【正文】 國際上在20世紀(jì)70年代末研制出變電站自動(dòng)系統(tǒng)的雛形，這些為以后變電站傳統(tǒng)型的改革奠定了基礎(chǔ)。目前在特高壓項(xiàng)目上，一些設(shè)備技術(shù)問題是制約發(fā)展的主要組成部分。變電站的規(guī)劃、設(shè)計(jì)與運(yùn)行的根本任務(wù)，是在國家發(fā)展計(jì)劃的統(tǒng)籌規(guī)劃下，合理的開發(fā)和利用動(dòng)力資源，用最少的支出(含投資和運(yùn)行成本)為國民經(jīng)濟(jì)各部門與人民生活提供充足、可靠和質(zhì)量合格的電能。變電站由發(fā)、送、變、配等不同環(huán)節(jié)以及相應(yīng)的通信、安全自動(dòng)、繼電保護(hù)和調(diào)度自動(dòng)化等系統(tǒng)組成，它的形成和發(fā)展，又經(jīng)歷了規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)和生產(chǎn)運(yùn)行等不同階段。為了適應(yīng)我國國民經(jīng)濟(jì)的快速增長，需要密切結(jié)合我國的實(shí)際條件，從電力系統(tǒng)的全局著眼，瞻前顧后，需要設(shè)計(jì)出一系列的符合我國各個(gè)地區(qū)的用以供電的變電站，用以協(xié)調(diào)各專業(yè)系統(tǒng)和各階段有關(guān)的各項(xiàng)工作，以求取得最佳技術(shù)經(jīng)濟(jì)的綜合效益。其中大辛莊變電站提供負(fù)荷為35kV和6kV兩個(gè)電壓等級(jí)。2 原始資料分析1．負(fù)荷資料表21 35kV段負(fù)荷 電壓 等級(jí) 35kv負(fù)荷名稱中冶銀河紙業(yè)臨清制藥機(jī)床廠周圍鄉(xiāng)鎮(zhèn)負(fù)荷級(jí)別一級(jí)40%20%20%20%二級(jí)30%30%30%三級(jí)表22 6kV段負(fù)荷資料 電壓 等級(jí) 6kv負(fù)荷名稱軸承加工廠火車站棉紡織機(jī)械廠周圍鄉(xiāng)鎮(zhèn)食品廠服裝廠鎮(zhèn)中心負(fù)荷級(jí)別一級(jí)40%30%40%30%20%20%20%20%二級(jí)20%30%20%30%30%30%40%三級(jí)根據(jù)以上的資料，大辛莊變電站的負(fù)荷主要屬于一、二類負(fù)荷，所以在供電可靠性上要加強(qiáng)。35kV的負(fù)荷中有中冶銀河紙業(yè)、臨清制藥等重要的工業(yè)負(fù)荷,若斷電將造成較大的經(jīng)濟(jì)損失和資源浪費(fèi)。3 負(fù)荷統(tǒng)計(jì)和主變壓器的選擇 負(fù)荷統(tǒng)計(jì)要選擇主變壓器的容量，確定變壓器各出線側(cè)的最大持續(xù)工作電流。由公式 式中 ——某電壓等級(jí)的計(jì)算負(fù)荷——同時(shí)系數(shù)（、）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)負(fù)荷數(shù)據(jù)： 表31 35kV段負(fù)荷數(shù)據(jù) 電壓等級(jí)負(fù)荷名稱最大負(fù)荷MVA負(fù)荷組成（%）功率因數(shù)Tmax(h)線長km備注一級(jí)二級(jí)三級(jí)35kV造紙廠 40%30%20臨清制藥40%30%20機(jī)床廠20%30%20周圍鄉(xiāng)鎮(zhèn)20%.10備用一備用二 表32 6kV段負(fù)荷數(shù)據(jù)電壓等級(jí)負(fù)荷名稱最大負(fù)荷MVA負(fù)荷組成（%）功率因數(shù)Tmax(h)線長km備注一級(jí)二級(jí)三級(jí)6kV軸承加工廠40%20%550015棉紡織廠40%20%550012周圍鄉(xiāng)鎮(zhèn)20%5火車站30%30%50008機(jī)械廠30%30%4000服裝廠20%30%45002235kV的負(fù)荷計(jì)算：=*[+++]/*= 6kV的負(fù)荷計(jì)算：=*[(++)/+(+)/+]*=總的計(jì)算負(fù)荷： S=+=1 變電所主變壓器臺(tái)數(shù)的確定（1）對城市郊區(qū)的一次變電站，在中、低壓側(cè)已構(gòu)成環(huán)網(wǎng)的情況下，變電站以裝設(shè)兩臺(tái)主變壓器為宜?？