【正文】 lculation when shortcircuit occurs in the working bus of every voltage level.Finally, according to the voltage level of the rated voltage and maximum continuous operating current, equipment will be selected, and then checked.At the same time in the design process the main transformer’s relay protection setting calculation and design of lightning protection will be done to ensure the safety of the reliable operation of substation.Keywords： Stepdown substation Transformer Electrical power main connection Shortcircuit current Equipment selection Lightning protection Relay protection采用半屋內(nèi) GIS 配電裝置的 TQ 化肥廠 110kV 降壓變電所設(shè)計(jì)III前言經(jīng)過三年的系理論知識的學(xué)習(xí)及各種實(shí)習(xí)操作，并在老師精心培育下，對電力系統(tǒng)各部分有了初步的認(rèn)識與了解。畢業(yè)設(shè)計(jì)是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，通過設(shè)計(jì)可以鞏固各課程理論知識，了解變電所設(shè)計(jì)的基本方法，了解變電所電能分配等各種實(shí)際問題，培養(yǎng)獨(dú)立分析和解決實(shí)際工程技術(shù)問題的能力，同時(shí)對電力工業(yè)的有關(guān)政策、方針、技術(shù)規(guī)程有一定的了解，在計(jì)算繪圖、編號、設(shè)計(jì)說明書等方面得到訓(xùn)練，為今后從事供電技術(shù)工作奠定基礎(chǔ)。一級負(fù)荷：中斷供電將造成人身傷亡或重大設(shè)備損壞，且難以挽回，帶來極大的政治、經(jīng)濟(jì)損失者屬于一級負(fù)荷。二級負(fù)荷：中斷供電將造成設(shè)備局部破壞或生產(chǎn)流程紊亂，且較長時(shí)間才能修復(fù)或大量產(chǎn)品報(bào)廢，重要產(chǎn)品大量減產(chǎn)，屬于二級負(fù)荷。但當(dāng)兩回線路有困難時(shí)（如邊遠(yuǎn)地區(qū)） ，允許有一回專用架空線路供電。三級負(fù)荷對供電無特殊要求，允許較長時(shí)間停電，可用單回線路供電。本變電所為 TQ 有天附近的大型化肥廠的新建變電所，供給本廠工業(yè)及生活用電，為一終端變電所，有兩個(gè)電壓等級，分別為 110 kV 和 6kV。本變電所 110kV 進(jìn)出線共有兩回，分別與系統(tǒng) S1 和 S2 相連，穿越功率近期 5MW，遠(yuǎn)景 10MW；6kV 線路近期 9 回，遠(yuǎn)景發(fā)展 2 回，每個(gè)負(fù)荷中都包含有一級負(fù)荷。鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 2 負(fù)荷分析計(jì)算及主變選擇一、變壓器是變電站的重要設(shè)備，其容量、臺數(shù)直接影響主接線的形式和配電裝置的結(jié)構(gòu)，如選用適當(dāng)不僅可減少投資，減少占地面積，同時(shí)也可減少運(yùn)行電能損耗，提高運(yùn)行效率和可靠性，改善電網(wǎng)穩(wěn)定性能。2）對地區(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)三臺變壓器。(2)變壓器容量：裝有兩臺變壓器的變電站，采用暗備用方式，當(dāng)其中一臺主變因事故斷開，另一臺主變的容量應(yīng)滿足全部負(fù)荷的 70%，考慮變壓器的事故過負(fù)荷能力為40%，則可保證 80%負(fù)荷供電。(4)繞組數(shù)和接線組別的確定：該變電所有兩個(gè)電壓等級，所以選用雙繞組變壓器，連接方式必須和系統(tǒng)電壓相位一致，否則不能并列運(yùn)行，110kV 及以上電壓等級，變壓器繞組都采用YN 連接，6kV 采用 Δ 連接。5%，而且當(dāng)調(diào)壓要求的變化趨勢與實(shí)際相反（如逆調(diào)壓）時(shí)，僅靠調(diào)整普通變壓器的分接頭方法就無法滿足要求。它的調(diào)壓范圍較大，一般在 15%以上，有載調(diào)壓變壓器可以保證母線電壓恒定，保證供電質(zhì)量，特別是在潮流方向不固定，而要求變壓器副邊電壓保持一定范圍的情況下，有載調(diào)壓可以解決，因此選用有載調(diào)壓變壓器。小容量變壓器一般采用自然風(fēng)冷卻?？紤]到冷卻系統(tǒng)的供電可靠性、要求及維護(hù)工作量，首選自然風(fēng)冷冷卻方式。