35kV無人值守變電站電氣部分設(shè)計學士學位論文

1、東北農(nóng)業(yè)大學學士學位論文 學號：a0710060335kv無人值守變電站電氣部分設(shè)計學生姓名：方 炎指導教師：趙玉林所在院系：電氣與信息學院所學專業(yè)：農(nóng)業(yè)電氣化及自動化研究方向：地方電力系統(tǒng)及其自動化東 北 農(nóng) 業(yè) 大 學中國哈爾濱2014年5月northeast agricultural university bachelors degree thesis student id：a07100603system design for the electrical part of unattended substation of 35kvname：fang yantutor：zhao yulin

2、college：college of electronic and informationmajor：electronic information engineeringdriction： local power system and its automationnortheast agricultural universityharbinchinamay 2014摘 要隨著國民生活水平的提高，大量新型用電設(shè)備涌現(xiàn)在國民的日常生活中，用電器的數(shù)量及種類對電能的質(zhì)量提出了更高的要求。在國民暢享科技進步的同時，還須確保電力系統(tǒng)能夠安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟的運行。因此，必須提高電力網(wǎng)絡供電可靠性和發(fā)電

3、設(shè)備利用率，改善電力系統(tǒng)運行狀況，滿足經(jīng)濟性和穩(wěn)定性的要求。本設(shè)計的目的是設(shè)計一座需要新建35kv變電站，以滿足某地區(qū)的發(fā)展需求。設(shè)計以實際負荷為依據(jù)，以變電所的預期運行方式為基礎(chǔ)，按照國家有關(guān)規(guī)定和規(guī)范，完成了滿足該地區(qū)供電要求的35kv變電所初步設(shè)計。首先，通過分析幾種典型主接線設(shè)計方案及特點，總結(jié)比較各種典型主接線方案的運行靈活性和供電可靠性，確定了該35kv 智能變電站的主接線方式，依據(jù)電力系統(tǒng)變電站建設(shè)要求，主變壓器選擇要求和綏中變電站供電區(qū)域負荷現(xiàn)狀、負荷預測、用戶對供電可靠性的要求，確定了主變壓器臺數(shù)、容量和型號。其次，通過短路電流計算，對變電站主要電氣設(shè)備進行選擇，并校驗其熱穩(wěn)

4、定和動穩(wěn)定。并對該35kv 變電站防雷及接地進行設(shè)計和校驗；最后，對該35kv的二次系統(tǒng)進行設(shè)計。本文討論和分析了數(shù)字化變電站建設(shè)中的相關(guān)理論,并試圖把這些理論運用到現(xiàn)今實際變電站的建設(shè)中,以便加強數(shù)字化變電站理論和實際工程之間的相互聯(lián)系。隨著智能化的電氣開關(guān)發(fā)展,尤其是非常規(guī)互感器、智能斷路器等新型技術(shù)的發(fā)展,變電站自動化的水平不斷提高,初步進入了數(shù)字化的時代。關(guān)鍵詞：35kv變電站，負荷計算，短路電流，設(shè)備選擇，防雷保護system design for the electrical part of unattended substation of 35kv abstractwith th

5、e improvement of national living standard, a large number of new type electrical equipment emerge in national daily life, which put forward a higher request to the quality of power. when national are enjoying the technology progress, we must ensure that electric power system can be run safely, relia

6、bly, high-quality, and reasonably. as a result, we must improve the reliability of electricity network supply and the utilization of power generation equipment, and make better the power system operating conditions, in order to meet the requirements of the economy and stability.the purpose of this d

7、esign is to design a new 35 kv substation, in order to satisfy the demands of the development of a region. the 35 kv substation preliminary design which satisfies the requirement of power supply in this region was based on the actual load and forecast operation mode of the substation, and in accorda

8、nce with the relevant provisions of the state and specifications.first, through analysising several typical characteristics of main electrical connection scheme, summary of comparison of various typical operational flexibility and reliability of main electrical connection scheme, determine the main

9、electrical connection scheme of this 35kv intelligent substation. according to the electric power system substations construction requirements, selection requirements and the power substation main transformer load status, load forecasting, user requirements for reliability, determine the number, cap

10、acity and type of main transformer. secondly, by short circuit current calculations, to select the main electric substation equipment, and verify its thermal stability and dynamic stability and this 35kv substation lightning protection and grounding design and validation. finally, designing the seco

11、ndary electric system of this 35kv substation.this article discusses and analyzes the related theory in the construction of digital substation, and try to apply these theories to the current actual substation construction, in order to strengthen the digital substation connected between the theory an

12、d practical engineering. with the development of intelligent electrical switches, especially the unconventional development of new technologies, such as transformer, intelligent circuit breaker, substation automation level unceasing enhancement, the preliminary into the digital era.keywords：35kv sub

13、station， load calculation， short-circuit current， equipment selection， lightning protection目 錄摘 要iabstractii1前言11.1研究的目的與意義11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.3設(shè)計(論文)的主要研究內(nèi)容22負荷分析32.1負荷的分級32.2負荷計算32.2.1負荷計算方法42.2.2負荷的計算43主變壓器選擇63.1主變壓器的選擇原則63.2主變壓器臺數(shù)的選擇63.3主變壓器容量的選擇73.4主變壓器冷卻方式選擇73.5主變壓器型式的選擇84電氣主接線設(shè)計94.1電氣主接線設(shè)計的設(shè)計原則94.2

14、電氣主接線設(shè)計的基本要求94.2.1可靠性94.2.2靈活性104.2.3經(jīng)濟性104.3主接線的一般接線形式104.3.1單母線接線104.3.2單母線分段接線104.3.3雙母線接線114.3.4雙母線分段接線114.3.5橋形接線114.4主接線方案的選定125短路電流計算135.1短路故障產(chǎn)生的原因135.2短路電流計算的目的135.3短路電流計算的基本要求135.4短路電流計算的步驟155.5短路電流計算156主要電氣設(shè)備的選擇和校驗226.1電氣設(shè)備的選擇基本要求226.2斷路器的選擇236.2.1斷路器的選擇條件246.2.2斷路器的選擇和校驗256.3隔離開關(guān)的選擇266.3.