紤]到該變電站為一重要地區(qū)變電站，對該地區(qū)的用電企業(yè)單位關(guān)系緊密，且在一次主接線中需要考慮采用旁路待主變的方式。2主變壓器容量確定的要求（1）主變壓器容量一般按變電站建成后5～10年的規(guī)劃負(fù)荷選擇，并適當(dāng)考慮到遠(yuǎn)期10～20年的負(fù)荷發(fā)展。對于有重要負(fù)荷的變電站，應(yīng)考慮當(dāng)一臺(tái)主變壓器停運(yùn)時(shí)，其余變壓器容量在設(shè)計(jì)及過負(fù)荷能力后的允許時(shí)間內(nèi)，應(yīng)保證用戶的一級(jí)和二級(jí)負(fù)荷：對一般性變電站停運(yùn)時(shí)，其余變壓器容量就能保證全部負(fù)荷的60～70%。所以。故可選兩臺(tái)50MVA的主變壓器即可滿足負(fù)荷需求。從系統(tǒng)穩(wěn)定和供電電壓質(zhì)量考慮，希望主變壓器的阻抗越小越好；但阻抗偏小又使系統(tǒng)短路電流增加，高、低壓電器設(shè)備選擇遇到困難；另外阻抗的大小要考慮變壓器并聯(lián)運(yùn)行的要求。所以高、中側(cè)阻抗最大；“降壓型”依次為低、中、高，所以高、低壓側(cè)阻抗最大。高，低壓側(cè)的阻抗最大。2%以內(nèi)；另一種成為有載調(diào)壓，調(diào)整范圍達(dá)30%，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，在下例情況下選用：接于時(shí)而為送端，時(shí)而為受端，具有可逆工作特點(diǎn)的聯(lián)絡(luò)變壓器，為保證用電質(zhì)量，要求母線電壓恒定時(shí)，且隨著各方面的發(fā)展，為了保證電壓質(zhì)量及提高變壓器分接頭質(zhì)量。4 變電站主變壓器型式的選擇具有三種電壓等級(jí)的變電站中，如通過主變壓器各側(cè)繞組的功率均達(dá)到該變壓器容量的15%以上或低壓側(cè)雖無負(fù)荷，但在變電站內(nèi)需裝設(shè)無功補(bǔ)償設(shè)備時(shí)，主變壓器采用三繞組。故本站主變壓器選用有載三圈變壓器。35kV以下電壓變壓器繞組都采用連接。8%177。各類發(fā)電廠、變電站分工完成整個(gè)電力系統(tǒng)的發(fā)電、變電和配電的任務(wù)。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(yùn)行時(shí)可以根據(jù)調(diào)度的要求靈活的改變運(yùn)行方式，達(dá)到調(diào)度的目的，而且在各種事故或設(shè)備檢修時(shí)，能盡快地退出設(shè)備。3．操作應(yīng)盡可能簡單、方便主接線應(yīng)簡單清晰、操作方便，盡可能使操作步驟簡單，便于運(yùn)行人員掌握。但接線過于簡單，可能又不能滿足運(yùn)行方式的需要，而且也會(huì)給運(yùn)行造成不便或造成不必要的停電。5. 應(yīng)具有擴(kuò)建的可能性由于我國工農(nóng)業(yè)的高速發(fā)展，電力負(fù)荷增加很快。變電站電氣主接線的選擇，主要決定于變電站在電力系統(tǒng)中的地位、環(huán)境、負(fù)荷的性質(zhì)、出線數(shù)目的多少、電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)等。變電站110kV側(cè)和6kV側(cè)，均可設(shè)單母線分段接線。根據(jù)以上分析、組合，保留下面兩種可能接線方案，如圖41及圖42所示。表41 主接線方案比較表項(xiàng)目 方案 方案Ⅰ方案Ⅱ技術(shù)① 簡單清晰、操作方便、易于發(fā)展② 可靠性、靈活性差③ 旁路斷路器還可以代替出線斷路器，進(jìn)行不停電檢修出線斷路器，保證重要用戶供電① 運(yùn)行可靠、運(yùn)行方式靈活、便于事故處理、易擴(kuò)建② 母聯(lián)斷路器可代替需檢修的出線斷路器工作③ 倒閘操作復(fù)雜，容易誤操作經(jīng)濟(jì)① 設(shè)備少、投資?、?用母線分段斷路器兼作旁路斷路器節(jié)省投資① 占地大、設(shè)備多、投資大② 母聯(lián)斷路器兼作旁路斷路器節(jié)省投資在技術(shù)上（可靠性、靈活性）第Ⅱ種方案明顯合理，在經(jīng)濟(jì)上則方案Ⅰ占優(yōu)勢。