變電站設計項目設計方案

1、變電站設計項目第1章電力系統及變電站概述電力系統概述隨著社會、經濟和科學的發(fā)展，電能被越來越廣泛的應用于工農也生產以及 人民的日常生活中。電能可以方便的轉化為其它形式的能源，并且電能的分配和 輸送易于實現，可以輸送到需要它的工作場合和生活場合。為了安全、經濟地發(fā)供電，滿足國民經濟和人民生活的需要，由發(fā)電機、變 壓器、輸配電線路和電力用戶的電器裝置連接而成的整體，它完成了發(fā)電、輸電、 變電、配電、用電的任務，這就是電力系統。電力系統加上熱力發(fā)電廠中的熱能 動力裝置、熱能用戶和水電廠的水能動力裝置，也就是加上鍋爐、汽輪機、水庫、 水輪機以及原子能發(fā)電廠的反應堆等，稱為動力系統。電力系統中各種電壓的

2、變 電站及輸配電線路組成的統一體，稱為電力網。變電站概述變電站是匯集電源、升降電壓和分配電力的場所，是發(fā)電廠和用戶聯系的中 間環(huán)節(jié)。變電站按照其升降電壓的不同分為升壓變電站和降壓變電站兩大類。升 壓變電站是為了減少電能在運輸過程中的損耗，將發(fā)電廠發(fā)出的電升壓后輸送到 遠方，這種變電站通常與發(fā)電廠聯系在一起；降壓變電站與負荷中心比較靠近， 將高壓電通過變壓器轉變?yōu)檫m合的低壓電?？偟膩碚f變電站的總體布置合理，便于設備的操作、搬運、檢修和巡視，當 然也要便于未來的擴建性。根據負荷允許停電程度的不同，可以將負荷分為三個等級，也就是一級負荷、 二級負荷和三級負荷。等級不同，對電力系統供電可靠性與穩(wěn)定性的

3、要求也不同。一級負荷是指將造成人身傷亡或引起對周圍環(huán)境嚴重污染對工業(yè)將造成經濟 的巨大損失，如重要的大型的設備損壞，重要產品或用重要原料生產的產品大量 報廢，還可能引起社會秩序混亂或嚴重的政治影響；二級負荷是指回造成較大的 經濟損失，產品大量報廢或減產，還可能引起社會秩序的混亂或較嚴重的政治影 響；三級負荷指造成的損失不大或者直接的經濟損失。負荷的等級不同，對供電 的要求也不同。對于一級負荷，必須有兩個獨立電源供電，且任何一個電源失去 后，能保證對全部一級負荷不間斷供電；對二級負荷，一般要有兩個獨立電源供電，且一個電源失去后，能保證全部或大部分二級負荷供電；對于三級負荷一般 只需要一個電源供電

4、。變電站的分類按照變電站在電力系統中的地位和作用(1)系統樞紐變電站樞紐變電站位于電力系統的樞紐點，它的電壓是系統最高輸電電壓，目前電 壓等級有220kv、330kV(僅西北電網)和500kv,樞紐變電站連成環(huán)網，全站停電 后，將引起系統解列，甚至整個系統癱瘓，因此對樞紐變電站的可靠性要求較高。樞紐變電站主變壓器容量大，供電圍廣。(2)地區(qū)一次變電站地區(qū)一次變電站位于地區(qū)網絡的樞紐點，是與輸電主網相連的地區(qū)受電端變 電站，任務是直接從主網受電，向本供電區(qū)域供電。全站停電后，可引起地區(qū)電 網瓦解，影響整個區(qū)域供電。電壓等級一般采用 220kv或330kv。地區(qū)一次變電站主變壓器容量較大，出線回路

5、數較多，對供電的可靠性要求 也比較高。(3)地區(qū)二次變電站地區(qū)二次變電站由地區(qū)一次變電站受電，直接向本地區(qū)負荷供電，供電圍小， 主變壓器容量與臺數根據電力負荷而定。全站停電后，只有本地區(qū)中斷供電。(4)終端變電站終端變電站在輸電線路終端，接近負荷點，經降壓后直接向用戶供電，全站 停電后，只是終端用戶停電。按照變電站安裝位置(1)室外變電站室外變電站除控制、直流電源等設備放在室外，變壓器、斷路器、隔離開關 等主要設備均布置在室外。這種變電站建筑面積小，建設費用低，電壓較高的變 電站一般采用室外布置。(2)室變電站室變電站的主要設備均放在室，減少了總占地面積，但建筑費用較高，適宜 市區(qū)居民密集地區(qū)

