XD鐵合金廠110kV降壓變電所的電氣設計.doc

此文檔收集于網絡，如有侵權，請聯系網站刪除 內容提要 工廠供電系統(tǒng)就是將電力系統(tǒng)的電能降壓再分配電能到各個廠房或車間中去，它由工廠總降壓變電所，高壓配電線路，車間變電所，低壓配電線路及用電設備組成。工廠總降壓變電所的電氣設計，是根據各個車間的負荷數量和性質，生產工藝對負荷的要求，以及負荷布局，結合國家供電情況，解決對各部門的安全可靠，經濟技術的分配電能問題。其基本內容有以下幾方面：負荷計算和無功功率補償，總降壓變電所位置的選擇, 變壓器的臺數、容量和型式的選擇，短路電流的計算及繼電保護, 電氣設備的選擇,車間變電所位置和變壓器數量、容量的選擇, 防雷接地裝置設計等。本設計在對鋁合金廠進行供配電調研、論證的基礎上，完成了鋁合金廠的負荷計算和無功功率補償、110kV降壓變電所主接線設計；還進行了短路計算、相關電氣設備的選擇和校驗以及繼電保護的選擇與整定。在設計的最后對該廠的供電系統(tǒng)進行了防雷保護。關鍵詞：無功補償；短路；電力設備；繼電器目錄內容提要Abstract1 緒論11.1 工廠供電的意義和要求11.2 工廠供電設計的一般原則21.3 設計原始資料31.4 設計思路52 負荷計算和無功功率補償72.1 負荷概述72.2 負荷計算的內容和目的72.3 各車間電力負荷計算82.4 無功功率補償計算92.5 工廠年耗電量的計算93 變電所主變壓器的選擇103.1 變電所主變壓器臺數的選擇103.2 變電所主變壓器容量的選擇103.3 主變壓器型式的選擇104 變電所主接線的設計124.1 主接線設計原則與要求124.2 電氣主接線確定135 短路電流的計算175.1 短路計算的意義175.2 短路電流計算的目的及方法175.3 采用標幺制法進行短路計算176 變電所一次設備的需選擇與檢驗226.1 電氣一次設備的選擇原則226.2 一次設備的選擇與檢驗287 進出線的選擇與校驗367.1 進出線選擇的方法367.2 進出線的校驗方法367.3 110kV側進線的選擇377.4 10kV側出線的選擇378 二次回路方案的選擇398.1 變電所二次回路設計398.2 變壓器的繼電保護的整定469 防雷與接地方案的設計489.1 直擊雷保護489.2 侵入波保護4810 設計體會50參考文獻51致謝52精品文檔1 緒論1.1 工廠供電的意義和要求 工廠供電，就是指工廠所需電能的供應和分配，亦稱工廠配電。眾所周知，電能是現代工業(yè)生產的主要能源和動力。電能既易于由其它形式的能量轉換而來，同時易于轉換為其它形式的能量以供應用；電能的輸送的分配不僅簡單經濟，且便于控制、調節(jié)和測量，有利于實現生產過程自動化。而今現代社會的信息技術和其它高新技術都是建立在應用電能的基礎上。因此電能在現代工業(yè)生產及整個國民經濟生活中應用廣泛。工廠供配電系統(tǒng)是整個工廠正常生產的動力源的命脈，供配電系統(tǒng)的正常運行直接影響全廠生產生活安全?，F代大型工廠供配電系統(tǒng)的主接線及運行方式都非常復雜，各種電器設備的數量和種類繁多，隨著經濟的發(fā)展和現代工業(yè)建設的迅速崛起，供電系統(tǒng)的設計越來越全面、系統(tǒng)，工廠用電量迅速增長，對電能質量、技術經濟狀況、供電的可靠性指標也日益提高，因此對供電設計也有了更高、更完善的要求。隨著改革開放的不斷深化，經濟的迅速發(fā)展。各電力部門對變電所設計的要求將越來越高?，F在所設計的常規(guī)變電所最突出的問題是設備落后，結構不合理，占地多，投資大，損耗高，效率低，尤其是在一次開關和二次設備造型問題上，基本停留在5060年代的水平上，從發(fā)展的觀點來看，將越來越不適應現代工業(yè)對電能質量提高的發(fā)展要求。現代工業(yè)不斷發(fā)展，對電力能源需求也不斷增大，致使變電所數量增加，電壓等級提高，供電范圍擴大及輸配電容量增大，采用傳統(tǒng)的變電站一次及二次設備越來越難以滿足變電站安全及經濟運行，少人值班或無人值班的要求?，F在大多采用了微機保護。分級保護和常規(guī)保護相比，增加了人機對話功能，自控功能，通信功能和實時時鐘等功能，因此如果通過電力監(jiān)控自動化系統(tǒng)，可以使變電站內值班人員或調度中心的人員及時掌握變電站的運行情況，直接對設備進行操作，及時了解故障情況，并迅速進行處理，達到供電系統(tǒng)的管理科學化、規(guī)范化，并且還可以做到與其他自動化系統(tǒng)互換數據，充分發(fā)揮整體優(yōu)勢，進行全系統(tǒng)的信息綜合管理。