110KV變電站設(shè)計畢業(yè)設(shè)計 .doc

重慶理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 110KV變電站設(shè)計 110KV變電站設(shè)計畢業(yè)設(shè)計目錄摘要IAbstractII1 緒論11.1 變電站的概述11.2 課題研究的目的與意義11.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢11.4 課題設(shè)計的內(nèi)容及要求31.5 本設(shè)計的關(guān)鍵問題31.6本章小結(jié)42 電氣主接線設(shè)計及配電裝置52.1 原始資料及設(shè)計要求52.1.1 原始資料5 2.1.2 設(shè)計要求分析52.2 主接線設(shè)計62.2.1 設(shè)計原則62.2.2 設(shè)計方案72.3 配電裝置102.3.1 配電裝置的介紹102.3.2 配置選擇112.3.3 總布置122.4 本章小結(jié)133 負(fù)荷計算及主變壓器選擇143.1 負(fù)荷計算143.1.1 負(fù)荷計算的重要性143.1.2 負(fù)荷計算143.2 主變壓器的選擇153.2.1 變壓器選擇原則153.2.2 變壓器確定173.3 本章小結(jié)174 短路計算184.1 計算的目的184.2 計算的方法184.3 短路電流計算194.3.1 參數(shù)計算194.3.2 短路等效電路圖214.3.3 K1點短路計算234.3.4 K2點短路計算254.3.5 K3點短路計算284.4 短路電流的效應(yīng)334.4.1 動穩(wěn)定校驗334.4.2 熱穩(wěn)定校驗344.5 本章小結(jié)345 電氣主設(shè)備的選擇和校驗355.1 電氣主設(shè)備的介紹355.2 斷路器及隔離開關(guān)選擇365.2.1 斷路器和隔離開關(guān)的介紹365.2.2 主變110KV側(cè)及母聯(lián)選擇36 5.2.3 主變35KV側(cè)及母聯(lián)選擇選擇375.2.4 35KV出線側(cè)選擇38 5.2.5 主變10KV側(cè)及母聯(lián)選擇395.2.6 10KV側(cè)出線選擇405.3 互感器及熔斷器選擇415.3.1 互感器和熔斷器的介紹415.3.2 電流互感器選擇425.3.3 電壓互感器及熔斷器選擇455.4 導(dǎo)線選擇465.4.1 按發(fā)熱條件選擇導(dǎo)線截面465.4.2 按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面475.4.3 導(dǎo)體選擇與校驗485.5 本章小結(jié)556 繼電保護(hù)配置和整定566.1 主變壓器保護(hù)配置與整定566.2 主變壓器的整定算例596.2.1 10KV側(cè)過電流保護(hù)整定計算596.2.2 過負(fù)荷保護(hù)整定計算606.3 線路保護(hù)配置與整定606.4 本章小結(jié)627 防雷接地保護(hù)與無功補(bǔ)償637.1 輸電線路的防雷保護(hù)637.1.1 輸電線路雷擊介紹637.1.2 輸電線路的防雷637.2 變電站的防雷保護(hù)647.2.1 變電站對直接雷的防護(hù)647.2.2 變電站對雷電侵入波的防護(hù)647.3 防雷接地657.4 無功補(bǔ)償667.4.1 無功補(bǔ)償?shù)谋匾?67.4.2 系統(tǒng)無功補(bǔ)償?shù)挠嬎?67.5 本章小結(jié)678 結(jié)論68致謝69參考文獻(xiàn)70附錄：電氣主接線圖72文獻(xiàn)綜述73摘要變電站是電力系統(tǒng)的重要組成部分，是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，起著變換和分配電能的作用。本設(shè)計是某地區(qū)110KV降壓變電站設(shè)計，根據(jù)已給的條件可以完成設(shè)計，具有一定的實際意義。該變電站采用兩臺主變壓器，變電站內(nèi)的電氣主接線分為110KV，35KV和10KV三個電壓等級。其中110KV側(cè)采用雙母線接線方式，35KV和10KV采用單母線分段接線。變電站設(shè)計從主接線方案選擇，配電裝置布置，短路計算，主電氣設(shè)備選擇和校驗，以及繼電保護(hù)和防雷接地幾個方面進(jìn)行。上述內(nèi)容也是目前國內(nèi)外變電站設(shè)計的大致內(nèi)容和部分，唯一不同的是越來越趨于智能化和簡捷化。關(guān)鍵詞：變電站 電氣主接線 短路計算 繼電保護(hù)IAbstractSubstation is an important part of power system. It is contact power plants and users of the intermediate links, and it plays the role transformation and distribution of electricity. This design is a region buck 110KV substation design, and we can complete it according to the terms and conditions have been given, and it has some practical significance. There are two main transformers in the substation in which main electrical connection can be divided into three voltage levels: 110KV, 35KV and 10KV. 110KV side uses double