110kV城市變電站設計-畢業(yè)論文

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1、江 西 理 工 大 學本 科 畢 業(yè) 設 計（論文）題 目：110kV城市變電站設計專題題目：學 院：電氣工程與自動化學院專 業(yè)：電氣工程及其自動化專業(yè)時間：2015年6月10日摘 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，直接影響整個電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行。電氣主接線的設計是變電站設計的首要任務，也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。它的擬定直接關系著全站電氣設備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護和自動裝置的確定，是變電站電氣部分投資的重要決定因素。此外，在變電站的設計中，既要求所變電能很好地服務于工業(yè)生產(chǎn)，又要切實保證工廠生產(chǎn)和生活的用電的需要，并做好節(jié)

2、能工作，就必須達到滿足安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟這四點要求。本設計書中所要求的110kV變電站屬于高壓網(wǎng)絡，該地區(qū)變電所所涉及方面多，考慮問題多，分析變電所擔負的任務及用戶負荷等情況，選擇所址，利用用戶數(shù)據(jù)進行負荷計算，確定用戶無功功率補償裝置。同時進行各種變壓器的選擇，從而確定變電站的接線方式，再進行短路電流計算，選擇送配電網(wǎng)絡及導線，進行短路電流計算。選擇變電站高低壓電氣設備，為變電站平面及剖面圖提供依據(jù)。本變電所的初步設計包括了：（1）變電所總體分析 （2）主變壓器的選擇 （3）電氣主接線設計 （4）短路電流的計算 （5）電氣設備的選擇 （6）防雷設計。 關鍵詞： 主接線設計；短路電流；電氣

3、設備選擇ABSTRACTSubstation is an important part of power system, is the intermediate link between power plants and users, plays a role in transformation and distribution of electric energy, a direct impact on the safe and economic operation of the whole power system. The design of electrical main wiring

4、 is the main task of the substation design, and is the important link of the power system. Its formulation is directly related to the choice of the total station electrical equipment, the arrangement of the distribution equipment, the relay protection and the determination of the automatic equipment

5、, and the important determinant of the investment of the electrical parts of the substation. In addition, in the design of substation, not only requires the substation can very good service in industrial production, but also to ensure the factory production and living electricity needs, and do a goo

6、d job of energy conservation work, we must to meet the safety, reliability, quality, economic demands these four points.Required in the design of the book of the 110kV substation belongs to the high voltage network, the area change are involved in many aspects, to consider the issue, and tasks such

7、as user load of substation and analysis, the choice of the site, the use of user data load calculation and determine the user of reactive power compensation device. At the same time, the choice of various transformers, so as to determine the substation wiring, and then short-circuit current calculat

8、ion, choose power distribution network and wire, short-circuit current calculation. Select the high and low voltage electrical equipment in the substation, provide the basis for the substation plan and the profile map. Preliminary design of the substation, including: (1) substation overall analysis

9、(2) main transformer (3) the main electrical wiring design (4) short circuit current calculation (5) electrical equipment selection (6) lightning protection design.Key words: main wiring design; short-circuit current; electrical equipment selection目 錄第一章 緒論11.1選題背景和意義11.2原始資料31.3 變電所總體分析4第二章 主變壓器選擇6

10、2.1負荷分析計算62.2主變壓器的選擇72.3 站用變壓器的選擇11第三章 電氣主接線設計123.1 電氣主接線的設計原則123.2 電氣主接線方式設計的基本要求123.3電氣主接線方案的確定14第四章 短路電流計算174.1 短路電流計算的目的174.2 短路電流計算的一般規(guī)定174.3 短路電流計算的步驟184.4短路電流計算過程184.5 短路電流計算結(jié)果表23第五章 電氣設備選擇255.1導體和電氣設備選擇的一般條件255.2 主要電氣設備的選擇275.3電氣設備的選擇305.4 高低壓配電裝置型式選擇32第六章 防雷設計366.1防雷保護措施366.2進線保護376.3防雷設計38

11、總結(jié)40參考文獻41致謝43江西理工大學2015屆本科生畢業(yè)設計(論文)第一章 緒論電力工業(yè)是國民經(jīng)濟的一項基礎工業(yè)和國民經(jīng)濟發(fā)展的先行工業(yè)，它是一種將煤、石油、天然氣、水能、核能、風能等一次能源轉(zhuǎn)換成電能這個二次能源的工業(yè)，它為國民經(jīng)濟的其他各部門快速、穩(wěn)定發(fā)展提供足夠的動力，其發(fā)展水平是反映國家經(jīng)濟發(fā)展水平的重要標志。由于電能在工業(yè)及國民經(jīng)濟的重要性，電能的輸送和分配是電能應用于這些領域不可缺少的組成部分。所以輸送和分配電能是十分重要的一環(huán)。變電站使電廠或上級電站經(jīng)過調(diào)整后的電能書送給下級負荷，是電能輸送的核心部分。其功能運行情況、容量大小直接影響下級負荷的供電，進而影響工業(yè)生產(chǎn)及生活用電

12、。若變電站系統(tǒng)中某一環(huán)節(jié)發(fā)生故障，系統(tǒng)保護環(huán)節(jié)將動作。可能造成停電等事故，給生產(chǎn)生活帶來很大不利。因此，變電站在整個電力系統(tǒng)中對于保護供電的可靠性、靈敏性等指標十分重要。變電站是聯(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。這就要求變電所的一次部分經(jīng)濟合理，二次部分安全可靠，只有這樣變電所才能正常的運行工作，為國民經(jīng)濟服務。變電站是匯集電源、升降電壓和分配電力場所，是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)。變電站有升壓變電站和降壓變電站兩大類。升壓變電站通常是發(fā)電廠升壓站部分，緊靠發(fā)電廠。將壓變電站通常遠離發(fā)電廠而靠近負荷中心。這里所設計得就是110KV降壓變電站。它通常有高壓配電室、變壓器室、低