在工廠里，電能雖然是工業(yè)生產的主要能源和動力，但是它在產品成本中所占的比重一般很?。ǔ娀I(yè)外）。電能在工業(yè)生產中的重要性，并不在于它在產品成本中或投資總額中所占的比重多少，而在于工業(yè)生產實現電氣化以后可以大大增加產量，提高產品質量，提高勞動生產率，降低生產成本，減輕工人的勞動強度，改善工人的勞動條件，有利于實現生產過程自動化。從另一方面來說，如果工廠的電能供應突然中斷，則對工業(yè)生產可能造成嚴重的后果。 因此，做好工廠供電工作對于發(fā)展工業(yè)生產，實現工業(yè)現代化，具有十分重要的意義。由于能源節(jié)約是工廠供電工作的一個重要方面，而能源節(jié)約對于國家經濟建設具有十分重要的戰(zhàn)略意義，因此做好工廠供電工作，對于節(jié)約能源、支援國家經濟建設，也具有重大的作用。 工廠供電工作要很好地為工業(yè)生產服務，切實保證工廠生產和生活用電的需要，并做好節(jié)能工作，就必須達到以下基本要求： （1）安全，在電能的供應、分配和使用中，不應發(fā)生人身事故和設備事故。 （2）可靠，應滿足電能用戶對供電可靠性的要求。 （3）優(yōu)質，應滿足電能用戶對電壓和頻率等質量的要求.。 （4）經濟，供電系統(tǒng)的投資要少，運行費用要低，并盡可能地節(jié)約電能和減少色金屬的消耗量。此外，在供電工作中，應合理地處理局部和全局、當前和長遠等關系，既要照顧局部和當前的利益，又要有全局觀點，能顧全大局，適應發(fā)展。例如計劃用電問題，就不能考慮一個單位的局部利益，更要有全局觀點。1.2 工廠供電設計的一般原則按照國家標準GB500521995供配電系統(tǒng)設計規(guī)范、GB50053199410kv及以下設計規(guī)范、GB500541995低壓配電設計規(guī)范等的規(guī)定，進行工廠供電設計必須遵循以下原則：（1）遵守規(guī)程、執(zhí)行政策； 必須遵守國家的有關規(guī)定及標準，執(zhí)行國家的有關方針政策，包括節(jié)約能源，節(jié)約有色金屬等技術經濟政策。（2）安全可靠、先進合理； 應做到保障人身和設備的安全，供電可靠，電能質量合格，技術先進和經濟合理，采用效率高、能耗低和性能先進的電氣產品。（3）近期為主、考慮發(fā)展； 應根據工作特點、規(guī)模和發(fā)展規(guī)劃，正確處理近期建設與遠期發(fā)展的關系，做到遠近結合，適當考慮擴建的可能性。（4）全局出發(fā)、統(tǒng)籌兼顧。按負荷性質、用電容量、工程特點和地區(qū)供電條件等，合理確定設計方案。工廠供電設計是整個工廠設計中的重要組成部分。工廠供電設計的質量直接影響到工廠的生產及發(fā)展。作為從事工廠供電工作的人員，有必要了解和掌握工廠供電設計的有關知識，以便適應設計工作的需要。1.3 設計原始資料工廠總平面圖如圖1.1所示圖1.1 工廠總平面圖1.3.1 工廠生產任務及車間組成本廠規(guī)模為大型鋼鐵企業(yè)，車間有高爐練鋼、高爐練鐵、初軋車間、大型車間、中型車間、中板車間、管材車間、機修車間。負荷情況如下表：表1.1 工廠各車間負荷情況車間變電所序號車間名稱設備容量（kW）需要系數Kdcostan1高爐練鋼車間45000.30.652高爐練鐵車間46000.70.653初軋車間45500.60.74大型車間50000.50.55中型車間30000.40.56中板車間34000.450.67管材車間35000.750.758機修車間33000.30.59鍋爐房1510.750.810化驗室、辦公室500.60.6表1.2 工廠轉供110kV高壓負荷計算數據工廠序號工廠名稱設備容量（kW）需要系數Kdcos1石油機械制造廠35000.450.872橡膠廠40000.50.781.3.2 供電電源情況按照工廠與當地供電部門簽訂的供用電協(xié)議規(guī)定，本廠由220/110kV變電所一條110kV雙回線架空路引入本廠。其中一路該作為工作電源，另一路作為備用電源，兩電源不并聯運行。該變電所距廠東側8km。電力系統(tǒng)短路數據如表1.3所示：表1.3 電力系統(tǒng)短路數據如表電源編號電源來源母線電壓短路容量（MVA）距離l（km）繼保整定時間（s）U（kV）A變電所1106002808181.3.3 供電技術要求（1） 區(qū)域變電所110kV饋出線定時限過電流保護整定時間為了1.8s，要求工廠總配電所過電流保護整定時間為了1.3s。