【正文】 ............. 74 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 前 言 我國是世界能源消耗大國，煤炭消費總量居世界第一位，電力消費總量居世界第二位，但一次能源分布和生產(chǎn)力發(fā)展水平卻很不均勻。這種能源分布與消費的不平衡狀況，決定了能源必須在全國范圍內(nèi)優(yōu)化配置，必須以大煤電基地、大水電 基地為依托。而變電站擔(dān)負(fù)著從電力系統(tǒng)受電，經(jīng)過變壓，然后分配電能的任務(wù)，是輸送和分配電能的中轉(zhuǎn)站，是供電系統(tǒng)的樞紐，在全國電網(wǎng)中占有特殊重要的位置。 主變壓器最終為 2 臺，追求設(shè)備壽命期內(nèi)最優(yōu)的經(jīng)濟效益。各個電壓等級分別采用 211 斷 路器接線、雙母線和雙母線的接線方式。在短路電流方面，講述了短路電流的危害以及三個電壓等級處短路電流的計算。最后，還對導(dǎo)線截面的確定以及導(dǎo)線截面積的校驗方法進行說明。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 第 1 章 緒論 設(shè)計的技術(shù)基礎(chǔ)和前提 自 20 世紀(jì) 70 年代 330kV電網(wǎng)在我國西北地區(qū)出現(xiàn)自今， 330kV 電網(wǎng)已經(jīng)成為我國西北地區(qū)的主力電網(wǎng)。 330kV 變電站設(shè)計也相應(yīng)經(jīng)歷了初期階段、成長階段和成熟階段。 110kV 電氣主接線：初期一般為雙母線帶旁路接線， 2020 年以后設(shè)計的變電站基本取消旁路母線。到后來絕大多數(shù)采用一個半斷路器中型三列式布置。對于 110kV配電裝置，早期大部分是屋外軟母線中型配電裝置，中型布置單列式和雙列式都用 應(yīng)用。 總平面布置：從開始的一字型立環(huán)式布置開始也經(jīng)歷了很多演變， 20 世紀(jì) 80 年代開始基本上一直采用 330kV 配電裝置、主變壓器及抵低壓無功補償區(qū)和 110kV 配電裝置的三列式布置，所區(qū)占地面積也有很大的下降。 330kV的斷路器型式：初期建設(shè)的變電站大多采用柱式斷路器、空氣斷路器等， 20世紀(jì)開始 80 年代開始采用了進口、合資柱式、國產(chǎn)罐式斷路器。 微機監(jiān)控系統(tǒng)： 20 世紀(jì) 90 年代新設(shè)計的變電站微機監(jiān)控系統(tǒng)都是雙機系統(tǒng)，分層分布式控制，這已是定居。 新技術(shù)應(yīng)用：高抗抽水節(jié)能、調(diào)相機、三項式主變壓器、串聯(lián)電容補償在以往的工西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 程中已經(jīng)得到應(yīng)用；而大容量變壓器、高開斷水平斷路器等將仍是新技術(shù)應(yīng)用的主流。示范變電站設(shè)計的成果及其應(yīng)用和發(fā)展基本上代表了330kV 變電站的設(shè)計現(xiàn)狀，示范變電站設(shè)計的成果已經(jīng)廣泛用于近年來的工程建設(shè)當(dāng)中，變電站設(shè)計已經(jīng)相當(dāng)成熟。 電氣主接線：一個半斷路器接線仍是 330kV的主要推薦接線，具體工程也 可因地制宜的采用技術(shù)經(jīng)濟合理的其他方案，如出線雙斷路器、變壓器母線組接線等。 計算機監(jiān)控系統(tǒng)： 2020 年示范變電站設(shè)計對監(jiān)控系統(tǒng)配置方案、常規(guī)控制與計算機監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟比較、二次設(shè)備分散布置、保護繼電器小室抗干擾措施等方面進行了深入的研究。在布置方面，建設(shè)與環(huán)境協(xié)調(diào)友好的變電站將變得越來越重要，控制變電站噪聲、電磁干擾及減少變電站對周圍景觀的影響也會日益受到重視。 斷路器的選型：目前和將來很長一段時間內(nèi)，瓷柱式斷路器、罐式斷路器、 HGIS、GIS、仍是主要的斷路器型式。 