13、壓配電室等組成。變電站內(nèi)的高壓配電室、變壓器室、低壓配電室等都裝設有各種保護裝置，這些保護裝置是根據(jù)下級負荷地短路、最大負荷等情況來整定配置的，因此，在發(fā)生類似故障是可根據(jù)具體情況由系統(tǒng)自動做出判斷應跳閘保護，并且，現(xiàn)在的跳閘保護整定時間已經(jīng)很短，在故障解除后，系統(tǒng)內(nèi)的自動重合閘裝置會迅速和閘恢復供電。這對于保護下級各負荷是十分有利的。這樣不僅保護了各負荷設備的安全利于延長是使用壽命，降低設備投資，而且提高了供電的可靠性，這對于提高工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率是十分有效的。工業(yè)產(chǎn)品的效率提高也就意味著產(chǎn)品成本的降低，市場競爭力增大，進而可以使企業(yè)效益提高，為國民經(jīng)濟的發(fā)展做出更大的貢獻。生活用電等領域的供電

14、可靠性，可以提高人民生活質(zhì)量，改善生活條件等?？梢?，變電站的設計是工業(yè)效率提高及國民經(jīng)濟發(fā)展的必然條件。1.1選題背景和意義我選擇設計本課題，是對自己已學知識的整理和進一步的理解、認識，學習和掌握變電所電氣部分設計的基本方法，培養(yǎng)獨立分析和解決問題的工作能力及實際工程設計的基本技能。電力工業(yè)的迅速發(fā)展，對變電所的設計提出了更高的要求，更需要我們提高知識理解應用水平，綜合應用所學理論知識，開拓思路，鍛煉獨立分析問題及解決問題的能力。110kV區(qū)域降壓變電所是電網(wǎng)建設和電網(wǎng)絡改造中非常重要技術(shù)環(huán)節(jié)，所以做好110kV變電所的設計是我國電網(wǎng)建設的重要環(huán)節(jié)。在目前的電網(wǎng)建設中，尤其是在110kV變電所

15、的建設中，土地、資金等資源浪費現(xiàn)象嚴重，存在重復建設、改造困難、工頻電磁輻射、無線電干擾和噪聲等環(huán)保問題、電能質(zhì)量差等問題已成為影響高壓輸變電工程建設成本和運行質(zhì)量的重要因素。這已經(jīng)違背了我國的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。所以110kV變電所需要采用節(jié)約資源的設計方案,要克服通信干擾和噪聲、既要保證電能質(zhì)量和用電安全等問題，同時還要滿足以后電網(wǎng)改造簡單、資源再利用率高的要求。110kV變電所的設計或改造需要既能保證安全可靠性和靈活性，又能保證保護環(huán)境、節(jié)約資源、易于實現(xiàn)自動化設計方案。在這種要求下，110KV變電所電氣主接線簡單清晰、接地和保護安全高效、建筑結(jié)構(gòu)布置緊湊、電磁輻射污染最小已是大勢所趨。因而

16、，110kV變電站應從電力系統(tǒng)整體出發(fā),力求電氣主接線簡化,配置與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相應的保護系統(tǒng)，采用緊湊布置、節(jié)約資源、安全環(huán)保的設計方案。基于此，我以節(jié)約資源、保護環(huán)境、設計高安全、高質(zhì)量的110KV變電所為目的，從電源設置、主接線形式確定、設備選擇和配電裝置布置等方面提出了新的設計思路。1）變電所一次設備主接線方式的現(xiàn)狀通常， 110kV變電站最常用的主接線方式主要有：單母線、單母線分段帶旁路、單母線分段、雙母線分段帶旁路、雙母線、1個半斷路器接線、線路變壓器組接線及橋形接線等。隨著生產(chǎn)廠生產(chǎn)的高壓電氣設備質(zhì)量的不斷提高以及電網(wǎng)可靠性要求的增加，變電站主接線方式簡化趨于可能。例如， 高壓斷路器是

17、變電站主要的電氣設備，其制造技術(shù)再近年來有了很大程度的發(fā)展，可靠性也大大提高， 維護時間較少甚至免維護。特別是國外一些知名生產(chǎn)廠家的超高壓斷路器一般均可達到20年左右不大修，更換元件費時也很短。因此，從形式上看， 變電站一次系統(tǒng)主接線的發(fā)展過程經(jīng)歷了由簡單到復雜，再由復雜回到簡單的過程。在70年代，由于當時受到制造技術(shù)、控制技術(shù)和通信技術(shù)等條件的制約，為了提高供電系統(tǒng)的可靠性，產(chǎn)生了主接線從簡單到復雜的演變過程。在當今的技術(shù)環(huán)境下，隨著新技術(shù)、高質(zhì)量電氣產(chǎn)品的廣泛應用，某些條件下采用簡單的主接線方式會比復雜主接線方式更加可靠、更加安全。因此， 變電所主接線方式也就日趨簡化。變電所電氣主接線方式

18、應該根據(jù)可靠性、經(jīng)濟性、靈活性及技術(shù)環(huán)境統(tǒng)一性來決定。為了進一步控制工程造價，提高經(jīng)濟效益，經(jīng)過專家反復論證，我國少數(shù)變電站設計目前已經(jīng)逐漸采用了一些新的、更為簡單的主接線方式。近期，國內(nèi)新建的部分110kV電壓等級的樞紐變電站的主接線采用雙母線不帶旁路母線。 在采用GIS的情況下，優(yōu)先采用單母線分段接線。 而在終端變電站中，應盡量采用線路變壓器組接線方式等。2）變電站二次回路的發(fā)展現(xiàn)狀綜合自動化變電站與傳統(tǒng)的變電站在二次回路進行比較，綜合自動化變電站具有接線較為簡單，設備相對減少，接線方式更合理，系統(tǒng)性強等特點。傳統(tǒng)的變電站的二次回路可以說是一個復雜的網(wǎng)絡，它既包含了控制系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、信號

