【正文】 ，對(duì)設(shè)備和導(dǎo)線絕緣水平的要求就越高，變壓器、開(kāi)關(guān)等設(shè)備絕緣方面的投資也越大。 我國(guó)變電站及其設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)及新變化 新世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)電力系統(tǒng)進(jìn)入了一個(gè)快速發(fā)展階段，電力建設(shè)得到長(zhǎng)足發(fā)展。國(guó)外變電站主要是采用柔性技術(shù)由交流輸出向直流輸出轉(zhuǎn)變，而數(shù)字化智能變電站也是國(guó)內(nèi)外變電站未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)之一。但作為國(guó)內(nèi)電網(wǎng)中最高電壓等級(jí)的500kV和330kV變電站，即使采用了變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的，也基本上都是實(shí)行有人值守的管理方式。全面實(shí)現(xiàn)變電站無(wú)人值守對(duì)我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)有非常明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益: （1)大幅度提高了運(yùn)行可靠性；(2)加快了對(duì)事故處理的速度；(3)提高了電力行業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率；(4) 降低了電力基礎(chǔ)建設(shè)成本；(5)降低系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用。 3. 數(shù)字化智能變電站 在變電站綜合自動(dòng)化領(lǐng)域中，智能化電器的發(fā)展，特別是智能化開(kāi)關(guān)設(shè)備、光電式互感器等機(jī)電一體化設(shè)備的出現(xiàn)，變電站自動(dòng)化技術(shù)即將進(jìn)入新階段，這些新技術(shù)的日趨成熟帶來(lái)全數(shù)字化的變電站新概念。依據(jù)我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展的實(shí)際情況，電力系統(tǒng)的變電所運(yùn)行技術(shù)有了新的飛躍，我國(guó)變電站設(shè)計(jì)出現(xiàn)了一些新的趨勢(shì)。例如，高壓斷路器是變電站的主要電氣設(shè)備之一，其制造技術(shù)近年來(lái)有了較大發(fā)展，可靠性大為提高，檢修時(shí)間縮短。 經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)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(jì)和社會(huì)效益，所以設(shè)計(jì)形式多采用地面全戶(hù)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(dòng)化系統(tǒng)，是電力系統(tǒng)發(fā)展的新的趨勢(shì)。變電站設(shè)計(jì)的分類(lèi)可依據(jù)變電站標(biāo)準(zhǔn)方式、配電裝置型式和變電站規(guī)模三個(gè)層次進(jìn)行劃分。戶(hù)外變電站是指最高電壓等級(jí)的配電裝置、主變布置在戶(hù)外的變電站；戶(hù)內(nèi)變電站是指配電裝置布置在戶(hù)內(nèi)，主變布置在戶(hù)外或者戶(hù)內(nèi)的變電站。 (2)按配電裝置型式分類(lèi)：110kV配電裝置可再分為常規(guī)敞開(kāi)式開(kāi)關(guān)設(shè)備和全封閉式組合電氣設(shè)備兩類(lèi)。 一、題目： 110kV變電站設(shè)計(jì) 二、原始資料 （一）建設(shè)性質(zhì)及規(guī)模 本所為于某市郊區(qū)。其性質(zhì)為區(qū)域變電站。5%以?xún)?nèi)。年最高氣溫+42176。C，年平均氣溫+14176。C。 線路由系統(tǒng)變電所S1,南墻出發(fā)至RM變電所南墻上，全長(zhǎng)共12kM。地下水位較低，水質(zhì)良好，無(wú)腐蝕作用。C/w，土溫25176。三、設(shè)計(jì)任務(wù) 變電所總體分析； 負(fù)荷分析計(jì)算與主變壓器選擇； 電氣主接線設(shè)計(jì)； 短路電流計(jì)算及電氣設(shè)備選擇； 配電裝置設(shè)計(jì)；四、設(shè)計(jì)成品（一） 一次部分設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一冊(cè)（二） 設(shè)計(jì)圖紙 電氣主接線圖（1圖）；2電氣主接線設(shè)計(jì) 電氣主接線根據(jù)電能輸送和分配的要求，表示主要電氣設(shè)備相互之間以及本變電站(或發(fā)電廠)與電力系統(tǒng)的電氣連接關(guān)系，電路中的高壓電氣設(shè)備包括發(fā)電機(jī)、變壓器、母線、斷路器、隔離刀閘、線路等。電氣主接線直接影響著配電裝置的布置、繼電保護(hù)裝置、自動(dòng)裝置和控制方式的選擇，對(duì)運(yùn)行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性起決定性的作用。