bus wiring, but 35KV and 10KV use single bus connection. Substation design from several aspects, such as: the Main Wiring choice, distribution equipment layout, short circuit calculations, the main electrical equipment selection and validation, as well as lightning protection and grounding. The above content is currently the general content of domestic and substation design, and the only difference is become more and more intelligent and simple technology.Key words: Substation, Main electrical wiring, Short-circuit calculation, relay selection.II1 緒論1.1 變電站的概述變電站是電力系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，變電站是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，一般安裝有變壓器及其控制和保護(hù)裝置，起著變換和分配電能的作用。變電站的工作狀態(tài)直接影響著整個電力系統(tǒng)的安全和經(jīng)濟(jì)運行。根據(jù)其在系統(tǒng)中的地位，可分為樞紐變電站，中間變電站，地區(qū)變電站和終端變電站。其中地區(qū)變電站是以向地區(qū)用戶供電為主的變電站，是一個地區(qū)的主要變電站，其高壓側(cè)一般為110KV或220KV，全站停電后，僅使該地區(qū)中斷供電。變電站設(shè)計的基本原則是安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、投資合理、運行高效。110KV變電站按照變電站布置方式分為戶外變電站、戶內(nèi)變電站和半地下變電站三類；按照配電裝置分為常規(guī)敞開式開關(guān)設(shè)備和全封閉式組合電氣設(shè)備兩類。1.2 課題研究的目的與意義本課題是來源于某城市開發(fā)區(qū)新建110KV降壓變電所研究和開發(fā)設(shè)計項目，具有一定的實踐性和可行性。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和現(xiàn)代工業(yè)建設(shè)的迅速崛起，供電系統(tǒng)的設(shè)計越來越全面、系統(tǒng)，工廠用電量迅速增長，對電能質(zhì)量、技術(shù)經(jīng)濟(jì)狀況、供電的可靠性指標(biāo)也日益提高，因此對供電設(shè)計也有了更高、更完善的要求。為了保證在送變電過程中的供電可靠性，首先要滿足的就是變電所的設(shè)計規(guī)范。近年來，變電所設(shè)計逐漸趨于綜合自動化，因此本次設(shè)計旨在掌握變電站設(shè)計的基本流程。在設(shè)計過程中，可以學(xué)習(xí)到最新的，簡單而有效的方式方法。同時通過本次設(shè)計，既能夠使學(xué)生將所學(xué)到的理論知識運用起來，又是對專業(yè)知識的一次實踐。通過這次設(shè)計能夠擴(kuò)寬我們的知識面，增強(qiáng)工程觀念，逐步提高解決問題的能力。1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢我國電力工業(yè)的水平正在逐步提高，許多變電站已經(jīng)實現(xiàn)了集中控制和計算機(jī)監(jiān)控，所有電力工業(yè)都在努力降低成本，使用新設(shè)備，采用新技術(shù)。目前國內(nèi)外的110KV 變電站都在一定程度上擁有了自動化系統(tǒng)，而未來的發(fā)展趨勢應(yīng)該是向智能化，網(wǎng)絡(luò)化，測量、溫度、保護(hù)和控制為一體化發(fā)展。另一方面，隨著競爭越發(fā)激烈，變電站對于地區(qū)性電能分配技術(shù)的要求也越來越高。國內(nèi)外變電站設(shè)計主要部分還是大致為主接線設(shè)計、短路計算和電氣主設(shè)備的選擇以及防雷保護(hù)。國內(nèi)變電站現(xiàn)在的發(fā)展是由老設(shè)備向新型設(shè)備轉(zhuǎn)變，有人值班向無人值班變電站轉(zhuǎn)變，交流傳輸向直流傳輸轉(zhuǎn)變。在城市型變電站中，戶內(nèi)型變電站也逐漸流行起來，屋內(nèi)配電裝置廣泛使用。國外變電站當(dāng)前主要是采用柔性技術(shù)使交流傳輸向直流傳輸轉(zhuǎn)變。其中，我國許多220KV以下的變電站已經(jīng)開始由監(jiān)控中心進(jìn)行監(jiān)控，基本實現(xiàn)了變電站無人值守。在設(shè)計變電站的當(dāng)前趨勢下，數(shù)字化智能變電站已經(jīng)成了主流趨勢。在變電站自動化領(lǐng)域中,智能化電氣的發(fā)展，特別是智能化開關(guān)、光電式互感器等機(jī)電一體化設(shè)備的出現(xiàn),以及計算機(jī)高速網(wǎng)絡(luò)在實時系統(tǒng)中的開發(fā)應(yīng)用,使變電站所有信息的采集、傳輸實現(xiàn)全智能化處理提供了理論和物質(zhì)基礎(chǔ)。數(shù)字化智能變電站會做到站內(nèi)所有信息數(shù)字化，信息傳遞實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，通信模型達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化，使各種設(shè)備共享同一的信息平臺。