19、系統(tǒng)與監(jiān)察系統(tǒng)，又包含了繼電保護、調(diào)節(jié)系統(tǒng)、 自動裝置系統(tǒng)及操作電源系統(tǒng)等。其中光是信號系統(tǒng)就包含了位置信號、瞬時預警信號、事故音響信號、延時預警信號等。這些二次回路中， 各系統(tǒng)之間都是靠硬件連接， 因此二次接線就比較復雜。而綜合自動化的變電站在基本原理上打破原來的框架。如原來靠硬件連線的系統(tǒng)，現(xiàn)在可以通過數(shù)字通信進行聯(lián)系，原來控制屏、保護屏、信號屏等各屏內(nèi)設備間的連線由保護裝置內(nèi)部的電路板取代，這樣二次回路的接線就更簡單得多了。傳統(tǒng)變電站的二次設備，是分散地裝設在控制屏、信號屏及保護屏上，每一個電氣元件都要配置測量儀表、 轉(zhuǎn)換開關、光字牌、位置指示燈等。而每一套繼電保護都是需要要有若干個中間

20、繼電器、交流測量繼電器、信號繼電器等組成。一個變電站包括多個電氣單元就會有很多的二次設備。而綜合自動化變電站一個電氣單元的控制、測量、保護及信號可以在一個保護測控裝置內(nèi)實現(xiàn)，繼電保護則是由一套微機保護裝置組成。綜合自動化變電站中，也可以取消中央信號屏及控制屏。這樣，二次設備相應減少了很多。綜合自動化變電站中，二次設備是按照每一個電氣單元配置，二次接線也是按電氣單元，一對一的方式進行連接。不同的電氣單元之間，只有操作閉鎖回路的連接，保護之間配合的連接，相應之間的連接大為減少。對變電站的一些公用二次設備和一些不屬于各個電氣單元的二次設備將它們組合為公用屏。這樣，從變電站整體來看，二次回路的接線比較

21、合理，系統(tǒng)性強，也有規(guī)律，使得運行維護人員易于掌握。1.2原始資料110kV城市變電站設計1）建設性質(zhì)及規(guī)模為滿足市區(qū)工業(yè)及城市生活用電，決定新建一座110kV降壓變電所電壓等級：110/10kV線路回數(shù)：110kV2回，發(fā)展2回 10kV11回，發(fā)展2回2）電力系統(tǒng)接線簡圖（見圖 1-1） 圖1-1 電力系統(tǒng)接線簡圖注 （1）圖中系統(tǒng)容量、系統(tǒng)阻抗均相當于最大運行方式； （2）系統(tǒng)可保證本變電所母線電壓波動在5%以內(nèi)； （3）甲變電所及乙變電所的主要負荷為煤礦，供電可靠性要求高。3）所址條件新建變電所位于市工業(yè)區(qū)，鄰近負荷中心。所區(qū)海拔為100m，為非地震多發(fā)區(qū)。最高氣溫為+39，最低氣溫為

22、-15，最熱月平均最高氣溫為+32。4）設計任務（1）變電所總體分析，負荷分析計算與主變壓器選擇；（2）電氣主接線設計；（3）短路電流計算及電氣設備選擇；（4）高、低壓配電裝置型式選擇。1.3 變電所總體分析市變電站位于市邊緣，供給城市和近郊工業(yè)、農(nóng)業(yè)及生活用電，是新建地區(qū)變電所。變電站作為電力系統(tǒng)中起著重要的連接作用，是聯(lián)系發(fā)電廠與負荷的重要環(huán)節(jié)。為了使變電站的一次設計能夠很好地接入電力系統(tǒng)，使電力系統(tǒng)安全可靠的運行，下面對本變電站做初步分析的原始數(shù)據(jù)進行分析。1）變電站類型：110kV城市降壓變電站2）電壓等級：110/10kV3）線路回數(shù)：110kV 2 回，發(fā)展 2 回 10kV 11

23、 回，發(fā)展 2回4）地理條件：所區(qū)海拔為100m，為非地震多發(fā)區(qū)。最高氣溫為+39，最低氣溫為 -15，最熱月平均最高氣溫為+32。5）負荷情況：主要是一二級負荷，負荷主要為市區(qū)生活用電和工業(yè)用電；第二章 主變壓器選擇2.1負荷分析計算2.1.1負荷分析的目的負荷計算是供電設計計算的基本依據(jù)和方法，計算負荷確定得是否正確無誤，直接影響到電器和導線電纜的選擇是否經(jīng)濟合理。對供電的可靠性非常重要。如計算負荷確定過大，將使電器和導線選得過大，造成投資和有色金屬的消耗浪費，如計算負荷確定過小又將使電器和導線電纜處子過早老化甚至燒毀，造成重大損失，由此可見正確負荷計算的重要性。負荷計算不僅要考慮近期投入

24、的負荷，更要考慮未來幾年發(fā)展的遠期負荷，如果只考慮近期負荷來選擇各種電氣設備和導線電纜，那隨著經(jīng)濟的發(fā)展，負荷不斷增加，不久我們選擇的設備和線路就不能滿足要求了。所以負荷計算是一個全面地分析計算過程，只有負荷分析正確無誤，我們的變電站設計才有成功的希望。變電所進行電力設計的基本原始資料是根據(jù)各用電負荷所提供，但往往這些統(tǒng)計是不齊全的，所以在設計時必須考慮5到10年的負荷增長情況并如何根據(jù)這些資料正確估計變電所所需要的電力、電量是一個非常重要的問題。負荷計算直接影響著變壓器的選擇，計算負荷是根據(jù)變電所所帶負荷的容量確定的，預期不便的最大假想負荷1。這個負荷是設計時作為選擇變電所電力系統(tǒng)供電線路的

25、導線截面，母線的選擇，變壓器容量，斷路器，隔離開關，互感器額定參數(shù)的依據(jù)。2.1.2計算方法：根據(jù)原始材料給定的有功功率P、功率因素，求出無功功率。 (2-1)=+ （2-2） =+ （2-3）計算負荷: （2-4）為需要系數(shù)一般取0.8。2.1.3負荷計算過程根據(jù)原始資料：cos=0.8，則tan=0.75，由公式可計算出：紡織機械廠2回：Pc1=Pc2=7.5 MWQc1=Qc2=Pc1tan=7.50.75=5.625 MVar肉聯(lián)廠2回：Pc3=Pc4=2 MWQc3=Qc4=Pc3tan=20.75=1.5 MVar拖拉機廠2回：Pc5=Pc6=6 MWQc5=Qc6=Pc5tan=