（2） 工廠最大負荷時功率因數不低于0.9。（3） 在總配電所110kV側進行計量。（4） 供電貼費為750元/（kVA），每月電費按兩部電價制：基本電費為18元/（kVA），動力電費為0.4元/（kWA），照明電費為0.5元/（kWA）。（5） 工廠負荷性質。各車間除此而外380V低壓負荷外，還有高壓負荷。本廠大部分為三班制，少數車間為一、二班制，年最大有功負荷利用小時數為6000h，全年工作時數為8760h。全企業(yè)主要車間為一級負荷，80%負荷有備用電源。1.3.4 氣象資料本廠所在地區(qū)的年最高氣溫為38，年平均氣溫為23，年最低氣溫為-8，年最熱月平均最高氣溫為33，年最熱月平均氣溫為26，年最熱月地下0.8m處平均溫度為25。當地主導風向為東北風，年雷暴日數為31天。1.3.5 地質水文資料本廠所在地區(qū)平均海拔146m，地層以砂粘土為主，地下水位為3m。1.4 設計思路 該鋁合金廠110kV降壓變電所的設計，是依據各個車間的負荷情況、生產工藝對負荷的要求以及負荷的布局情況來解決對各個車間的安全可靠運行的電能分配問題?；緝热莅ㄒ韵聨追矫妫?.4.1 負荷計算和無功功率補償 全廠110kV降壓變電所的負荷計算，是在車間負荷計算的基礎上進行的。根據車間變電所變壓器的功率損耗，求出全廠總降壓變電所高壓側的計算負荷及總功率因數。列出負荷計算表、表達計算成果。1.4.2 工廠總降壓變電所主變壓器的臺數及容量選擇 參考電源進線方向，綜合考慮設置總降壓變電所的有關因素，結合全廠計算負荷以及擴建和備用的需要，確定變壓器的臺數和容量。1.4.3 工廠總降壓變電所主結線設計 根據總降壓變電所配電回路數、負荷要求的可靠性以及計算負荷數，綜合主變壓器臺數，確定變電所高、低接線方式。對主結線設計的基本要求，即要安全可靠又要靈活經濟，安裝容易且維修方便。1.4.4 短路電流計算 工廠用電通常作為電網的末端負載，它的容量運行小于電網容量，都可以按無限容量系統(tǒng)供電進行短路計算。由系統(tǒng)最大運行方式和最小運行方式下的短路參數，求出兩種運行方式下各點的三相及兩相短路電流。1.4.5 變電所高、低壓側設備選擇 參照短路電流計算數據、各回路計算負荷以及對應的額定值，選擇變電所高壓側和低壓側電氣設備，如斷路器、隔離開關、母線、電纜、避雷器、絕緣子、互感器、開關柜等設備。根據需要對相關設備進行熱穩(wěn)定和力穩(wěn)定檢驗。用總降壓變電所主結線圖，設備材料表和投資概算來表達設計成果。1.4.6 總降壓變電所二次回路方案的選擇及繼電保護的整定 為了有效監(jiān)視、控制和保證安全可靠的運行，變壓器、高壓配電線路移相電容器、高壓電動機、母線分段斷路器及聯絡線斷路器，都需要設置相應的控制、信號、檢測和繼電器保護裝置。并對保護裝置做出整定計算和校驗靈敏系數。設計包括繼電器保護裝置、監(jiān)視及測量儀表、控制和信號裝置，操作電源和控制電纜組成的變電所二次結線系統(tǒng)，用二次回路原理接線圖或二次回路展開圖以及元件材料表達設計成果。1.4.7 變電所防雷裝置設計參考本地區(qū)氣象資料，設計防雷裝置。（1） 防直擊的避雷針保護范圍計算；（2） 避免產生反擊現象的空間距離計算；（3） 按避雷器的基本參數選擇防雷電沖擊波的避雷器的規(guī)格型號，并確定其接線部位；（4） 進行避雷滅弧電壓，頻放電電壓和最大允許安裝距離檢驗以及沖擊接地電阻計算。2 負荷計算和無功功率補償2.1 負荷概述負荷指的是導線、電纜或電氣設備(變壓器，斷路器等)中通過的功率和電流。由于用電設備并不同時運行，即使同時運行，也并不是都能同時達到額定容量，因此負荷不是恒定值，它是隨時間而變化的。另外，各用電設備的工作制也各有不同，有連續(xù)、短時、斷續(xù)周期之分。工廠的電力負荷，按GB500521995 供配電系統(tǒng)設計規(guī)范規(guī)定，根據對供電可靠性的要求及中斷供電在政治、經濟上所造成損失或影響的程度分為三級：符合下列情況之一時，應為一級負荷： （1） 中斷供電將造成人身傷亡時。（2） 中斷供電將在政治、經濟上造成重大損失時。例如：重大設備損壞、重大產品報廢、用重要原料生產的產品大量報廢、國民經濟中重點企業(yè)的連續(xù)生產過程被打亂需要長時間才能恢復等。