智能化變電站的技術(shù)特征：(1) 各類數(shù)據(jù)從源頭實現(xiàn)數(shù)字化，真正實現(xiàn)信息集成、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)共享。在電流、電壓的采集環(huán)節(jié)采用智能化電氣測量系統(tǒng)，打破了常規(guī)變電站的監(jiān)視、控制、保護(hù)、故障錄波、量測與計量等幾乎都是功能單一相互獨立的裝置的模式。(2) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊，數(shù)字化電氣量監(jiān)測系統(tǒng)具有體積小、重量輕等特點，可以有效地集成在智能開關(guān)設(shè)備系統(tǒng)中，按變電站機(jī)電一體化設(shè)計理念進(jìn)行功能優(yōu)化組合和設(shè)備布置。對一、二次設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一建模，資源采用全局統(tǒng)一命名規(guī)則，變電站內(nèi)及變電站與控制中心之間實現(xiàn)了無縫通信，從而簡化系統(tǒng)維護(hù)、配置和工程實施。目前的技術(shù)問題：國外已有一定的成熟經(jīng)驗，國內(nèi)的大專院校、科研院所以及有關(guān)廠家都投入了相當(dāng)?shù)娜肆M(jìn)行開發(fā)研究，并且在某些方面取得了實質(zhì)性的進(jìn)展。但歸納起來，目前主要存在的問題是:(1) 研究開發(fā)過程中專業(yè)協(xié)作需要加強(qiáng)，比如智能化電器的研究至少存在機(jī)、電、光三個專業(yè)協(xié)同攻關(guān)；(2) 材料器件方面的缺陷及改進(jìn)；(3) 試驗設(shè)備、測試方法、檢驗標(biāo)準(zhǔn)，特別是EMC(電磁干擾與兼容)控制與試驗還是薄弱環(huán)節(jié)。國內(nèi)已有數(shù)個智能化變電站順利投運，運行時間最長的已近兩年，總的來看設(shè)備運行平穩(wěn)，各類數(shù)據(jù)采集、傳輸無誤，保護(hù)和自動裝置動作正常，說明智能化變電站的技術(shù)運用到實際中已初步通過實踐的檢驗，滿足了安全、穩(wěn)定的系統(tǒng)運行要求。但智能化變電站應(yīng)用發(fā)展中遇到的主要問題，還有待進(jìn)一步深入研究和解決。1.4 課題設(shè)計的內(nèi)容及要求內(nèi)容：1. 掌握110kV變電所電氣主接線的基本設(shè)計方法；2. 短路計算；3. 繼電保護(hù)；4. 主要電氣設(shè)備的選擇與校驗。要求：1. 完成所要求的變電所的電氣設(shè)計；2. 完成畢業(yè)論文。1.5 本設(shè)計的關(guān)鍵問題關(guān)鍵問題一是電氣主接線方面，選擇各級電壓母線的接線方式是我自己認(rèn)為不熟的部分，初步印象就是在課本中學(xué)習(xí)過母線的幾種接線方式，在接下來的設(shè)計過程中，我會先仔細(xì)理解這幾種接線方式的好處和適用范圍，然后通過本次設(shè)計任務(wù)的要求選擇出各級母線的接線方式，從而選擇出最佳的主接線方案。關(guān)鍵問題二是短路電流的計算，在繼電保護(hù)中學(xué)過幾種簡單的短路計算，而且?guī)缀跏悄J(rèn)為無限大系統(tǒng)。在本次設(shè)計，有最大和最小兩種工作方式，明確規(guī)定了每種方式的具體情況，所以應(yīng)該是計算復(fù)雜短路電流。這個較為麻煩，我的思路是可以默認(rèn)為無限大的就采用公式手算短路電流，不能默認(rèn)為無限大的，采用等效圖記性簡化，再用運算曲線法計算。找出幾個電位不同的點，算出各點短路電流即可。關(guān)鍵問題三是電氣主設(shè)備的選擇，由于要考慮容量問題和實際負(fù)荷的計算，又需要短路電流和其他一些量的計算比較，過程較為復(fù)雜。在設(shè)計變電站中，一般主設(shè)備包括斷路器、隔離開關(guān)、互感器和避雷器等。1.6本章小結(jié)本章介紹了變電站的重要性，以及本課題的研究意義，對于變電站設(shè)計的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢也做了介紹，最后說明了本課題的具體設(shè)計內(nèi)容及關(guān)鍵點。2 電氣主接線設(shè)計及配電裝置2.1 原始資料及設(shè)計要求2.1.1 原始資料開發(fā)區(qū)新建110KV降壓變電所，由兩回110KV電源供電，其中一回來自東南方向30km處的火力發(fā)電廠；另一回來自正南方向20km處的地區(qū)變電所。本變電站與系統(tǒng)連接情況如圖2.1所示。有8回35KV出線，每回負(fù)荷按3750kW考慮，,一、二類負(fù)荷占50%，總出線長度約70km（其中最長一回35KV出線為9km）；另外有6回10KV出線，總負(fù)荷約15MW，,，一、二類負(fù)荷占30%。圖2.1 原始資料圖最大運行方式時，系統(tǒng)1兩臺發(fā)電機(jī)和兩臺變壓器均投入運行；最小運行方式時，系統(tǒng)1投入一臺發(fā)電機(jī)和一臺變壓器，系統(tǒng)2可以視為無窮大電源系統(tǒng)。2. 自然條件本變電站所在地區(qū)平均海拔1000m，年最高氣溫40，年最低氣溫-10，年平均氣溫20，年最熱月平均氣溫30，年雷暴日為30天，土壤性質(zhì)以沙礫粘土為主。2.1.2 設(shè)計要求分析1. 掌握110kV變電所電氣主接線的基本設(shè)計方法：110KV降壓變電站有三個電壓等級，分別為110KV，35KV和10KV，是不算太大的電壓等級。