15、1隔離開關(guān)的配置266.3.2隔離開關(guān)的選擇計算276.4母線的選擇276.4.1母線選擇基本要求276.4.2母線的選擇計算296.5互感器的選擇316.5.1電流互感器316.5.1.1電流互感器的選擇316.5.2電壓互感器336.6支柱絕緣子的選擇336.6.135kv側(cè)的選擇336.6.210kv側(cè)的選擇346.7配電裝置的選擇346.7.1配電裝置的設(shè)計原則346.7.2配電裝置形式的選擇356.8所用變壓器的選擇356.9主要電氣設(shè)備選擇結(jié)果367變電站防雷接地設(shè)計387.1避雷針的保護范圍387.2避雷器的選擇原則407.3變電站過電壓保護407.4避雷針保護范圍計算417.5

16、接地裝置設(shè)置428變電所綜合自動化系統(tǒng)的設(shè)計438.1綜合自動化系統(tǒng)概述438.1.1綜合自動化系統(tǒng)的概念438.1.2綜合自動化系統(tǒng)的基本要求與特征438.1.2.1綜合自動化系統(tǒng)的基本要求438.1.2.2綜合自動化系統(tǒng)的基本特征448.1.3綜合自動化系統(tǒng)的功能和組成448.1.3.1綜合自動化系統(tǒng)的主要功能448.1.3.2變電站綜合自動化系統(tǒng)的子系統(tǒng)組成458.1.4綜合自動化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)458.1.5變電站綜合自動化的數(shù)據(jù)通訊與網(wǎng)絡468.1.5.1變電站綜合自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信468.1.5.2變電站綜合自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡468.1.5.3profibus現(xiàn)場總線技術(shù)的應用4

17、68.2變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計478.3微機保護的設(shè)計508.3.1主變壓器保護508.3.1.1保護配置508.3.1.2差動保護508.3.1.3瓦斯保護528.3.2微機線路保護538.3.2.1線路三段式電流保護各段保護范圍538.3.2.2線路三段式電流保護動作電流的整定548.4自動控制559總結(jié)56參考文獻57致謝58附錄- 1 - 1. 前言1.1 研究的目的與意義近年來，隨著“兩網(wǎng)”改造的深入和電網(wǎng)運行水平的提高，大量采用遠方集中控制、操作等自動化技術(shù)的變電站投入運行，既提高了勞動生產(chǎn)率，又減少了人為誤操作的可能。采用變電站綜合白動化技術(shù)是變電站計算機應用的方向，也是

18、電網(wǎng)發(fā)展的趨勢，值得人力推廣。因此，認真研究農(nóng)村變電所的先進設(shè)計方案和綜合自動化技術(shù)方案是一項十分重要工作。中國農(nóng)網(wǎng)變電所的建設(shè)設(shè)計經(jīng)歷了一個逐步改進提高的過程。由60年代的簡易化變電所到70年代的工業(yè)化模式所，都未發(fā)揮理想的性能。在總結(jié)以上兩種模式的基礎(chǔ)上，80年代以來，根據(jù)“小容量、密布點、短半徑”的建設(shè)原則，全國建成農(nóng)村小型化變電所上千座。進入90年代以來，農(nóng)村變電所義在小型化模式基礎(chǔ)上開始朝無人化模式發(fā)展。本課題就是結(jié)合某地區(qū)的負荷特點及自然狀況而提出的，其目的就是通過本課題的研究建設(shè)一座省城郊區(qū)的無人值班變電所模式。無人值班變電所是一種先進的運行管理模式，它是以提高變電所設(shè)備可靠性和

19、基礎(chǔ)自身化為前提，并借助微機遠動技術(shù)，由遠方值班員取代現(xiàn)場值班員實施對變電所設(shè)備運行的有效控。無論新建或是將常規(guī)變電所改造成無人值班變電所，均具有顯著的經(jīng)濟效益：1. 運行和管理費用低。由于采用新型高壓設(shè)備及完全戶外式設(shè)備布置，運行費用僅為常規(guī)變電所的1/10。2. 供電可靠性和自動化程度的提高。一方面，變電所設(shè)備可靠性和基礎(chǔ)自動化的提高，可極大地縮短事故停電時間和縮小事故停電范圍，另一方面，遙控的實現(xiàn)使調(diào)度值1班員能直接對變電所各出線的負荷進行實時監(jiān)測和控制，因而能進一步加強負荷管理。3. 能在不新增投資的條件下多供電。新型無人值班變電所提高了負荷率(一般都在10%以上)，使電網(wǎng)在不增加新的

20、投資條件卜多供電。而且，白動化程度提高后，維修停電和事故處理等時間大大縮短，因而也能多供電。4. 提高安全運行水平。由于變電所有較高的自動化水平，因而可減少人員誤觸電事故和誤操作事故。5. 供電質(zhì)量得到進一步提高。由于有載調(diào)壓的主變壓器及無功補償裝置實現(xiàn)遙控，因而母線電壓能維持在較為理想的水平，電壓合格率在常規(guī)變電所基礎(chǔ)上至少提高5%。可以預見，農(nóng)村無人值班變電所必將在全國蓬勃發(fā)展。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀我國的智能變電站的發(fā)展及研究現(xiàn)狀：國家電網(wǎng)公司在國家電網(wǎng)公司“十一五”科技發(fā)展規(guī)劃中明確提出在“十一五”期間要研究、實施示范智能變電站。國內(nèi)各網(wǎng)省公司紛紛開始智能變電站試點工程的建設(shè)。目前，智

