電氣工程及自動化畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-城市軌道交通供電主降壓變電所主接線的設(shè)計(jì)【全套圖紙】

蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - I - 摘 要 城軌主降壓變電所主要給牽引變電所和降壓變電所供電，對地鐵的正常運(yùn)營具有 很重要的作用。在我國加快地鐵工程建設(shè)，解決公共交通問題的背景下，研究地鐵主 降壓變電所主接線的工程設(shè)計(jì)，具有十分的重要意義。 首先，本文研究了主變電所主接線的選擇問題，按照主變電所主接線的行業(yè)共識 分別提出了高壓側(cè)和中壓側(cè)的主接線設(shè)計(jì)方案，通過對比分析，在滿足可靠性、靈活 性和經(jīng)濟(jì)性的要求下確定了主接線的設(shè)計(jì)方案。其次，根據(jù)主變電所的容量要求和變 壓器的發(fā)展，完成變壓器臺數(shù)和型號的選擇。接著，將電力系統(tǒng)原始網(wǎng)絡(luò)圖用標(biāo)幺值 法轉(zhuǎn)換，畫出其等值電路圖，并且按照方便電氣設(shè)備選擇和校驗(yàn)的原則選擇短路點(diǎn)， 進(jìn)行短路容量的計(jì)算。最后，根據(jù)短路電流的計(jì)算結(jié)果和我國電氣設(shè)備的發(fā)展情況， 進(jìn)行電氣設(shè)備的選擇。根據(jù)主接線確定的方案和電氣設(shè)備的選擇結(jié)果，利用 CAD 軟件 畫出主接線圖，按照國標(biāo)規(guī)定、電氣設(shè)備的尺寸和主變電所實(shí)際情況進(jìn)行電氣設(shè)備的 布置，畫出了平面布置圖和斷面圖。 關(guān)鍵詞：主接線；變壓器；短路容量關(guān)鍵詞：主接線；變壓器；短路容量 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - II - Abstract The main subway Step-down Substation mainly supply power to Traction Substation and Step-down Substation, it has a crucial role for the normal operation of the whole subway. Under the background of accelerating the construction of the subway engineering and solving the problem of public transportation in our country, it is vital significance to study design of the main wiring of the mian subway Step-down Substation engineering Firstly, this paper studies the problem of selection of main wiring of main substation, and come up with the main wiring design and conduct a comparative analysis. Under the requirement of reliability, flexibility and economy to determine the design scheme of the main wiring. Secondly, according to design requirements of the main transformers capacity, completed the selection of the transformer. Then, based on the equivalent network simplification, selection and calculation of short-circuit point short-circuit capacity. Finally, according to the short-circuit current calculation results and the development of electrical equipment of our country, to complete electrical equipment selection and layout. The program established under main wiring and electrical equipment selection resultsusing the CAD software to draw the main wiring diagram, according to the national standard, electrical equipment size and the actual situation of the main substation electrical equipment layout, draw a floor plan and sectional view. Key Words: The main wiring, Transformers, Short-circuit