【正文】 引言電力行業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)，它的發(fā)展直接關(guān)系到國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的興衰成敗，它為現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科學(xué)技術(shù)和國防提供必不可少的動(dòng)力。電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)及運(yùn)行的任務(wù)是：在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展計(jì)劃的統(tǒng)籌安排下，合理開發(fā)、利用動(dòng)力資源，用較少的投資和運(yùn)行成本，來滿足國民經(jīng)濟(jì)各部門及人民生活不斷增長的需要，提供可靠充足、質(zhì)量合格的電能。根據(jù)設(shè)計(jì)要求的任務(wù)，在本次設(shè)計(jì)中主要通過變電站電氣主接線、短路電流計(jì)算、設(shè)備選擇與校驗(yàn)、無功補(bǔ)償、主變保護(hù)和配電裝置部分的設(shè)計(jì)，使我對(duì)四年來所學(xué)的知識(shí)更進(jìn)一步的鞏固和加強(qiáng)，并從中獲得一些較為實(shí)際的工作經(jīng)驗(yàn)。第 1 章 概述由于某地區(qū)電力系統(tǒng)的發(fā)展和負(fù)荷增長，擬建一座 110KV 變電站，向該地區(qū)用35KV 和 10KV 兩個(gè)電壓等級(jí)供電。具體數(shù)據(jù)如下：表 11 系統(tǒng)與線路參數(shù)表系統(tǒng) 1 系統(tǒng) 2 線路參數(shù)(MVA)1ScX(MVA)2ScX(KM)1L(KM)2600 38 800 45 30 20表 12 35KV 側(cè)負(fù)荷資料表負(fù)荷名稱 最大負(fù)荷（MW） ?cos回路數(shù)A 廠 6 2B 廠 6 2A 變電站 5 1B 變電站 3 1注：35KV 負(fù)荷同時(shí)系數(shù)為 表 13 10KV 側(cè)負(fù)荷資料表負(fù)荷名稱 最大負(fù)荷（MW） ?cos回路數(shù)A 廠 2 1b 廠 2 1c 廠 3 2d 廠 3 2A 居民區(qū) 3 1b 居民區(qū) 3 1注：10KV 負(fù)荷同時(shí)系數(shù)為 根據(jù)上表所述，一旦停電，就會(huì)造成地區(qū)斷電、斷水等后果嚴(yán)重影響人們的正常生活，還將造成機(jī)器停運(yùn)，整個(gè)生產(chǎn)處于癱瘓狀態(tài)，嚴(yán)重影響各廠生產(chǎn)的質(zhì)量和數(shù)量。鑒于以上情況，110KV 側(cè)線路回?cái)?shù)采用 4 回，其中 2 回留作備用，35KV 側(cè)線路回?cái)?shù)采用 6 回，另有 2 回留作備用，A、B 廠采用雙回路供電， 10KV 側(cè)線路回?cái)?shù)采用 8 回，另有 2 回留作備用，c、d 廠采用雙回路供電，以提高供電可靠性。本變電站自用電主要負(fù)荷如表 14：表 14 110kV 變電站自用電負(fù)荷序 號(hào) 設(shè)備名稱 額定容量 (KW) ?cos安裝臺(tái)數(shù)工作臺(tái)數(shù) 備 注1 主充電機(jī) 20 1 1 周期性負(fù)荷2 浮充電機(jī) 1 1 經(jīng)常性負(fù)荷3 主變通風(fēng) 32 32 經(jīng)常性負(fù)荷4 蓄電池通風(fēng) 1 1 經(jīng)常性負(fù)荷5 檢修、試驗(yàn)用電 15 經(jīng)常性負(fù)荷6 載波通訊用電 1 經(jīng)常性負(fù)荷7 屋內(nèi)照明 8 屋外照明 9 生活水泵 2 2 周期性負(fù)荷10 福利區(qū)用電 周期性負(fù)荷本論文主要通過分析上述負(fù)荷資料，以及通過負(fù)荷計(jì)算，最大持續(xù)工作電流及短路計(jì)算，對(duì)變電站進(jìn)行了設(shè)備選型和主接線選擇，進(jìn)而完成了變電站一次部分設(shè)計(jì)。如計(jì)算負(fù)荷確定過大，將使電器和導(dǎo)線選得過大，造成投資和有色金屬的消耗浪費(fèi)，如計(jì)算負(fù)荷確定過小又將使電器和導(dǎo)線電纜處子過早老化甚至燒毀，造成重大損失，由此可見正確確定計(jì)算負(fù)荷重要性。首先必須要計(jì)算出各側(cè)的負(fù)荷，包括 35kV 側(cè)負(fù)荷、 10kV 側(cè)負(fù)荷和站用電負(fù)荷（動(dòng)力負(fù)荷和照明負(fù)荷）。