26、60.75=4.5 Mvar鐵路樞紐站2回 ：Pc7=Pc8=8 MWQc7=Qc8=Pc7tan=80.75=6 MVar市區(qū)南線1回，市區(qū)東線1回： Pc9=Pc10=1 MWQc9=Qc10=Pc9tan=10.75=0.75 Mvar市區(qū)北線1回:Pc11=1.5 MWQc11=Pc11tan=1.50.75=1.125 MVar發(fā)展線2回：Pc12=Pc13=3 MWQc12=Qc13=Pc12tan=30.75=2.25 MVarP= Pc12+Pc32+Pc52+Pc72+Pc9+Pc10+Pc11+Pc122= 7.52+22+62+22+1+1+1.5+32= 44.5 MW

27、Q = Qc12+Qc32+Qc52+Qc72+Qc9+Qc10+Qc11+Qc122= 5.6252+1.52+4.52+62+0.75+1.125+2.252= 42.375 Mvar由公式得出： Sc = P 2+Q 2 = 0.844.52+42.3752 = 49.65 MVA2.2主變壓器的選擇主變的容量、臺數(shù)直接影響主接線的形式和配電裝置的結(jié)構(gòu)，它的選擇依據(jù)除了依據(jù)基礎資料外，還取決于輸送功率的大小，與系統(tǒng)聯(lián)系的緊密程度。另外主變選擇的好壞對供電可靠性和以后的擴建都有很大影響。總之主變的選擇關系到待建變電站設計的成功與否，所以對主變的選擇我們一定要全方面考慮。既要滿足近期負荷的要

28、求也要考慮到遠期。 2.2.1 變壓器容量及臺數(shù)的選擇原則主變壓器容量、臺數(shù)直接影響主接線方式及高壓配電裝置的結(jié)構(gòu)。它的確定除依據(jù)傳遞容量等基本原始資料外，還應根據(jù)電力系統(tǒng) 5 年10 年的發(fā)展規(guī)劃、饋線回路數(shù)、輸送功率大小、電壓等級及接入系統(tǒng)的緊密程度等因素，進行合理選擇和綜合分析。如果變壓器容量選得過大、臺數(shù)過多，不僅增加投資成本，增大設備占地面積，而且也增加了設備運行電能的損耗，設備不能夠充分的發(fā)揮效益；若變壓器選擇容量過小，會滿足不了變電站負荷的需要。 因此，在選擇主變壓器時，應按 5 年10 年內(nèi)的規(guī)劃負荷來選擇容量。根據(jù)城市規(guī)劃、 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、 負荷性質(zhì)等綜合考慮確定變壓器的容量。并

29、應考慮變壓器正常運行及事故時的過負荷能力。對裝設兩臺變壓器或兩臺以上變壓器的變電站，每臺變壓器額定容量一般選擇為變電站最大負荷。對于、級負荷占用比重較大的變電站，應能在 1臺主變壓器檢修或停役時，其余變壓器的容量在過負荷能力允許的時間內(nèi)，能夠滿足對、級負荷的正常供電。為保證供電可靠性，變電站一般來說裝設兩臺主變壓器。當只有一個電源或者變電站可由低壓側(cè)電網(wǎng)獲得備用電源給其它負荷供電時，可以裝設一臺變壓器。對于大型的樞紐變電站，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，當技術(shù)經(jīng)濟比較合理時，可裝設兩臺以上的主變壓器。2.2.2 變壓器型式及結(jié)構(gòu)的選擇原則1）主變壓器的型式：一般情況下采用三相式變壓器。具有三種電壓等級的變

30、電站，如通過主變壓器各側(cè)繞組的功率均可以達到 15%Sn 以上時，可采用三繞組的變壓器。其中，當主網(wǎng)電壓采用110220kV，而中壓網(wǎng)絡采用 35kV 時，由于中性點可以具有不同的接地形式，應采用普通的三繞組變壓器；當主網(wǎng)電壓為 220kV 及以上，中壓為 110kV 及以上時，多采用自耦變壓器，以得到較大的經(jīng)濟效益。2）繞組接線組別：變壓器三相繞組的接線組別必須和系統(tǒng)電壓相位一致，電力系統(tǒng)采用的繞組連接方式只有三角形“D”和星形“Y”兩種，因此，變壓器三相繞組的連接方式應根據(jù)現(xiàn)場實際來確定，我國 110kV 及以上電壓，變壓器三相繞組都是采用“YN”連接；35kV都是采用“Y”連接，其中性點

31、大多通過消弧線圈接地； 35kV 以下高壓電壓，變壓器三相繞組都是采用“D”連接。3）調(diào)壓方式：為了保證變電站的供電質(zhì)量，電壓必須保持在允許的范圍之內(nèi)。通過變壓器分接開關進行切換，改變變壓器高壓側(cè)繞組的匝數(shù)，從而改變其變比，實現(xiàn)電壓調(diào)整。切換方式有兩種：一種不帶電切換，稱為無激磁調(diào)壓，調(diào)整范圍通常在22.5%之內(nèi)；另一種是帶負荷切換，稱為有載調(diào)壓，調(diào)整范圍可達 30%。其結(jié)構(gòu)復雜，價格較貴，只有在電網(wǎng)電壓不能滿足要求時才采用。4）冷卻方式：電力變壓器的冷卻方式隨著變壓器型式和容量不同而異，一般有自然風冷卻、強迫油循環(huán)水冷卻、強迫風冷卻、 強迫油循環(huán)導向冷卻、強迫油循環(huán)風冷卻等。2.2.3 主變

32、壓器臺數(shù)的選擇據(jù)資料分析以及線路來看，變電所的類型為110kV終端變電站，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。2.2.4 主變壓器的容量的選擇1）主變壓器負荷的估算 變電所中一般裝設兩臺主變壓器，考慮到今后的發(fā)展，主變壓器的容量應根據(jù)電力系統(tǒng)的規(guī)劃負荷來選擇。當一臺主變壓器檢修和事故時，另一臺主變壓器的容量應保證70的全部負荷或重要用戶的主要生產(chǎn)負荷的需要。2）電力負荷估算 電力負荷估算公式為 (2-5)式中 某一級電壓的最大視在計算負荷，kVA； Kt同時系數(shù)，一