capacity 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - III - 目 錄 摘 要.I Abstract II 目 錄.III 1 緒論.1 1.1 工程背景1 1.2 設(shè)計(jì)原則和依據(jù)1 1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容2 2 電氣主接線的方案確定.3 2.1 電氣主接線設(shè)計(jì)的原則3 2.2 主接線的設(shè)計(jì)3 2.2.1 高壓側(cè)主接線.3 2.2.2 中壓側(cè)主接線.5 2.2.3 動力照明系統(tǒng)主接線的設(shè)計(jì).6 3 變壓器的選擇.7 3.1 主變壓器的選擇7 3.2 動力照明系統(tǒng)變壓器的選擇9 4 短路電流的計(jì)算.10 4.1 短路電流計(jì)算方法10 4.2 短路電流的具體計(jì)算10 5 電氣設(shè)備選擇及其布置.15 5.1 110kV 側(cè)電氣設(shè)備的選擇及校驗(yàn).15 5.1.1 斷路器和隔離開關(guān)的選擇及校驗(yàn).15 5.1.2 互感器的選擇.18 5.2 35kV 側(cè)電氣設(shè)備的選擇19 5.3 10kV 側(cè)電氣設(shè)備的選擇.20 5.4 電氣設(shè)備的布置21 結(jié) 論.22 致 謝.23 參考文獻(xiàn).24 附錄 A 主要元件清單.25 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - IV - 附錄 B 主接線圖.26 附錄 C 平面布置圖和斷面圖.27 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論 1.1 工程背景 本設(shè)計(jì)為地鐵二號線靜安寺主變電所主接線的設(shè)計(jì)。地鐵二號線一期工程外部電 源方案為集中式供電，設(shè) 2 座 110kV 主變電所。中壓網(wǎng)絡(luò)采用獨(dú)立的 35kV 牽引供電 網(wǎng)絡(luò)以及獨(dú)立的 10kV 動力照明供電網(wǎng)絡(luò)。全線設(shè) 7 座牽引變電所。地鐵二號線一期工 程設(shè)置的 2 座主變電所分別設(shè)于中央公園和靜安寺。每座主變電所均從區(qū)域變電所引 入兩路可靠的 110kV 電源，靜安寺主變電所的兩路電源引自華山區(qū)域變電所的兩段母 線，距離為 3km。 地鐵主降壓變電所主要給牽引變電所和降壓變電所供電，牽引系統(tǒng)和動力照明系 統(tǒng)的負(fù)荷統(tǒng)計(jì)如表1.1所示。 表 1.1 主變電所符合統(tǒng)計(jì)表 1.2 設(shè)計(jì)原則和依據(jù) 本次設(shè)計(jì)完全遵循主變電所主接線設(shè)計(jì)的原則和設(shè)計(jì)依據(jù)。變電所主接線設(shè)計(jì)的 原則和設(shè)計(jì)依據(jù)概括起來有下述幾個方面。 (1) 設(shè)計(jì)的原則 主接線設(shè)計(jì)必須貫徹執(zhí)行國家有關(guān)工程建設(shè)的法令和政策，應(yīng)符合現(xiàn)行的國家標(biāo) 準(zhǔn)和設(shè)計(jì)規(guī)范。 (2) 設(shè)計(jì)的依據(jù) 所名遠(yuǎn)期最大負(fù)荷COS 回路數(shù) 重要負(fù)荷百分 數(shù)(%) 中山公園2745 kW0.9296 靜安寺2790 kW0.9296 人民公園2730 kW0.91196 陸家嘴2852 kW0.92196 東方路2898 kW0.9296 中央公園2700 kW0.996 停車場2844 kW0.996 動力照明系統(tǒng)8190 kW0.91288 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 經(jīng)有關(guān)部門正式批準(zhǔn)的設(shè)計(jì)任務(wù)書是初步設(shè)計(jì)的主要依據(jù)；經(jīng)過有關(guān)部門審查批 準(zhǔn)的初步設(shè)計(jì)文件和修改意見以及建設(shè)單位的補(bǔ)充要求是平面布置圖、斷面圖設(shè)計(jì)的 依據(jù)。 中華人民共和國現(xiàn)行主要標(biāo)準(zhǔn)及法規(guī)： (1)35-110kV 變電所設(shè)計(jì)規(guī)范GB50059-92； (2)35-110kV 高壓配電裝置設(shè)計(jì)規(guī)范GB50060-92； (3)供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50052-95。 1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容 以地鐵供電工程設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，完成一次主電路設(shè)計(jì)，進(jìn)行相關(guān)的容量計(jì)算和高壓 電氣設(shè)備的選擇，并完成主接線圖的設(shè)計(jì)和方案比較工作。