因此，發(fā)電廠、變電站主接線必須滿(mǎn)足以下基本要求。 (2)具有一定的靈活性 主接線正常運(yùn)行時(shí)可以根據(jù)調(diào)度指令靈活的改變運(yùn)行方式，而且在各種事故或設(shè)備檢修時(shí)，能盡快的將有關(guān)設(shè)備或線路退出系統(tǒng)運(yùn)行。 (3)操作應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單、方便 主接線應(yīng)簡(jiǎn)單清晰、明了、操作方便，盡可能使操作步驟簡(jiǎn)單，便于運(yùn)行人員掌握。但接線過(guò)于簡(jiǎn)單，可能又不能滿(mǎn)足運(yùn)行方式的需要，而且也會(huì)給運(yùn)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(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)為依據(jù)，以國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的方針、政策、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)繩，結(jié)合工程具體情況，在保證供電安全可靠、調(diào)度靈活、滿(mǎn)足各項(xiàng)技術(shù)要求的前提下，兼顧運(yùn)行和維護(hù)的經(jīng)濟(jì)方便，盡可能地節(jié)省投資，力爭(zhēng)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。它與電力系統(tǒng)、電廠動(dòng)能參數(shù)、基本原始資料以及電廠運(yùn)行可靠性、經(jīng)濟(jì)性的要求密切相關(guān)，并對(duì)電氣設(shè)備選擇和布置、繼電保護(hù)和控制方式等都有較大影響。對(duì)于變電站的電氣主接線，當(dāng)能滿(mǎn)足運(yùn)行要求時(shí)，其高壓側(cè)應(yīng)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(mǎn)足繼電保護(hù)要求時(shí)，也可使用線路分支接線。 我國(guó)《變電所設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》對(duì)主接線設(shè)計(jì)作了如下規(guī)定：在滿(mǎn)足運(yùn)行要求時(shí)，變電所高壓側(cè)應(yīng)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(dāng)出線為2回時(shí)，一般采用橋型接線；當(dāng)出線為2回以上時(shí)，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(lèi)型，設(shè)計(jì)規(guī)劃容量（近期，遠(yuǎn)景），主變臺(tái)數(shù)及容量，最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)及可能的運(yùn)行方式等。電力系統(tǒng)中中性點(diǎn)接地方式是一個(gè)綜合問(wèn)題，它與電壓等級(jí)、單相接地短路電流、過(guò)電壓水平有關(guān)，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(yùn)行安全以及對(duì)附近通信線路的干擾等。對(duì)110kV及以上高壓系統(tǒng)，皆采用中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，又稱(chēng)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(fù)荷的原始資料是設(shè)計(jì)主接線的基本依據(jù)之一，電力負(fù)荷預(yù)測(cè)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(chǔ)。 設(shè)備制造情況往往是設(shè)計(jì)能否成立的重要前提，為使所設(shè)計(jì)的主接線具有可行性，必須對(duì)各主要電氣設(shè)備的性能、制造能力和供貨情況、價(jià)格等情況匯集并分析比較，保證設(shè)計(jì)的可行性。對(duì)此，應(yīng)予以足夠重視,對(duì)重型設(shè)備如大容量三相變壓器的運(yùn)輸條件亦應(yīng)充分考慮。然后從經(jīng)濟(jì)技術(shù)上論證并淘汰一些明顯不合理的方案，最終保留2~3個(gè)技術(shù)上相當(dāng)，有可能滿(mǎn)足任務(wù)書(shū)要求的方案，再進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，結(jié)合最新技術(shù)，對(duì)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(yīng)進(jìn)行可靠性定量分析計(jì)算比較，最終確定最終方案。 （4）繪制電氣主接線對(duì)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(gòu)成主要包含以下內(nèi)容： (1) 主要設(shè)備器材費(fèi)，包括設(shè)備原價(jià)、主要材料(鋼材、木材、水泥等)費(fèi)、設(shè)備運(yùn)雜費(fèi)(含成套服務(wù)費(fèi))、備品備件購(gòu)置費(fèi)、生產(chǎn)器具購(gòu)置費(fèi)等。