基本原始資料以及電廠運行可靠性、經(jīng)濟性的要求密切相關，并對電氣設備選擇和布置、繼電保護和控制方式等都有較大影響。對于變電站的電氣主接線，當能滿足運行要求時，其高壓側應盡可能采用較少斷路器的或不用斷路器的接線，如線路—變壓器組接線，若能滿足繼電保護要求時，也可使用線路分支接線。 我國《變電所設計技術規(guī)程》對主接線設計作了如下規(guī)定：在滿足運行要求時，變電所高壓側應盡量采用斷路器較少的或不用斷路器的接線。在35kV變電所中，當出線為2回時，一般采用橋型接線；當出線為2回以上時，一般采用單母線分段或單母線接線。在6~10kV變電所，一般采用單母線接線或單母線分段接線。 （1）分析原始資料包括變電站類型，設計規(guī)劃容量（近期，遠景），主變壓器臺數(shù)及容量，最大負荷利用小時數(shù)及可能的運行方式等。電力系統(tǒng)中性點接地方式是一個綜合問題，它與電壓等級、單相接地短路電流、過電壓水平有關，直接影響電網(wǎng)的絕緣水平、系統(tǒng)供電的可靠性和連續(xù)性、主變壓器的運行安全以及對附近通信線路的干擾等。對110kV及以上高壓系統(tǒng)，皆采用中性點直接接地系統(tǒng)，又稱大電流接地系統(tǒng)以防止輸電線路電壓升高而以其它方式保證供電的可靠性。電力負荷的原始資料是設計主接線的基本依據(jù)之一，電力負荷預測工作是電力規(guī)劃工作的重要組成部分，也是電力規(guī)劃的基礎。 設備制造情況往往是設計能否成立的重要前提，為使所設計的主接線具有可行性，必須對各主要電氣設備的性能、制造能力和供貨情況、價格等情況匯集并分析比較，保證設計的可行性。對此，應予以足夠重視,對重型設備如大容量三相變壓器的運輸條件亦應充分考慮。然后從經(jīng)濟技術上論證并淘汰一些明顯不合理的方案，最終保留2~3個技術上相當，有可能滿足任務書要求的方案，再進行經(jīng)濟比較，結合最新技術，對于在系統(tǒng)中占有重要地位的大容量發(fā)電廠或變電站主接線，還應進行可靠性定量分析計算比較，最終確定最終方案。 （4）繪制電氣主接線對最終選擇的電氣主接線形式，按照要求，繪出電氣主接線圖。概算的構成主要包含以下內(nèi)容： (1) 主要設備器材費，包括設備原價、主要材料(鋼材、木材、水泥等)費、設備運雜費(含成套服務費)、備品備件購置費、生產(chǎn)器具購置費等。(2)安裝工程費，包括直接費、間接費及稅金等。 (3)其他費用。而與有母線的接線相比，無匯流母線的接線使用電氣設備較少，配電裝置占地面積較小，通常用于進出線回路少，不再擴建和發(fā)展的發(fā)電廠和變電站。 電氣主接線選擇依據(jù)原始資料，經(jīng)過分析，根據(jù)可靠性和靈活性經(jīng)濟性的要求，高壓側有4回出線，其中兩回備用，宜采用雙母線接線或單母線分段接線，中壓側有6回出線，其中兩回備用，可以采用雙母線接線、單母線分段接線方式，低壓側有11回出線，其中兩回備用，可以采用單母線分段、雙母線的接線方式，經(jīng)過分析、綜合、組合和比較，提出三種方案。 110kV側采用雙母線接線方式，優(yōu)點是運行方式靈活，檢修母線時不中斷供電，任一組母線故障時僅短時停電，可靠性高。圖21 方案一主接線圖 方案二：110kV側采用雙母線接線方式，35kV側采用單母線分段帶旁路母線接線方式，10kV側采用單母線分段接線方式，優(yōu)點是，檢修任一進出線斷路器時，不中斷對該回路的供電，和單母線分段接線方式相比，可靠性提高、靈活性增加；缺點是，增設旁路母線后、配電裝置占地面積增大、增加了斷路器和隔離開關的數(shù)目、接線復雜、投資增大，方案二的主接線圖如下所示。圖23方案三主接線圖 對于上述三種方案綜合考慮： 該地區(qū)海拔170m，海拔并不高，對變電站設計沒有特殊要求，地勢平坦，屬平原地帶，為輕微地震區(qū)，年最高氣溫+42176。C，年平均氣溫+14176。C?！?5kV~ll0kV 變電所設計規(guī)范》 條：當變電所裝有兩臺主變壓器時，6~l0kV 側宜采用單母分段接線，線路為12回及以上時，也可采用雙母線，當不允許停電檢修斷路器時，可設置旁路設施。綜合以上分析，本設計采用第三種方案。在變電站設計過程中，一般需要裝設兩臺主變壓器，以保證對用戶供電的可靠性。并且兩部變壓器并列運行時必須滿足以下條件： (1)并列運行變壓器的一次額定、二次額定電壓必須對應相等。如果并列變壓器的電壓變比不同，則并列變壓器二次繞組的回路內(nèi)將出現(xiàn)環(huán)流，即二次電壓較高的繞組將向二次電壓較低的繞組供給電流，導致繞組過熱甚至燒毀，影響系統(tǒng)運行的安全性。由于并列運行的變壓器的負荷是按其阻抗電壓值成反比分配的，如果阻抗電壓相差很大，可能導致阻抗電壓小的變壓器發(fā)生過負荷現(xiàn)象，所以要求并列變壓器的阻抗電壓必須相等，差值不超過10％。