【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 i 110kV 變電站電氣一次部分初步設(shè)計(jì) 摘 要 隨著電力技術(shù)高新化、復(fù)雜化的迅速發(fā)展，電力系統(tǒng)在從發(fā)電到供電的所有領(lǐng)域中，通過新技術(shù)的使用，都在不斷的發(fā)生變化。變電所作為電力系統(tǒng)中一個(gè)關(guān)鍵的環(huán)節(jié)也同樣在新技術(shù)領(lǐng)域得到了充分的發(fā)展。首先，進(jìn)行了電氣主接線的選擇，把電氣主接線分為 110kV、 35kV 和 10kV 三個(gè)電壓等級(jí)，經(jīng)過各個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較，確定了各個(gè)電壓等級(jí)分別采用單母線分段帶旁母接線、單母線分段帶旁母 接線和單母線分段接線。最后，對(duì)防雷保護(hù)和接地方案的設(shè)計(jì)進(jìn)行了選擇。 the main transformer。國家提出了加快城網(wǎng)和農(nóng)網(wǎng)建設(shè)及改造、拉動(dòng)內(nèi)需的發(fā)展計(jì)劃。近年來 110kV 變電站的建設(shè)迅猛發(fā)展。同時(shí)可以增加系統(tǒng)的可靠性，節(jié)約占地面積，使變電站的配置達(dá)到最佳，不斷提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。變電站總負(fù)荷考慮 510 年發(fā)展規(guī)劃，無功補(bǔ)償裝置采用電力電容四組，容量為 4 30000kvar。 表 11 35kV 用戶負(fù)荷統(tǒng)計(jì)資料 用戶名稱 容量（ kVA） 功率因數(shù) 藥廠 食品廠 商場(chǎng) 糖廠 水泥廠 礦廠 紙廠 冶煉廠 8135 3150 5000 4500 20xx 2500 8000 5000 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 2 表 12 10kV 用戶負(fù)荷統(tǒng)計(jì)資料 用戶名稱 最大負(fù)荷（ kW） 功率因數(shù) 馬村 石子廠 食品廠 石灰廠 水 泥廠 礦廠 1800 900 21001 2400 20xx 20xx ⑵ 負(fù)荷分析 ① 35kV 側(cè)： 設(shè) 35kV 功率因數(shù)為 ?1P ＝（ 8135+3150+5000+4500+20xx+2500+8000+5000） *＝ ?1Q =(8135+3150+5000+4500+20xx+2500+8000+5000) *= ?1S ＝ 8135+3150+5000+4500+20xx+2500+8000+5000＝ 38285kVA ② 10kV 側(cè)： ?2P ＝ 1800+900+2100+2400+20xx+20xx＝ 11200kW ?2Q =(1800+900+2100+2400+20xx+20xx) *?2S ＝（ 1120xx+） 1/2＝ 所以： ?P ＝ ?1P +?2P =+11200= kW ?S ＝ ?1S +?2S =38285+＝ 設(shè)計(jì)的任務(wù) （ 1）學(xué)習(xí)和掌握變 電站電氣部分設(shè)計(jì)的基本方法 （ 2）熟悉各種電氣主接線方式，掌握各種方式的倒閘操作順序 （ 3）熟悉所選用電氣設(shè)備的工作原理和性能以及運(yùn)行使用中的注意事項(xiàng) （ 4）培養(yǎng)獨(dú)立分析和解決問題的能力及實(shí)際工程設(shè)計(jì)的基本技能 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 3 2 電氣主接線及設(shè)計(jì) 電氣主接線是發(fā)電廠、變電站電氣設(shè)計(jì)的首要部分，也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)。主接線設(shè)計(jì)必須經(jīng)過技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的充分論證比較，綜合考慮各個(gè)方面的影響因素，最終確定最佳方 案。 ⑴ 可靠性 安全可靠是電力生產(chǎn)的首要任務(wù)，保證供電可靠是電氣主接線最基本的要求，而且也是電力生產(chǎn)和分配的首要要求。 ① 斷路器檢修時(shí)，不宜影響對(duì)系統(tǒng)供電。 ③ 盡量避免變電站全部停電的可能性。 ⑵ 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。 ① 操作的方便性。 操作方便，盡可能的使操作步驟少， 以便于運(yùn)行人員掌握，不致在操作過程中出差錯(cuò)。電氣主接線在正常運(yùn)行時(shí)，要能根據(jù)調(diào)度要求，方便的改變運(yùn)行方式。 ③ 擴(kuò)建的方便性。設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要考慮最終接線的實(shí)現(xiàn)，還要考慮到從初期接線過渡到最終接線的可能和分階段施工的可行方案，使其盡可能地不影響連續(xù)供電或在停電時(shí) 間最短的情況下，將來可順利完成過渡方案的實(shí)施，使改造工作量最少。 ① 投資省。 ② 占地面積小。在不受運(yùn)輸條件許可，都采用三相變壓器，以簡(jiǎn)化布置。在變電站中，電能損耗主要來自于變壓器，應(yīng)經(jīng)濟(jì)合理的選擇變壓器的型式、容量和臺(tái)數(shù)，盡量避免兩次變壓而增加電能損耗。而與有母線的接線相比，無匯流母線的接線使用開關(guān)電器較少，配電裝置占地面積較小，通常用于進(jìn)出線回路少，不再擴(kuò)建和發(fā)展的變電站。 ⑴ 單母線接線 單母線接線供電電源在變電站是變壓器或高壓進(jìn)線回路。各出線回路輸入功率不一定相等，應(yīng)盡可能使負(fù)荷均衡地分配在各出線上，以減少功率在母線上的傳輸。缺點(diǎn)： (1)可 靠性差。 (2)調(diào) 度不方便，電源只能并列運(yùn)行，不能分列運(yùn)行，并且線路側(cè)發(fā)生短路時(shí)，有較大的短路電流。故 220kV可采用單母接線。但是，一段母線或母線隔離河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 5 開關(guān)故障或檢修時(shí)，該段母線的回路都要在檢修期間內(nèi)停電，而出線為雙回時(shí)，常使架空線路出現(xiàn)交叉跨越，擴(kuò)建時(shí)須向兩個(gè)方向均衡擴(kuò)建。故 110kV 和 10kV可采用單母分段接線。 適用于進(jìn)出線不多、容量不大的中小型電壓等級(jí)為 35～ 110kV 的變電所較為實(shí)用，具有足夠的可靠性和靈活性。 ⑷ 雙母線接線 雙母接線有兩種母線，并且可以互為備用。兩組母線之間的聯(lián)絡(luò)，通過母線聯(lián)絡(luò)斷路器來實(shí)現(xiàn)。 由 于雙母線有較高的可靠性，廣泛用于：出線帶電抗器的 6～ 10kV 配電裝置； 35～60kV 出線數(shù)超過 8 回，或連接電源較大、負(fù)荷較大時(shí)； 110～ 220kV 出線數(shù)為 5 回及以上時(shí)。 ⑸ 雙母線分段接線 為了縮小母線故障的停電范圍，可采用雙母分段接線，用分段斷路器將工作母線分為兩段，每段工作母線用各自的母聯(lián)斷路器與備用母線相連，電源和出線回路均勻地分布在兩段工作母線上。這樣，只是部分短時(shí)停電，而不必短期停電。 ⑹ 雙母線帶旁路母線的接線 雙母線可以帶旁路母線，用旁路斷路器替代檢修中的 回路斷路器工作，使該回路不致停電。 ⑺ 橋型接線 當(dāng)只有兩臺(tái)變壓器和兩條輸電線路時(shí)，采用橋行接線，所用斷路器數(shù)目最少，它可分為內(nèi)橋和外橋接線。當(dāng)變壓器故障時(shí)，需停相應(yīng)的線路。當(dāng)線 路故障時(shí)需停相應(yīng)的變壓器。故220kV 的系統(tǒng)可以采用外橋接線，因一般都有穿越功率。為減少因斷路器檢修而開環(huán)運(yùn)行的時(shí)間，保證角形接線運(yùn)行可靠性，以 采用 3～ 5 角形為宜。缺點(diǎn)是：任一臺(tái) 斷路器檢修，都成開環(huán)運(yùn)行，從而降低了接線的可靠性，不易于擴(kuò)建等。故 110kV 和 220kV 可采用角形接線。 適用于只有一臺(tái)變壓器和一回線路時(shí)，故不采用。 變電站 110kV 側(cè)和 10kV 側(cè)，均為單母線分段接線。在采用單母線、分段單母線或雙母線的 35kV～ 110kV系統(tǒng)中，當(dāng)不允許停電檢修斷路器時(shí)，可設(shè)置旁路母線。