21、能變電站技術(shù)很多，存些已成熟，有些還在研究階段，有的還處于概念階段。如：1. 一次設(shè)備智能化的實踐：目前已有應用。2. 二次功能網(wǎng)絡化的實踐：目前已有工程應用。3. 設(shè)備狀態(tài)檢修的實踐：智能一次設(shè)備狀態(tài)檢修的實踐，繼電保護二次設(shè)備狀態(tài)檢修的實踐，目前正在 展研究。4. 站內(nèi)智能高級應用方案研究：智能告警及分析決策經(jīng)濟運行與優(yōu)化控制等，正在研究階段。5. 分布協(xié)同智能控制與智能保護研究：目前正在研究階段。6. 主變壓器應用新型光柵式溫度在線監(jiān)控系統(tǒng)：目前正在研究階段。7. gis組合電氣應用sf6壓力、微水在線監(jiān)測系統(tǒng)。智能變電站研究、建設(shè)工作尚處于赴階段，重點工作主要集中在智能化開關(guān)設(shè)備的研究

22、開發(fā)，尚不具備大范圍推廣應用的基本條件。主要問題表現(xiàn)在：1. 智能變電站沒有相應的設(shè)計規(guī)范、驗收規(guī)范、裝置檢驗規(guī)程、計量檢定規(guī)程、運行規(guī)范等，需要在實踐中不斷研究、摸索并制定。2. 智能變電站技術(shù)尚不成熟，在智能設(shè)備檢測裝置、一體化信息、平臺開發(fā)等方面還存在不足之處。3. 智能變電站的投產(chǎn)，使得原有的檢驗手段已不能滿足現(xiàn)場檢驗的需要，亟待研究新的檢測方法，配置相應的檢測儀器。4. 智能變電站與傳統(tǒng)變電站的導致在維護界限、人員分工等方面需要重新劃分。國外的變電站自動化技術(shù)的發(fā)展：國外的變電站自動化技術(shù)的發(fā)展是從20世紀80年代開始的，以德國西門子公司為例，該公司于1985年投運了第一套變電站自動

23、化系統(tǒng)lsa-678，此后陸續(xù)在德國及歐洲投運的該型變電站自動化系統(tǒng)達300多套，lsa-678變電站綜合自動化系統(tǒng)1995年在中國正式投運。lsa-678系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有兩類：一類是全分布式系統(tǒng)；另一類是集中與分布式相結(jié)合的系統(tǒng)。這兩類系統(tǒng)均由64mb測控系統(tǒng)、7s/7u保護系統(tǒng)和8tk開關(guān)閉鎖系統(tǒng)三部分構(gòu)成。20世紀90年代，日本在多座高壓變電站采用了以計算機監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)的運行系統(tǒng)，其主要特點是繼電保護裝置下放至 關(guān)站，并設(shè)置微機控制終端，采集測量值和斷路器觸點信息，通過光纜傳輸?shù)街骺刂剖业暮笈_計算機系統(tǒng)中，斷路器及隔離 關(guān)的操作命令也由主控制室通過光纜下達至終端執(zhí)行?？傮w上來看，國外變電站自

24、動化技術(shù)的發(fā)展趨勢同國內(nèi)的發(fā)展趨勢基本上一致，分布式變電站自動化系統(tǒng)已逐步成為技術(shù)發(fā)展的主流。1.3 設(shè)計(論文)的主要研究內(nèi)容本變電站初步設(shè)計包括了：1. 所設(shè)計變電站的基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)分析。2. 所設(shè)計變電站負荷計算及變壓器選擇。3. 所設(shè)計變電站電氣主接線的設(shè)計。4. 所設(shè)計變電站短路電流計算。5. 所設(shè)計變電站主要電氣設(shè)備選擇。6. 所設(shè)計變電站主要變壓器的保護，等內(nèi)容。1 負荷分析負荷分析是確定供電對象（即用戶）的用電負荷大小和重要性的一個過程，供電對象（即用戶）的用電負荷大小和重要性反映了該變電所在電力系統(tǒng)中的地位和作用，進而影響到變電所內(nèi)電氣設(shè)備的選擇，因此它是確定電力系統(tǒng)的首要條件

25、。1.1 負荷的分級本次變電站設(shè)計為一 35kv區(qū)域性變電站，以供給附近地區(qū)的工業(yè)、農(nóng)業(yè)和民用電。由于不可能對所有的用電單位和用電設(shè)備都采取相同的供電措施，所以供配電設(shè)計應首先對用電單位和用電設(shè)備進行負荷分級。負荷分級應根據(jù)用電單位（即建筑物）和用電設(shè)備的規(guī)模、功能、性質(zhì)及其在政治、經(jīng)濟上的重要性進行確定。負荷分級的目的和意義在于根據(jù)不同的負荷級別確定用電單位和用電設(shè)備的供電要求和供電措施，以保證供電系統(tǒng)的安全性、可靠性、先進性和合理性。國際上普遍的做法是將負荷按應急電源自動切換的允許中斷供電時間劃分為0s、小于0.15s、0.5s、15s和大于15s五個級別，而我國則是沿用前蘇聯(lián)的做法，按用