(2)安裝工程費(fèi)，包括直接費(fèi)、間接費(fèi)及稅金等。 (3)其他費(fèi)用。而與有母線的接線相比，無(wú)匯流母線的接線使用電氣設(shè)備較少，配電裝置占地面積較小，通常用于進(jìn)出線回路少，不再擴(kuò)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(guò)分析，根據(jù)可靠性和靈活性經(jīng)濟(jì)性的要求，高壓側(cè)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(cè)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(cè)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(guò)分析、綜合、組合和比較，提出三種方案：方案一：110kV側(cè)采用雙母線接線方式，35kV側(cè)采用雙母線接線方式，10kV側(cè)采用單母線分段接線方式。缺點(diǎn)是，操作復(fù)雜，10kV側(cè)采用單母線分段接線方式，一級(jí)負(fù)荷占35%左右，二級(jí)負(fù)荷占30%左右，一級(jí)和二級(jí)負(fù)荷占65%左右，采用單母線分段接線方式，優(yōu)點(diǎn)是接線簡(jiǎn)單清晰，操作方便，造價(jià)低，擴(kuò)展性好，缺點(diǎn)是可靠性靈活性差。圖22方案二主接線圖 圖2—2 方案二主接線圖 方案三：110kV側(cè)采用雙母線接線方式，35kV側(cè)采用單母線分段接線方式，10kV側(cè)采用雙母線接線方式。圖23方案三接線圖 對(duì)于上述三種方案綜合考慮： 該地區(qū)海拔170m，海拔并不高，對(duì)變電站設(shè)計(jì)沒(méi)有特殊要求，地勢(shì)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(shè)計(jì)規(guī)范》 條：當(dāng)變電所裝有兩臺(tái)主變壓器時(shí)，6~l0kV 側(cè)宜采用單母分段接線，線路為12回及以上時(shí)，也可采用雙母線，當(dāng)不允許停電檢修斷路器時(shí)，可設(shè)置旁路設(shè)施。綜合以上分析，本設(shè)計(jì)采用第三種方案。在變電站設(shè)計(jì)過(guò)程中，一般需要裝設(shè)兩臺(tái)主變壓器，以保證對(duì)用戶(hù)供電的可靠性。并且兩部變壓器并列運(yùn)行時(shí)必須滿(mǎn)足以下條件： (1)并列運(yùn)行變樂(lè)器的一次額定、二次額定電壓必須對(duì)應(yīng)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(dǎo)致繞組過(guò)熱甚至燒毀，影響系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。由于并列運(yùn)行的變壓器的負(fù)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(dǎo)致阻抗電壓小的變壓器發(fā)生過(guò)負(fù)荷現(xiàn)象，所以要求并列變壓器的阻抗電壓必須相等，允許差值不得超過(guò)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(duì)應(yīng)地相同，否則不能并列運(yùn)行。即并列運(yùn)行的變壓器容量應(yīng)盡量相同或相近，如果容量相差懸殊，不僅運(yùn)行很不方便，而且在變壓器特性稍有差異時(shí)，變壓器間的環(huán)流將相當(dāng)顯著，特別是容量小的變壓器容易過(guò)負(fù)荷或燒毀。由于功率因數(shù)降低對(duì)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(wú)功功率的輸送量，提高系統(tǒng)及用戶(hù)供電質(zhì)量，保證經(jīng)濟(jì)、合理地供電的需要。二是采取人工補(bǔ)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(dòng)機(jī)替代異步電動(dòng)機(jī)工作，由于同步電機(jī)是旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，故維護(hù)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(yùn)行維護(hù)方便、補(bǔ)償容量增減方便、個(gè)別電容器損壞不影響整體使用等特點(diǎn)，所以本設(shè)計(jì)采用并聯(lián)電容器補(bǔ)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(fù)荷來(lái)進(jìn)行選擇，并適當(dāng)考慮遠(yuǎn)期10～20年的負(fù)荷發(fā)展。 （2）根據(jù)變電所所帶負(fù)荷的性質(zhì)和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)來(lái)確定主變的容量。當(dāng)這一準(zhǔn)則不能滿(mǎn)足時(shí)，則要考慮采用增加發(fā)電機(jī)或輸電線路等措施。