主要設(shè)計(jì)任務(wù)： (1) 確定主接線方案； (2) 確定主降壓變電所的設(shè)計(jì)容量； (3) 進(jìn)行相關(guān)負(fù)荷計(jì)算及短路容量計(jì)算； (4) 110kV、35kV、10kV 側(cè)主變電所的主要設(shè)備選擇； (5) 繪制主接線電路圖，平面布置圖，斷面圖。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 電氣主接線的方案確定 2.1 電氣主接線設(shè)計(jì)的原則 電氣主接線是構(gòu)成電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié),也是主降壓變電所設(shè)計(jì)的首要任務(wù)。變電 所運(yùn)行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性與主接線的方案密切相關(guān)1。 (1) 可靠性 供電可靠性的客觀衡量標(biāo)準(zhǔn)是運(yùn)行實(shí)踐，評估某個主接線圖的可靠性時，應(yīng)充分 考慮長期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。我國現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)程中的各項(xiàng)規(guī)定就是對運(yùn)行實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，設(shè) 計(jì)時應(yīng)予以遵循。 (2) 靈活性 電氣主接線不但在正常運(yùn)行情況下能根據(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，而且在各種事故或設(shè)備檢修時，能盡快的推出設(shè)備、切除故障，使停電 時間最短，影響范圍最小，并在檢修設(shè)備時能保證檢修人員的安全。 (3) 經(jīng)濟(jì)性 主接線在保證安全可靠、操作靈活方便的基礎(chǔ)上還應(yīng)使投資和年運(yùn)行費(fèi)用最小， 使占地面積最少，使變電站盡快的發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益。 2.2 主接線的設(shè)計(jì) 主變電所的電氣主接線可以從高壓側(cè)和中壓側(cè)兩個方面來描述4。 2.2.1 高壓側(cè)主接線 A 方案采用線路-變壓器接線方式，如圖 2.1 所示。 QS1 QS3 QS2 QS4 QF1QF2 T1 T2 圖 2.1 線路-變壓器組接線方式 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 線路-變壓器組接線是最簡單的主接線方式。在正常運(yùn)行方式下，兩條線路各帶一 臺主變壓器；當(dāng)進(jìn)線線路故障時，通過區(qū)域變電所出線斷路器的跳閘來消除故障。系 統(tǒng)接線簡單，主接線運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性高，有利于實(shí)現(xiàn)主變電所的無人化和自動 化2。 B 方案采用內(nèi)橋形接線方式，如圖 2.2 所示。 QS1 QS3 QS2 QS4 QS5QS6 QF1QF2 QF1 T1 T2 圖 2.2 內(nèi)橋形接線 內(nèi)橋形接線是變電所最常用的主接線形式。其特點(diǎn)是高壓側(cè)的斷路器數(shù)量較少； 線路故障操作簡單；接線清晰。平時橋斷路器分閘，相當(dāng)于線路-變壓器組接線，兩條 線路各帶 1 臺主變壓器。當(dāng)輸電線路發(fā)生故障時，只要斷開故障線路的斷路器就能切 除故障而不會影響到其它回路正常運(yùn)行；當(dāng)變壓器發(fā)生故障時，需要斷開與其相連的 兩臺斷路器，這樣就對未故障線路的正常運(yùn)行造成了影響3。但是隨著主變壓器質(zhì)量的 提高，各廠家生產(chǎn)的變壓器都變成了免維護(hù)式的。由于主變壓器的運(yùn)行可靠性高并且 也不需要經(jīng)常的切換，因此在主變壓器容量不能滿足 N-1 要求的情況下，主降壓變電 所采用內(nèi)橋形接線形式可以提高系統(tǒng)供電的可靠性。 結(jié)論：相比而言，線路-變壓器組接線受區(qū)域變電所故障的影響比較明顯。在地鐵 主降壓變電所的設(shè)計(jì)中，根據(jù)兩個電源都來自于同一個區(qū)域變電所的情況，主接線一 般采用線路-變壓器組接線形式。直接從區(qū)域變電所的兩個母線引入 110kV 進(jìn)線，當(dāng)一 個母線故障時，可通過修改區(qū)域變電所的運(yùn)行方式接入不同母線，對主變壓器的正常 運(yùn)行沒有影響。 根據(jù)地鐵主降壓變電所的設(shè)計(jì)原則：當(dāng)一臺主變壓器退出運(yùn)行時，由另一臺主變 壓器承擔(dān)主降壓變電所供電區(qū)域內(nèi)的全部一、二級負(fù)荷；當(dāng)一路電源故障時，由另一 路電源給主變電所供電；當(dāng)進(jìn)線線路故障導(dǎo)致一臺變壓器停電運(yùn)行時，需要合閘環(huán)網(wǎng) 的母聯(lián)開關(guān)以保證地鐵的供電4。所以，線路-變壓器組接線的進(jìn)線電纜容量只需要考 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 慮一臺主變壓器的額定容量，而內(nèi)橋形接線的進(jìn)線容量需要按照兩臺主變壓器的額定 容量。