（2）對(duì)地區(qū)性孤立的一次變電所或大型工業(yè)專用變電所在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮裝設(shè)三臺(tái)變壓器。通過上述分析，本變電站硬裝設(shè)兩臺(tái)主變壓器。根據(jù)變電站所帶負(fù)荷的性質(zhì)和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)來確定主變壓器的容量。單臺(tái)變壓器的容量 =(~)TS?S根據(jù)負(fù)荷計(jì)算算出本變電站總的負(fù)荷為： =?= =? 變壓器型號(hào)的選擇繞組數(shù)量的確定根據(jù)《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)》所述：在具有三種電壓的變電所中，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，但在變電所內(nèi)需設(shè)無功補(bǔ)償設(shè)備時(shí)，主變壓器宜采用三繞組變壓器。2. 相數(shù)的確定根據(jù)《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)》變壓器相數(shù)選擇原則：當(dāng)不受運(yùn)輸條件限制時(shí)，在 330KV 及以下發(fā)電廠和變電站，均應(yīng)選用三相變壓器。4. 調(diào)壓方式的選擇：普通型的變壓器調(diào)壓范圍小，僅為177。另外，普通變壓器的調(diào)整很不方便，而有載調(diào)壓變壓器可以解決這些問題。5. 冷卻方式的選擇：主變壓器一般采用的冷卻方式有：自然風(fēng)冷、強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷、強(qiáng)迫油循環(huán)水冷、強(qiáng)迫導(dǎo)向油循環(huán)冷卻。根基上述條件本變電站應(yīng)用兩臺(tái) SFSZ7—40000/110 型有載調(diào)壓變壓器，采用暗備用方式，查變壓器的參數(shù)如下：表 21 SFSZ7—40000/110 型變壓器參數(shù)數(shù)據(jù)損耗(KW) 阻抗電壓(%)額定電壓(KV)型號(hào)及容量(KVA)高 中 低連接組別 空載短路高中高低中低空載電流(%)SFSZ740000/110110 8 ??% 2 ??%10.5YN,yn0,d1160.221010.517~186.5 本變電站站用變壓器的選擇變電站的站用電是變電站的重要負(fù)荷，因此，在站用電設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按照運(yùn)行可靠、檢修和維護(hù)方便的要求，考慮變電站發(fā)展規(guī)劃，妥善解決分期建設(shè)引起的問題，積極慎重地采用經(jīng)過鑒定的新技術(shù)和新設(shè)備，使設(shè)計(jì)達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理，技術(shù)先進(jìn)，保證變電站安全，經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。根據(jù)如上規(guī)定，本變電站選用兩臺(tái)容量相等的站用變壓器。根據(jù)容量選擇，站用電變壓器為 S9—100／10 型變壓器，其參數(shù)如下：表 21 SL7—125／10 型變壓器參數(shù)數(shù)據(jù)損耗/W 阻抗電壓為 (%)型號(hào) 容量 連接組別空載 負(fù)載S9—100／10 100(KVA) YN， yn0 300 1470 4其容量比為：100/100/50 小結(jié) 在本章中，根據(jù)本變電站的實(shí)際情況選擇了變電站的主變壓器和站用變壓器：主變壓器為兩臺(tái) SFSZ7—40000/110 型有載調(diào)壓變壓器；站用變壓器兩臺(tái) S9—100／10 型號(hào)配電變壓器。 無功補(bǔ)償裝置類型的選擇 無功補(bǔ)償裝置的類型無功補(bǔ)償裝置可分為兩大類：串聯(lián)補(bǔ)償裝置和并聯(lián)補(bǔ)償裝置。 常用的三種補(bǔ)償裝置的比較及選擇這三種無功補(bǔ)償裝置都是直接或者通過變壓器并接于需要補(bǔ)償無功的變配電所的母線上。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)值平滑地改變輸出或汲取的無功功率，進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。但是同步調(diào)相機(jī)是旋轉(zhuǎn)機(jī)械，運(yùn)行維護(hù)比較復(fù)雜。