即所有并列變壓器一次、二次電壓的相序和相位都必須對應地相同，否則不能并列運行。即并列運行的變壓器容量應盡量相同或相近，如果容量相差懸殊，不僅運行很不方便，而且在變壓器特性稍有差異時，變壓器間的環(huán)流將相當顯著，特別是容量小的變壓器容易過負荷或燒毀。由于功率因數(shù)降低對供電系統(tǒng)有著如上諸多不利的影響，因此必須提高功率因數(shù)，降低無功功率的輸送量，提高系統(tǒng)及用戶供電質量，保證經(jīng)濟、合理地供電的需要。二是采取人工補償?shù)姆椒ㄊ箍偣β室驍?shù)得以提高，有兩種方法： （1）采用同步電動機替代異步電動機工作，由于同步電機是旋轉機構，故維護不方便，此外投資和損耗較大，又不便于檢修，供配電系統(tǒng)中很少采用。它具有有功損耗小、運行維護方便、補償容量增減方便、個別電容器損壞不影響整體使用等特點，所以本設計采用并聯(lián)電容器補償。 主變壓器容量選擇的依據(jù)： （1）主變壓器容量一般按變電所建成后5～10年的規(guī)劃負荷來進行選擇，并適當考慮遠期10～20年的負荷發(fā)展。 （2）根據(jù)變電所所帶負荷的性質和電網(wǎng)結構來確定主變壓器的容量。當這一準則不能滿足時，則要考慮采用增加發(fā)電機或輸電線路等措施。中國一些電力部門在電網(wǎng)規(guī)劃中也采用了N－1原則，一般規(guī)定一個獨立元件為一臺發(fā)電機組或一條輸電線路或一臺變壓器，通常使用線路極限發(fā)熱條件下的載流量來判斷線路是否過負荷運行。 在本設計中，結合任務書所給原始材料可得： 對于35kV側， MVA 對于10kV側， 則總的負荷為：MVA取=，則： MVA 此時，MVA 因此主變壓器容量為：MVA （1）相數(shù)選擇變壓器有單相變壓器和三相變壓器之分，在330kV及以下的發(fā)電廠和變電站中，一般選擇三相變壓器，單相變壓器組由三個單相的變壓器組成，造價高、占地多、運行費用高，多用于500kV以上的變電所內(nèi)，三相變壓器與同容量的單相變壓器組相比，價格低，占地面積小，并且運行時損耗減小12~15％，只有受變壓器的制造和運輸條件的限制時，才考慮采用單相變壓器組，在工程設計上對于330kV及以下電力系統(tǒng)中，一般都選用三相變壓器，因此在本次設計中采用三相變壓器。當發(fā)電廠只升高一級電壓時或35kV及以下電壓的變電所，可選用雙繞組普通式變壓器；當發(fā)電廠有兩級升高電壓時，常使用三繞組變壓器作為聯(lián)絡變壓器，110kV及以上電壓等級的變電所中，也經(jīng)常使用三繞組變壓器作聯(lián)絡變壓器；自耦變壓器特點是其中兩個繞組除有電磁聯(lián)系外，在電路上也有聯(lián)系。電磁傳輸功率的大小決定變壓器的尺寸、重量、鐵芯截面和損耗，所以與同容量、同電壓等級的普通變壓器比較，自耦變壓器的經(jīng)濟效益非常顯著。 （4）繞組接線組別的確定 我國110kV及以上電壓，變壓器三相繞組都采用“YN”聯(lián)接；35kV采用“Y”聯(lián)接，其中性點多通過消弧線圈接地；35kV以下變壓器三相繞組都采用“D”聯(lián)接。 （5）冷卻方式的選擇 變壓器的冷卻方式主要有自然風冷卻、強迫空氣冷卻、強迫油循環(huán)水冷卻、強迫油循環(huán)風冷卻、強迫油循環(huán)導向冷卻、水內(nèi)冷變壓器、SF6充氣式變壓器等。所以，要格外考慮一級負荷供電可靠性。 考慮到變壓器是一種高可靠性的電氣設備，且在保護方法上有兩套原理不同的保護共同構成主保護，所以兩部變壓器同時故障的可能性較小，基本可以保證對一級負荷的不間斷供電，對于特別重要的一級負荷如大型三甲醫(yī)院的手術室、重癥監(jiān)護室等可以考慮采用不間斷供電模式即除兩個獨立電源同時供電外還應配置不間斷供電系統(tǒng)即UPS和專門的可快速啟動并投入供電運行的柴油發(fā)電機，并且要求市電的供電開關和柴油機的投入運行開關采取聯(lián)動處理，UPS只負責短暫的過渡性供電任務。 主變壓器型號選擇 在以上分析結果的基礎上，查變壓器技術參數(shù)表可得，選擇的主變壓器型號：SFSZ925000/110。8%（kV）；中壓—177。所以，選擇SFSZ925000/110型變壓器兩臺。 變電所蓄電池用電設計原則： （1)按放電時間來選擇蓄電池的容量，其容量應能滿足事故全停狀態(tài)下長時間放電容量的要求。、直流系統(tǒng)及主控室 變電所所用電屬于必須確保供電的負荷，提高所用電供電可靠性的措施如下： (1)對于容量在60MVA及以上或樞紐變電所采用兩臺所用變供電； (2)兩臺所用變分別接至變電所最低一級電壓母線或獨立電源上，并裝設備用電源自動投切裝置； (3)對于采用復式整流、電容儲能等整流電源代替蓄電池時，其交流供電