從投資角度來看，線路-變壓器組接線方式不只節(jié)省了設(shè)備投資，還節(jié)省了電纜 的投資，其經(jīng)濟(jì)性好。 由地鐵供電系統(tǒng)運(yùn)行方式的要求可以判斷，正常情況下主變壓器可以看作低負(fù)載 率，所以高壓側(cè)主接線采用線路-變壓器組接線方式。 2.2.2 中壓側(cè)主接線 城軌主降壓變電所中壓側(cè)采用單母線分段接線作為主要的型式，如圖 2.3 所示。 T1 T2 QF1QF2 QF7 QF3QF4QF5QF6 QS1 QS3 QS4 QS2 QS5 QS6 QS7 QS8 QS9 QS10 QS11 QS12 QS13QS14 圖 2.3 單母線分段接線 單母線分段接線就是用斷路器將一段母線分為兩段。 正常情況下，兩段母線分列運(yùn)行，牽引變電所和動力照明系統(tǒng)可以從不同母線取 得中壓電源；當(dāng)主變電所一段中壓母線失電時，另一段中壓母線可以迅速恢復(fù)對牽引 變電所和動力照明系統(tǒng)的供電。當(dāng)一路高壓進(jìn)線或一臺變壓器退出后，通過中壓母線 分段開關(guān)迅速合閘，由另一臺主變壓器承擔(dān)本主變電所范圍內(nèi)的全部一、二級負(fù)荷， 根據(jù)供電負(fù)荷變動情況，決定是否切除三級負(fù)荷。 當(dāng)一段中壓母線故障時，該段母線上的進(jìn)線開關(guān)分閘，同時該段母線上饋線所接 的第一級牽引變電所或動力照明系統(tǒng)進(jìn)線開關(guān)也應(yīng)失壓跳閘；根據(jù)中壓供電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行 方式，由主變電所的另一段中壓母線繼續(xù)供電。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2.2.3 動力照明系統(tǒng)主接線的設(shè)計(jì) 通過對上述主變電所電氣主接線方案的分析，總動力照明系統(tǒng)主接線高壓側(cè)也采 用線路變壓器組接線方案，低壓側(cè)采用單母線分段接線方案。 主接線圖如附錄 B 所示。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 變壓器的選擇 3.1 主變壓器的選擇 (1) 主變壓器臺數(shù)的確定： 目前，國內(nèi)城市軌道交通主變電所均設(shè)置兩臺主變壓器，互為備用。正常情況下， 兩臺變壓器并列運(yùn)行，各負(fù)擔(dān)約 50%的用電負(fù)荷。 (2) 主變壓器容量的確定： 主變壓器容量的確定不僅要根據(jù)主降壓變電所建成后 510 年規(guī)劃負(fù)荷，還要考慮 到遠(yuǎn)期負(fù)荷的發(fā)展。對于地鐵主降壓變電所，主變壓器容量的確定還應(yīng)該與地鐵的規(guī) 劃和供電網(wǎng)絡(luò)的資源共享結(jié)合起來，為滿足未來地鐵交通的發(fā)展要求我們選擇大容量 的變壓器5。 主變電所容量的確定： (3.1) max maxt =1 (1%) cos m i i i P SK 式中，為同時系數(shù)，取 0.9；為線損率，取 5%。 t K% 因此，由表1.1數(shù)據(jù)代入式3.1可得： max 30.5(MVA)S 主變壓器容量的確定： 主降壓變電所的任意一臺變壓器退出運(yùn)行時，另一臺變壓器必須要保證全部負(fù)荷 的 60%，即 B 60%S30.5 60%18.3(MVA)S 單臺變壓器運(yùn)行時，要能夠保證全線一級和二級負(fù)荷的供電。 由表 1.1 可以計(jì)算出，一、二級負(fù)荷為 28.62MVA。 所以變壓器的容量至少為 28.62MVA。 (3) 變壓器類型的確定： 相數(shù)的確定： 目前，變壓器的相數(shù)有單相和三相兩種形式。根據(jù)規(guī)程，在不受運(yùn)輸條件的限制 的情況下，330kV 及以下的變電所均采用三相變壓器。因此待建主降壓變電所采用三 相變壓器。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 繞組形式的確定： 繞組主要有雙繞組和三繞組兩種形式。而我國城市軌道交通主變壓器一般采用雙 繞組變壓器，所以主降壓變電所也采用雙繞組變壓器。 普通型和自耦型的確定： 自耦變壓器是一種多繞組的變壓器，它的特點(diǎn)是其中兩個繞組不僅有電磁聯(lián)系還 有電聯(lián)系。當(dāng)用自耦變壓器來聯(lián)系兩種電壓網(wǎng)絡(luò)時，其中一部分傳輸功率可以通過電 磁聯(lián)系，另一部分則可以通過電來聯(lián)系。由于自耦變壓器的經(jīng)濟(jì)效益比普通變壓器顯 著，并且自耦變壓器代替普通變壓器已經(jīng)成為變壓器發(fā)展的趨勢。所以主降壓變電所 選用自耦變壓器。 中性點(diǎn)的接地方式的確定： 根據(jù)規(guī)程：變壓器 110kV500kV 側(cè)中性點(diǎn)必須要經(jīng)小阻抗接地或直接接地；變 壓器 6kV63kV 側(cè)中性點(diǎn)不接地。所以主變壓器的高壓側(cè)采用中性點(diǎn)直接接地方式， 低壓側(cè)采用中性點(diǎn)不接地方式。 