變電站設(shè)計的基礎(chǔ)也是主接線設(shè)計，掌握該設(shè)計方法，首先了解和選擇合適的幾種接線方式，如雙母線接線，單母線接線，和分段母線等。然后根據(jù)各級電壓測的負(fù)荷情況，實際情況和環(huán)境等，選用合適的方式接線。2. 短路計算：短路計算是變電站設(shè)計至關(guān)重要的一部分，它可以為電氣主設(shè)備選擇，繼電保護(hù)提供依據(jù)。本設(shè)計采用對三個不同電壓等級的點進(jìn)行短路計算，分別是110KV，35KV和10KV母線的三相短路計算。利用等效電路圖，化簡后進(jìn)行公式計算，最后列出短路計算電流表。3. 主要電氣設(shè)備的選擇與校驗：變電站設(shè)計的主要電氣設(shè)備包括母線，斷路器，隔離開關(guān)和互感器等。這些也是都需要進(jìn)行精心仔細(xì)選擇和校驗的設(shè)備。主要是通過電壓等級、過電流要求以及穩(wěn)定性等幾方面記性選擇和校驗，是一個龐大的計算過程。4. 繼電保護(hù)：這是變電站設(shè)計的二次部分，不過在保護(hù)中是至關(guān)重要的。主要是對主變壓器和線路進(jìn)行保護(hù)，選擇合適的保護(hù)方式，以及進(jìn)行簡單的計算和校驗即可。2.2 主接線設(shè)計2.2.1 設(shè)計原則電氣主接線是變電站電氣設(shè)計的重要部分，也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，它對于電氣設(shè)備選擇，配電裝置布置和繼電保護(hù)都有較大影響。因此必須優(yōu)化電氣主接線。對于電氣主接線方案的選定，有以下幾個要求點去進(jìn)行選取：1、供電可靠性。主接線的設(shè)計必須滿足當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，停電范圍小，恢復(fù)供電快。2、經(jīng)濟(jì)性。在滿足供電可靠和安全的前提下，盡量節(jié)省投資和減少占地面積。3、簡化性。變電站自動化，無人控制是必然發(fā)展趨勢，簡化主接線可以為此提供方便。4、適應(yīng)性和靈活性。能適應(yīng)一定時期內(nèi)沒有預(yù)計到的負(fù)荷水平變化；改變運行方式時操作簡便，恢復(fù)供電快。由于本設(shè)計的變電站有三個電壓等級，所以在設(shè)計中需要考慮各等級的母線情況。再擬出方案將三個電壓等級與變壓器連接，對選出的方案進(jìn)行綜合比較，確定最佳方案。2.2.2 設(shè)計方案本設(shè)計準(zhǔn)備選用的主接線方法有如下幾種：1、 雙母線接線（圖2.2）：優(yōu)點：運行方式靈活，可靠，便于事故處理和擴(kuò)建。通過兩組母線的隔離開關(guān)倒換操作，可以輪流檢修一組母線而不至于停電，一組母線故障后能迅速恢復(fù)供電。缺點：隔離開關(guān)倒換工作容易引起電器誤操作，增加了大量的隔離開關(guān)和母線長度。當(dāng)任一回路斷路器檢修時，該回路仍然要停電。配電裝置復(fù)雜，經(jīng)濟(jì)性較差。 圖2.2 雙母線接線 2、 單母線分段接線（圖2.3）：優(yōu)點：用斷路器把母線分段后，對重要用戶可以從不同段引出兩個回路，由兩個電源供電。當(dāng)一段母線發(fā)生故障，斷路器自動將故障切除，從而保證正常母線段正常不間斷供電。缺點：當(dāng)斷路器檢修時需要全部停電。一條母線故障，該線路所有回路停電。 圖2.3 單母線分段接線3、 單母線接線（圖2.4）：優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單清晰，設(shè)備較少，操作方便和占地少，有利于擴(kuò)建。缺點：當(dāng)母線或母線隔離開關(guān)進(jìn)行檢修或發(fā)生故障,或線路、變壓器繼電保護(hù)裝置動作而斷路器拒絕動作時，都會使整個母線斷電；運行可靠性不高。 圖2.4 單母線接線 主接線的總設(shè)計方案有兩種選擇：方案一：110V采用雙母線接線，35KV和10KV采用單母線分段接線，如圖2.5： 圖2.5 方案一接線方案二：110KV、35KV和10KV都采用單母線分段接線，如圖2.6： 圖2.6 方案二接線相對于方案二，方案一雖然結(jié)構(gòu)稍微復(fù)雜，資金略高，但供電可靠性得到了很大的保障。110KV變電站對于供電可靠的要求很高，所以采用方案一進(jìn)行設(shè)計。2.3 配電裝置2.3.1 配電裝置的介紹按主接線圖，由開關(guān)設(shè)備、保護(hù)電器、母線與輔助設(shè)備所組成，用以接受和分配電能的裝置總稱為配電裝置。通常，按布置場所配電裝置可分為室內(nèi)配電裝置和室外配電裝置。近幾年，廣泛采用了金屬全封閉組合電器（GIS）。室內(nèi)配電裝置的優(yōu)點：外界調(diào)節(jié)對電氣設(shè)備的運行影響不大，因此可以減少維護(hù)工作量。提高運行可靠性。在室內(nèi)操作，方便，占地面積也小。缺點是土建費用較大。室外配電裝置的優(yōu)點：土建工程量和費用較少，縮短建造時間?？墒瓜噜徳O(shè)備之間的距離適當(dāng)加大，運行更加安全，擴(kuò)建也方便。缺點是電氣設(shè)備都露在室外，環(huán)境條件影響較大，設(shè)備的外絕緣必須按室外來考慮，價格會增高。電氣設(shè)備布置應(yīng)根據(jù)設(shè)防烈度，場地條件和其他環(huán)境條件，并結(jié)合電氣總布置及運行、檢修條件，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析確定。2.3.2 配置選擇原始數(shù)據(jù)中，該變電所的平局海拔為1000米，年最高氣溫40，年最低氣溫-10，年平均氣溫20，年最熱月平均氣溫30。由海拔1000米，不需要對配電裝置的最小安全凈距離進(jìn)行修正。