布置方面，一方面，按工程主接線、進出條件和規(guī)劃，充分吸取以往變電站的設(shè)計西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 經(jīng)驗，因地制宜的優(yōu)化配電裝置；另一方面，根據(jù)工程選站的結(jié)論和電氣配電裝置的選型，結(jié)合站址的環(huán)境、地理位置、交通等條件，充分比較并優(yōu)化總布置方案，從而做到布局合理、出線順暢、節(jié)約占地、減少土方、減少拆遷、與環(huán)境協(xié)調(diào)等等。變電工程設(shè)計的發(fā)展和成熟工程經(jīng)驗的積累構(gòu)成了 330kV 變電站設(shè)計的技術(shù)基礎(chǔ)和前提。模塊化設(shè)計的設(shè)計思想是變電工程設(shè)計技術(shù)經(jīng)驗的總結(jié)和發(fā)展。這三個功能區(qū)即能相互獨立，又相互關(guān)聯(lián)和制約，不僅構(gòu)成了變電站總平面的基本模塊，也構(gòu)成模塊化設(shè)計的基本元素。變電工程的這一基本特征是開展模塊化設(shè)計的基礎(chǔ)和前提，也是確定設(shè)計模塊的基本原則。 (2)上述設(shè)計模塊的基本定義。 330kV 高壓并聯(lián)電抗器及其回路內(nèi)電氣設(shè)備 布置區(qū)也是該模塊的設(shè)計內(nèi)容，是一個子模塊，本設(shè)計只做具體的模塊設(shè)計，在平面布置中假定安裝于其中一回線路，在具體的工程設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)條件接入不同線路時其布置位置需相對變化。 主要設(shè)計原則 變電站設(shè)計的原則是：安全可靠、技術(shù)領(lǐng)先、投資合理、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、運行高效。 統(tǒng)一性：建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，基建和生產(chǎn)運行的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，外部形象風(fēng)格要體現(xiàn)國家標(biāo)準(zhǔn)。 先進性：設(shè)計方案、設(shè)備選型先進、合理，占地少、注重環(huán)保，變電站可比技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)先進。 經(jīng)濟性：按照企業(yè) 利益最大化原則，綜合考慮工程初期投資和長期運行費用，追求壽命期內(nèi)最優(yōu)的企業(yè)經(jīng)濟效益。具體設(shè)計要綜合考慮 “ 每個設(shè)備的合理性、每個布置的合理性、每項改進的合理性、每個方案的合理性 ” 。 (2)主變壓器臺數(shù)的確定 原則 ① 對于大城市郊區(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，變電所以裝設(shè)兩臺變壓器為宜。 ③ 對于規(guī)劃只裝設(shè)兩臺變壓器的變電 站 ，其變壓器基礎(chǔ)宜按大于變壓器容量的 1— 2 級設(shè)計，以便負(fù)荷發(fā)展時，更換變壓器的容量。 (3)變壓器容量和型號確定 主變壓器容量一般按變電 站 建成后 510 年規(guī)劃負(fù)荷選擇，并適當(dāng)考慮到遠(yuǎn)期 1020 年的負(fù)荷發(fā)展，對于城市郊區(qū)變電 站 ，主變壓器應(yīng)與城市規(guī)劃相結(jié)合。 ②對于 330 kV及 以下的變電站，在設(shè)備運輸不受條件限制時，均采用三相變壓器。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 ③裝有兩臺及以上主變壓器的變電站，其中一臺事故停運后，其余主變壓器的容量應(yīng)保證該所全部負(fù)荷的 70%到 80%，并應(yīng)保證用戶的一級和全部二級負(fù)荷的供電。 ⑤ 110 kV 及以上中性點直接接地系統(tǒng)連接 的變壓器，一般優(yōu)先選用自耦變壓器，當(dāng)自耦變壓器的第三繞組接有無功補償設(shè)備時，應(yīng)根據(jù)無功功率的潮流情況，校驗公共繞組容量，以免在某種運行方式下，限制自耦變壓器輸出功率。