主變壓器電壓調(diào)整方式的確定： 主變分接頭應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)電壓水平選擇，根據(jù)電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量與無功電力管理 規(guī)定，110kV 電源最高電壓取 110(1+0.07)kV，最低電壓取 110(1-0.03)kV，35kV 系 統(tǒng)其供電電壓正負(fù)偏差絕對值之和不超過標(biāo)稱電壓的 10%，10kV 母線電壓合理范圍為 10.0kV10.7kV6。為保證中壓母線電壓在合格范圍內(nèi)，本設(shè)計(jì)采用有載調(diào)壓變壓器， 其分接頭位置則根據(jù)城網(wǎng)的潮流計(jì)算來確定。 (4) 主變壓器的選擇結(jié)果： 根據(jù)以上計(jì)算和分析結(jié)果，查有關(guān)變壓器型號手冊所選主變壓器的型號為： SFZL7-31500/110。其主要技術(shù)參數(shù)如表 3.1 所示。 表 3.1 SFZL7-31500/110 的主要技術(shù)參數(shù) 項(xiàng)目數(shù)據(jù) 額定容量31500kVA 額定電壓高壓 11081.25%kV 低壓 38.5kV 連接組別YN,d11 空載損耗59.7kW 短路損耗260kW 阻抗電壓10.5% 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3.2 動力照明系統(tǒng)變壓器的選擇 按照上述變壓器的選擇方式，動力照明系統(tǒng)選擇兩臺變壓器，其型號為：SFZ7- 12500/35，主要技術(shù)參數(shù)如表 3.2 所示。 表 3.2 SFZ7-12500/35 的主要技術(shù)參數(shù) 項(xiàng)目數(shù)據(jù) 額定容量12500kVA 額定電壓高壓 3532.5%kV 低壓 10.5kV 連接組別YN,d11 空載損耗17.1kW 短路損耗66kW 阻抗電壓7.5% 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 短路電流的計(jì)算 4.1 短路電流計(jì)算方法 在三相電力系統(tǒng)中，可能發(fā)生三相短路、兩相短路、單相短路和兩相接地短路。 電力系統(tǒng)中，發(fā)生單相短路的可能性最大，發(fā)生三相短路的可能性最小，但是三相短 路的短路電流最大，造成的危害也最嚴(yán)重7。為了使電力系統(tǒng)中的電氣設(shè)備在最嚴(yán)重的 短路狀態(tài)下也能可靠工作，因此在短路計(jì)算中，以三相短路計(jì)算為主。三相短路用文 字符號 K 表示。在電力系統(tǒng)原始網(wǎng)絡(luò)圖上，將短路所考慮的額定參數(shù)都表示出來，并 將各元件依次編號，然后確定短路計(jì)算點(diǎn)，短路計(jì)算點(diǎn)要選擇得使需要進(jìn)行短路校驗(yàn) 的電氣元件有最大的短路電流通過。在等效電路圖上，只需將被計(jì)算的短路電流所流 經(jīng)的一些主要元件表示出來，由于將電力系統(tǒng)作為無限大容量電源，短路電路也比較 簡單，因此一般只需采用阻抗串并聯(lián)的方法即可將電路化簡，求出求等效總阻抗，再 換算成計(jì)算電抗，根據(jù)計(jì)算曲線查出短路電流標(biāo)幺值，再換算成有名值。 4.2 短路電流的具體計(jì)算 在本次設(shè)計(jì)中，為了方便電氣設(shè)備的選擇和校驗(yàn)，選取的短路點(diǎn)為 110kV 側(cè)進(jìn)線， 35kV 母線和 10kV 母線。 電力系統(tǒng)的原始網(wǎng)絡(luò)圖如圖 4.1 所示。 GS2 S XS“=0 3km x1=0.4/km 3km x1=0.4/km T1 110/38.5kV 31.5MVA Uk%=10.5 110/38.5kV 31.5MVA Uk%=10.5 T2 35/10.5kV 12.5MVA Uk%=7.5 35/10.5kV 12.5MVA Uk%=7.5 T3 T4 GS1 S XS“=0 圖 4.1 電力系統(tǒng)原始網(wǎng)絡(luò)圖 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） (1) 計(jì)算各元器件基準(zhǔn)電抗標(biāo)幺值，畫出等效電路圖 選取基準(zhǔn)容量為 100MVA。 基準(zhǔn)電壓為： d1c1 115(kV)UU d2c2 37(kV)UU d3c3 10.5(kV)UU 基準(zhǔn)電流為： d1 d1 d1 100 0.50(kA) 33 115 S I U d2 d2 d2 100 1.56(kA) 33 37 S I U d3 d3 d3 100 5.5(kA) 33 10.5 S I U 線路電抗標(biāo)幺值為： * d 121 2 d1 2 100 0.4 3 115 0.04 S XXx L U 變壓器電抗標(biāo)幺值為： 1 * dK T1T2 N T % 100 10.5100 10031.5 0.33 SU XX S 1 * dK T3T4 N T % 100 7.5100 10012.5 0.6 SU XX S 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 所以電力系統(tǒng)原始網(wǎng)絡(luò)的等值電路圖如圖 4.2 所示。 