小容量的調(diào)相機(jī)每千伏安容量的投入費(fèi)用也較大。在我國，同步調(diào)相機(jī)常安裝在樞紐變電所，以便平滑調(diào)節(jié)電壓和提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。電容器可發(fā)出無功功率，電抗器可吸收無功功率，根據(jù)調(diào)壓需要，通過可調(diào)電抗器吸收電容器組中的無功功率，來調(diào)節(jié)靜止補(bǔ)償其輸出的無功功率的大小和方向。靜止補(bǔ)償器能快速平滑地調(diào)節(jié)無功功率，以滿足無功補(bǔ)償裝置的要求。與同步調(diào)相機(jī)比較，靜止補(bǔ)償器運(yùn)行維護(hù)簡單，功率損耗小，能做到分相補(bǔ)償以適應(yīng)不平衡負(fù)荷的變化，對(duì)沖擊負(fù)荷也有較強(qiáng)的適應(yīng)性，因此在電力系統(tǒng)得到越來越廣泛的應(yīng)用。電力電容器：電力電容器可按三角形和星形接法連接在變電所母線上。電力電容器的裝設(shè)容量可大可小。此外，由于它沒有旋轉(zhuǎn)部件，維護(hù)也較方便。綜合比較以上三種無功補(bǔ)償裝置后，選擇并聯(lián)電容器作為無功補(bǔ)償裝置。此設(shè)計(jì)中主變?nèi)萘繛?40000KVA故并聯(lián)電容器的容量為：4000KVA—12022KVA 為宜，在此設(shè)計(jì)中取12022KVA。對(duì)于單獨(dú)補(bǔ)償?shù)哪撑_(tái)設(shè)備，例如電動(dòng)機(jī)、小容量變壓器等用的并聯(lián)電容器裝置，不必分組，可直接與設(shè)備相聯(lián)接，并與該設(shè)備同時(shí)投切。終端變電所的并聯(lián)電容器設(shè)備，主要是為了提高電壓和補(bǔ)償變壓器的無功損耗。投切任一組電容器時(shí)引起的電壓波動(dòng)不應(yīng)超過 ％。各種分組方式比較a、等差容量分組方式：由于其分組容量之間成等差級(jí)數(shù)關(guān)系，從而使并聯(lián)電容器裝置可按不同投切方式得到多種容量組合。但會(huì)在改變?nèi)萘拷M合的操作過程中，會(huì)引起無功補(bǔ)償功率較大的變化，并可能使分組容量較小的分組斷路器頻繁操作，斷路器的檢修間隔時(shí)間縮短，從而使電容器組退出運(yùn)行的可能性增加。b、帶總斷路器的等差容量分組、帶總斷路器的等差級(jí)數(shù)容量分組，當(dāng)某一并聯(lián)電容器組因短路故障而切除時(shí)，將造成整個(gè)并聯(lián)電容器裝置退出運(yùn)行。綜上所述，在本設(shè)計(jì)中，無功補(bǔ)償裝置分作方式采用等容量分組方式。經(jīng)常使用的還有由星形派生出來的雙星形，在某種場(chǎng)合下，也采用有由三角形派生出來的雙三角形。因?yàn)殡p星形接線更簡單，而且可靠性、靈敏性都高，對(duì)電網(wǎng)通訊不會(huì)造成干擾，適用于10KV 及以上的大容量并聯(lián)電容器組。10KV 系統(tǒng)的中性點(diǎn)是不接地的，該變電站采用的并聯(lián)電容器組的中性點(diǎn)也是不接地的，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，構(gòu)不成零序電流回路，所以不會(huì)對(duì) 10KV 系統(tǒng)造成影響。（1）可靠性：安全可靠是電力生產(chǎn)的首要任務(wù)，保證供電可靠是電力生產(chǎn)和分配的首要要求，主接線首先應(yīng)滿足這個(gè)要求。3．盡量避免全所停運(yùn)、停電的可能性。1．調(diào)度時(shí)，應(yīng)可以靈活地投入和切除變壓器和線路，調(diào)配電源和負(fù)荷，滿足系統(tǒng)在事故運(yùn)行方式，檢修運(yùn)行方式以及特殊運(yùn)行方式下的系統(tǒng)調(diào)度要求。3．?dāng)U建時(shí)，可以容易地從初期接線過渡到最終接線。（3）經(jīng)濟(jì)性主接線在滿足可靠性、靈活性要求的前提下，做到經(jīng)濟(jì)合理。（2）要能使繼電保護(hù)和二次回路不過于復(fù)雜，以節(jié)省二次設(shè)備和控制電纜。（4）如能滿足系統(tǒng)安全運(yùn)行及繼電保護(hù)要求，110kV 及以下終端或分支變電所可采用簡易電器。3．電能損失少經(jīng)濟(jì)合理地選擇主變壓器的種類、容量、數(shù)量，要避免因兩次變壓而增加電能損失。為簡化主接線，發(fā)電廠、變電所接入系統(tǒng)的電壓等級(jí)一般不超過兩種。（2）對(duì)于二級(jí)負(fù)荷一般要有兩個(gè)獨(dú)立電源供電，且當(dāng)任何一個(gè)電源失去后，能保證對(duì)大部分二級(jí)負(fù)荷的供電。4．