33、般取Kt0.85-0.9，當輸電線路在三回以下時，取Kt=0.95-1.00；%該電壓等級電網(wǎng)的線損率，一般取5%；P一一各工廠或農(nóng)業(yè)負荷饋電線最大有功計算負荷，kw，最小負荷的計算值一般取最大值的60一70，若主要為農(nóng)業(yè)用電負荷，則取最大值的20一30。cos功率因數(shù)遠期總負荷： PM =44.5 MW ，用電負荷的總視在功率為：SM=Sc=49.65MVA主變壓器的總?cè)萘繎獫M足：Sn=49.65 MVA 變電所有兩臺主變壓器，考慮到任意一臺主變停運或檢修時，另一主變要滿足的容量： Sn49.6570% =34.755MVA所以選每臺主變?nèi)萘浚篠n=34.755 MVA為了滿足系統(tǒng)要求，以及

34、通過查表，確定每臺主變的裝機容量為：40MVA總裝機容量為：240MVA=80MVA考慮周圍環(huán)境溫度的影響：p=(max+min)/2=（39-15）/2=12K=（15-12）/100+1=1.03根據(jù)Sn0.6KSM / K=0.60.849.65/1.03=24.58 MVA 即Sn=40MVA24.58 MVA 滿足要求。2.2.5主變壓器型式的選擇1）相數(shù)的選擇：電力系統(tǒng)中大多數(shù)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，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。2）繞組

35、的確定：該變電所只有兩個電壓等級（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）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(lián)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(cè)（110kV）采用Y連接，低壓側(cè)(10kV)采用連接方式。根據(jù)110kV變電所設計指導，以上選擇符合系統(tǒng)對變電所的技術(shù)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(shù)參數(shù)如表2-1： 表2-1 主變壓器的技術(shù)參數(shù)型號高壓低壓

36、空載電流空載損耗負載電流阻抗電壓連接組別SFL1-40000/11012122.5%1050.742110.7105Yn,d112.3 站用變壓器的選擇根據(jù)35110kV變電所設計規(guī)范規(guī)定，在有兩臺及以上主變壓器的變電所中，宜裝設兩臺容量相同互為備用的所用變壓器，分別接到母線的不同分段上。變電所的所用負荷，一般都比較小，其可靠性要求也不如發(fā)電廠那樣高。變電所的主要負荷是變壓器冷卻裝置、直流系統(tǒng)中的充電裝置和硅整流設備、油處理設備、檢修工具以及采暖、通風、照明、供水等。這些負荷容量都不太大，因此變電所的所用電壓只需0.4KV一級，采用動力與照明混合供電方式。380V所用電母線可采用低壓斷路器（即

37、自動空氣開關）或閘刀進行分段，并以低壓成套配電裝置供電。本變電所所用容量為100KVA，選用兩臺型號為S9-100/10的三相油浸自冷式銅線變壓器，接入低壓側(cè),互為暗備用。參數(shù)如表2-2所示：表2-2 站用電變壓器參數(shù)表產(chǎn)品型號額定容量 (KVA)高壓側(cè) (KV)低壓側(cè)(KV)接線組方式短路損耗(W)短路電壓(%)空載損耗(W)空載電流(%)S9-100/10100100.4Y,yn0150042901.6站用電系統(tǒng)采用380/220V中性點直接接地的三相四線制，動力與照明合用一個電源，所用變壓器低壓側(cè)接線采用單母線分段接線方式，平時分裂運行，以限制故障范圍，提高供電可靠性。380V所用電母線

38、可采用低壓斷路器（即自動空氣開關）或閘刀進行分段。第三章 電氣主接線設計 3.1 電氣主接線的設計原則電氣主接線的設計以國家經(jīng)濟建設的方針、政策、技術(shù)規(guī)定、標準為準繩，結(jié)合工程的實際情況，在保證供電可靠性、調(diào)度靈活、滿足各項技術(shù)要求的前提下，兼顧運行、維護的方便，盡可能的節(jié)省投資，就近取材，力爭電氣設備元件與設計的先進性和可靠性，堅持可靠、適用、先進、美觀、經(jīng)濟的原則。 同時， 設計的主接線方式應該能夠滿足供電可靠、經(jīng)濟、靈活、留有擴建及發(fā)展的余地。1）考慮變電站在電力系統(tǒng)中的位置變電站在電力系統(tǒng)中的地位和作用是決定電氣主接線方式的主要因素。變電站是樞紐變電站、地區(qū)變電站、終端變電站、企業(yè)變電

39、站還是分支變電站，由于它們在電力系統(tǒng)中的地位和作用不同，對其電氣主接線方式的可靠性、 經(jīng)濟性和靈活性的要求也不同。2）考慮近期與遠期的發(fā)展規(guī)模變電所電氣主接線方式的設計，應根據(jù) 5 年-10 年電力發(fā)展規(guī)劃要求進行。根據(jù)負荷的大小、分布及增長速度。根據(jù)地區(qū)網(wǎng)絡情況與潮流的分布，分析各種可能的運行方式，來確定電氣主接線方式的形式及連接電源數(shù)和出線回數(shù)。3）考慮負荷的重要性分級及出線回數(shù)對一級負荷，必須有兩個獨立的電源供電，且當其中一個電源失電后，應保證全部一級負荷能夠不間斷供電； 對二級負荷，一般要求有兩個電源供電，且當其中一個電源失電后，應保證大部分的二級負荷供電； 三級負荷一般只需要一個電源

40、供電.4）考慮主變臺數(shù)變電所主變壓器的臺數(shù)對電氣主接線的選擇將產(chǎn)生直接的影響。 變壓器傳輸容量的不同，對主接線的可靠性、靈活性的要求也不相同。5）考慮備用容量的有無及大小發(fā)、送、變的備用容量是為了保證可靠的供電，適應負荷突增、故障停運、設備檢修等情況下的應急要求，電氣主接線方式的設計要根據(jù)備用容量的有無有所區(qū)別，例如，當斷路器或者母線檢修時，是否允許線路、變壓器停運； 當線路故障時允許切除線路、變壓器的數(shù)量等，都直接影響著電氣主接線的形式。3.2 電氣主接線方式設計的基本要求變電所的電氣主接線方式應該根據(jù)變電站在電力系統(tǒng)中的地位、變電站的實際規(guī)劃容量、線路、負荷性質(zhì)、設備特點、變壓器連接元件總