主變壓器的阻抗電壓 (即短路電壓 )，應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)情況、斷路器斷流能力以及變壓器結(jié)構(gòu)選定。 (4)繞 組連接方式的確定原則 我國 330kV 及以上電壓、變壓器都采用 Y。 根據(jù)選擇原則可確定所選擇變壓器繞組接線方式為 Y／ Y／△ 接 線 。例如： OSFPZ9240000 O— 自耦； S— 三相； F— 箱殼外冷卻介質(zhì)為風(fēng)冷； P— 油循環(huán)方式為強迫循環(huán)； Z— 有載調(diào)壓 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 電氣主接線的選擇 電氣主接線概念 電氣主接線是由電氣設(shè)備通過連接線，按其功能要求組成接受和分配電能的電路，成為傳輸強電流、高電壓的網(wǎng)絡(luò)，故又稱為一次接線或電氣系統(tǒng)。 電氣主接線的基本要求 （ 1） 可靠性 具體要求： ① 斷路器檢修時，不宜影響對系統(tǒng)的供電。 ③ 盡量避免發(fā)電廠。 ④ 大機組超高壓電氣主接線應(yīng)滿足可靠性的特殊要求。 ① 調(diào)度時，應(yīng)可 以靈活地投入和切除發(fā)電機、變壓器和線路，調(diào)配電源和負(fù)荷，滿足系統(tǒng)在事故運行方式、檢修運行方式以及特殊運行方式下的系統(tǒng)調(diào)度要求。 ③ 擴建時，可以容易的從初期接線過渡到最終接線。 （ 3） 經(jīng)濟性 ① 投資省 a) 主接線應(yīng)力求簡單，以節(jié)省斷路器、隔離開關(guān)、電流和電壓互感器。 b) 要能使繼電保護和二次 回路不過于復(fù)雜，以節(jié)省二次設(shè)備和控制電纜。 d) 如能滿足系統(tǒng)安全運行及繼電保護要求， 110kV 及以下終端或分支變電所可采用簡易電器。 ③ 電能損耗少 經(jīng)濟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。 電氣主接線關(guān)系著全站電氣設(shè)備的選擇，配電裝置的布置繼電保護及 自動裝置的確定，關(guān)系著電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，靈活和經(jīng)濟運行，是本次變電站設(shè)計中心的主要環(huán)節(jié)，我們在電氣主接線設(shè)計中，依據(jù)以下原則： ①保證必要的供電可靠性和電能質(zhì)量。在操作時簡便、安全，不易發(fā)生誤操作。即投資省，電能損失小，占地面積小。 設(shè)計步驟和內(nèi)容如下 （ 1） 對原始資料分析 ① 工程情況，包括發(fā)電廠類型，設(shè) 計規(guī)劃容量，單機容量及臺數(shù)，最大負(fù)荷利用小時數(shù)及可能的運行方式等。 ③ 負(fù)荷情況，包括負(fù)荷的性質(zhì)及其地理位置、輸電電壓等級、出線回路數(shù)及輸送容量等。污穢、風(fēng)向、水文、地質(zhì)、海拔高度及地震等因素，對電氣主接線中電氣設(shè)備的選擇和配電裝置的實施西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 均有影響。 ⑤ 設(shè)備供貨情 況。依據(jù)對主接線的基本要求，從技術(shù)上論證并淘汰一些明顯不合理的方案，最終保留 2~3個技術(shù)上相當(dāng)，又都能滿足任務(wù)書要求的方案，在進行經(jīng)濟比較。 （ 3） 短路電流計算和主要電器選擇 對選定的電氣主接線進 行短路電流計算，并選擇合理的電氣設(shè)備。 （ 5） 編制工程概算 概算的編制以設(shè)計圖紙為基礎(chǔ)，以國家頒布的《工程建設(shè)預(yù)算費用的構(gòu)成及計算標(biāo)準(zhǔn)》、《全國統(tǒng)一安裝工程預(yù)算定額》、《電力工程概算指標(biāo)》以及其他有關(guān)文件和具體規(guī)定為依據(jù)，并按國家定價與市場調(diào)整或浮動價格相結(jié)合的原則進行。 ② 安裝工程費，包括直接費、間接費和施工機械使用費等。 所選電氣主接線 1) 330kV 主接線的選擇 330KV 主接線的選擇既考慮上述主要原則，同時結(jié)合國內(nèi)長期運行的實踐經(jīng)驗，確定其主接線形式為 3/2斷路器接線，因為其具有很高的可靠性，且目前我國 330KV 及以上系統(tǒng)廣泛采用，實踐證明其有很高的可靠性和運行靈活性，且 330KV、 SF DF 價格較高，分相式斷路器占地面積較大，因此比雙斷路器接線有顯著的經(jīng)濟性。