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 7 圖 21 單母線分段帶旁母接線 圖 22 雙母線帶旁母接線 對(duì)圖 21及圖 22 所示方案Ⅰ、Ⅱ綜合比較，見表 21。經(jīng)綜合分析，決定選第種方案Ⅰ為設(shè)計(jì)的最終方案 35kV 電氣主接線 電壓等級(jí)為 35kV～ 60kV，出線為 4～ 8 回，可采用單母線分段接線，也可采用雙母線接線。所以， 35kV～ 60kV 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)。如圖 23 及圖 24所示。見表 22 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 9 表 22 主接線方案比較 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(chǎng)合。 圖 25 單母線分段接線 項(xiàng)目 方案 方案Ⅰ單 方案Ⅱ雙 技術(shù) 經(jīng)濟(jì) ① 簡(jiǎn)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 設(shè)備少、投資小 ② 用母線分段斷路器兼作旁路斷路器節(jié)省投資 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 ① 設(shè)備多、配電裝置復(fù)雜 ② 投資和占地面大 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 10 圖 26 雙母線接線 對(duì)圖 25及圖 26 所示方案Ⅰ、Ⅱ綜合比較，見表 23 表 23 主接線方案比較 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。 項(xiàng)目 方案 方案Ⅰ單分 方案Ⅱ雙 技術(shù) 經(jīng)濟(jì) ① 不會(huì)造成全所停電 ② 調(diào)度靈活 ③ 保證對(duì)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 占地少 ② 設(shè)備少 ① 供電可靠 ② 調(diào)度靈活 ③ 擴(kuò)建方便 ④ 便于試驗(yàn) 易誤操作 ① 設(shè)備多、配電裝置復(fù)雜 ② 投資和占地面大 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 11 3 主變壓器的選擇 在發(fā)電廠和變電站中，用來向電力系統(tǒng)或用戶輸送功率的變壓器，稱為主變壓器。 （ 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)主變壓器的可能性。 此設(shè)計(jì)中的變電所符合（ 1）情況，故主變?cè)O(shè)計(jì)為兩臺(tái)。 主變壓器容量的確定 主變壓器的確定除依據(jù)傳遞容量基本原始資料外，還應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng) 5～ 10 年規(guī)劃發(fā)展，并適當(dāng)考慮到遠(yuǎn)期 10～ 20 年的負(fù)荷發(fā)展。但是，當(dāng)變壓器的一次繞組直接與發(fā)電機(jī)的出線端相連時(shí)，其一次繞組的額定電壓應(yīng)與發(fā)電機(jī)額定電壓相同，即 U1=Ue。若線路短，線路上壓降小，其二次繞組額定電壓可取 。因?yàn)閱蜗嘧儔浩鹘M相對(duì)投資大、占地多、運(yùn)行損耗也較大，同時(shí)配 電裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，也增加了維修工作量。電力系統(tǒng)采用的繞組連接方式只要有丫和△，高、中、低三側(cè)繞組如何結(jié)合要根據(jù)具體工作來確定。 35kV 以下電壓，變壓器三相繞組多采用△連接即三角形接法。因而就出現(xiàn)所謂三個(gè)或兩個(gè)繞組全星接線的變壓器，全國投運(yùn)這類變壓器 約 40～ 50 臺(tái)。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 13 主變型式的選擇 10 kV 降壓變一般可采 用油浸式和干式兩種 油浸式和干式相比較，油浸式過載能力強(qiáng)，維修簡(jiǎn)便，屋內(nèi)外均可布置，價(jià)格便宜。 