（3） 在一級負荷中，當中斷供電將發(fā)生中毒、爆炸和火災等情況的負荷，以及特別重要場所的不允許中斷供電的負荷，應視為特別重要的負荷。 符合下列情況之一時，應為二級負荷： （1） 中斷供電將在政治、經濟上造成較大損失者。例如：主要設備損壞、大量產品報廢、連續(xù)生產過程被打亂需較長時間才能恢復、重點企業(yè)大量減產等。（2） 中斷供電將影響重要用電單位的正常工作。例如：交通樞紐、通信樞紐等用電單位中的重要電力負荷，以及中斷供電將造成大型影劇院、大型商場等較多人員集中的重要的公共場所秩序混亂。 三級負荷為一般電力負荷，所有不屬于上述一、二級負荷者均屬第三級負荷，該級負荷對供電回路無特殊要求。2.2 負荷計算的內容和目的（1） 計算負荷又稱需要負荷或最大負荷。計算負荷是一個假想的持續(xù)性的負荷，其熱效應與同一時間內實際變動負荷所產生的最大熱效應相等。在配電設計中，通常采用30分鐘的最大平均負荷作為按發(fā)熱條件選擇電器或導體的依據。（2） 尖峰電流指單臺或多臺用電設備持續(xù)1秒左右的最大負荷電流。一般取啟動電流上午周期分量作為計算電壓損失、電壓波動和電壓下降以及選擇電器和保護元件等的依據。在校驗瞬動元件時，還應考慮啟動電流的非周期分量。（3） 平均負荷為一段時間內用電設備所消耗的電能與該段時間之比。常選用最大負荷班（即有代表性的一晝夜內電能消耗量最多的一個班）的平均負荷，有時也計算年平均負荷。平均負荷用來計算最大負荷和電能消耗量。2.3 各車間電力負荷計算根據所給資料中全廠各車間負荷情況求出各車間電力計算負荷，按照需要系數法及以下計算公式1：有功功率 視在功率 無功功率 計算電流計算出各車間電力計算負荷如表2.1所示：表2.1 工廠車間負荷計算表編號車間名稱設備容量（kW）需要系數Kdcostan計算負荷P30/kWQ30/kvarS30/kWAI30/A1高爐練鋼車間45000.30.651.1713501578.322076.923155.552高爐練鐵車間46000.70.651.1732203764.64953.857526.63初軋車間45500.60.71.0227302785.1639005925.444大型車間50000.50.51.7325004330.1350007596.715中型車間30000.40.51.7312002078.4624003646.426中板車間34000.450.61.331530204025503874.327管材車間35000.750.750.882625231535005317.78機修車間33000.30.51.739901714.7319803008.39鍋爐房1510.750.80.75113.2584.93141.5621510化驗、辦公500.60.61.3330405075.97合計取，0.614659.4319694.7624551.63表2.2 工廠轉供110kV高壓負荷計算工廠序號工廠名稱設備容量（kW）需要系數Kdcos計算負荷P30/kWQ30/kvarS30/kWA1石油機械制造廠35000.450.871575 1809.91810.342橡膠廠40000.50.7820002564.11604.56合計取，3217.54155.35255.362.4 無功功率補償計算由表2.1可知，該廠380V側最大負荷時的功率因數只有0.6，而供電部門要求該廠110kV進線側在最大負荷時，其功率因素不低于0.9?？紤]到變壓器的無功功率損耗遠遠大于有功功率損耗，因此，在變壓器的10kV側進行無功功率補償時，其補償后的功率因素應稍大于0.9，現設cos=0.95。要使低壓側功率因數由0.6提高到0.95，低壓側須裝設的并聯電容器容量為 取 因此電容器的個數由于電容器是單相的，n應取為3的倍數，以便三相均衡分配，取135正好。無功補償后，變電所低壓側的計算負荷1： 變壓器的功率損耗為： 變電所高壓側計算負荷為： 補償后的功率因數為 補償后的功率因數符合要求。2.5 工廠年耗電量的計算工廠的年耗電量較精準的計算，可利用利用工廠的有功和無功計算負荷。 取，可得年有功電能消耗量：年無功電能消耗量：3 變電所主變壓器的選擇3.1 變電所主變壓器臺數的選擇據資料分析以及線路來看，為保障對、類負荷的需要，以及擴建的可能性，至少需要安裝兩臺主變以提高對負荷供電的可靠性，以便當其中一臺主變故障或者檢修時，另一臺能繼續(xù)供電約為1.2倍最大負荷的容量。故本設計選取兩臺主變。