本設(shè)計110KV和35KV配電裝置采用室外普通中型配置，這種配置的特點是布置清晰，結(jié)構(gòu)可靠，維修方便，抗震性好，而且大都采用懸掛式軟母線，用懸式絕緣子懸掛在母線架上。其中110KV母線進(jìn)出線方式采用門形構(gòu)架，經(jīng)變壓器高壓側(cè)拉出，但拉線與墻面的角度不應(yīng)小于30。35KV母線進(jìn)出線方式采用形構(gòu)架。電力變壓器外殼不帶電，可采用落地布置。主變壓器與建筑物的距離不應(yīng)小于3米，當(dāng)變壓器油重為2500KG以上時，兩臺變壓器之間的防火距離不應(yīng)小于8米。110KV的安全距離為1米，35KV的安全距離為0.75米。110KV的避雷器采用落地式布置，35KV的避雷器采用高式布置。戶外配電裝置應(yīng)設(shè)有供運行操作、巡視和檢修用的通道，其寬度為0.81米。戶外配電裝置的遮攔高度不應(yīng)低于1.7米，網(wǎng)孔不應(yīng)大于40mm40mm，欄桿高度不應(yīng)低于1.2米，應(yīng)裝鎖。10KV采用單層室內(nèi)高壓成套開關(guān)柜配置，將線路、母線聯(lián)絡(luò)斷路器、電壓互感器、電流互感器和避雷器組裝在柜里。選用XGN2-10系列開關(guān)柜。該型號適于在3-10KV 單母線系統(tǒng)中作為接受和分配電能的高壓成套配電裝置，為金屬封閉箱型結(jié)構(gòu)。柜內(nèi)由鋼板分割成斷路器室、母線室、繼電器室、電纜室，并可通過門面的觀察窗和照明燈觀察柜內(nèi)各主要元件的運行情況。2.3.3 總布置設(shè)計的配電裝置的布置包括高壓配電室（分別是110KV配電室、35KV配電室、10KV配電室）、電容器室、變壓器室、低壓配電室、中控室。如圖2.7：圖2.7 變電站配電裝置平面圖對于其他一些配置的選取，如表2.1：表2.1 變電站配置表房間名稱高壓配電室電容器室變壓器室低壓配電室中控室建筑物耐火等級二級二級二級一級一級采光宜有自然采光可設(shè)采光窗不設(shè)采光窗木窗木窗通風(fēng)木制百葉窗加保護(hù)網(wǎng)，自然通風(fēng)百葉窗設(shè)網(wǎng)口，自然通風(fēng)車間內(nèi)用非燃燒材質(zhì)做通風(fēng)窗，自然通風(fēng)無要求采暖一般不采暖不采暖無要求一般不采暖規(guī)定采暖區(qū) 2.4 本章小結(jié)本章對主接線進(jìn)行了方案的比較和選取，考慮到供電可靠性，最終選擇了110KV雙母線接線，35KV和10KV單母線分段接線的接線方式。在確定好電氣主接線后，對整個變電站的配電進(jìn)行合理配置和布局。3 負(fù)荷計算及主變壓器選擇3.1 負(fù)荷計算3.1.1 負(fù)荷計算的重要性負(fù)荷分為三類： 一級負(fù)荷：中斷供電將會造成人身傷亡或者重要設(shè)計損壞，且難以挽回，帶來極大的經(jīng)濟(jì)損失和政治損失屬于一級負(fù)荷。二級負(fù)荷：中斷供電將會造成局部設(shè)計損壞或生產(chǎn)流程紊亂，且較長時間才能修復(fù)或大量產(chǎn)品報廢，產(chǎn)品減產(chǎn)屬于二級負(fù)荷。三級負(fù)荷：不屬于一級和二級的一般電力負(fù)荷。三級負(fù)荷對供電無特殊要求，允許較長時間停電。變電站建設(shè)工作中要考慮變電站的供電負(fù)荷選擇和變壓器的容量，而要選擇變壓器的容量，確定變壓器各出線側(cè)的最大持續(xù)工作電流，首先必須要計算各側(cè)的負(fù)荷。同時它也是正確選擇供電系統(tǒng)中導(dǎo)線、開關(guān)電器等的基礎(chǔ)，也是保障供電系統(tǒng)安全可靠運行必不可少的重要一環(huán)。在方案設(shè)計與初步設(shè)計時，其電力負(fù)荷計算過小或過大，都會引起嚴(yán)重的后果。如果電力負(fù)荷計算過小，就會引起供電線路過熱，加速其絕緣的老化；同時，還會過多損耗能量，引起電氣線路走火，引發(fā)重大事故。而電力負(fù)荷計算過大，將會引起變壓器容量過剩，以及供電線路截面過大，相應(yīng)的保護(hù)整定值就會定得過高，從而降低了電氣設(shè)備保護(hù)的靈敏度，與此同時，電力負(fù)荷計算過大還增加了投資，降低了工程的經(jīng)濟(jì)性。3.1.2 負(fù)荷計算1，考慮一、二級負(fù)荷需求和城市規(guī)劃；2，考慮當(dāng)一臺變壓器停運時，另一臺必須滿足70%的全部最大綜合計算負(fù)荷，即 （式3-1）和 （式3-2）其中，最大綜合計算負(fù)荷為 （式3-3）式中， 各出線的最大功率；m出線回路數(shù)； 各出線的自然功率因數(shù)； 同時系數(shù)，一般取0.8-0.95； 線損率，取5%。 同時系數(shù)Kt：在配電干線上，多個用電設(shè)備組同時工作，但是各個用電設(shè)備組的最大負(fù)荷并非同時出現(xiàn)，因此在求配電干線的計算負(fù)荷時，應(yīng)再計入一個同時系數(shù)。本設(shè)計原始資料中，35KV和10KV 側(cè)均給出了若干條負(fù)荷回路，所以需要計入同時系數(shù)，同時系數(shù)的選取也與回路數(shù)有關(guān)。根據(jù)現(xiàn)有資料的經(jīng)驗取值，取Kt=0.85。根據(jù)（式3-3），10KV側(cè)容量的計算：考慮線損率5%，則=16.734MVA 同理，35KV側(cè)的計算：考慮線損率5%，則 =33.469MVA所以，待建變電站的供電總?cè)萘繛?+=50.203MVA。3.2 主變壓器的選擇3.2.1 變壓器選擇原則變壓器是變電站的主要電氣設(shè)備之一，降壓變壓器是將高電壓降低為用戶所需要的各級使用電壓，以滿足用戶的需要。本設(shè)計就是一個降壓變電站。主變的容量和臺數(shù)直接影響到主接線的形式和配電裝置的結(jié)構(gòu)。