中國(guó)一些電力部門(mén)在電網(wǎng)規(guī)劃中也采用了N－1原則，一般規(guī)定一個(gè)獨(dú)立元件為一臺(tái)發(fā)電機(jī)組或一條輸電線路或一臺(tái)變壓器，通常使用線路極限發(fā)熱條件下的載流量來(lái)判斷線路是否過(guò)負(fù)荷運(yùn)行。在本設(shè)計(jì)中，結(jié)合任務(wù)書(shū)所給原始材料可得：對(duì)于35kV側(cè)， 對(duì)于10kV側(cè)， 則總的負(fù)荷為： 取=，則： 此時(shí)， 因此主變?nèi)萘繛椋? （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(gè)單相的變壓器組成，造價(jià)高、占地多、運(yùn)行費(fèi)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(jià)格低，占地面積小，并且運(yùn)行時(shí)損耗減小12~15％，只有受變壓器的制造和運(yùn)輸條件的限制時(shí)，才考慮采用單相變壓器組，在工程設(shè)計(jì)上對(duì)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(shè)計(jì)中采用三相變壓器。當(dāng)發(fā)電廠只升高一級(jí)電壓時(shí)或35kV及以下電壓的變電所，可選用雙繞組普通式變壓器；當(dāng)發(fā)電廠有兩級(jí)升高電壓時(shí)，常使用三繞組變壓器作為聯(lián)絡(luò)變壓器，110kV及以上電壓等級(jí)的變電所中，也經(jīng)常使用三繞組變壓器作聯(lián)絡(luò)變壓器；自耦變壓器特點(diǎn)是其中兩個(gè)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(jí)的普通變壓器比較，自耦變壓器的經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。 （4）繞組接線組別的確定 我國(guó)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(diǎn)多通過(guò)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(fēng)冷卻、強(qiáng)迫空氣冷卻、強(qiáng)迫油循環(huán)水冷卻、強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻、強(qiáng)迫油循環(huán)導(dǎo)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(jí)負(fù)荷供電可靠性。 考慮到變壓器是一種高可靠性的電氣設(shè)備，且在保護(hù)方法上有兩套原理不同的保護(hù)共同構(gòu)成主保護(hù)，所以?xún)刹孔儔浩魍瑫r(shí)故障的可能性較小，基本可以保證對(duì)一級(jí)負(fù)荷的不間斷供電，對(duì)于特別重要的一級(jí)負(fù)荷如大型三甲醫(yī)院的手術(shù)室、重癥監(jiān)護(hù)室等可以考慮采用不間斷供電模式即除兩個(gè)獨(dú)立電源同時(shí)供電外還應(yīng)配置不間斷供電系統(tǒng)即UPS和專(zhuān)門(mén)的可快速啟動(dòng)并投入供電運(yùn)行的柴油發(fā)電機(jī)，并且要求市電的供電開(kāi)關(guān)和柴油機(jī)的投入運(yùn)行開(kāi)關(guān)采取聯(lián)動(dòng)處理，UPS只負(fù)責(zé)短暫的過(guò)渡性供電任務(wù)。 主變壓器選擇型號(hào) 在以上分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，查變壓器技術(shù)參數(shù)表可得，選擇的主變壓器型號(hào)：SFSZ925000/110。8%（kV）；中壓—177。所以，選擇SFSZ925000/110型變壓器兩臺(tái)。變電所蓄電池用電設(shè)計(jì)原則： （1)按放電時(shí)間來(lái)選擇蓄電池的容量，其容量應(yīng)能滿(mǎn)足事故全停狀態(tài)下長(zhǎng)時(shí)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(fù)荷，提高所用電供電可靠性的措施如下： (1)對(duì)于容量在60MVA及以上或樞紐變電所采用兩臺(tái)所用變供電。 (3)對(duì)于采用復(fù)式整流、電容儲(chǔ)能等整流電源代替蓄電池時(shí)，其交流供電電源由兩種不同電壓等級(jí)取得電源，并裝設(shè)備用電源自接裝置。 (5)采用強(qiáng)迫油循環(huán)水冷卻主變或調(diào)相機(jī)，變電所裝設(shè)兩臺(tái)所用變。所用變壓器低壓側(cè)采用380/220V中性點(diǎn)直接接地的三相四線制以提高供電可靠性，動(dòng)力和照明共用一個(gè)電源，所內(nèi)一般設(shè)置檢修電源。在35kV線路上接一臺(tái)35kV/，作為備用電源。 本次設(shè)計(jì)直流系統(tǒng)采用智能高頻開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)，蓄電池采用2100AH 免維護(hù)鉛酸蓄電池，N+1熱備份，有較高的智能化程度，能實(shí)現(xiàn)對(duì)電源系統(tǒng)的遙測(cè)、遙控、遙信及遙調(diào)功能。 所用電選擇