41、數(shù)等條件確定，并應綜合考慮供電的可靠性、檢修操作方便、運行靈活性便于過渡、節(jié)約投資和擴建等要求。3.2.1 供電可靠性安全可靠是電力系統(tǒng)首要任務，保證供電可靠也是電氣主接線方式最基本的要求。電氣主接線的可靠性不是絕對的。同樣形式的主接線對某些發(fā)電廠或變電站來說是可靠的，而對另外一些發(fā)電廠或變電站則不一定能夠滿足可靠性要求。 因此，在分析電氣主接線方式的可靠性時，要考慮發(fā)電廠或變電站在系統(tǒng)中的地位和作用、用戶的負荷性質(zhì)和類別、設備制造水平和運行經(jīng)驗等諸多因素。1）發(fā)電廠和變電站在電力系統(tǒng)中所處的地位和作用。發(fā)電廠和變電站都是電力系統(tǒng)中的重要組成部分，其可靠性應該與電力系統(tǒng)相適應。評價可靠性時，不

42、能脫離變電站在系統(tǒng)中的地位和作用。2）負荷性質(zhì)和類別。負荷按其重要性可分成類負荷、 類負荷和類負荷。 類負荷、 類負荷都要求必須有兩路電源供電。3）設備的制造水平。主接線的可靠性，是由其各組成元件（一次設備、 二次設備）的可靠性的綜合。電氣設備制造水平?jīng)Q定的設備質(zhì)量和可靠度直接影響著電氣主接線的可靠性。因此，主接線方式的設計必須同時考慮到一次設備和二次設備的故障率及其對供電的影響。4）長期實踐運行經(jīng)驗。主接線方式可靠性和運行管理水平、 運行值班人員的綜合素質(zhì)等因素有著密切的關系，衡量可靠性的客觀標準就是運行實踐，估價一個主接線方式的可靠性時，應充分考慮到長期積累的運行經(jīng)驗。我國現(xiàn)行得設計技術(shù)規(guī)

43、程中的各項規(guī)定，就是對國、 內(nèi)外長期的運行實踐經(jīng)驗的總結(jié)，設計時均應該予以遵循。 評價電氣主接線方式可靠性的標志是:（1）斷路器檢修時， 不應該影響對系統(tǒng)的供電；（2）線路或者母線發(fā)生故障時， 應該盡量減少線路的停運回路數(shù)機主變的停運臺數(shù)，盡量保證對重要用戶的供電；（3）盡量避免變電站全停的可能性。3.2.2 運行檢修的靈活性電氣主接線應該能夠適應各種運行狀態(tài)，并能夠靈活的進行運行方式的改變。主接線方式的靈活性要求有以下三個方面：1）調(diào)度靈活，操作簡便。 應該能夠靈活的投入（或切除）某些變壓器或線某些路，調(diào)能夠配電源及負荷，能夠滿足電力系統(tǒng)在事故、檢修及其它特殊運行方式下的調(diào)度要求，實現(xiàn)變電站

44、的無人值班；2）檢修時，可以方便的停運斷路器、 繼電保護設備及母線等， 在保證檢修安全的情況下，而不致于影響電力系統(tǒng)的運行及對用戶的供電。3）適應性和可擴展性能適應一定時期內(nèi)沒有預計到的負荷水平的變化，滿足供電需求。擴建時，可以適應從初期的接線方式過渡到最終的接線方式。在影響連續(xù)供電或停電時間最少的情況下，投入變壓器或線路而不互相干擾，并且使一次、二次部分的改建工作量最少。3.2.3 經(jīng)濟性主接線方式在滿足可靠性、靈活性等要求的前提下，要求做到經(jīng)濟合理。1)投資省。即變電站的建筑工程費、安裝工程費、設備購置費和其它費用應節(jié)省，采用不同的接線方式，其投資額度具有明顯的不同。2）占地面積小。電氣主

45、接線設計要為高壓配電裝置的布置創(chuàng)造條件，以便節(jié)約用地、節(jié)省構(gòu)架、絕緣子、導線和安裝費用。在運輸條件許可的區(qū)域，都應采用三相變壓器。3）能量損失小。 在變電站中，正常運行時，電能損耗主要來自變壓器。應經(jīng)濟合理的選擇主變壓器的型式、容量及臺數(shù)，盡量避免兩次變壓而增加電能損耗。3.2.4 操作應盡可能簡單、方便主接線應簡單清晰、操作方便，盡可能使操作步驟簡單，便于運行人員掌握。復雜的接線不僅不便于操作，還往往會造成運行人員的誤操作而發(fā)生事故。但接線過于簡單，可能又不能滿足運行方式的需要，而且也會給運行造成不便或造成不必要的停電。3.2.5 應具有擴建的可能性由于我國工農(nóng)業(yè)的高速發(fā)展，電力負荷增加很快

46、。因此，在選擇主接線時還要考慮到具有擴建的可能性。變電站電氣主接線的選擇，主要決定于變電站在電力系統(tǒng)中的地位、環(huán)境、負荷的性質(zhì)、出線數(shù)目的多少、電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)等3.3電氣主接線方案的確定35110KV變電所設計規(guī)范規(guī)定，35110kV線路為兩會及以下時，宜采用橋形線路變壓器貨單母線接線。超過兩回時采用擴大橋形雙母線或單母線分段的接線。在采用單母線、單母線分段或雙母線的35110kV主接線中，當不允許停電檢修斷路器時，可設置旁路設施。線或單母線接線分段接線兩種方案由于類、類負荷居多（將近60%），為了安全可靠起見，保留2種方案。 110kV側(cè)進線以單母線分段接線方式引入，10kV側(cè)同樣以單母線分段接