3.2 變電所主變壓器容量的選擇裝有兩臺主變壓器的變電所，任一臺變壓器單獨運行時，宜滿足總計算負荷S30的大約60%至70%的需要，即 同時每臺變壓器容量不應該小于全部一、二級負荷之和S（I+II），即 為了工廠發(fā)展的需要以及通過查表，確定每臺主變的裝機容量為：25MVA總裝機容量為225MVA=50MVA?？紤]周圍環(huán)境溫度的影響,主變的實際容量為：即每臺主變容量選取25MVA滿足要求。3.3 主變壓器型式的選擇電力系統(tǒng)中大多數為三相變壓器，三相變壓器較之于同容量的單相變壓器組，其金屬材料少20%25%，運行電能損耗少12%15%，并且占地面積少，而工廠變電所通常都采用三相電力變壓器，因此考慮優(yōu)先采用。本變電所設在城郊附近，不受運輸條件限制，所以采用三相變壓器。3.3.1 繞組的確定 該變電所的設計兩個電壓等級（110kV和10kV），且自耦變壓器一般用在220kV以上的變電所中，所以這里選擇雙繞組變壓器。3.3.2 繞組接線方式的選擇 變壓器繞組的連接方式必須和系統(tǒng)電壓的連接方式相位一致，否則不能并聯運行。我國110kV及以上變壓器繞組都選用Y連接，35kV及以下電壓，繞組都選擇連接方式，所以該變電站的兩臺主變，高壓側（110kV）采用Y連接，低壓側(10kV)采用連接方式。根據110kV變電所設計指導，以上選擇符合系統(tǒng)對變電所的技術要求，兩臺相同的變壓器同時投入時，可選擇型號為SF9-25000/110的主變，技術參數如下1： 表2.1 主變壓器的技術參數型號高壓低壓空載電流空載損耗負載電流阻抗電壓連接組別SF9-25000/11011022.5%1050.225.2110.7105Yn,d114 變電所主接線的設計4.1 主接線設計原則與要求變配電所的主接線，應根據變配電所在供電系統(tǒng)中的地位、進出線回路數、設備特點及負荷性質等條件確定，并應滿足安全、可靠、靈活和經濟等要求3。4.1.1 安全性(1) 在高壓斷路器的電源側及可能反饋電能的另一側，必須裝設高壓隔離開關。(2) 在低壓斷路器的電源側及可能反饋的另一側，必須裝設低壓刀開關。(3) 在裝設高壓熔斷器負荷開關的出線柜母線側，必須裝設高壓隔離開關。(4) 35kV及以上的線路末端，應裝設與隔離開關關聯鎖的接地刀閘。(5) 變配電所高壓母線上及架空線路末端，必須裝設避雷器，宜與電壓互感器共用一組隔離開關。接于變壓器引出線上的避雷器，不宜裝設隔離開關。4.1.2 可靠性(1) 變電所的主接線方案，必須與其負荷級別相適應。對一級負荷，應由兩個電源供電。對二級負荷，應由兩回路或者一回6kV及以上專用架空線路或電纜供電；其中采用電纜供電時，應采用兩根電纜組成的線路，且每根電纜應能承受100%的二級負荷。(2) 變電所的非專用電源進線側，應裝設帶短路保護的斷路器或負荷開關（串熔斷器）。當雙電源供多個變電所時，宜采用環(huán)網供電方式。(3) 對一般生產區(qū)的車間變電所，宜由工廠總變電所采用放射性高壓配電，以確保供電可靠性，但對輔助生產區(qū)及生活區(qū)的變電所，可采用樹干式配電。(4) 變電所低壓側的總開關，宜采用低壓斷路器。當有繼電保護或自動切換電源要求時，低壓側總開關和低壓母線分段開關，均應采用低壓斷路器。4.1.3 靈活性(1) 變配電所的高低壓母線，一般宜采用單母線或單母線分段接線。(2) 35kV及其以上電源進線為雙回路時，宜采用橋形接線或線路變壓器組接線。(3) 需帶負荷切換主變壓器的變電所，高壓側應裝設高壓斷路器或高壓負荷開關。(4) 主接線方案應與主變壓器經濟運行的要求相適應。(5) 主接線方案應考慮到今后可能的擴展。4.1.4 經濟性（1） 主接線方案在滿足運行要求的前提下，應力求簡單，變電所高壓側宜采用且斷路器較少或不用斷路器的接線。（2） 變配電所的電氣設備應選用技術先進、經濟適用的節(jié)能產品，不得選用國家明令淘汰的產品。（3） 中小型工廠變電所一般采用高壓少油斷路器；在需頻繁操作的場合，則應采用真空斷路器或SF6斷路器。（4） 工廠的電源進線上應裝設專用的計量柜，其中的電流、電壓互感器只供計費的電度表用。（5） 應考慮無功功率的人工補償，是最大負荷時功率因數達到規(guī)定的要求。本次設計題目為XD鋁合金廠110kV降壓變電所的電氣設計。其電壓等級為110kV/10kV，系統(tǒng)情況為：系統(tǒng)經雙回路給變電所供電；取為100MW，系統(tǒng)歸算為110kV母線的等值電抗0.2；系統(tǒng)110kV母線電壓滿足常調壓要求。負荷主要為一、二級負，所以選用兩臺雙繞組變壓器并聯運行。