26、電單位或用電設(shè)備突然中斷供電所導致后果的危險性和嚴重程度分為一、二、三級：1 一級負荷：是指突然中斷供電將會造成人身傷亡或會引起周圍環(huán)境嚴重污染的；將會造成經(jīng)濟上的巨大損失的；將會造成社會秩序嚴重混亂或在政治上產(chǎn)生嚴重影響的。 2 二級負荷：是指突然中斷供電會造成經(jīng)濟上較大損失的；將會造成社會秩序混亂或政治上產(chǎn)生較大影響的。 3 三級負荷：是指不屬于上述一類和二類負荷的其他負荷。經(jīng)過調(diào)查統(tǒng)計后，根據(jù)相關(guān)規(guī)定，我們將把35kv變電站的電力負荷進行分級，結(jié)果如下表2-1所示：表2-1 35kv變電站的電力負荷分級表順序負荷名稱負荷級別順序負荷名稱負荷級別1234市政府一級5汽車客運站一級學校一級6

27、圖書館二級電影院二級7電視臺一級多層建筑二級8醫(yī)院一級1.2 負荷計算這里所說的用電負荷，是指在某一段時間內(nèi)的最大負荷的平均值，通常采用15min的最大平均負荷。用電設(shè)備負荷的計算是確定供電線路接線方式，選擇變壓器容量、電氣設(shè)備、導線截面的主要依據(jù)，負荷計算的是否合理，直接影響到電氣設(shè)備及供電系統(tǒng)的運行是否經(jīng)濟、合理。1.2.1 負荷計算方法電氣負荷計算方法有：需要系數(shù)法，利用系數(shù)法，二項式法，單位面積功率計算法，單位產(chǎn)品功率計算法等，它們的應用范圍各不一樣。1. 需要系數(shù)法：用設(shè)備功率乘以需要系數(shù)和同時系數(shù)，直接求出計算負荷；需要系數(shù)法計算簡單，是最為常用的一種計算方法，適合用電設(shè)備較多，但

28、設(shè)備容量相差不大的情況。2. 利用系數(shù)法：是通過平均負荷來計算負荷的，這種方法的依據(jù)是概率論和數(shù)理統(tǒng)計，借助于計算機進行計算，計算結(jié)果精確但過程繁瑣，一般不予以采用。3. 二項式法：將負荷分為基本負荷和附加負荷，后者考慮一定數(shù)量大容量設(shè)備影響，只有在用電設(shè)備容量相差懸殊時采用。4. 單位面積功率法，單位指標法，單位產(chǎn)品耗電量法等，可用于初步設(shè)計用電量指標的估算，對于住宅建筑，在設(shè)計各階段均可使用單位面積功率法。本設(shè)計中，用電負荷較多且容量相差不大，故宜采用需要系數(shù)法。1.2.2 負荷的計算要選擇變壓器容量，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)的負荷，包括站用電負荷(動力負荷

29、和照明負荷)。通過統(tǒng)計得到負荷統(tǒng)計表如下：表2-2負荷統(tǒng)計表用戶名稱功率因數(shù)符合容量（mv a）出現(xiàn)方式市政府0.83.5架空線路電視臺0.783架空線路汽車客運站0.72.5架空線路醫(yī)院0.83架空線路區(qū)域內(nèi)三產(chǎn)0.652架空線路其他0.724.5架空線路在變電站主接線設(shè)計中是根據(jù)計算負荷來選擇主變壓器容量的。負荷調(diào)查統(tǒng)計出的變電站供電范圍內(nèi)的所有用電設(shè)備的額定容量總和要比實際變動負荷大,因為用電設(shè)備實際負荷一般小于其額定容量,而且各種用電設(shè)備并非同時運行,其中有些設(shè)備停運,有些則可能在檢修?？紤]這些因素計算出來的負荷稱為計算負荷。用計算負荷作為依據(jù)來選擇主變壓器容量切合實際。變電站設(shè)計的計

30、算負荷用下式進行計算：(2-1)公式中：某電壓等級的計算負荷 同時系數(shù)，一般取0。850。9 該電壓等級電網(wǎng)的線損率，一般取5% 、各用戶的負荷和功率因數(shù)考慮510年負荷的增長，可按照自然增長率估算，認為負荷在一定階段按照某一指數(shù)關(guān)系增長。因此，計算其負荷增長后的變電站最大計算負荷為：(2-2)式中：n年以后的最大計算負荷；年數(shù)；年均復合增長率，根據(jù)歷史資料確定。由此可得，該變電站的計算負荷： (2-3) 2 主變壓器選擇在各級電壓等級的變電站中，變壓器是變電站中的主要電氣設(shè)備之一，其擔任著向用戶輸送功率，或者兩種電壓等級之間交換功率的重要任務，同時兼顧電力系統(tǒng)負荷增長情況，需合理選擇，否則，

31、將造成經(jīng)濟技術(shù)上的不合理。主變壓器的容置、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)510年發(fā)展規(guī)劃，輸送功率大小，饋線回路數(shù)、電壓等級以及接入系統(tǒng)的緊密程度等因素，進行綜合分析和合理選擇。一般正常環(huán)境的變電站，可選油浸式變壓器，在多塵或有腐蝕性氣體嚴重影響變壓器安全運行的場所，應選用防塵型或者防腐型變壓器。供電電壓偏低或電壓波動嚴重而用電設(shè)備對電壓質(zhì)量又要求較高的場所，可選用有載調(diào)壓型變壓器。2.1 主變壓器的選擇原則1. 相數(shù)容量為300mw及以下機組單元接線的變壓器和330kv及以下電力系統(tǒng)中，一般都應選用三相變壓器。因為單相變壓器

