【正文】 22 變壓器冷卻方式的確定 23 變壓器的選擇結(jié)果 23 變電所接入系統(tǒng)的方式的確定 23 變電站電氣主接線的選擇 24 變電站電氣主接線的基本要求 24 電氣主接線的基本類型 25 本變電站主接線的確定 25 電氣設(shè)備的選擇 27 電氣設(shè)備的特性 27 電氣設(shè)備選擇的一般條件 29 短路電流計算 33 電氣設(shè)備的選擇 36 電氣設(shè)備選擇結(jié)果列表 44第5章 變電站的防雷與接地 46 變電站防雷 46 變電站防雷的必要性 46 變電站的防雷 46 變電站的接地 46 接地的必要性 46 變電站接地設(shè)計 47第6章 結(jié)論與展望 48 畢業(yè)設(shè)計總結(jié) 48 變電站的發(fā)展展望 48參考文獻 50致 謝 51附錄A 外文參考文獻 52A1 英文原文 52A2 譯文 62附錄B 電氣主接線圖 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 第1章 緒論 課題研究的目的意義電能是國民經(jīng)濟發(fā)展的動力主要來源,也是人們?nèi)粘Ｉ畈豢苫蛉钡哪茉?工業(yè)生產(chǎn)中機器的旋轉(zhuǎn)是由電能驅(qū)動的電動機帶動的,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中灌溉是由電能帶動水泵來實現(xiàn)的,醫(yī)療器械的很大部分是由電能驅(qū)動的,日常生活中的照明,電視娛樂,甚至飲食起居都與電能息息相關(guān),可以說如果沒有電,社會將無法正常運轉(zhuǎn).電能是由一次能源轉(zhuǎn)化而來的,由發(fā)電機、升壓變電站、輸電線路、降壓變電站、用電設(shè)備構(gòu)成的電力系統(tǒng)完成了將電能傳輸?shù)接脩舻娜蝿?wù)，再在用戶處通過用電設(shè)備將電能轉(zhuǎn)換成機械能、熱能、光能等其它形式的能量。由于受到絕緣水平和制造工藝的限制，發(fā)電機端發(fā)出的電壓僅為2030k v，由s=ui可知當(dāng)傳輸功率一定時，電壓越低，電流越大，傳輸過程中的電能損耗就越大，這樣到遠距離的輸電線路末端，電壓將可能不能滿足用戶的要求，因此，為了降低電能損耗，提高末端電壓，必須將電壓升高，再進行電力傳輸。由于高壓操作維護較困難，且考慮到用戶安全，到達用電地區(qū)后再經(jīng)降壓變電站將電壓降低到供用戶使用的電壓，因此，變電站在電能的傳輸過程中具有不可替代的作用。變電站的位置、變電站與系統(tǒng)的連接方式、變電站的容量、變電站的主接線形式等因素將影響電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及電網(wǎng)建設(shè)經(jīng)濟性乃至影響電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 變電站規(guī)劃設(shè)計研究現(xiàn)狀變電站的規(guī)劃設(shè)計主要包括變電站個數(shù)及容量的確定、變電站之間的連接方式及供電范圍的確定等以建立優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 變電站一次及二次設(shè)備的發(fā)展 變電站一次設(shè)備的發(fā)展由電力系統(tǒng)傳輸來的電能經(jīng)隔離開關(guān)、斷路器、然后經(jīng)過變壓器進行電壓變換，將電能傳輸?shù)絽R流母線再進行電能的分配。一次設(shè)備的主要特點是高電壓，它的發(fā)展主要表現(xiàn)在絕緣水平和滅弧能力的提高，以提高電力系統(tǒng)的運行水平；以及在故障情況下切斷故障的能力，以提高電能質(zhì)量。絕緣技術(shù)及斷流技術(shù)的發(fā)展使變壓器的容量也得以不斷擴大，從而促進了大規(guī)模電力系統(tǒng)的形成。