47、線方式輸出。 110kV側(cè)進線以雙母線接線方式引入，10kV側(cè)以單母線分段接旁路接線方式輸出。 3.3.1 10KV側(cè)2種接線方案的比較表3-1 接線方案單母分段單母分段帶旁路比較結(jié)果可靠性比純粹單母線高，但是整體穩(wěn)定性不算高比不帶旁路穩(wěn)定可靠610kV一般不設旁路母線，因為供電負荷小，供電距離短，而且一般可在網(wǎng)絡中取得備用電源，同時大多為電纜出線，事故跳閘次數(shù)很少。所以選擇單母線分段接線方式輸出。靈活性簡單、方便、易于擴建倒閘操作簡單經(jīng)濟性具有單母線接線經(jīng)濟的特點設備增多，投資增大，占地面積也相應增大由表3-1可以得到10KV側(cè)接線方式選擇，我們要選擇占地和資金少的線路，但是必須在保障安全，

48、靈活的前提下，資金和占地相差不是多，而安全性和靈活性提高很多?？梢姡冸娝?0KV側(cè)為居民供電系統(tǒng)中，應該選擇單母線分段接線。3.3.2 110KV側(cè)電氣主接線的選擇高壓側(cè)，即110kV電源側(cè)采用單母分段接線，優(yōu)點是方便，經(jīng)濟靈活接線簡單，缺點是可靠性一般；高壓側(cè)采用雙母線接線，兩個線路斷路器、兩個主變斷路器、還有一個母連斷路器，總共5個斷路器，可靠性還可以了。跟單母線分段接線方式輸出比較經(jīng)濟性欠完好。經(jīng)比較高壓側(cè)選擇單母線分段接線。圖3-1 為電氣主接線圖。圖3-1 電氣主接線圖第四章 短路電流計算4.1 短路電流計算的目的在發(fā)電廠、 變電站的電氣設計中，短路電流計算是其中的一個非常重要的

49、環(huán)節(jié)。短路電流計算的目的主要有以下幾方面：1）在選擇電氣主接線方式時，為了比較各種接線方案，或者確定某一接線方式是否需要采取限制短路電流的措施等，均需進行短路電流的計算。2）在選擇電氣設備時，為了保證設備在正常運行情況下及故障情況下都能夠安全、可靠的工作，同時又力求盡量節(jié)約資金，這就需要進行短路電流的計算。例如：計算某一時刻短路電流的有效值，用以校驗高壓開關設備的開斷能力，以及確定電抗器的電抗值；計算短路后較長時間內(nèi)短路電流的有效值，用以校驗電氣設備的熱穩(wěn)定；計算短路電流的沖擊值，用以校驗電氣設備的動穩(wěn)定。3）在設計室外高壓配電裝置時，需按短路條件校驗軟導線的相對相之間及相對地的安全距離。4）

50、在選擇繼電保護方式及進行繼電保護整定計算時，需要以各種短路時的短路電流作為依據(jù)。5）接地裝置的設計，也需用考慮到短路電流的大小。4.2 短路電流計算的一般規(guī)定驗算導體和電器時所用的短路電流，一般有以下規(guī)定：1）計算的基本情況（1）電力系統(tǒng)中所有電源點都在額定負荷下運行；（2）同步電機具有自動勵磁調(diào)整裝置(包括強行勵磁)；（3）短路發(fā)生在短路電流最大值的瞬間；（4）所有電源電動勢相位角相同；（5）正常工作時， 系統(tǒng)三相負荷對稱運行；（6）應考慮對短路電流大小有影響的所有元件，但不考慮短路點電弧電阻。對異步電動機的作用，僅在確定短路電流沖擊值及最大全電流有效值時才予以考慮。2）接線方式計算短路電流

51、時所采用的接線方式，應該是可能發(fā)生最大短路電流時的正常接線方式，即最大運行方式，而不能用僅在改變運行方式過程中并列運行的接線方式。3）計算容量應按設計規(guī)劃容量計算，并且要考慮到電力系統(tǒng)遠景發(fā)展規(guī)劃（一般考慮工程建成后5 年10 年）。4）短路種類一般是按三相短路計算。若發(fā)電機出口兩相短路，或中性點直接接地系統(tǒng)以及自耦變壓器等回路中的單相（或兩相）接地短路比三相短路情況嚴重時，則應該按照嚴重情況進行校驗。5）短路計算點在正常接線方式時，通過電氣設備的短路電流值最大的地點，稱為短路計算點。對于帶電抗器的 610kV 出線與廠用分支回路，在選擇母線至母線側(cè)隔離開關間的引線及套管時，短路計算點應取在電

52、抗器前。選擇其余的導體和電氣設備時，短路計算點一般取在電抗器后。4.3 短路電流計算的步驟在工程設計中，短路電流的計算一般采用實用計算曲線法。 其具體計算步驟如下：1）繪制等值網(wǎng)絡。（1）選取基準功率及基準電壓 ；（2）略去網(wǎng)絡各個元件的電阻、輸電線路的電容及變壓器的勵磁支路；（3）無限大功率電源的內(nèi)電抗等于零；（4）略去負荷。2）進行網(wǎng)絡變換。按網(wǎng)絡變換的原則，將網(wǎng)絡中的各個電源合并成若干組。 如共有 N 組，每組用一個等值的發(fā)電機代表。無限大功率電源（如果有的話） 則另成一組。求出各等值發(fā)電機對短路點的轉(zhuǎn)移電抗 以及無限大功率電源對短路點的轉(zhuǎn)移電抗 。3）將求出的轉(zhuǎn)移電抗按照各自相應的等值

53、發(fā)電機的容量進行計算，便可得出各個等值發(fā)電機對短路點的計算電抗。4）分別根據(jù)適當?shù)挠嬎闱€， 找出在指定時刻各等值發(fā)電機提供的短路周期電流的標幺值。5）計算短路電流周期分量有名值。6）計算短路容量及短路電流沖擊值。7）繪制短路電流計算結(jié)果表。4.4短路電流計算過程查資料可知，架空線電抗X一般取為0.4/km.選基準: =100MVA=1.05Un=115kV110kV側(cè): =0.50 KA10kV側(cè)：=5.50 KA 1）110KV高壓側(cè)K1（3）短路計算：即當K1（3）點短路時，等值電路及其簡化電路如下：(1)求短路點K1（3）的總電抗標么值求各元件的電抗標么值。求發(fā)電機G1的電抗標么值 X