32、組相對投資大，占地多，運行損耗也較大。同時配電裝置結(jié)構(gòu)復雜，也增加了維修工作量。2. 繞組數(shù)與結(jié)構(gòu)電力變壓器按每相的繞組數(shù)為雙繞組、三繞組或更多繞組等型式；按電磁結(jié)構(gòu)分為普通雙繞組、三繞組、自耦式及低壓繞組分裂式等型式。在發(fā)電廠或變電站中采用三繞組變壓器一般不多于3臺，以免由于增加了中壓側(cè)引線的構(gòu)架，造成布置的復雜和困難。3. 繞組接線組別變壓器三繞組的接線組別必須和系統(tǒng)電壓相位一致。否則，不能并列運行。電力系統(tǒng)采用的繞組連接有星形“y”和三角形“d”。在發(fā)電廠和變電站中，一般考慮系統(tǒng)或機組的同步并列以要求限制3次諧波對電源等因素。根據(jù)以上原則，主變一般是y， d11常規(guī)接線。4. 調(diào)壓方式為

33、了保證發(fā)電廠或變電站的供電質(zhì)量，電壓必須維持在允許范圍內(nèi)，通過主變的分接開關(guān)切換，改變變壓器高壓側(cè)繞組匝數(shù)。從而改變其變比，實現(xiàn)電壓調(diào)整。切換方式有兩種：一種是不帶電切換，稱為無激磁調(diào)壓。另一種是帶負荷切換，稱為有載調(diào)壓。通常，發(fā)電廠主變壓器中很少釆用有載調(diào)壓。因為可以通過調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁來實現(xiàn)調(diào)節(jié)電壓，對于220kv及以上的降壓變壓器也僅在電網(wǎng)電壓有較大變化的情況時使用，一般均采用無激磁調(diào)壓，分接頭的選擇依據(jù)具體情況定。5. 冷卻方式電力變壓器的冷卻方式隨變壓器型式和容量不同而異，一般有自然風冷卻、強迫風冷卻、強迫油循環(huán)水冷卻、強迫油循環(huán)風冷卻、強迫油循環(huán)導向冷卻。2.2 主變壓器臺數(shù)的選擇變

34、壓器臺數(shù)要依據(jù)以下原則選擇：1. 為滿足負荷對供電可靠性的要求，根據(jù)負荷等級確定變壓器臺數(shù)，對具有大量一、二級負荷或只有大量二級負荷，宜采用兩臺及以上變壓器，當一臺故障或檢修時，另一臺仍能正常工作。2. 負荷容最大而集中時，雖然負荷只為三級負荷，也可采用兩臺及以上變壓器。3. 對于季節(jié)負荷或晝夜負荷變化比較大時，從供電的經(jīng)濟性角度考慮；為了方便、靈活地投切變壓器，也可以選擇兩臺變壓器。為了保證供電可靠性，避免一臺主變壓器故障或檢修時影響供電，變電站中一般裝設(shè)兩臺主變壓器。當裝設(shè)三臺及三臺以上時，變電站的可靠性必然然有所提高，但接線網(wǎng)絡較復雜，且投資增大，同時增大了占用面積和配電設(shè)備及用電保護的

35、復雜性，以及帶來維護和倒閘操作等許多復雜化。而且還會造成中壓側(cè)短路容量過大，不宜選擇輕型設(shè)備。考慮到兩臺主變壓器同時發(fā)生故障機率較小。適用遠期負荷的增長以及擴建，而當一臺主變壓器故障或者檢修時，另一臺主變壓器可承擔70%的負荷保證全變電站的正常供電?？紤]到該變電站為一重要中間變電站，與系統(tǒng)聯(lián)系緊密，故選用兩臺主變壓器，并列運行且容量相等。2.3 主變壓器容量的選擇主變壓器容量必須滿足電網(wǎng)中各種可能的運行方式時的最大負荷的需要，并且要考慮到負荷的發(fā)展規(guī)劃，使所選變壓器容量切合實際的需要。如果主變壓器容量造的過大，臺數(shù)過多，不僅增加投資，擴大占地面積，而且會增加損耗，給運行和檢修帶來不便，設(shè)備亦未

36、能充分發(fā)揮效益；若容量選得過小，可能使變壓器長期在過負荷中運行，影響主變壓器的壽命和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，確定合理的變壓器的容量是變電站安全可靠供電和網(wǎng)絡經(jīng)濟運行的保證。根據(jù)變電站所帶負荷的性質(zhì)和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)來確定主變的容量，對于有重要負荷的變電站，應考慮當一臺主變停運時，其余變壓器容量在計及過負荷能力的允許時間內(nèi)，應保證用戶的一級和二級負荷，對一般變電站，當一主變停運時，其他變電器容量應能保證全部負荷的70%-80%。所以，這里應該選擇兩臺容量略小于最大計算負荷的變壓器。 (3-1)(3-2)故選兩臺20mv a的主變壓器就可滿足負荷需求。2.4 主變壓器冷卻方式選擇變壓器按冷卻方式分為油浸式

37、變壓器、干式變壓器、sf6氣體絕緣變壓器。其中油浸式變壓器如油浸自冷、油浸風冷、油浸水冷以及強迫油循環(huán)和水內(nèi)冷等，依靠絕緣油進行冷卻；干式變壓器，依靠空氣對流進行冷卻，一般用于局部照明、電子線路等小容量變壓器。sf6氣體絕緣變壓器，用特殊化學氣體（sf6）代替變壓器油散熱。1. 三相油浸式變壓器性能特點如下： (一) 油浸式變壓器低壓繞組除小容量采用銅導線以外，一般都采用銅箔繞抽的圓筒式結(jié)構(gòu)；高壓繞組采用多層圓筒式結(jié)構(gòu)，使之繞組的安匝分布平衡，漏磁小，機械強度高，抗短路能力強。 (二) 鐵心和繞組各自采用了緊固措施，器身高、低壓引線等緊固部分都帶自鎖防松螺母，采用了不吊心結(jié)構(gòu)，能承受運輸?shù)念嵳?/p>