這些對一次設(shè)備進行保護、監(jiān)視、測量、控制的設(shè)備稱為變電站的二次設(shè)備，由二次設(shè)備組成的系統(tǒng)稱為繼電保護系統(tǒng)。目前，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，變電站的二次系統(tǒng)正在向數(shù)字化、智能化發(fā)展。智能變電站通過加裝智能元件，從而使一次與二次，變電站與變電站之間的通信更加智能化，是電力系統(tǒng)的運行的可控性進一步加強。磁在我國古代最早應(yīng)用于指南針，從磁石到司南、指南魚、指北龜，人們認識到地球的磁性，磁極是成對出現(xiàn)的、發(fā)現(xiàn)了地球的水平傾角、電流的磁效應(yīng)等重要的現(xiàn)象陸續(xù)被人們發(fā)現(xiàn)，人們對磁的認識越來越深。1831年法拉第在經(jīng)過了多次的實驗與觀察思考后提出了著名的電磁感應(yīng)定律：一個線圈中感生的感應(yīng)電流，其大小與單位時間中線圈所切割的磁力線多少成正比，與線圈電阻成反比。為發(fā)電機的發(fā)明做了理論鋪墊。在電磁感應(yīng)原理基礎(chǔ)上產(chǎn)生的交流電，1876年在電力照明領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。電機的進步及交流電的應(yīng)用，使工業(yè)生產(chǎn)的動力來源問題得到解決，只要有人集中建造發(fā)電廠，再用導(dǎo)線就可以將電能輸送到各個工廠及千家萬戶，對每個用戶來說只要具備電動機就成為動力來源了。1875年，法國巴黎建成世界上第一座火力發(fā)電廠，標(biāo)志著世界電力時代的到來。從此中國翻開了電力工業(yè)的第一頁。電力的廣泛應(yīng)用，電力需求的不斷增加，推動電力技術(shù)不斷發(fā)展。從發(fā)電廠向用戶輸送電能的問題，早在1873年法國佛泰因在維也納國際博覽會上用燃氣發(fā)動機帶動發(fā)電機，輸電到一千米以外的電動機，成功的驅(qū)動了一臺水泵。1876年俄國雅布羅契柯夫用交流向路燈輸電并采用開磁路的最早的變壓器。1882年他在法國建造了57千米的輸電線，將密士巴赫水電站的電能輸送到巴黎博覽會，功率約為3馬力，始端電壓為1413v，終端電壓為850v，線路損失高達總能量的78%。由于交流電可以用變壓器很方便的提高或降低電壓，同時交流電機制造方便、成本低廉，不會產(chǎn)生換向故障等優(yōu)點，交流電得到廣泛應(yīng)用。1888年多里沃—多布羅夫斯基創(chuàng)立三相制，在1991年建成由法國勞芬水電廠至德國法蘭克福的三相交流高壓輸電線路。輸電效率已達到80%以上，經(jīng)濟效益比較顯著，此后的交流輸電大都采用三相制了。歐洲各國興辦電廠數(shù)目也迅速增加，電力工業(yè)已經(jīng)成為重要的產(chǎn)業(yè)部門了。接通時就將金屬棒插入水銀中，斷開時將棒提起。除了在接通后開關(guān)觸點要接觸良好外，隨著功率和電流的增大，開關(guān)斷開時產(chǎn)生的火花就成為電弧了。因此必須設(shè)法使電弧及早熄滅，使電路的分?jǐn)喑晒Α?897年英國工程師布朗取得羊角形出頭的斷路器專利。電力傳輸技術(shù)的發(fā)展，表現(xiàn)在電壓等級的不斷提高。1906年發(fā)明了懸鏈?zhǔn)浇^緣子，它比針柱式絕緣子耐受的電壓可以提高很多倍，而且機械強度也大為增加，可以承受更粗重的導(dǎo)線。高壓斷路器出現(xiàn)多種類型，特別是滅弧技術(shù)不斷改進。這些技術(shù)使高壓及超高壓的大功率遠程輸電線路陸續(xù)實現(xiàn)[1]。1936年美國建成287kv輸電線。我國在70年代建成了西北的330kv線路，80年代建成了東北、華中、華北的500kv輸電線，并形成了近十個大型電力系統(tǒng)[2]。如果用戶離發(fā)電廠較遠，就需要通過升壓變電站的升壓變壓器才能輸送過去。