4.2 電氣主接線確定 電氣主接線是根據電力系統(tǒng)和變電站具體條件確定的，它以電源和出線為主體，在進出線較多時（一般超出4回），為便于電能的匯集和分配，常設置母線作為中間環(huán)節(jié)，使接線簡單清晰，運行方便，有利于安裝和擴建。本次所設計的變電所110kV進出線有4回，10kV出線有12回?，F在分別對110kV、10kV側接線方式進行選擇。 一、110kV側 110kV側進出線4回，選用以下幾種方案：方案一：單母線接線3如圖4.1所示為單母線接線，其中供電電源高壓進線回路。母線即可保證電源并列工作，又能使任一條出線都可以從任一一個電源獲得電能。各出線回路輸送功率不一定相等，應盡可能使負荷均衡地分配于母線上，以減少功率在母線上的傳輸。這種接線的特點是電源和供電線路都連接在統(tǒng)一組母線上。為了便于投入或切除任何一條進、出線，在每條引線上都裝有可以在各種運行況下開斷或接通電路的斷路器（如圖中的QF1、QF2等）。當需要檢修斷路器而又有保證其它線路正常供電時，為此，又在每個斷路器的兩側裝設隔離開關。它的作用只是保證檢修短路器時和其它帶電部分隔離，而不能用來切除電路中的電流。從圖可以看出，如不設置隔離開關QS21和QS22，在檢修短路器QF2時必須使母線完全停電，這顯然是不合理的。單母線接線的優(yōu)點是：接線簡單清晰、操作方便、設備少、經濟性好；隔離開關僅在檢修設備時作隔離電壓用，不擔任其它任何操作，使誤操作的可能性減少；此外，投資少、母線便于向兩端延伸，便于擴建。而缺點是：不夠靈活可靠，任意元件的故障或檢修，均需使整個配電裝置停電，單母線可用隔離開關分段，但當一段母線故障時各部回路仍需短時停電，再用隔離開關將母線分開后才能恢復到非故障段的供電。 QF1圖 4.1單母線接線 QF2QS22 QS21 方案二：雙母線接線如圖4.2所示為雙母線接線，其中一組為工作母線，一組為備用母線，并通過母線聯路斷路器并聯運行，電源與負荷平均分配在兩組母線上，由于母線繼電保護的要求，一般某一回路母線連接的方式運行。在進行倒閘操作時應注意，隔離開關的操作原則是：在等電位下操作應先通后斷。如檢修工作母線時其操作步驟是：先合上母線斷路器QF0兩側的隔離開關，再合上QF0，向備用線充電，這時兩組母線等到電位。為保證不中斷供電，應先接通備用母線上的隔離開關，再斷開工作母線上隔離開關。完成母線轉換后，再斷開母聯斷路器QF0及其兩側的隔離開關，即可對原工作母線進行檢修。優(yōu)點：供電可靠，通過兩組母線隔離開關的倒換操作，可以輪流檢修一組母線而不致使供電中斷,一組母線故障后，能迅速恢復供電，檢修任一回路的母線隔離開關,只停該回路。調度靈活，各個電源和各回路負荷可以任意分配到某一組母線上能靈活地適應系統(tǒng)中各種運行方式調度和潮流變化的需要；擴建方便，向雙母線的左右任何一個方向擴建,均不影響兩組母線單位電源和負荷均勻分配，不會引起原有回路的停電。當有雙回架空線路時，可以順序布置，以至接線不同的母線短時不會如單母線分段那樣導致出線交叉跨越。便于實驗，當個別回路需要單獨進行實驗時，可將該回路分開，單獨接至一組母線上。缺點：增加一組母線和使每回路就需要加一組母線隔離開關；當母線故障或檢修是隔離開關作為倒換操作電器,容易誤操作。為了避免隔離開關誤操作,需要隔離開關和短路器之間裝設連鎖裝置。QF2IIWBIWBQS01QS02QF0QS22 QS23QS21圖4.2 雙母線接線 方案三：單母線分段接線如圖4.3所示為單母線用分段斷路器接線，可以提高供電可靠性和靈活性。對重要的用戶可以從不同段引出兩回饋電線路，由兩個電源供電；當一段母線發(fā)生故障，分段路由器將故障段隔離，保證正常段母線不間斷供電，不致使重要用戶停電；而兩段母線同時故障的幾率甚小，可以不予考慮。在可靠性要求不高時，亦可用隔離開關分段，任一段母線故障時，將造成兩段母線同時停電，在判別故障后，拉開分段隔離開關，完好段即可恢復供電。單母線接線的缺點可以通過分段辦法來加以克服，如圖所示。當在母線的中間裝設一個斷路器QF0后，即把母線分為兩段，這樣對重要用戶可以由分別接在兩段母線上的兩條線路供電，當任一段母線故障時，都不至于使重要用戶全部停電。另外，對兩段母線可以分別進行清掃和檢修可以少對用戶停電。由于單母線分段接線既保留了單母線接線本身的簡單、經濟、方便等基本優(yōu)點，又在一定程度上克服了它的缺點，固這種接線一直被廣泛應用。特別對中小型發(fā)電廠以及出線數目不多的35220kV級的變電所，這種接線方式采用較多。 