38、。 (三) 線圈和鐵心采用真空干燥，變壓器油采用真空濾油和注油的工藝，使變壓器內(nèi)部的潮氣降至最低。 (四) 油箱采用波紋片，它具有呼吸功能來補償因溫度變化而引起油的體積變化，所以該產(chǎn)品沒有儲油柜，顯然降低了變壓器的高度。 (五) 由于波紋片取代了儲油柜，使變壓器油與外界隔離，這樣就有效地防止了氧氣、水份的進入而導致絕緣性能的下降。 (六) 根據(jù)以上五點性能，保證了油浸式變壓器在正常運行內(nèi)不需要換油，大大降低了變壓器的維護成本，同時延長了變壓器的使用壽命。2. 干式變壓器性能特點如下：相對于油式變壓器，干式變壓器因沒有油，也就沒有火災、爆炸、污染等問題，特別是新的系列，損耗和噪聲降到了新的水平，

39、更為變壓器與低壓屏置于同一配電室內(nèi)創(chuàng)造了條件，尤其在現(xiàn)代化的商業(yè)中心，居民小區(qū)，高層建筑，地下，公共場所等對防火要求高的地方適宜使用干式變壓器，但在室外使用時必須加裝防護外殼，另外干式變壓器的價格比油浸式變壓器要高，容量不可能做得很大，目前市場上供應的干式變壓器的最大容量為20mva。3. sf6氣體絕緣變壓器（git）性能特點與普通油浸式變壓器的相比，git有著以下優(yōu)勢：絕緣性能和冷卻效果好、不易燃易爆、安裝方便，布局靈活、簡潔、輕巧、噪聲低、易于維護檢查、占地面積少。git的優(yōu)勢不言而喻的， git在日本應用已經(jīng)比較廣泛，但在我國目前應用還很少。雖然早在1988年我國的廣州高壓電器廠、北京

40、二變、常州變壓器廠都曾開發(fā)過，其中北京二變曾經(jīng)小批量生產(chǎn)，在近十幾年來也相繼引進了日本東芝和三菱制造的110kvgit共20余臺，但是總的應用情況不是很樂觀。git在中國的應用受到限制主要有以下幾個不利因素： (一) 基本上靠進口，價格昂貴；(二) 110kv git運行時的內(nèi)部氣壓高達180kpa以上；(三) sf6氣體傳勢能力較變壓器油差，在電場強度不均勻的情況下，絕緣強度會下降；(四) sf6氣體在金屬過熱時會被分解出一種sf4的極毒物質(zhì)。最不確定的因素還是sf6氣體，它是一種溫室氣體，且其分解物有毒。如果制造工藝不好，產(chǎn)生泄漏后對環(huán)境帶來的后果將不堪設(shè)想。在越來越關(guān)注環(huán)保的今天，這一點

41、也是必須考慮的。因此，很多國內(nèi)專家認為在制造工藝達不到一定水平時不應提倡在中國發(fā)展這種變壓器?；谏鲜鲈?，git在中國的應用還只是處于一種探索和萌芽階段，僅少數(shù)電站或工程選用由于干式變壓器的容量不能達到設(shè)計要求， git在中國的應用還只是處于一種探索和萌芽階段，而油浸式電力變壓器不僅能滿足大容量要求，而且在實際應用中也相當成熟，因此本設(shè)計主變壓器的冷卻方式應選擇油浸式。2.5 主變壓器型式的選擇有載調(diào)壓較容易穩(wěn)定電壓，減少電壓波動所以選擇有載調(diào)壓方式，且規(guī)程上規(guī)定對電力系統(tǒng)一般要求10kv及以下變電站采用一級存載調(diào)壓變壓器。故本站主變壓器選用有載調(diào)壓三相變壓器。我國110kv及以上電壓變壓器

42、繞組都采用y連接；35kv采用y連接，其中性點多通過消弧線圈接地。35kv以下電壓變壓器繞組都采用連接，故主變壓器的聯(lián)結(jié)組號一般都選用ynd11常規(guī)接線。由以上結(jié)論可選擇有載調(diào)壓主變壓器型號為：sz9-20000/35，變參數(shù)如表3-1所示：表3-1 主變壓器技術(shù)參數(shù)表型 號聯(lián)結(jié)組標號容量(mva)額定電壓(kv)空載損耗（w）負載損耗（w）（75）空載電流（%）短路阻抗（%）高壓低壓sz9-20000/35ynd112038.532.5%10.516.191.550.6593 電氣主接線設(shè)計變配電所電氣主接線又稱電氣一次接線，是指變配電所中傳輸電能的通路，這些通路中有變壓器、母線、斷路器、隔

43、離開關(guān)以及線路等電氣設(shè)備，主接線是將這些電氣設(shè)備以規(guī)定的圖形和文字符號，按電能的傳輸、分配順序及相關(guān)要求繪制的單相接線圖。主接線代表了變電站高電壓、大電流的電氣部分主體結(jié)構(gòu)，是電力系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的重要組成部分，它們的連接方式，對供電的可靠性、運行靈活性、檢修是否方便以及經(jīng)濟上是否合理起著決定性的作用。所以主接線設(shè)計必須通過技術(shù)與經(jīng)濟的充分論證比較，綜合考慮各個方面的影響因素，最終得到實際工程確認的最佳方案，這也是變配電所設(shè)計的一項首要任務。3.1 電氣主接線設(shè)計的設(shè)計原則變電站主接線的選擇原則：1. 當滿足運行要求時，應盡量少用或不用斷路器，以節(jié)省投資。2. 當變電站有兩臺變壓器同時運行時，二次