該接線具有可靠性高，運行靈活，節(jié)省占地等優(yōu)點。 缺點是：（ 1）當(dāng)母線或母線隔離開關(guān)檢修或發(fā)生故障時，各回路必須在檢修和短路被 消除之前的全部時間內(nèi)停止工作，造成經(jīng)濟損失很大。 圖 22 圖 23 圖 21 一個半短路器的接線 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 方案（二） : 橋形接線 (圖 23) 110kV 側(cè)以雙回路與系統(tǒng)相連，而變電站最常操作的是切換變壓器，而與系統(tǒng)聯(lián)接的線路不易發(fā)生故障或頻繁切換，因此可采用內(nèi)橋式線，這也有利于以后變電站的擴建。 缺點是：可靠性不是太高，切換操作比較麻煩。 （ 2） 調(diào)度靈活，當(dāng)雙母線的兩組母線同時工作時，通過母線聯(lián)絡(luò)斷路器并聯(lián)運行，電源與負(fù)荷平均分配在兩組母線上。 缺點：當(dāng)母線故障或檢修時，將隔離開關(guān)運行倒閘操作，容易發(fā)生誤操作事故，為了防止誤操作隔離開關(guān)，需在隔離開關(guān)和斷路器之間裝設(shè)可靠的聯(lián)鎖裝置，同時其經(jīng)濟代價較高。 圖 24 圖 25 方案（四） ： 多角形接線 多角形接線的斷路器數(shù)等于電源回路和出線回路的總數(shù)，斷路器接成環(huán)形電路，電西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 源回路和出線回路都接在 2 臺斷路器之間，多角形接線的“角”數(shù)等于回路數(shù)，也就等于斷路器數(shù)。 b) 沒有匯流母線，在接線的任一段上發(fā)生故障，只需切除這一段及與其相連接的元件，對系 統(tǒng)運行的影響較小。 d) 每回路有兩臺斷路器供電，任一臺斷路器檢修，不需中斷供電，也不需旁路設(shè)施。 e) 占地面積小。 ② 缺點： a) 任一臺斷路器檢修，都成開環(huán)運行，從而降低了接線的可靠性。 b) 每一進出線回路都連接著兩臺斷路器，每一臺斷路器又連著兩個回路，從而使繼電保護和控制回路較 單、雙母線復(fù)雜。 適用范圍：適用于最終進出線為 3~5 回的 110kV及以上配電裝置。 采用雙母線接線，不帶旁路母線，選擇該主接線是因為：①可以輪流檢修母線，而不中斷對用戶的供電。③檢修任一回路的母線隔離開關(guān)時，只需斷開該回路 和與此隔離開關(guān)相連的母線，將其他所有回路部分換到另一組母線上運行，該隔離開關(guān)可停電進行檢修。⑤在個別回路需要獨立工作或進行試驗時，可將該回路分別單獨接到一組母線上。比較以上三種接線，雙母線及雙母線帶旁路接線，供電可靠想高，任一回路開關(guān)故障或檢修，或任一回線故障或檢修，都不影響用戶用電，但是倒閘操作復(fù)雜，造價高，單母線分段接線，接線簡單，操作方便，便于擴建，在一定程度上也能提高供電可靠性，但是當(dāng)一段母線上刀閘檢修時，該段母線上的全部出線端都要長時停電，對于本所 35KV出線用戶均為一級，為保證對這些重要用戶得供電，采用雙母線接線方式。 因此， 330 千伏、 110 千伏為直接接地系統(tǒng)， 35 千伏為 不接地系統(tǒng)。它不對外作功，而是轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?。無功功率決不是無用功率，它的用處很大。變壓器也同樣需要無功功率，才能使變壓器的一次線圈產(chǎn)生磁場，在二次線圈感應(yīng)出電壓。單位 為 乏（ var）或千乏 (kvar)，分為 感性無功功率 和 容性無功功率 。改變以往自上而下的補償為自下而上的補償，并根據(jù)國家及有關(guān)部門的規(guī)定，按以下原則進行：電力用戶補償與供電企業(yè)補償相結(jié)合，供電部門在電源點進行補償與用戶自身用電設(shè)備進行補償，兩者實現(xiàn)理想配合。降損與調(diào)壓相結(jié)合，以降損為主，堅 持降損節(jié)能的原則。 減少設(shè)計容量 ,減少投資 ,增加電網(wǎng)中有功功率的輸送比例 ,以及降低線損都直接決定和影響著供