1 0.04 2 0.04 3 0.33 4 0.33 5 0.6 K1 K2 K3 圖 4.2 原始網(wǎng)絡(luò)等值電路圖 (2) 計(jì)算 110kV 側(cè)的短路電流和短路容量 短路電流 (4.1) (3)“(3)* d KKKd * K I III I X 沖擊電流 (4.2) (3) sh KK 2.55iI 短路電流最大有效值 (4.3) (3) sh KK 1.51II 短路容量 (4.4) (3) KcK 3SU I 根據(jù)以上公式，代入數(shù)據(jù)可得： 1 * K1 0.04XX 1 1 (3) d1 K * K 0.50 12.5(kA) 0.04 I I X 1 sh K 2.55 12.531.8(kA)i 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 sh K 1.51 12.518.9(kA)I 1 K 3 115 12.52489.8(MVA)S (3) 計(jì)算 35kV 側(cè)的短路電流和短路容量 在最大運(yùn)行方式下 2 * K 0.020.1650.185X 2 2 (3) d2 K * K 1.56 8.43(kA) 0.185 I I X 2 sh K 2.55 8.4321.5(kA)i 2 sh K 1.51 8.4312.7(kA)I 2 K 3 37 8.43540.2(MVA)S 在最小運(yùn)行方式下 2 * K 0.040.330.37X 2 2 (3) d2 K * K 1.56 4.21(kA) 0.37 I I X 2 sh K 2.55 4.2110.7(kA)i 2 sh K 1.51 4.216.35(kA)I 2 K 3 37 4.21269.8(MVA)S (4) 計(jì)算 10kV 側(cè)的短路電流和短路容量 在最大運(yùn)行方式下 3 * K 0.020.1650.60.785X 3 3 (3) d3 K * K 5.5 7.0(kA) 0.785 I I X 3 sh K 2.55 7.017.8(kA)i 3 sh K 1.51 7.010.6(kA)I 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 K 3 10.5 7.0127.3(MVA)S 在最小運(yùn)行方式下 3 * K 0.040.330.60.97X 3 3 (3) d3 K * K 5.5 5.7(kA) 0.97 I I X 3 sh K 2.55 5.714.5(kA)i 3 sh K 1.51 5.78.6(kA)I 3 K 3 10.5 5.7103.0(MVA)S 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 電氣設(shè)備選擇及其布置 5.1 110kV 側(cè)電氣設(shè)備的選擇及校驗(yàn) 5.1.1 斷路器和隔離開關(guān)的選擇及校驗(yàn) 高壓斷路器的選擇，除滿足各項(xiàng)技術(shù)條件和環(huán)境條件外，還應(yīng)考慮到要便于安裝 調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)，并且經(jīng)過經(jīng)濟(jì)技術(shù)方面都比較后才能確定8。根據(jù)我國高壓斷路器的 生產(chǎn)情況，電壓等級在 10kV220kV 的電網(wǎng)一般選用 SF6斷路器。 高壓斷路器選擇的技術(shù)條件如下： 額定電壓選擇： (5.1) NNs UU 額定電流選擇： (5.2) Nmax II 額定開斷電流選擇： (5.3) Nbrk II 額定關(guān)合電流選擇： (5.4) Nclsh ii 熱穩(wěn)定校驗(yàn)： (5.5) 2 tk I tQ 隔離開關(guān)的選擇，由于沒有滅弧裝置，隔離開關(guān)不能用來接通和開斷負(fù)荷電流及 短路電流，故沒有開斷電流和關(guān)合電流的校驗(yàn)，隔離開關(guān)的額定電壓、額定電流選擇 和熱穩(wěn)定、動穩(wěn)定校驗(yàn)項(xiàng)目與斷路器相同。 (1) 高壓斷路器的選擇 流過斷路器的最大持續(xù)工作電流： N max N 1.051.05 31070 171.2A 33 110 S I U 技術(shù)條件為： 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） NNs 110kVUU Nmax 171.2AII Nbrk=12.5kA II Nclsh 31.8kAii 根據(jù)以上條件查手冊，選擇的滿足要求的高壓斷路器的型號為：LW 110/2500，技術(shù)參數(shù)如表 5.1 所示。 表 5.1 LW110/2500 技術(shù)參數(shù) 熱穩(wěn)定校驗(yàn)： 設(shè)后備保護(hù)動作時間為 1.9s，斷路器的固有分閘時間為 0.04s，選擇熄弧時間為 0.03s。則短路持續(xù)的時間 t =1.9+0.04+0.03 =1.97s。 短路持續(xù)時間大于 1s，因此非周期分量忽略不計(jì)。 短路熱效應(yīng)為： 222 kk 12.51.97307.8(kA)sQI t 允許熱效應(yīng)為： 222 r 5037500(kA)sI t 所以， 2 tk I tQ 即滿足熱穩(wěn)定校驗(yàn)。 