這種由單臺發(fā)電機供電的方式，由于用戶的用電隨著季節(jié)、日月、晝夜而不同。另外，雷電的發(fā)生、設(shè)備故障以及開關(guān)操作引起的過電壓都會引起用戶用電的中斷。目前，全國出現(xiàn)區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)的趨勢，可以產(chǎn)生更顯著的經(jīng)濟效益：(1)更經(jīng)濟合理的開發(fā)一次能源，優(yōu)化電能資源配置，實現(xiàn)水、火電資源的優(yōu)勢互補。(2)降低互聯(lián)的各電網(wǎng)總的高峰用電負荷，提高提高發(fā)電機組的利用率。由于各區(qū)域電網(wǎng)的用電構(gòu)成、負荷特性、電力消費習(xí)慣存在一定差異，各電網(wǎng)的年負荷曲線、周負荷曲線和日負荷曲線將不同，使得各電網(wǎng)高峰用電負荷可能不出現(xiàn)在同一時間，相互錯開。因此，在整個電網(wǎng)同樣運行容量的條件下，可向用戶提供更多的電力，從而提高發(fā)電機組的利用率。檢修和緊急事故備用互助支援，減少備用發(fā)電容量。電網(wǎng)互聯(lián)以后，滿足同樣容量負荷水平的發(fā)電容量水平將減少，整個系統(tǒng)備用容量一般按期望的尖峰負荷的一定百分比安排，另外，整個系統(tǒng)內(nèi)單一元件故障的容量不會因聯(lián)網(wǎng)而增加，這樣，整個系統(tǒng)的備用容量可相應(yīng)減少。由于各區(qū)域電網(wǎng)可分享備用容量，在出現(xiàn)事故時最有效的利用現(xiàn)有發(fā)電容量，進行緊急事故的相互支援，從而減少用于備用的安裝容量。(5)安裝高效率、低成本大容量機組和建設(shè)更大容量規(guī)模電廠，產(chǎn)生更大規(guī)模經(jīng)濟效益，為了電力系統(tǒng)的安全運行，確保連續(xù)、可靠供電，單臺機組和但各電廠的容量占系統(tǒng)容量的比例應(yīng)保持在一定范圍內(nèi)，具體比例由各國電力系統(tǒng)安全導(dǎo)則按照停電造成的社會影響確定，一般應(yīng)保持在10%的范圍內(nèi)。整個系統(tǒng)容量增加，單臺機組和電廠規(guī)?？杉哟螅嗟耐度氪笮?、特大型高效率機組，從而是整個系統(tǒng)火電廠的供電煤耗率和供電成本以及電廠運行、維護和管理的成本降低[2]。最早的保護設(shè)備只是簡單的熔斷器、避雷器、自動斷路器等。繼電保護已經(jīng)發(fā)展成為電廠中的一種專門技術(shù)了。這方面已經(jīng)進行了很多研究：例如電能的潮流分布、短路電流的計算、靜態(tài)及動態(tài)穩(wěn)定性判定、過電壓分布等，又如勵磁調(diào)節(jié)技術(shù)、無功功率的補償、水電火電的配合、抽水蓄能方法、調(diào)峰技術(shù)等等，積累了很多經(jīng)驗。因此對電力系統(tǒng)的研究正在進一步的發(fā)展中。因此，電壓變換在電力生產(chǎn)過程中是一個重要環(huán)節(jié)。變電站的主要電氣設(shè)備有電力變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、電壓互感器、電流互感器、避雷器、母線及各種無功補償裝置。電能在輸送過程中由于電流的熱效應(yīng)，就要產(chǎn)生電能損失，且電能轉(zhuǎn)化為熱能的損失數(shù)量和電流的平方成正比。(2)降低電壓，分配電能。因此，須經(jīng)降壓變電站把電壓降低再分配到用戶。一個電網(wǎng)多數(shù)由多個電源點提供電能，這些電能的集中必須通過樞紐升壓變電站來實現(xiàn)。(4)調(diào)整電壓，提高電壓質(zhì)量，滿足用戶的要求。 變電站的分類(1)樞紐變電站。(2)中間變電站。這樣的變電站主要起中間環(huán)節(jié)作用。地區(qū)變電站高壓側(cè)一般為110—220kv，低壓側(cè)一般為10—110kv，主要對地區(qū)用戶供電，所以這類變電站是一個地區(qū)或城市的主要變電站。