在選擇變壓器時，要根據(jù)設(shè)計要求資料和所設(shè)計的變電站自身特點，在滿足變壓器的可靠性的前提下，充分考慮經(jīng)濟(jì)性來選取。（1）變壓器臺數(shù)：由設(shè)計要求資料可知，本次設(shè)計的變電站是某城市開發(fā)區(qū)的一個110KV降壓變電站，通過兩條進(jìn)線向其輸入電源，主變也通過35KV和10KV兩條出線輸送電能，是一個一般的地區(qū)變電站。在出線回路中，有很多部分是一二類負(fù)荷，所以為了滿足供電可靠性，采用兩臺主變壓器。這樣可以防止因一臺變壓器出故障而導(dǎo)致整個變電站停運，造成對用戶的停電。而且兩臺主變同時發(fā)生故障的幾率很低，而且當(dāng)一臺變壓器出故障時或檢修時，另一臺也能供應(yīng)全部負(fù)荷的70%。（2） 變壓器容量：主變壓器容量一般按變電站建成后5-10年規(guī)劃負(fù)荷計劃，并適當(dāng)考慮遠(yuǎn)期的負(fù)荷發(fā)展。又因要考慮到一臺變壓器停運的情況下，另一臺必須滿足全部負(fù)荷的70%，根據(jù)（式3-1）有： =35.142MVA從單臺變壓器應(yīng)滿足全部一二類負(fù)荷的條件下計算，根據(jù)（式3-2）有： =18.75MVA =5.625MVA所以為24.375MVA。 所以，主變的容量選取為40MVA。 （3）變壓器繞組和相數(shù)： 變壓器有單相和三相，主變壓器采用何種相數(shù)主要考慮變壓器的制造條件，可靠性和運輸條件等。一般情況，現(xiàn)在社會技術(shù)條件和交通運輸已經(jīng)逐漸成熟，在330KV以下的變電站，均可采用三相變壓器。而且一臺三相變壓器相對于三臺單相變壓器的變壓器組而言，經(jīng)濟(jì)性更好。繞組的一般形式主要有雙繞組和三繞組。在具有三種電壓等級的降壓變電站中，如通過主變壓器各側(cè)繞組的功率均達(dá)到該變壓器容量的15%以上，主變壓器均可采用三繞組變壓器。另一方面，一臺三繞組變壓器的價格及所用的控制電器和輔助設(shè)備，比兩臺雙繞組變壓器都要少。因此選用三繞組變壓器。變壓器繞組的連接方式有Y型和型，而且為了保證消除三次諧波的影響，必須有一個繞組是型的。我國的110KV以上都用的中性點直接接地系統(tǒng)，所以110KV側(cè)用Y型連接，且中性點直接接地。根據(jù)DL/T 620-1997交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合3.1.2條規(guī)定：35KV單相接地電容電流大于10A時，應(yīng)裝設(shè)消弧線圈。本設(shè)計的變電站的35KV側(cè)，單相接地電容電流所以不需要裝設(shè)消弧線圈，也用Y型連接。而10KV側(cè)則采用型連接。（4）變壓器調(diào)壓：變壓器的電壓調(diào)整就是通過分接開關(guān)切換分接頭，從而改變變壓器的變比實現(xiàn)變壓。有兩種調(diào)壓方式：一是無勵磁調(diào)壓，就是必須斷電再來調(diào)壓，這種調(diào)壓范圍在；二是有載調(diào)壓，可以帶電操作進(jìn)行調(diào)壓，這種調(diào)壓范圍在，這種方式可以穩(wěn)定電壓，減少調(diào)壓時的電壓波動。110KV以及以下的變壓器，考慮要有一級采用有載調(diào)壓，所以設(shè)計中可以全部采用有載調(diào)壓。對于有載調(diào)壓變壓器，首選SZ9系列的低損耗電力變壓器。3.2.2 變壓器確定設(shè)計選取主變兩臺40MVA的三相油浸風(fēng)冷式有載調(diào)壓的三繞組變壓器，型號為：SFSZ9-40000/110。查GB/T 6451-2008可得，SFSZ9-40000/110的技術(shù)參數(shù)如下表3.1：表3.1 SFSZ9-40000/110變壓器技術(shù)參數(shù)型號電壓組合及分接范圍（KV）連接組別空載損耗（KW）短路損耗（KW）空載電流（%）阻抗電壓（%）高壓中壓低壓SFSZ9-40000/110110+81.25%353738.510.5YN/yn0/d1148.21890.45高-中10.5高-低17.5中-低6.53.3 本章小結(jié)本章結(jié)合原始資料和設(shè)計要求的規(guī)定，對各側(cè)的負(fù)荷進(jìn)行了近似計算，用此數(shù)據(jù)進(jìn)行變壓器容量的選擇，確定采用兩臺型號為SFSZ9-40000/110的主變壓器。4 短路計算所謂短路，就是供電系統(tǒng)中一相或者多相載流導(dǎo)體接地或相互接觸并產(chǎn)生超出規(guī)定值的大電流。主要原因是由于各種因素（如過電壓、雷擊、絕緣老化等）造成的電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體的絕緣損傷。4.1 計算的目的短路電流能達(dá)到該電路額定電流的幾倍甚至到幾十倍，上百倍，某些場合短路電流可達(dá)到幾萬安，甚至幾十萬安。當(dāng)大短路電流流過導(dǎo)體時，會嚴(yán)重發(fā)熱，造成損壞。短路也會產(chǎn)生電弧，不僅可能燒壞故障元件本身，也可能燒壞周圍設(shè)備。短路也會使得發(fā)電機(jī)的端電壓下降，會造成線路、電抗器等的電壓損耗增大，二者作用的后果將使網(wǎng)絡(luò)電壓降低，越靠近短路點降低得越多。短路還能破壞電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)震蕩，甚至系統(tǒng)瓦解崩潰。在選擇電氣設(shè)備時，為了保證在正常運行和故障情況下都能可靠地工作，這都需要進(jìn)行短路電流計算；在選擇繼電保護(hù)方式和整定計算時，也需要以短路電流為依據(jù)。通常用三相短路電流。4.2 計算的方法求解不對稱短路電流的一般方法是：利用對稱分量法實現(xiàn)參數(shù)轉(zhuǎn)換；列出正、負(fù)、零序網(wǎng)絡(luò)方程；推導(dǎo)出故障點的邊界條件方程；將網(wǎng)絡(luò)方程與邊界條件方程聯(lián)立求解，求出短路電流及其他分量。