動穩(wěn)定校驗(yàn)： 技術(shù)參數(shù)數(shù)據(jù) 額定電壓110kV 額定電流2500A 額定開斷電流31.5kA 動穩(wěn)定電流125kA 3s 熱穩(wěn)定電流50kA 固有分閘時間0.04s 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 根據(jù)表5.1數(shù)據(jù)，ies=125kA。由110kV側(cè)短路電流計(jì)算結(jié)果，ish=31.8kA。 所以， essh ii 即滿足動穩(wěn)定校驗(yàn)。 (2) 隔離開關(guān)的選擇 NNs=110kV UU Nmax 171.2AII 根據(jù)以上條件查手冊，選擇的滿足要求的隔離開關(guān)的型號為GW5110/630，其 技術(shù)參數(shù)如表5.2所示。 表 5.2 GW5110/630 技術(shù)參數(shù)表 熱穩(wěn)定校驗(yàn)： 222 t 2041600(kA)sI t 所以， 2 tk I tQ 即滿足熱穩(wěn)定校驗(yàn)。 動穩(wěn)定校驗(yàn)： 根據(jù)表5.2數(shù)據(jù)，ies=50kA。由110kV側(cè)短路電流計(jì)算結(jié)果，ish=31.8kA。 所以， essh ii 即滿足動穩(wěn)定校驗(yàn)。 技術(shù)參數(shù)數(shù)據(jù) 額定電壓110kV 額定電流2500A 動穩(wěn)定電流125kA 4s 熱穩(wěn)定電流50kA 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5.1.2 互感器的選擇 (1) 電流互感器的選擇 電流互感器的額定電壓 UN不得低于其安裝回路的電網(wǎng)額定電壓 UNs，即： (5.6) NNs UU 所以電流互感器的額定電壓為。 NNs=110kV UU 電流互感器的額定電流 IN1不得低于其所在回路的最大持續(xù)工作電流 Imax，即： (5.7) N1max II 所以電流互感器的額定電流為。為了保證電流互感器的準(zhǔn)確級， N1max 171.2AII Imax應(yīng)盡可能接近 IN19。 根據(jù)以上條件，選擇滿足要求的電流互感器的型號為 LCWD110(50100)(300600)/5，其技術(shù)參數(shù)如表5.3所示。 表 5.3 LCWD110(50100)(300600)/5 技術(shù)參數(shù) (2) 電壓互感器的選擇 一次電壓U1： N1N 1.10.9UUU 二次電壓U2為100V。 選擇滿足要求的電壓互感器的型號為JCC110，其技術(shù)參數(shù)如表5.4所示。 技術(shù)參數(shù)數(shù)據(jù) 額定電壓110kV 額定電流比(50100)(300600)/5A 級次組合D/1 1s 熱穩(wěn)定倍數(shù)75 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 表 5.4 JCC110 技術(shù)參數(shù) 5.2 35kV 側(cè)電氣設(shè)備的選擇 主變電所一般選擇金屬鎧裝封閉式開關(guān)柜10，其選擇過程如下。 最大持續(xù)工作電流： N max N 1.051.05 31070 538.1A 33 35 S I U 技術(shù)條件為： NNs 35kVUU Nmax 538.1AII Nbrk=8.4kA II Nclsh 21.5kAii 根據(jù)以上條件，選擇滿足要求的開關(guān)柜型號為KYN37A-40.5，其技術(shù)參數(shù)如表5.5 所示。定制滿足要求的PT柜型號為SIVACON 8PT/35，其技術(shù)參數(shù)如表5.6所示。 表 5.5 KYN37A-40.5 技術(shù)參數(shù)表 技術(shù)參數(shù)數(shù)據(jù) 額定變比110000/100 1 級額定容量500VA 3 級額定容量1000VA 最大容量2000VA 技術(shù)參數(shù)數(shù)據(jù) 額定電壓40.5kV 額定電流630A 額定開斷電流25kA 額定關(guān)合電流63 kA 額定動穩(wěn)定電流63kA 4s 熱穩(wěn)定電流25kA 外形尺寸1200mm1800mm2600mm 防護(hù)等級IP20 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 表 5.6 SIVACON 8PT/35 技術(shù)參數(shù)表 5.3 10kV 側(cè)電氣設(shè)備的選擇 10kV開關(guān)柜也選擇金屬鎧裝封閉式開關(guān)柜，其選擇過程如下。 最大持續(xù)工作電流： N max N 1.051.05 8190 496.5A 33 10 S I U 技術(shù)條件為： NNs 10kVUU Nmax 496.5AII Nbrk=7.0kA II Nclsh 17.8kAii 根據(jù)以上條件，選擇滿足要求的開關(guān)柜型號為KYN28A-12，其技術(shù)參數(shù)如表5.7所 示。定制滿足要求的PT柜型號為SIVACON 8PT/10，其技術(shù)參數(shù)如表5.8所示。 