經(jīng)綜合分析，決定選第Ⅱ種方案為設(shè)計(jì)的最終方案。為保證線路檢修時(shí)不中斷對用戶的供電，采用單母線分段接線和雙母線接線時(shí)，可增設(shè)旁路母線。）所以，35kV采用雙母線接線時(shí)，不宜設(shè)置旁路母線，有條件時(shí)可設(shè)置旁路隔離開關(guān)。同樣有如圖43及圖44所示。見表42表42 主接線方案比較項(xiàng)目方案方案Ⅰ單方案Ⅱ雙技術(shù)①簡單清晰、操作方便、易于發(fā)展②可靠性、靈活性差③旁路斷路器還可以代替出線斷路器，進(jìn)行不停電檢修出線斷路器，保證重要用戶供電① 供電可靠② 調(diào)度靈活③ 擴(kuò)建方便④ 便于試驗(yàn)⑤ 易誤操作經(jīng)濟(jì)①設(shè)備少、投資?、谟媚妇€分段斷路器兼作旁路斷路器節(jié)省投資① 設(shè)備多、配電裝置復(fù)雜② 投資和占地面大經(jīng)比較兩種方案都具有易擴(kuò)建這一特性。鑒于此電壓等級(jí)不高，可選用投資小的方案Ⅰ。而雙母線接線一般用于引出線和電源較多，輸送和穿越功率較大，要求可靠性和靈活性較高的場合。圖45單母線分段接線圖46雙母線對圖45及圖46所示方案Ⅰ、Ⅱ綜合比較，見表43表43 主接線方案比較項(xiàng)目 方案方案Ⅰ單分方案Ⅱ雙技術(shù)① 不會(huì)造成全所停電② 調(diào)度靈活③ 保證對重要用戶的供電④ 任一斷路器檢修，該回路必須停止工作①供電可靠②調(diào)度靈活③擴(kuò)建方便④便于試驗(yàn)⑤ 誤操作經(jīng)濟(jì) ① 占地少② 設(shè)備少①設(shè)備多、配電裝置復(fù)雜③ 資和占地面大經(jīng)過綜合比較方案Ⅰ在經(jīng)濟(jì)性上比方案Ⅱ好，且調(diào)度靈活也可保證供電的可靠性。最后可以得出，35kv采用單母分段帶旁母的接線，10kv采用單母分段的接線。供配電系統(tǒng)中的短路，是指相導(dǎo)體之間或相導(dǎo)體與地之間不通過負(fù)載阻抗而發(fā)生的電氣連接。絕緣損壞是由于絕緣老化、過電壓、機(jī)械損傷等造成。在三相供電系統(tǒng)中可能發(fā)生的主要短路類型有三相短路、兩相短路、兩相接地短路和單相接地短路等。一切不對稱短路的計(jì)算，在采用對稱分量法后，都可以歸納為對稱短路的計(jì)算。但在配電系統(tǒng)中，三相短路的后果最為嚴(yán)重，因而以此驗(yàn)算電器設(shè)備的能力。這不僅會(huì)增加投資，甚至?xí)蜷_斷電流不滿足而選擇不到合適的高壓電器，為了能合理選擇輕型電器，在主接線設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮限制的措施，進(jìn)而需要計(jì)算。為了使所選電器具有足夠的可靠性、經(jīng)濟(jì)性、靈活性并在一定的時(shí)期內(nèi)滿足電力系統(tǒng)發(fā)展的需要，應(yīng)對不同點(diǎn)的短路電流進(jìn)行校驗(yàn)。為了簡化分析和計(jì)算，采取一些合理的假設(shè)以滿足工程計(jì)算的要求。忽略各元件的電阻。在計(jì)算短路電流時(shí)，即使R=，略去電阻所求得的短路電流僅增大5%，這在工程上是允許的。此外，在計(jì)算暫態(tài)過程的時(shí)間常數(shù)時(shí)，電阻不能忽略。過渡電阻是指相與相之間短接所經(jīng)過的電阻，如被外來物體短接時(shí)，外來物的電阻、接地短路的接地電阻、電弧短路的電弧電阻等。除不對稱故障處出現(xiàn)局部不對稱外，實(shí)際的電力系統(tǒng)通常都可以當(dāng)做三相對稱。驗(yàn)算導(dǎo)體的穩(wěn)定性和電器的動(dòng)穩(wěn)定熱穩(wěn)定以及電器開斷電流的能力，應(yīng)按本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)規(guī)劃容量來計(jì)算，并考慮到電力系統(tǒng)的510發(fā)展規(guī)劃（一般應(yīng)按本工程的建成之后的510年）。