44、側(cè)應采用斷路器分段的單母線接線。3. 為了限制配出線短路電流，具有多臺主變壓器同時運行的變電站，應采用變壓器分列運行。4. 6-10kv固定式配電裝置的出線側(cè)，在架空線路或有反饋可能的電纜出線回路中，應裝設(shè)線路隔離開關(guān)。5. 變壓器低壓側(cè)為0。4kv的總開關(guān)宜采用低壓斷路器或隔離開關(guān)。當有繼電保護或自動切換電源要求時，低壓側(cè)總開關(guān)和母線分段開關(guān)均應采用低壓斷路器。6. 當?shù)蛪耗妇€為雙電源，變壓器低壓側(cè)總開關(guān)和母線分段開關(guān)采用低壓斷路器時，在總開關(guān)的出線側(cè)及母線分段開關(guān)的兩側(cè)，宜裝設(shè)刀開關(guān)或隔離開關(guān)。3.2 電氣主接線設(shè)計的基本要求電氣主接線設(shè)計的基本原則為：以下達的設(shè)計任務書為依據(jù)，根據(jù)國家現(xiàn)

45、行的“安全可靠、經(jīng)濟適用、符合國情”的電力建設(shè)與發(fā)展的方針，嚴格按照技術(shù)規(guī)定和標準，結(jié)合工程實際的具體特點，準確地掌握原始資料，保證設(shè)計方案的可靠性、靈活性和經(jīng)濟性3.2.1 可靠性安全可靠是電力生產(chǎn)的首要任務，保證供電可靠是電氣主接線的最基本的要求。主接線的可靠性包括一次部分和相應的二次部分在運行中的可靠性的綜合。主接線的可靠性在很大程度上取決于設(shè)備的可靠性，采用可靠性高的電器設(shè)備還可以簡化接線。主接線可靠性的衡量標準是運行實踐，即滿足用戶的供電可靠性和電能質(zhì)量的要求，也就是說當斷路器檢修時不宜影響對系統(tǒng)和用戶的供電。斷路器或母線故障以及母線檢修時，盡量減少停電的回路數(shù)和停電的時間，并要保證

46、對一級及全部或大部分二級負荷的供電，保證用戶需要的電壓和周波質(zhì)量，盡量避免全部不停運的可能性。3.2.2 靈活性接線系統(tǒng)在運行時應該有一定的靈活性，即：1. 調(diào)度時，應可以靈活地投入和切除變壓器和線路，調(diào)配電源和負荷，滿足系統(tǒng)在事故運行方式、檢修運行方式以及特殊運行方式下的系統(tǒng)調(diào)度要求。2. 檢修時，可以方便地停運斷路器、母線及繼電保護裝置，進行安全檢修而不影響電力網(wǎng)的運行和對用戶的供電。3. 擴建時，可以方便地由初級接線過渡到最終接線。在不影響連續(xù)供電或停電時間最短的情況下，投入變壓器或線路而不相互干擾，并且對一次和二次部分的改建工作量最少。3.2.3 經(jīng)濟性主接線在滿足可靠性、靈活性要求的

47、前提下應做到經(jīng)濟合理。1. 投資省：主接線應力求簡單，以節(jié)省斷路器、隔離開關(guān)、電流和電壓互感器、避雷器等一次設(shè)備，要能限制短路電流，以便選擇廉價的電氣設(shè)備或輕型電器。2. 占地面積?。褐鹘泳€設(shè)計要為配電裝置的布置創(chuàng)造條件，盡量減少占地面積。3. 盡量減少電能損失少：經(jīng)濟合理地選擇主變壓器的種類、數(shù)量，適量、合理選擇導線截面，盡量減少電能損失。3.3 主接線的一般接線形式電氣主接線是根據(jù)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，在進出線路多時(一般超過四回)為便于電能的匯集和分配，常設(shè)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。在出線超過四回時，宜采用有母線連接。

48、隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展、調(diào)度自動化水平的提高及新設(shè)備新技術(shù)的廣泛應用，變電站電氣主接線形式亦有了很大變化。目前常用的主接線形式有：單母線、單母線分段、單母線分段帶旁路、雙母線、雙母線分段帶旁路、1個半斷路器接線、橋形接線及線路變壓器組接線等。3.3.1 單母線接線單母線接線雖然接線簡單清晰、設(shè)備少、操作方便，便于擴建和采用成套配電裝置等優(yōu)點，但是不夠靈活可靠，任一元件(母線及母線隔離開關(guān)等)故障或檢修時，均需使整個配電裝置停電。單母線可用隔離開關(guān)分段，但當一段母線故障時，全部回路仍需短時停電，在用隔離開關(guān)將故障的母線段分開后，才能恢復非故障段的供電，并且電壓等級越高，所接的回路數(shù)越少，一般只適用于

49、一臺主變壓器。適用范圍：110200kv配電裝置的出線回路數(shù)不超過兩回；3566kv，配電裝置的出線回路數(shù)不超過3回；610kv配電裝置的出線回路數(shù)不超過5回時選用。3.3.2 單母線分段接線用斷路器，把單母線接線的母線分段后，對重要用戶可以從不同段引出兩個冋路；有兩個電源供電。當一段母線發(fā)生故障，分段斷路器自動將故障切除，保證正常段母線不間斷供電和不致使重要用戶停電。但是，一段母線或母線隔離開關(guān)故障或檢修時，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，常使架空線路出現(xiàn)交叉跨越，擴建時需向兩個方向均衡擴建。適用范圍：110kv220kv配電裝置的出線冋路數(shù)為34回；3566kv配電裝置