技術(shù)參數(shù)數(shù)據(jù) 額定電壓35kV 額定電流2500A 額定關(guān)合電流50kA 外形尺寸1200mm1800mm2600mm 防護(hù)等級IP40 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 表 5.7 KYN28A-12 技術(shù)參數(shù)表 表 5.8 SIVACON 8PT/10 技術(shù)參數(shù)表 5.4 電氣設(shè)備的布置 110kV配電裝置一般采用屋外配電裝置，屋外型的配電裝置有中型、半高型和高型 三種形式10。由于中型布置具有布置比較清晰，運(yùn)行可靠，構(gòu)架高度較低，施工和維 修都比較方便，所用鋼材較少，造價(jià)低，抗震性能較好的特點(diǎn)，所以采用普通中型配 電裝置的布置方式11。而35kV和10kV的配電裝置一般采用雙層屋內(nèi)成套的配電裝置， 即用成套供應(yīng)高壓開關(guān)柜。根據(jù)國標(biāo)和實(shí)際控制樓的建筑面積，高壓開關(guān)柜采用單列 獨(dú)立式布置。平面布置圖和斷面圖如附錄C所示。 技術(shù)參數(shù)數(shù)據(jù) 額定電壓10kV 額定電流630A 額定開斷電流20kA 額定關(guān)合電流50 kA 額定動穩(wěn)定電流50kA 4s 熱穩(wěn)定電流20kA 外形尺寸800mm1500mm2363mm 防護(hù)等級IP2X 技術(shù)參數(shù)數(shù)據(jù) 額定電壓10kV 額定電流2500A 額定關(guān)合電流50kA 外形尺寸800mm1500mm2363mm 防護(hù)等級IP40 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 結(jié) 論 本文的主要從地鐵主降壓變電所主接線設(shè)計(jì)的四個主要問題入手，詳細(xì)分析了主 接線的組成和功能，結(jié)合實(shí)際工程案例給出了完整的設(shè)計(jì)方案。總的來說，本文在地 鐵主降壓變電所主接線的工程設(shè)計(jì)研究中完成了如下工作： (1) 主降壓變電所主接線的探討與分析。從高壓側(cè)和中壓側(cè)兩個方面給出了地鐵主 接線設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行具體的對比分析，確定主接線方案并完成主接線圖的繪制。 (2) 主降壓變電所變壓器的選擇。根據(jù)地鐵主變電所的特點(diǎn)以及地鐵主變電所設(shè)計(jì) 的行業(yè)共識，結(jié)合我國變壓器的發(fā)展確定了主變壓器和動力照明系統(tǒng)變壓器的臺數(shù)和 型號。 (3) 主降壓變電所短路容量的計(jì)算。根據(jù)主變電所主接線的形式以及城市電網(wǎng)所能 提供的外部電源，完成原始網(wǎng)絡(luò)圖的化簡，選擇合適的短路點(diǎn)進(jìn)行短路容量的計(jì)算。 (4) 主降壓變電所主要電氣設(shè)備的選擇及其布置。根據(jù)我國電氣設(shè)備的發(fā)展結(jié)合短 路電流的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了電氣設(shè)備的選擇。按照國標(biāo)的規(guī)定對其進(jìn)行布置，完成平面 布置圖和斷面圖的繪制。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 致 謝 本論文是在導(dǎo)師王思華老師的悉心指導(dǎo)下獨(dú)立完成的，王老師不厭其煩的指導(dǎo)我 每一個疑問，給了我很深的心靈感染。在此衷心感謝王老師兩個月來對我的關(guān)心和指 導(dǎo)。不管是論文題目的選擇，參考文獻(xiàn)的采集，結(jié)構(gòu)的布置還是格式的修改他都給了 我中肯的建議和悉心的指導(dǎo)，在此向他表示衷心的謝意。 同時，我還要感謝本組的其他同學(xué)，他們以認(rèn)真、熱情的學(xué)習(xí)態(tài)度，給予了我很 大的幫助，為我們做好畢業(yè)設(shè)計(jì)創(chuàng)造了良好的氛圍。 最后，我衷心感謝在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中給予我?guī)椭拿恳晃焕蠋熀屯瑢W(xué)。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 參考文獻(xiàn) 1 于松偉,楊興山.城市軌道交通系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理M.成都:西南交通大學(xué)出版社,2008:12-490. 2 劉介才.工廠供電M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1997:46-92. 3 于永源,楊綺雯.電力系統(tǒng)分析M.北京:中國電力出版社,2007:129-211. 4 傅知蘭.電力系統(tǒng)設(shè)備選擇與計(jì)算M.北京:中國電力出版社,2004:100-112. 5 陳躍.電氣工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)指南M.北京:中國水利水電出版社,2008:145-190. 6 劉介才.供電工程師技術(shù)手冊M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000:648-682. 7 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