企業(yè)變電站是大中型企業(yè)的專用變電站，電壓等級為35—220kv，1—2回進線。終端變電站位于配電線路的終端，接近負荷處，高壓側(cè)10—110kv引入線，經(jīng)降壓后向用戶供電[3]。室外變電站除控制、直流電源等設(shè)備放在室內(nèi)外，變壓器、隔離開關(guān)、斷路器等主要設(shè)備均布置在室外。(2)室內(nèi)變電站。(3)地下變電站。(4)箱式變電站。箱式變電站是由工廠設(shè)計和制造的，結(jié)構(gòu)緊湊、占地少、可靠性高、安裝方便，廣泛應(yīng)用于居民小區(qū)和公園等場所。箱式變電站按裝設(shè)位置不同又可分為戶內(nèi)和戶外兩種類型。將變電設(shè)備裝在車輛上，以供臨時或短期用電場所的需要[3]。作為其中的變電環(huán)節(jié)，智能變電站必將成為其發(fā)展的主要方向。與常規(guī)站項目比起，智能變電站具有如下特點：(1)一次設(shè)備的數(shù)字化、智能化。(2)二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化。如測量控制裝置、繼電保護裝置、故障錄波裝置、防誤閉鎖裝置、以及在線狀態(tài)檢測裝置等都是都采用高速網(wǎng)絡(luò)通信連接，并具備對外光纖網(wǎng)絡(luò)通信接口。(3)變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)實現(xiàn)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一化。(4)運行管理系統(tǒng)的自動化。綜合以上特點分析，智能變電站的建設(shè)與常規(guī)變電站不盡相同，一是新增了智能組件，在智能組件的配合下，傳統(tǒng)的一次設(shè)備具有了智能作用；二是智能變電站新型設(shè)備的應(yīng)用，安裝形式將產(chǎn)生變化，如新型保護測控裝置之間的鏈接，由電纜鏈接轉(zhuǎn)為光纖連接，安裝時需加強對光纖的保護；三是變電站二次設(shè)備的調(diào)試形式發(fā)生大的變化，保護測控等二次設(shè)備輸入量采用數(shù)字化形式，相應(yīng)的，數(shù)字繼電保護測試儀等新型測試儀器將大量采用[4]。無霜期年平均為197天，平均年降水量520毫米，多集中在78月份。其經(jīng)濟開發(fā)區(qū)位于縣城西部，發(fā)展環(huán)境條件比較優(yōu)越，京廣、京九、京珠、青銀四大高速東西環(huán)抱，省級邢德路穿區(qū)而過，定魏、巨廣線在此交匯，交通便利。近年來，隨著地方經(jīng)濟的發(fā)展，該地區(qū)的工業(yè)得到迅速發(fā)展：鋼鐵制造工業(yè)、冶金工業(yè)、新能源、新型建材等相繼建立，形成了該縣經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，有力帶動了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展。由于當(dāng)?shù)刎摵稍鲩L較快，發(fā)展?jié)摿^大，且電網(wǎng)結(jié)構(gòu)比較薄弱，所以為了滿足當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展的需求，并考慮當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的發(fā)展，決定在此地建設(shè)新變電站。 電網(wǎng)基本情況河北南網(wǎng)是華北電網(wǎng)的重要組成部分，其供電 區(qū)域包括河北省南部的保定、石家莊、邢臺、邯鄲、衡水、滄州6個地區(qū)。截至2011年底，全網(wǎng)擁有500千伏變電站13座，容量2100萬千伏安，線路4538公里；220千伏變電站 142 座，容量 4489 萬千伏安，線路8818公里。