50、的出線回路數(shù)為48冋；610kv配電裝置出線為6回及以上時選用。3.3.3 雙母線接線它具有供電可靠、調(diào)度靈活、擴建方便等優(yōu)點，而且，檢修另一母線時，不會停止對用戶連續(xù)供電。如果需要檢修某線路的斷路器時，不裝“跨條”，則該回路在檢修期需要停電。對于，110k220kv輸送功率較多，送電距離較遠，其斷路器或母線檢修時，需要停電，而斷路器檢修時間較長，停電影響較大，一般規(guī)程規(guī)定，110kv220kv雙母線接線的配電裝置中，當出線回路數(shù)達7回 (110kv)或5回(220kv)時，一般應裝設(shè)專用旁路母線。適用范圍：110220kv配電裝置出線回路數(shù)為5冋及以上時，或當110220kv配電裝置在系統(tǒng)中

51、處于重要地位，出線回路為4回及以上時。3563k：v配電裝置，當出線回路數(shù)超過8回時，或連接的電源較多、負荷較大時；610kv配電裝置，當短路電流較大、出線需要帶電抗器時選用。3.3.4 雙母線分段接線雙母線分段，可以分段運行，系統(tǒng)構(gòu)成方式的自由度大，兩個元件可完全分別接到不同的母線上，對大容量且在需相互聯(lián)系的系統(tǒng)是有利的，由于這種母線接線方式是常用傳統(tǒng)技術(shù)的一種延伸，因此在繼電保護方式和操作運行方面都不會發(fā)生問題。而較容易實現(xiàn)分階段的擴建等優(yōu)點，但是易受到母線故障的影響，斷路器檢修時要停運線路，占地面積較大，一般當連接的進出線回路數(shù)在11回及以下時，母線不分段。為了保證雙母線的配電裝置，在進

52、出線斷路器檢修時(包括其保護裝置和檢修及調(diào)試)，不中斷對用戶的供電，可增設(shè)旁路母線，或旁路斷路器。當110kv出線為1回及以上，220kv出線在4回以下時，可用母聯(lián)斷路器兼旁路斷路器用，這樣節(jié)省了斷路器及配電裝置間隔。3.3.5 橋形接線當只符兩臺變壓器和兩條輸電線路時，采用橋式接線，所用斷路器數(shù)目最少，它可分為內(nèi)橋和外橋接線。1. 內(nèi)橋接線：適合于輸電線路較長，故障機率較多而變壓器又不經(jīng)常切除時，采用內(nèi)橋式接線。當變壓器故障時，需停相應的線路。2. 適用范圍：較小容量的發(fā)電廠、變電站，并且變壓器不經(jīng)常切換或線路較長，故障率較高的情況。3. 外橋接線：適合于出線較短，且變壓器隨經(jīng)濟運行的要求需

53、經(jīng)常切換，或系統(tǒng)有穿越功率，較為適宜。為檢修斷路器，不致引起系統(tǒng)開環(huán)，有時增設(shè)并聯(lián)旁路隔離開關(guān)以供檢修時使用。當線路故障時需停相應的變壓器。所以，橋式接線，可靠性較差，雖然它有：使用斷路器少、布置簡單、造價低等優(yōu)點，但是一般系統(tǒng)把具有良好的可靠性放在首位，故不選用橋式接線。適用范圍：較小容量的發(fā)電廠或變電站，并且變壓器的切換較為繁或線路較短，故障率較少的情況。此外，線路存穿越功率時，也宜采用外橋形接線。3.4 主接線方案的選定因此，本設(shè)計中的變配電所電氣主接線如圖4-5所示，變電站由2回輸電線的分支線接入變電所， 由負荷統(tǒng)計可知負荷變化小且基本不需要對變壓器進行切換、電源進線長、線路倒閘次數(shù)較

54、多且有一二級負荷，故35kv進線回路采用內(nèi)橋接線。變電站10kv側(cè)饋線12回，全部為電纜出線。由于饋電線路較多，負荷較為重要，因此采用單母線分段帶接線方式。 圖4-1主接線示意圖4 短路電流計算 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(shè)備。因此，在變電站以及整個電力系統(tǒng)的設(shè)計和運行中，都必須對短路電流進行計算。4.1 短路故障產(chǎn)生的原因短路是系統(tǒng)常見的嚴重故障。所謂短路，就是系統(tǒng)中各種類型不正常的相與相之間或地與相之間的短接。系統(tǒng)發(fā)生短路的原因很多，主要有：1. 設(shè)備原因電氣設(shè)備、元

55、件的損壞。如：設(shè)備絕緣部分自然老化或設(shè)備本身有缺陷，正常運行時被擊穿短路；以及設(shè)計、安裝、維護不當所造成的設(shè)備缺陷最終發(fā)展成短路的功能。2. 自然原因氣候惡劣，由于大風、低溫、導線覆冰引起架空線倒桿斷線；因遭受直擊雷或雷電感應，設(shè)備過電壓，絕緣被擊穿等。3. 人為原因工作人員違反操作規(guī)程帶負荷拉閘，造成相間弧光短路；違反電業(yè)安全工作規(guī)程帶接地刀閘合閘，造成金屬性短路；人為疏忽接錯線造成短路或運行管理不善造成小動物帶電設(shè)備內(nèi)形成短路事故等。4.2 短路電流計算的目的短路電流計算目的是：1. 在選擇電氣主接線時，為了比較各種接線方案或確定某一接線是否需要采取限制短路電流的措施等，均需進行必要的短路電流計算。2. 在選擇電氣設(shè)備時，為了保證設(shè)備在正常運行和故障情況下都能安全、可靠地工作，同時又力求節(jié)約資金，這就需要進行全面的短路電流計算。3. 在設(shè)計屋外高壓配電裝置時，需按短路條件檢驗軟