54、puG1=Sb XpuG1SNG1=1000.61250=0.048 求發(fā)電機G2的電抗標么值 XpuG1=Sb XpuG1SNG1=1000.8350=0.229架空線路的電抗標幺值：X3=X0L3SbUb = 0.4(14+6)100115 = 6.957X4=X0L4SbUb = 0.410100115 = 3.478X5=X0L5SbUb = 0.420100115 = 6.957X8=X0L8SbUb = 0.426100115 = 9.043電力變壓器TM1、TM2 的電抗標幺值：XPUT1=XPUT2=X6=X7=Uk % Sb100SN = 10.510010040 = 0.2

55、63 圖 4-1 短路電流計算電路圖化簡等值電路Y：X9=X11=X3X4X3+X4+X5=24.19617.392 = 1.391X10=X3X5X3+X4+X5=48.40017.392 = 2.783圖4-2 Y等值電路化簡圖化簡電抗器等值電路?；嗊^程如圖： X1與X9串聯(lián)得：X12=X1+X9=0.048+1.391=1.439X2與X8、X10串聯(lián)得：X13=X2+X8+X10=12.055X12與X13并聯(lián)得：X14=X12X13X12+X13 =1.43912.0551.439+12.055 = 1.286X6與X7并聯(lián)得：X15=X6X7X6+X7 =0.2630.2630.

56、263+0.263 = 0.132X14與X11 串聯(lián)得：X16=X14+X11=1.286+1.391=2.677短路點K1（3）總電抗：Xpu1 = X16=2.677圖4-3 等值電路化簡圖（2）短路點K1（3）的三相短路電流：取Sb=100MVA，Ub=Uav=1.05UN1=115 kV 三相短路電流周期分量的有效值三相短路電流的標么值：Ipub1(3)= 1Xpu1 =12.677 = 0.37 三相短路電流的基準值：Ib1(3)= Sb3Ub =1003115 =0.50 KA三相短路電流周期分量的有效值：Ik1(3) = Ib1(3)Xpu1 =0.502.677 = 0.19

57、KA三相短路次暫態(tài)電流及短路穩(wěn)態(tài)電流：Ik1(3)=I1(3)=I1(3)=0.19 KA求K1（3）點的三相短路沖擊電流：瞬時值： ish1(3) =2.55I1(3) =2.550.19=0.48 KA有效值：Ish1（3）=1.52I1(3) = 1.520.19 =0.29 KAK1（3）點的三相短路容量Sb1(3):Sb1(3) =3UbIk1(3)=31150.19=37.8 MVA2) 10KV 低壓側(cè) K2（3）短路計算：（1）短路點K2（3）總電抗：X17=Xpu2 =X16+X15=2.677+0.132=2.809（2）短路點K2（3）的三相短路電流：取Sb=100MVA

58、，Ub=Uav=1.05UN2=10.5 kV 周期分量有效值：標幺值：Ipub2(3) =1Xpu2 = 12.809 =0.36基準值：Ib2(3)= Sb3Ub2 =100310.5 =5.50 KA周期分量有效值：Ik2(3) = Ib2(3)Xpu2 =5.502.809 = 1.96 KA次暫態(tài)電流及短路穩(wěn)態(tài)電流：Ik2(3)=I2(3)=I2(3)=1.96 KA求K2（3）點的三相短路沖擊電流瞬時值： ish2(3) =2.55I2(3) =2.551.96=5.0 KA有效值：Ish2（3）=1.52I2(3) = 1.521.96 =3.0 KAK2（3）點的三相短路容量S

59、b2(3)：Sb2(3) =3UbIk2(3)=310.51.96=35.65 MVA4.5 短路電流計算結(jié)果表短路是電力系統(tǒng)中最常見的且很嚴重的故障。短路故障將使系統(tǒng)電壓降低和回路電流大大增加，它不僅會影響用戶的正常供電，而且會破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并損壞電氣設備。因此，在發(fā)電廠變電站以及整個電力系統(tǒng)的設計和運行中，都必須對短路電流進行計算。短路電流計算的目的是為了選擇導體和電器，并進行有關的校驗。按三相短路進行短路電流計算?？赡馨l(fā)生最大短路電流的短路電流計算點有2個，即110KV母線短路（K1點），10KV母線短路（K2點） 計算結(jié)果:高壓短路電流計算一般只計算各元件的電抗，采用標幺值進行

60、計算，為了計算方便選取基準值如表4-1.表4-1基準值列表基準容量：S = 100MVA基準電壓：V（KV）10.5115基準電流：I（KA）5.500.50短路電流計算結(jié)果如表4-2：表4-2 短路電流計算結(jié)果列表項目結(jié)果短路點編號短路點基準電壓Uj（kV）短路點基準電流Ij（kA）短路電流沖擊電流Sd(MVA)標么值I*”有名值I”(kA)標么值icj*有名值icj(kA)序號K11150.500.370.190.480.2937.8K210.55.500.361.965.03.035.65第五章 電氣設備選擇5.1導體和電氣設備選擇的一般條件導體和電氣設備選擇是電氣設計的主要內(nèi)容之一。盡管電力系統(tǒng)中各種電氣設備的作用和工作條件并不一樣，具體選擇方法也不完全相同，但對它們的基本要求確是一致的。電器設備要能可靠地工作，必須按正常工作條件進行選擇，并按短路狀態(tài)來效驗熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定。正確地選擇設備是使電氣主接線和配電裝置達到安全、經(jīng)濟運行的重要條件。在進行設備選擇時，應根據(jù)工程實際情況，在保證安全、可靠的前提下，積極而穩(wěn)妥地采用新技術(shù)，并注意節(jié)約投資，選擇合適的電氣設備。5.1.1 一般原則1）應滿足正常運行、檢修、短路和過電壓情況的要求，并考慮遠景發(fā)展的需要；2）應按當?shù)丨h(huán)境條件校核；3）選擇導體時應盡量減少品種；4）應力求技術(shù)先進和經(jīng)濟合理； 5）