三相短路是對稱的短路計算，兩相短路和單相短路是不對稱短路計算。經(jīng)驗表明，單相短路發(fā)生的幾率最大，三相短路的最小，但是三相短路的后果很嚴(yán)重，所以也要引起重視。對于任何不對稱的短路進(jìn)行計算，都可以采用對稱分量法，歸為對稱短路的計算。一般在進(jìn)行短路電流計算時，對于可以將電源容量視為無窮大的電力系統(tǒng)，當(dāng)某處發(fā)生短路時，電源電壓保持不變，即短路電流的周期分量在整個短路過程中不衰減。4.3 短路電流計算4.3.1 參數(shù)計算無論采用有名制或標(biāo)幺制，對多電壓等級的網(wǎng)絡(luò)，都需將參數(shù)歸算至同一電壓等級。標(biāo)幺值的電壓級歸算有兩種方法，一是先將各電壓級的各參數(shù)的有名值歸算到基本電壓級，再除以與基本電壓級相對應(yīng)的基準(zhǔn)值；二是先將基本級的各參數(shù)基準(zhǔn)值歸算到各電壓等級得到各級的基準(zhǔn)值，再用各級的有名值除以各級的基準(zhǔn)值得到標(biāo)幺值。系統(tǒng)一是有限容量，可采用運算曲線（數(shù)字表）法，求出各系統(tǒng)到短路點的直接電抗（轉(zhuǎn)移電抗）后，歸算成對應(yīng)于各等效電源容量下的計算電抗（式4-1），再根據(jù)查找相應(yīng)短路電流周期分量的標(biāo)幺值。只是當(dāng)電源（系統(tǒng)一）的計算電抗3.45時，即可當(dāng)初無窮大系統(tǒng)進(jìn)行計算。再計算出歸算到短路點的等效電源的額定電流（式4-2）。短路電流有名值計算將短路電流周期分量的標(biāo)幺值即可。 =X （式4-1）式中，系統(tǒng)的容量。 (式4-2)式中，短路點所在電壓等級的平均額定電壓。取基準(zhǔn)容量為100MVA。主變壓器的額定電壓為110/37/10.5KV。本設(shè)計采用第二種方式進(jìn)行標(biāo)幺值電壓級歸算。各級的電壓基準(zhǔn)值為：=115KV，=37KV，=10.5KV。則各級的電流基準(zhǔn)值為：=0.5KA=1.56KA=5.5KA基準(zhǔn)值之間的關(guān)系式為： （式4-3） （式4-4） （式4-5）由式4-3，式4-4和式4-5可得，各電壓等級的標(biāo)幺值歸算式： （式4-6） （式4-7） （式4-8）各元件參數(shù)計算式如下:發(fā)電機(jī)： （式4-9）雙繞組變壓器： (式4-10)三繞組變壓器： （式4-11） （式4-12） （式4-13）系統(tǒng)一的發(fā)電機(jī)和的容量均為62.5MVA，=12.4（由此可得，本次設(shè)計的發(fā)電機(jī)為汽輪發(fā)電機(jī)）。由（式4-6）和（式4-9）可得系統(tǒng)一的電抗標(biāo)幺值為：=0.198由（式4-6）和（式4-10）可得雙繞組變壓器T1、T2、T3的電抗標(biāo)幺值為：=0.167線路一的電抗標(biāo)幺值為：=0.091線路二的電抗標(biāo)幺值為：=0.06三繞組變壓器T4、T5技術(shù)參數(shù)，由（式4-11）、（式4-12）和（式4-13)得 =10.75 =-0.250=6.75同雙繞組變壓器，可得其各繞組標(biāo)幺值：=0.269 =0=0.1694.3.2 短路等效電路圖最大運行方式下，系統(tǒng)一的兩臺發(fā)電機(jī)和兩個雙繞組變壓器并列運行，則系統(tǒng)一的等效電抗標(biāo)幺值為 =0.274最小運行方式下，系統(tǒng)一僅投入一臺發(fā)電機(jī)和變壓器，則系統(tǒng)一的等效電抗標(biāo)幺值為 =0.456系統(tǒng)二的等效電抗標(biāo)幺值為=+=0.227。系統(tǒng)短路等效電路圖，如圖4.1：圖4.1 系統(tǒng)短路等效圖最大運行方式的短路等效電路圖，如圖4.2：圖4.2最大運行方式的短路等效圖最小運行方式的短路等效電路圖，如圖4.3：圖4.3最小運行方式的短路等效圖4.3.3 K1點短路計算K1點短路等效電路圖可直接使用圖4.2、圖4.3（1） 最大運行方式下的短路計算（圖4.2）：由（式4-1），系統(tǒng)一的計算電抗為=0.274=0.343.45按有限容量系統(tǒng)計算，計算時使用運算曲線（或數(shù)字表）法。查汽輪發(fā)電機(jī)計算曲線數(shù)字表得，系統(tǒng)一在0S、0.2S、時刻對K1點提供的短路電流周期分量有效值的標(biāo)幺值分別為：=3.159,=2.519,=2.283.由（式4-2）得，歸算到短路點的等效電源的額定電流為=0.628KA系統(tǒng)二視為無窮大電源系統(tǒng)，所以系統(tǒng)二對K1點提供的短路電流周期分量有效值的標(biāo)幺值為=,則系統(tǒng)二對K1點提供的短路電流周期分量有效值為=2.203KA所以流入K1點的總短路電流為=+=3.78KA =+=3.64KA=10.67KK1點的短路容量：=798.279MVA（2） 最小運行方式下的短路計算（圖4.3）：系統(tǒng)一的計算電抗為=0.456=0.28使用運算曲線（或數(shù)字表）法，查汽輪發(fā)電機(jī)計算曲線數(shù)字表得，系統(tǒng)一在0S、0.2S、時刻對K1點提供的短路電流周期分量有效值的標(biāo)幺值分別為：=3.872,=2.939,=2.378.歸算到短路點的等效電源的額定電流為=0.314KA系統(tǒng)二視為無窮大電源系統(tǒng)，所以系統(tǒng)二對K1點提供的短路電流周期分量有效值的標(biāo)幺值為=,則系統(tǒng)二對K1點提供的短路電流周期分量有效值=2.203KA所以流入K1點總短路電流為=+=3.126KA=+=2.95KA=8.7KAK1點的短路容量=651.197MVA4.3.4 K2點短路計算（1） 最大運行方式下的短路計算：等效電路圖的簡化過程：圖4.4為簡化第一步，圖4.5為簡化第二步，合并阻抗8,11，得Y型等效圖，圖4.6為Y變換。