根據(jù)各自特點(diǎn)，結(jié)合本站容量大，過載能力要強(qiáng)，且屬于一般變電所，所以主變適合用油浸式，站用變適用干式。隨著變壓器容量的增大，從左到右冷卻能力越來越強(qiáng)，造價(jià)也越高。中小型變壓器通常采用依靠裝在變壓器油箱上的片狀或管形輻射式冷卻器及電動(dòng)風(fēng)扇的自然風(fēng)冷卻及強(qiáng)迫風(fēng)冷卻方式散發(fā)熱量。 根據(jù)電氣工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)，冷卻系統(tǒng)故障時(shí)，變壓器允許過負(fù)荷，采用油浸風(fēng)冷變壓器，當(dāng)冷卻系統(tǒng)發(fā)生故障切除全部風(fēng)扇時(shí)，允許帶額定負(fù)荷運(yùn)行的時(shí)間不超過下表規(guī)定值。 2 %銅繞組有載調(diào)壓變壓器。在兩種用途， 結(jié)構(gòu)及外形均相似的情況下，選 擇 SSZ1050000/110177。 該型號(hào)變壓器為銅繞組有載調(diào)壓變壓器，在電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，它能在負(fù)荷運(yùn)行條件下自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)壓，保持輸出電壓的穩(wěn)定，從而提高供電質(zhì)量，且該變壓器屬節(jié)能型產(chǎn)品。短路的問題一直是電力技術(shù)的基本問題之一，無論從設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行和維護(hù)檢修等各方面來說，都必須了解短路電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律，掌握分析計(jì)算短路電流的方法。電氣設(shè)備，如開關(guān)電氣、母線、絕緣子、電纜等，必須具有充分的電動(dòng)力穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，而電氣設(shè)備的電動(dòng)力穩(wěn)定 性和熱穩(wěn)定性的效驗(yàn)是以短路電流計(jì)算結(jié)果為依據(jù)的。系統(tǒng)中影配置哪些繼電保護(hù)以及繼電保護(hù)裝置的參數(shù)整定，都必須對(duì)電力系統(tǒng)各種短路故障進(jìn)行計(jì)算和分析，而且不僅要計(jì)算短路點(diǎn)的短路電流，還要計(jì)算短路電流在網(wǎng)絡(luò)各支路中的分布，并要作多種運(yùn)行方式的短路計(jì)算。在發(fā)電廠和變電所的主接線設(shè)計(jì)中，往往遇到這樣的情況：有的接線方案由于短路電流太大以致要選用貴重的電氣設(shè)備，使該方案的投資太高而不合理，但如果適當(dāng)改變接 線或采取限制短路電流的措施就可能得到即可靠又經(jīng)濟(jì)的方案，因此，在比較和評(píng)價(jià)方案時(shí)，短路電流計(jì)算是必不可少的內(nèi)容。 在設(shè)計(jì) 110kV 及以上電壓等級(jí)的架空輸電線時(shí)，要計(jì)算短路電流，以確定電力線對(duì)臨近架設(shè)的通信線是否存在危險(xiǎn)及干擾影響。在 500kV 配電裝置中，普遍采用分裂導(dǎo)線做軟導(dǎo)線。因此，為了合理的限制架構(gòu)受力，工程上要按最大可能出現(xiàn)的短路電流確定分裂導(dǎo)線間隔的安裝距離。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 16 短路電流的計(jì)算步驟及結(jié)果 系統(tǒng)等效圖如下： 圖 41 系統(tǒng)等效圖 (1)作電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖的等值電路圖 基準(zhǔn)容量： 100MVA 基準(zhǔn)電壓：各級(jí)平均電壓 設(shè)計(jì)條件：假設(shè)電源 S S2 為無線大系統(tǒng)，假設(shè) 110kV 線路 L2為 10km， 110kV 線路 L3 為 7km。 * * M3M3 *NXX 0 . 3 4 4 5