邢臺電網(wǎng)由500kv彭村和廣元變電站、邢臺電廠和邯邢4條220kv聯(lián)絡(luò)線為電源支撐。該縣目前有220kv變電站一座，110kv變電站兩座，35kv變電站四座。網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)比較薄弱，單線單變情況較多，有些縣只有一路110kv電源，當(dāng)線路停電時，造成大面積停電。由于過去110kv電網(wǎng)由地方集資建設(shè)，缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，各地方為節(jié)省投資，不注意加強主網(wǎng)架建設(shè)，新建變電站往往只是就近破口或T接，一條線路串接或T接多個變電站的情況非常普遍。 負荷預(yù)測 負荷預(yù)測的意義現(xiàn)代的電力系統(tǒng)十分龐大，有無數(shù)個電氣元件組成，發(fā)電機組有千臺，用戶分布在整個供電區(qū)，要使電能能達到“產(chǎn)”“銷”的動態(tài)平衡，必須對用電量進行預(yù)測，按用戶需求來編制發(fā)電機機組的開停計劃，只有這樣才能保證可靠的供電，也只有這樣才能達到電力系統(tǒng)的經(jīng)濟運行。電力建設(shè)投資過早，會使過剩的電力設(shè)備不能發(fā)揮作用、不能產(chǎn)生經(jīng)濟效益，對一個發(fā)展中國家來說應(yīng)該避免這樣的情況出現(xiàn)，編制電力系統(tǒng)規(guī)劃的目的也就在于此。適應(yīng)能力強，結(jié)構(gòu)合理，能滿足城市和農(nóng)村經(jīng)濟、社會發(fā)展和生活用電需要的電網(wǎng)網(wǎng)架，實現(xiàn)這個目標(biāo)的第一步就是要做好負荷預(yù)測。電力系統(tǒng)負荷預(yù)測包括最大負荷功率、負荷電量及負荷曲線的預(yù)測。為了選擇適當(dāng)?shù)臋C組類型和合理的電源結(jié)構(gòu)以及確定燃料計劃等，還必須預(yù)測負荷及電量。負荷預(yù)測的內(nèi)容取決于電網(wǎng)規(guī)劃的目標(biāo)和內(nèi)容，為了確定規(guī)劃年的輸配電系統(tǒng)所需要的設(shè)備容量，必須先對供電區(qū)與規(guī)劃年相應(yīng)的負荷總量進行預(yù)測；為了確定變電所設(shè)備的合理分布，要求對供電區(qū)內(nèi)進行分塊負荷預(yù)測，每塊的面積大小和電網(wǎng)電壓等級有關(guān)，電壓高的面積大，如110—35kv電網(wǎng)的分塊為1—3km2，10—，而且還和供電區(qū)的負荷密度相關(guān)。(2)短期負荷預(yù)測是指日負荷預(yù)測和周負荷預(yù)測，分別用于安排日調(diào)度計劃和周調(diào)度計劃，包括確定機組起停、水火電協(xié)調(diào)、聯(lián)絡(luò)線交換功率、負荷經(jīng)濟分配、水庫調(diào)度和設(shè)備檢修等，對短期預(yù)測，需充分研究電網(wǎng)負荷變化規(guī)律，分析負荷變化相關(guān)因子，特別是天氣因素、負荷類型等和短期負荷變化的關(guān)系。 (4)長期負荷預(yù)測是指未來3～5年甚至更長時間段內(nèi)的負荷預(yù)測，主要是電網(wǎng)規(guī)劃部門根據(jù)國民經(jīng)濟的發(fā)展和對電力負荷的需求，所作的電網(wǎng)改造和擴建工作的遠景規(guī)劃。 負荷預(yù)測的方法目前能用于工程的預(yù)測方法很多，大體可分為兩類：一類是確定性預(yù)測方法，把電量和電力負荷預(yù)測用一個或一組方程來描述，他與變量之間有明確的對應(yīng)關(guān)系，如經(jīng)濟計量預(yù)測法、時間序列法、相關(guān)法和最小二乘法等等。 負荷預(yù)測的過程負荷預(yù)測工作的關(guān)鍵在于收集大量的歷史數(shù)據(jù)