選擇導(dǎo)體和電器時(shí)所用的短路電流，在電氣連接的網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)考慮具有反饋?zhàn)饔玫漠惒诫妱?dòng)機(jī)的影響和電容補(bǔ)償裝置放電電流的影響。導(dǎo)體和電器的動(dòng)穩(wěn)定，熱穩(wěn)定以及電器的開斷電流，一般按三相短路驗(yàn)算。 本次設(shè)計(jì)中短路電流的計(jì)算各回路電抗的計(jì)算計(jì)算各回路電抗：（取基準(zhǔn)功率， ）系統(tǒng)K1K2110KV35KV6KVK3X2X5X4X1X3圖51短路計(jì)算圖根據(jù)前面所選變壓器各參數(shù)得： = == == =計(jì)算各短路點(diǎn)的短路電流在配電系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生三相短路時(shí)，后果最嚴(yán)重。在高壓電路發(fā)生三相短路時(shí)，一般可取Ksh＝，因此ish＝ I″ Ish＝ I″1．點(diǎn)短路時(shí)，對于110KV系統(tǒng)電源（無窮大容量）K1系統(tǒng)X1110KV圖52 K1點(diǎn)短路時(shí)網(wǎng)絡(luò)簡化圖 ，K2X2X1X3110KV35KV圖53 K2點(diǎn)短路時(shí)網(wǎng)絡(luò)簡化圖系統(tǒng)，K3系統(tǒng)X2X1X4110KV6KVX5圖54 K3點(diǎn)短路時(shí)網(wǎng)絡(luò)簡化圖6 電氣設(shè)備選擇和校驗(yàn) 電氣設(shè)備選擇和校驗(yàn)原則電氣設(shè)備選擇原則由于電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體得用途及工作條件各異,因此它們的選擇校驗(yàn)項(xiàng)目和方法也都完全不相同。電氣設(shè)備選擇的一般原則為：。技術(shù)條件：選擇的高壓電器，應(yīng)能在長期工作條件下和發(fā)生過電壓、過電流的情況下保持正常運(yùn)行。所在回路在各種可能運(yùn)行方式下的持續(xù)工作電流Ig ，即IeIg電氣設(shè)備校驗(yàn)的一般原則，校驗(yàn)的短路電流一般取最嚴(yán)重情況的短路電流。Qdt——在計(jì)算時(shí)間ts內(nèi)，短路電流的熱效應(yīng)（KA2S） It——t秒內(nèi)設(shè)備允許通過的熱穩(wěn)定電流有效值（KA2S）T——設(shè)備允許通過的熱穩(wěn)定電流時(shí)間（s）校驗(yàn)短路熱穩(wěn)定所用的計(jì)算時(shí)間Ts按下式計(jì)算t=td+tkd式中td——繼電保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間內(nèi)（S）tkd——斷路的全分閘時(shí)間（s）電動(dòng)力穩(wěn)定是導(dǎo)體和電器承受短時(shí)電流機(jī)械效應(yīng)的能力，稱動(dòng)穩(wěn)定。接口的絕緣水平應(yīng)按電網(wǎng)中出現(xiàn)的各種過電壓和保護(hù)設(shè)備相應(yīng)的保護(hù)水平來確定。高壓電器沒有明確的過載能力，所以在選擇其額定電流時(shí)，應(yīng)滿足各種可能方式下回路持續(xù)工作電流的要求。本次在選擇斷路器，考慮了產(chǎn)品的系列化，既盡可能采用同一型號(hào)斷路器，以便減少備用件的種類，方便設(shè)備的運(yùn)行和檢修。，并要求結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、安裝維護(hù)方便。故在110KV側(cè)采用六氟化硫斷路器，其滅弧能力強(qiáng)、絕緣性能強(qiáng)、不燃燒、體積小、使用壽命和檢修周期長而且使用可靠，不存在不安全問題。因而被大量使用于35KV及以下的電壓等級(jí)中。110kv側(cè)高壓斷路器的選擇和校驗(yàn)根據(jù)斷路器安裝在戶外，且斷路器的額定電壓 ,所以可選擇的斷路器為六氟化硫斷路器，型號(hào)為型號(hào)為LW25126，其主要參數(shù)如下：表61 LW25126主要參數(shù)型號(hào)額定電壓（KV）額定電流（A）額定開斷電流（KA）動(dòng)穩(wěn)定電流（KA）4S熱穩(wěn)定電流（KA）固有分閘時(shí)間