最大綜合計(jì)算負(fù)荷的計(jì)算： ???? ??????????????? ）（??式中 ——各出線的遠(yuǎn)景最大負(fù)荷；maxiPCOSΦ i——各出線的自然功率因數(shù)； Kt——同時(shí)系數(shù)，其大小由出線回路數(shù)決定，出線回路數(shù)越多其值越小，一般在 ~ 之間； α %——線損率，取 5%.由 max2SN?（）得 另由單臺故障時(shí) ??INSS???~6S（）得 查詢雙繞組電力變壓器技術(shù)參數(shù)表，選擇主變?yōu)?SFZ716000/110，油浸風(fēng)冷有載調(diào)壓變壓器，繞組材料為銅，額定容量為 16000kVA，高壓側(cè)額定電壓為110kV，低壓側(cè)額定電壓為 ，聯(lián)接組別 YN d11；阻抗電壓 %。每臺站用變壓器容量按全站計(jì)算負(fù)荷選擇。本變電所沒有電源聯(lián)絡(luò)線，固本變電所采用兩臺站用變壓器，其容量：50kVA；站用變壓器應(yīng)選用低損耗節(jié)能型產(chǎn)品。本變電所高壓側(cè)為 110kV 電壓等級，可以采用全絕緣。b、10kV 在局部條件成熟的區(qū)域，可試用中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地方式。電纜： （）)(?表 ：廠站母線增加的電容電流：電網(wǎng)電壓 kV 6 10 35 63 11018 16 13 12 10先假設(shè)本變電所 6kV 出線都是架空線，則有： （）AIc (6723 ????????）（）所以主變低壓側(cè)中性點(diǎn)不需要經(jīng)消弧線圈接地，既不接地。2）電網(wǎng)的無功補(bǔ)償應(yīng)按分層分區(qū)和就地平衡原則配置，采取用戶端分散就地補(bǔ)償與地區(qū)變電站集中補(bǔ)償相結(jié)合的方式，以利于降低電網(wǎng)損耗和有效控制電壓質(zhì)量。(%)?CI采用半屋內(nèi) GIS 配電裝置的 TQ 化肥廠 110kV 降壓變電所設(shè)計(jì) 5 4）一般情況下，220 千伏變電站容性補(bǔ)償容量按主變壓器容量的 10%~25%配置；110 千伏及以下變電站容性無功補(bǔ)償容量按主變壓器容量的 15%~30%配置。5）110 千伏變電站采用并聯(lián)電容器補(bǔ)償，補(bǔ)償電容器分別安裝在 6~10 千伏的分段母線上。在用地面積受限的地區(qū)，也可采用集合式電容組。7）110 千伏變電站無功補(bǔ)償（《河南電網(wǎng)發(fā)展技術(shù)原則》 ）（1）變電站低壓電容器補(bǔ)償按補(bǔ)償主變損耗、留足備用的原則，經(jīng)調(diào)相調(diào)壓計(jì)算后，宜按如下配置：40 兆伏安主變： 兆乏+ 兆乏50 兆伏安主變：3 兆乏＋ 兆乏63 兆伏安主變：2 兆乏（2）對于電纜出線較多的變電站，應(yīng)考慮配置適當(dāng)?shù)蛪弘娍蛊?。此設(shè)計(jì)中主變?nèi)萘繛?16000kVA*2=32022kVA，故并聯(lián)電容器的容量為：4800kVar—9600kVar 為宜，在此設(shè)計(jì)中取 9600kVar。2）對于單獨(dú)補(bǔ)償?shù)哪撑_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。3）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 ％。2）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，以便采用中性線不平衡電流保護(hù)，雙星形臺數(shù)為 12 的倍數(shù)，單星形臺數(shù)為 6 的倍數(shù)。本變電所應(yīng)采用雙星形接線。電容器個(gè)數(shù)：9600kVar247。中性點(diǎn)接地方式：對該變電所進(jìn)行無功補(bǔ)償，主要是補(bǔ)償主變和負(fù)荷的無功功率，因此并聯(lián)電容器裝置裝設(shè)在變電所低壓側(cè)，故采用中性點(diǎn)不接地方式。采用半屋內(nèi) GIS 配電裝置的 TQ 化肥廠 110kV 降壓變電所設(shè)計(jì) 7 3 電氣主接線設(shè)計(jì) 對電氣主接線的基本要求發(fā)電廠和變電所中的一次設(shè)備、按一定要求和順序連接成的電路，稱為電氣主接線，也成主電路。它表明各種一次設(shè)備的數(shù)量和作用，設(shè)備間的連接方式，以及與電力系統(tǒng)的連接情況。 可靠性 1)斷路器檢修時(shí)，能否不影響供電。 3)發(fā)電廠、變電所全部停運(yùn)的可能性。 靈活性 1)調(diào)度靈活 2)檢修安全、方便 3)擴(kuò)建方便 經(jīng)濟(jì)性1)投資省。3)二次回路簡單。5)占地面積小。主接線除應(yīng)滿足以上技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面的基本要求外，還應(yīng)有發(fā)展和擴(kuò)建的可能性，以適應(yīng)發(fā)電廠和變電所可能擴(kuò)建的需要。（2）無匯流母線的接線：變壓器線路單元接線、橋形接線、角形接線等。