其中：=0.227+0.135+=0.474 圖4.4 K2點短路最大運行方式等效化簡圖1圖4.5 K2點短路最大運行方式等效化簡圖2 圖4.6 K2點短路最大運行方式等效化簡圖3系統(tǒng)一的計算電抗為=0.72查汽輪發(fā)電機(jī)計算曲線數(shù)字表得系統(tǒng)一在0S、0.2S、時刻對K2點提供的短路電流周期分量有效值的標(biāo)幺值分別為：=1.45,=1.3,=1.68.歸算到短路點的等效電源的額定電流為=1.951KA系統(tǒng)二視為無窮大電源系統(tǒng)，所以系統(tǒng)二對K2點提供的短路電流周期分量有效值的標(biāo)幺值為=,則系統(tǒng)二對K2點提供的短路電流周期分量有效值=3.291KA所以流入K2點總短路電流為=+=5.827KA=+=6.569KA=15.579KAK2點的短路容量=408.094MVA（2） 最小運行方式下的短路計算：等效電路圖的簡化過程：圖4.7為簡化第一步，圖4.8為簡化第二步，合并阻抗8,11為16，得Y型等效圖，圖4.9為Y變換。其中： =0.227+0.135+=0.429圖4.7 K2點短路最小運行方式等效化簡圖1 圖4.8 K2點短路最小運行方式等效化簡圖2圖4.9 K2點短路最小運行方式等效化簡圖3系統(tǒng)一的計算電抗為=0.862=0.54使用運算曲線（或數(shù)字表）法，查汽輪發(fā)電機(jī)計算曲線數(shù)字表得，系統(tǒng)一在0S、0.2S、時刻對K2點提供的短路電流周期分量有效值的標(biāo)幺值分別為：=1.92,=1.79,=1.972.歸算到短路點的等效電源的額定電流為=0.975KA系統(tǒng)二視為無窮大電源系統(tǒng)，所以系統(tǒng)二對K2點提供的短路電流周期分量有效值的標(biāo)幺值為=,則系統(tǒng)二對K2點提供的短路電流周期分量有效值為=3.636KA所以流入K2點總短路電流為=+=5.381KA=+=5.559KA=14KAK2點的短路容量=367.284MVA4.3.5 K3點短路計算（1）最大運行方式下的短路計算：等效電路圖的簡化過程：圖4.10為簡化第一步，圖4.11為簡化第二步，合并阻抗8,10,11,13得Y型等效圖，圖4.12為Y變換。其中：=0.227+0.219+=0.627 圖4.10 K3點短路最大運行方式等效化簡圖1 圖4.11 K3點短路最大運行方式等效化簡圖2 圖4.12 K3點短路最大運行方式等效化簡圖3系統(tǒng)一的計算電抗為=0.95查汽輪發(fā)電機(jī)計算曲線數(shù)字表得系統(tǒng)一在0S、0.2S、時刻對K3點提供的短路電流周期分量有效值的標(biāo)幺值分別為：=1.091,=1.002,=1.2.歸算到短路點的等效電源的額定電流為=6.873KA系統(tǒng)二視為無窮大電源系統(tǒng)，所以系統(tǒng)二對K3點提供的短路電流周期分量有效值的標(biāo)幺值為=,則系統(tǒng)二對K3點提供的短路電流周期分量有效值為=8.772KA所以流入K3點總短路電流為 =+=15.659KA =+=17.02KA=41.42KAK3點的短路容量=295.886MVA（2） 最小運行方式下的短路計算：等效電路圖的簡化過程：圖4.13為簡化第一步，圖4.14為簡化第二步，合并阻抗8,10,11,13得Y型等效圖，圖4.15為Y變換。其中： =0.227+0.219+=0.555圖4.13 K3點短路最小運行方式等效化簡圖1 圖4.14 K3點短路最小運行方式等效化簡圖2圖4.15 K3點短路最小運行方式等效化簡圖3系統(tǒng)一的計算電抗為=0.7查汽輪發(fā)電機(jī)計算曲線數(shù)字表得系統(tǒng)一在0S、0.2S、時刻對K3點提供的短路電流周期分量有效值的標(biāo)幺值分別為：=1.492,=1.336,=1.734.歸算到短路點的等效電源的額定電流為=3.437KA系統(tǒng)二視為無窮大電源系統(tǒng)，所以系統(tǒng)二對K3點提供的短路電流周期分量有效值的標(biāo)幺值為=,則系統(tǒng)二對K3點提供的短路電流周期分量有效值=9.9KA所以，流入K3點的總短路電流為=+=14.492KA =+=15.86KA=38.257KAK3點的短路容量=273.3MVA短路電流計算結(jié)果如下表4.1：表4.1 短路電流計算表短路點系統(tǒng)最大運行方式系統(tǒng)最小運行方式三相短路電流/KA短路容量/MVA三相短路電流/KA短路容量/MVAK14.193.783.6410.67798.2793.4183.1262.958.7651.197K26.125.8276.56915.579408.0945.5085.3815.55914367.284K316.2715.65917.0241.42295.88715.02814.49215.8638.257273.3 4.4 短路電流的效應(yīng)短路電流通過電氣設(shè)備和導(dǎo)體時，一方面產(chǎn)生很大的電動力，即力效應(yīng)；另一方面會產(chǎn)生很高的溫度，即熱效應(yīng)。力效應(yīng)可能會使設(shè)備變形損壞，而熱效應(yīng)可能會燒毀電氣設(shè)備。因此電力系統(tǒng)中的設(shè)備和載流導(dǎo)體應(yīng)能承受住這兩種效應(yīng)的作用，并依此兩種效應(yīng)校驗電氣設(shè)備的動、熱穩(wěn)定性。4.4.1 動穩(wěn)定校驗短路時，相鄰載流導(dǎo)體間產(chǎn)生很大的電動力，可能會使電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體遭到破壞。所以必須要求電氣設(shè)備有足夠承受電動力的能力，即