I段圖4.3 單母線分段接線 QF1QF0QS01 段QS13 QS11QF2QS02對比以上三種方案，在本站設計中，由于110kV側進出線4回，出現故障的概率很低，能夠保證高壓側的供電可靠性。而且從操作簡便性和投資節(jié)約性的角度來考慮，宜采用單母線分段接線運行方式。 二、10kV側10kV側出線12回，大部分為類負荷，選用以下幾種接線方案：（1）單母線分段接線，它投資少，在10kV配電裝置中它基本可以滿足可靠性要求。（2）單母線分段帶旁路母線，這種接線方式雖然提高了供電可靠性，但增大了投資。采用單母線分段接線亦可滿足供電可靠性的要求，且節(jié)約了投資。因此，10kV側采用單母線分段接線。5 短路電流的計算 5.1 短路計算的意義在供電系統(tǒng)中，危害最大的故障就是短路。所謂短路就供電系統(tǒng)是一相或多相載流導體接地或相互接觸并產生超出規(guī)定值的大電流。造成短路的主要原因是電氣設備載流部分的絕緣損壞、誤操作、雷擊或過電壓擊穿等。由于誤操作產生的故障約占全部短路故障的70%在短路回路中短路電流要比額定電流大幾倍甚至大幾十倍，通可達數千安，短路電流通過電氣設備和導線必然要產生很大的電動力，并且使設備溫度急劇上升有可能損壞設備和電纜。在短路點附近電壓顯著下降，造成這些地方供電中斷或影響電機正常，發(fā)生接地短路時所出現的不對稱短路電流，將對通信工程線路產生干擾，并且短路點還可使整個系統(tǒng)運行解列。5.2 短路電流計算的目的及方法短路電流計算的目的是為了正確選擇和校驗電氣設備，以及進行繼電保護裝置的整定計算。 進行短路電流計算，首先要繪制計算電路圖。在計算電路圖上，將短路計算所考慮的各元件的額定參數都表示出來，并將各元件依次編號，然后確定短路計算點。短路計算點要選擇得使需要進行短路校驗的電氣元件有最大可能的短路電流通過。接著，按所選擇的短路計算點繪出等效電路圖，并計算電路中各主要元件的阻抗。在等效電路圖上，只需將被計算的短路電流所流經的一些主要元件表示出來，并標明其序號和阻抗值，然后將等效電路化簡。對于工廠供電系統(tǒng)來說，由于將電力系統(tǒng)當作無限大容量電源，而且短路電路也比較簡單，因此一般只需采用阻抗串、并聯的方法即可將電路化簡，求出其等效總阻抗。最后計算短路電流和短路容量。短路電流計算的方法，常用的有歐姆法（有稱有名單位制法）和標幺制法（又稱相對單位制法）。5.3 采用標幺制法進行短路計算4（1）計算電路圖如圖5.1和圖5.2所示（2）確定標幺值基準：設Sd =100MVA，Ud=Uc,式中Uc是線路所在電網的短路計算電壓，比所在電網額定電壓高5%。即高壓側Ud1=121kV ，低壓側Ud2=10.5kV。則短路基準電流按下式計算 (5.1) (5.2)圖5.1 最大運行方式短路電路圖（3）計算短路回路中各主要元件的電抗標幺值最大運行方式短路計算：系統(tǒng)最大運行方式時區(qū)域變電所短路容量為600兆伏安： (5.3) 總電力系統(tǒng)： 架空線路，查表得LGJ-50/8的由原始資料可得線路長8km: (5.4)電力變壓器，查表得 (5.5)（4）計算最大運行方式下d1點（110kV）的短路電路總阻抗及三相短路電流和短路容量：總電抗標幺值 三相短路電流周期分量有效值 (5.6) 其他短路電流 (5.7) (5.8) (5.9) 三相短路容量 (5.10) （5）計算最大運行方式下d2點（10kV）的短路電路總阻抗及三相短路電流和短路容量： 總電抗標幺值 (5.11) 三相短路電流周期分量有效值 (5.12) 其他短路電流 (5.13) (5.14) (5.15) 三相短路容量 (5.16) （6）計算最小運行方式下d1點（110kV）的短路電路總阻抗及三相短路電流和短路容量：系統(tǒng)最小運行方式時區(qū)域變電所短路容量為280兆伏安： (5.17) 總電力系統(tǒng)： 圖5.2 最小運行方式短路電路圖 架空線路，查表得LGJ-50/8的由原始資料可得線路長8km: (5.16) 電力變壓器，查表得 (5.17)（7）計算最大運行方式下d1點（110kV）的短路電路總阻抗及三相短路電流和短路容量：總電抗標幺值 (5.18) 三相短路電流周期分量有效值 (5.19)其他短路電流 (5.20) (5.21) (5.22) 三相短路容量 (5.23) （8）計算最小運行方式下d2點（10kV）的短路電路總阻抗及三相短路電流和短路容量： 總電抗標幺值 (5.24) 三相短路電流周期分量有效值 (5.25) 其他短路電流 (5.26) (5.27) (5.28) 三相短路容量 (5.29)表5.1 d1點三相短路計算結果運行方式（kA）（kA）（kA）（MVA）最大運行方式2.532.536.44526.32最小運行方式1.261.263.22263.16表5.2 d2點三相短路計算結果運行方式（kA）（kA）（kA）（MVA）最大運行方式5.315.3113.5596.60最小運行方式2.662.666.7848.31 6 變電所一次設備的需選擇與檢驗6.1 電氣一次設備的選擇原則6.1.1 電氣設備選擇的一般條件 各種電氣設備的功能盡管不同，但都在供電系統(tǒng)中工作所以在選擇時必然有相同的基本要求。在正常工作時必需保證工作安全可靠，運行維護方便時，投資經濟合理。在短路情況下，能滿足動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定要求5。 1、按正常工作條件，選擇時要根據以下幾個方面（1） 環(huán)境，產品制造上分戶內型和戶外型，戶外型設備工作條件較差，選擇時要注意。此外，還應考慮防腐蝕、防爆、防塵、防火等要求； （2）電壓，選擇設備時應使裝設地點和電路額定電壓UN小于或等于設備的額定電壓UN。Et，即：。但設備可在高于其銘牌標明的額定電壓1015%情況下安全運行； （3）電流，電氣設備銘牌上給出的額定電流是指周圍空氣溫度為時電氣設備長期允許通過的電流.選擇設備或載流導體時應滿足以下條件： (6.1) 式中 IN。et該設備銘牌上標出的額定電流； Igmax該設備或載流導體長期通過的最大工作電流。 目前我國規(guī)定電器產品的0=40，如果電氣設備或載流導體所處的周圍環(huán)境溫度是1時，則設備或載流導體允許通過電流IN。et可修正如下： (6.2)式中， N、1分別為設備或載流導體的在長期工作時允許溫度和實際環(huán)境溫度。 （4）按斷流能力選擇，設備的額定開斷電流Ico或斷流容量SOC不應小于設備分斷瞬間的短路電流有效值Ik或短路容量SK，即： 2、按短路情況下進行動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定的校驗 （1）按短路情況下的動穩(wěn)定，即以制造廠的最大試驗電流幅值與短路電流的沖擊電流相比，且 式中， iet為額定動穩(wěn)定電流，用來表征斷路器和承受短路電流電動力的能力，用來選擇斷路器時的動穩(wěn)定校驗。ish(3)為沖擊電流。 （2）短路情況下的熱穩(wěn)定 熱穩(wěn)定應滿足 It短路電流瞬時值（kA）； t短路電流熱效應計算時間（s）；I時間為短路電流周期分量； tjx短路電流的假想時間；tjxtjtdl0.05（s）； tj繼電保護整定時間（s）； tdl斷路器動作時間（s）； 0.05考慮短路電流非周期分量熱穩(wěn)定的等效時間。 或按下式進行校驗： (6.3)式中， Ift為短路切除時（時刻）短路電流的交流分量； Ift/2為tf/2時刻的短路電流交流分量； T為直流分量等效時間。表6.1 非周期分量等效時間(s)短路點TT0.1變電所各級電壓母線及出線0.05 熱穩(wěn)定電流Ite是斷路器能承受短路電流熱效應的能力。按照國家標準規(guī)定6，斷路器通過熱穩(wěn)定電流在4s時間內,溫度不超過允許發(fā)熱溫度,且無觸頭熔解和妨礙其正常工作的現象,則認為斷路器是熱穩(wěn)定的。通常Ite=Ibre。對于ts內的熱穩(wěn)定電流： (6.4) 對電流互感器則滿足下面的熱穩(wěn)定關系：或 式中，Kt由產品目錄給定的熱穩(wěn)定倍數；IN1TA電流互感器一次側額定電流；t由產品目錄給定的熱穩(wěn)定時間；tj短路電流的假想時間； Qd 熱效應通常分為短路電流交流分量有關的熱效應Qp，和與直流分量有關的熱效應Qnp兩部分。 3、絕緣水平 在工作電壓和過電壓的作用下，電器的內、外絕緣應保證必要的可行性。它應按電網中出現的各種過電壓和保護設備相應的保護水平來確定。本設計不重點考慮。6.1.2 選擇原則 （1）高壓斷路器的選型高壓斷路器是最重要的開關電器，對其基本要求是：具有足夠的開斷能力和盡可能短的動作時間，并且要有高度的工作可靠性。斷路器最重要的任務是熄滅電弧。電弧的產生過程見電力工程基礎。當用斷路器開斷有電流通過的電路時，在開關觸頭分離的瞬間，觸頭間會出現電弧，電弧的溫度可達