采用分段單母線或雙母線的 110—220kV 配電裝置，當(dāng)短路點(diǎn)不允許停電檢修時(shí)，一般需設(shè)置旁路母線。35～6kV 配電裝置中，一般不設(shè)旁路母線，因?yàn)橹匾脩舳嗍请p回路供電，且斷路器檢修時(shí)間短，平均每年約 2～3 天。6—10kV 配電裝置，可不設(shè)旁路母線，對于初線回路數(shù)多或多數(shù)線路向用戶單獨(dú)供電，以及不允許停電的單母線、分段單母線的配電裝置，可設(shè)置旁路母線，采用雙母線 6—10kV 配電裝置多不設(shè)旁路母線。若能滿足繼電保護(hù)要求時(shí)，也可采用線路分支接線。 110kV 側(cè)主接線設(shè)計(jì)本變電所 110kV 側(cè)供電線路只有兩回，線路較長，故選用單母線分段接線與內(nèi)橋接線這兩種方案進(jìn)行比較。故選用手車式單母線分段接線與單母線分段帶旁母接線兩種方案進(jìn)行比較決定。優(yōu)點(diǎn)：接線簡單、清晰，使用開關(guān)量相對較少。缺點(diǎn)：不適用于主變經(jīng)常投切的情況，主變投切需要短時(shí)停電。優(yōu)點(diǎn)：具有單母線分段的全部優(yōu)點(diǎn)，并在檢修斷路器時(shí)不至于中斷對用戶供電。缺點(diǎn)：占地面地大，刀閘多，投資較多。6kV 側(cè)方案一比較經(jīng)濟(jì)，而且現(xiàn)在多采用手車式開關(guān)柜，可靠性也較高，可以滿足要求，故采用手車式單母線分段接線。當(dāng)選擇最大運(yùn)行方式時(shí)，短路電流是最大的。下面開始計(jì)算各回路電抗（取基準(zhǔn)功率 Sd = 100MVA Ud=Uav）根據(jù)任務(wù)書中的數(shù)據(jù)及所選變壓器的參數(shù)有：圖 中： （）?SX （） （） ???dULx同理有 ?XX（） （）%*76 ???NdsTSuX此計(jì)算過程中略去了各元件的電阻、輸電線路的電容和變壓器的勵(lì)磁支路。本次計(jì)算用同一變換法，將電源合并成，求等值電抗。說明：1)距短路點(diǎn)電氣距離相差很大的電源，即使是同類型電源不能合并；2)直接接于短路點(diǎn)的發(fā)電機(jī)（或發(fā)電廠）應(yīng)單獨(dú)處理；3)無限大容量電源不能合并，必須單獨(dú)計(jì)算。對于短路點(diǎn) K1：等值電抗為 () *??XK計(jì)算電抗：發(fā)電機(jī)的縱軸次暫態(tài)電抗和歸算到發(fā)電機(jī)額定容量的外接電抗標(biāo)幺值之和。對于短路點(diǎn) KK2，由于電源對其的計(jì)算電抗 Xjs ，近似認(rèn)為短路電流周期分量的幅值已不隨時(shí)間變化，則有：110kV 側(cè)： () *4*2 ???jsKssXII () AUSII avjsKs???6kV 側(cè)： .7 *2* ??jsKI鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 () AUSXII avjsKs???? 短路電流計(jì)算結(jié)果匯總表 ：短路電流計(jì)算結(jié)果：短路點(diǎn)(A)I(A)2tkI（A）tkI（A）shi110kV 母線 6kV 母線（并列） ?采用半屋內(nèi) GIS 配電裝置的 TQ 化肥廠 110kV 降壓變電所設(shè)計(jì) 15 5 配電裝置的配置及主要電氣設(shè)備的選擇 配電裝置的配置發(fā)電廠和變電站主接線中，所裝開關(guān)電器、載留導(dǎo)體以及保護(hù)和測量電器等設(shè)備，按一定要求建設(shè)而成的電工建筑物，稱為配電裝置?？梢哉f，配電裝置是具體實(shí)現(xiàn)電氣主接線功能的重要裝置。 2)敞露在空氣中的屋內(nèi)和外配電裝置的各種間距中，最基本是：A1 值：帶電部分對接地之間的空間最小安全凈距。3)B、C 、D 、E 等值均系在 A1 值基礎(chǔ)上再考慮一些其他實(shí)際因素得出的。一般由架構(gòu)（屋外配電裝置）或隔板（或墻體）來分界，使不同電氣回路互相隔離，故稱為間隔。對成套式配電裝置，如果采用的是高壓開關(guān)柜，則每個(gè)開關(guān)柜為一個(gè)間隔。采用高壓開關(guān)柜的屋內(nèi)配電裝置則按開關(guān)柜布置的列數(shù)分為單列布置和雙列布置。2）保證運(yùn)行安全和工作可靠。3）便于檢修、操作和巡視。鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 5）在保證上述條件下，應(yīng)節(jié)約材料，減少投資。屋內(nèi)配電裝置是將電氣設(shè)備安裝在屋內(nèi)，它的特點(diǎn)是占地面積小，運(yùn)行維護(hù)和操作條件較好，電氣設(shè)備受污穢和氣候條件影響較小；但需建造房屋，投資較大。在發(fā)電廠和變電所中，一般 35kV 及以下的配電裝置采用屋內(nèi)配電裝置，110kV 及以上的配電裝置多采用屋外配電裝置。成套配電裝置一般布置在屋內(nèi)，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)精密，占地面積小，建設(shè)期短，運(yùn)行可靠，