系統(tǒng)備用容量大小裝有 2 臺(tái)組級(jí)以上主變壓器的變電所，其中一臺(tái)（組）事故斷開，其余主變壓器的容量應(yīng)保證該所 60%的全部負(fù)荷，在計(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。 110kV 主接線的選擇根據(jù)《變電所設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》第 22 條：110~220kV 配電裝置中，當(dāng)出線數(shù)為 2回時(shí)，一般采用橋形接線，當(dāng)出線不超過 4 回時(shí)，一般采用分段單母線接線。由《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二章第二節(jié)中的規(guī)定可知：110KV 側(cè)配電裝置宜采用單母線分段的接線方式。經(jīng)過比較內(nèi)橋形接線比單母線接線形式少一組斷路器，110KV 處為兩回進(jìn)線，兩回出線，該變電所應(yīng)用兩臺(tái)降壓變壓器，宜選用內(nèi)橋形接線，在配電裝置的綜合投資，包括控制設(shè)備，電纜，母線及土建費(fèi)用上，在運(yùn)行靈活性上，橋形接線比單母線形接線有很大的靈活性，所以經(jīng)過技術(shù)及經(jīng)濟(jì)上的比較，橋形接線的優(yōu)勢(shì)大于單母線的接線形式。 35kV 主接線的選擇由《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二章第二節(jié)中的規(guī)定可知：當(dāng) 35—63KV 配電裝置出線回路數(shù)為 4—8 回，采用單母分段連接，當(dāng)連接的電源較多，負(fù)荷較大時(shí)也可采用雙母線接線。出線回?cái)?shù)較多、連接的電源較多、負(fù)荷大或污穢環(huán)境中的，35～60 千伏屋外配電裝置，可采用雙母線接線。投資也較單母分段帶旁母少。 10kV 主接線的選擇《變電所設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》第 23 條：6kV 和 10kV 配電裝置中，一般采用分段單母線或單母線接線。本所 10kV 側(cè)出線數(shù)為 10 回，又 c、d 廠采用雙回路供電，所以采用單母分段接線方式。 所用電設(shè)計(jì)一　所用電源引接方式在選擇所用變時(shí)一般情況下，廠家不生產(chǎn) 110/ 或 35/ 的雙繞組變壓器，又因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)故障較多，從所外電源引接所用電源可靠性較低。并要加裝限流電抗器。本所站變電壓等級(jí) 10/，低壓側(cè)為三相母線制運(yùn)行，且 側(cè)采用單母分段接線方式，以保證所用電的可靠性和靈活性。第 5 章 電路電流計(jì)算 節(jié) 短路電流計(jì)算的目的在發(fā)電廠和變電所的電氣設(shè)計(jì)中，短路電流計(jì)算是其中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其計(jì)算的目的主要有以下幾方面：1．在選擇電氣主接線時(shí)，為了比較各種接線方案，或確定某一接線是否需要采取限制短路電流的措施等，均需進(jìn)行必要的短路電流計(jì)算。例如：計(jì)算某一時(shí)刻的短路電流有效值，用以校驗(yàn)開關(guān)設(shè)備的開斷能力和確定電抗器的電抗值，計(jì)算短路后較長時(shí)間短路電流有效值，用以校驗(yàn)設(shè)備的熱穩(wěn)定，計(jì)算短路電流沖擊值，用以校驗(yàn)設(shè)備動(dòng)穩(wěn)定。4．在選擇繼電保護(hù)方式和進(jìn)行整定計(jì)算時(shí)，需以各種短路時(shí)的短路電流為依據(jù)。 短路電流計(jì)算的條件1　基本假定短路電流實(shí)用計(jì)算中，采用以下假設(shè)條件和原則：1．正常工作時(shí)，三相系統(tǒng)對(duì)稱運(yùn)行；2．所有電源的電動(dòng)勢(shì)、相位角相同；3．系統(tǒng)中的同步和異步電機(jī)均為理想電機(jī)，不考慮電機(jī)磁飽和磁滯、渦流及導(dǎo)體集膚效應(yīng)等影響，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱，定子三相繞組空間相差120。4．電力系統(tǒng)中各元件的磁路不飽和，即帶鐵芯的電氣設(shè)備電抗值不隨電流大小發(fā)生變化。6．同步電機(jī)都具有自動(dòng)調(diào)整勵(lì)磁裝置。8．不考慮短路點(diǎn)的電弧阻抗和變壓器的勵(lì)磁電流。10．