6、，或位于海岸、鹽湖、化工廠及其他空氣污穢等級較高的地區(qū)。(3)地下變電站在人口和工業(yè)高度集中的大城市，由于城市用電量大，建筑物密集，將變電 站設置在城市大建筑物、道路、公園的地下，可以減少占地，尤其隨著城市電網 改造的發(fā)展，位于城區(qū)的變電站乃至大型樞紐變電站將更多的采取地下變電站。 這種變電站多數為無人值班變電站。(4)箱式變電站箱式變電站又稱預裝式變電站，是將變壓器、高壓開關、低壓電器設備及其 相互的連接和輔助設備緊湊組合，按主接線和元器件不同，以一定方式集中布置 在一個或幾個密閉的箱殼。箱式變電站是由工廠設計和制造的，結構緊湊、占地少、可靠性高、安裝方 便，現在廣泛應用于居民小區(qū)和公園等場

7、所。箱式變電站一般容量不大，電壓等 級一般為3kv35kv,隨著電網的發(fā)展和要求的提高，電壓圍不斷擴大，現已經制 造出了 132kv的箱式變電站。箱式變電站按照裝設位置的不同又可分為戶外和戶兩種類型。(5)移動變電站將變電設備安裝在車輛上，以供臨時或短期用電場所的需要。按照值班方式(1)有人值班變電站大容量、重要的變電站大都采用有人值班變電站。(2)無人值班變電站無人值班變電站的測量監(jiān)視與控制操作都由調度中心進行遙測遙控，變電站 不設值班人員。根據變壓器的使用功能(1)升壓變電站升壓變電站是把低電壓變?yōu)楦唠妷旱淖冸娬荆缭诎l(fā)電廠需要將發(fā)電機出 口電壓升高至系統電壓，就是升壓變電站。(2)降壓

8、變電站與升壓變電站相反，是把高電壓變?yōu)榈碗妷旱淖冸娬?，在電力系統中，大多 數的變電站是降壓變電站。變電站主要設備組成發(fā)電廠和變電站中安裝的各種電氣設備，其主要任務是啟停機組、調整負荷、 切換設備和線路、監(jiān)視主要設備的運行狀態(tài)、發(fā)生異常故障時及時處理等。根據 電氣設備的作用不同，可將電氣設備分為一次設備和二次設備。. 一次設備：通常把生產、變換、輸送、分配和使用電能的設備稱為一次設 備。主要包括：生產和轉換電能的設備，如發(fā)電機等；接通或斷開電路的開關設 備，如斷路器、隔離開關、負荷開關，熔斷器、接觸器等；限制故障電流和防御 過電壓的保護電器，如電抗器和避雷器等；載流導體，如裸導線和電纜等；接地

9、裝置。.二次設備：把對一次設備和系統的運行進行測量、控制、監(jiān)視、和保護的 設備稱為二次設備。主要包括：儀用互感器，如電壓互感器和電流互感器；測量表計，如電壓表、 電流表、功率表和電能表等；繼電保護及自動裝置；直流電源設備；操作電器、 信號設備及控制電纜。變壓器電力變壓器是發(fā)電廠變電站中的重要元件之一。主變壓器是變換電壓的主要 設備，一般可分為降壓變壓器和升壓變壓器。變壓器由單相變壓器和三相變壓器。 在運輸等條件允許的情況下一般使用經濟上有利的三相變壓器，單相變壓器僅在 高電壓、大容量的500KV變電站等由于受到搬運上的限制而被采用。輸電線和開關設備在變電站匯集著許多集中和分配電力的輸配電線，與

10、主變壓器一起接在母線 上，在每一條線路的引出口除裝設斷路器和隔離開關。斷路器通常用于電路的送 出、停止或切換，當輸、配電設備發(fā)生事故時則用來自動切斷。隔離開關用于輸、配電線路時，變壓器和斷路器等進行保護，檢修時把他們 從回路中斷開，有時用來切換母線環(huán)?？刂蒲b置與互感器控制裝置是變電站的中樞神經，通過它值班員監(jiān)視設備的運行狀態(tài)，根據需 要進行設備的操作以及聯合互感器進行電壓、電流和功率的測量?；ジ衅髦饕獪y量于儀器：將高電壓、大電流轉換成低電壓、小電流進行測量。避雷器避雷器是把系統中如雷電和操作過電壓之類的異常電壓抑制在規(guī)定值以，從 而保護以主變壓器為主的機器設備。調相設備調相設備，因為在重負荷時

11、可以使電流超前，輕負荷時可以使電流滯后，所 以用來進行電壓的調整。其它設備變電站除上述設備外，還有接地、屏蔽裝置、站電源蓄電池和照明設備等其 它各種設備。1.5本次變電站設計任務原始資料變電所位于某中小型城市邊緣，所區(qū)西為城區(qū)，南為工業(yè)區(qū)，所址地勢平坦， 交通便利，進出線方便，空氣污染輕微，不考慮對變電所的影響。所區(qū)平均海拔 186米，最高氣溫40C,最低氣溫-15 C,年平均氣溫14C, 土壤溫度25C,出線 方向：110KV向北，35KV向西，10KV向東，擬建變電所概況如下圖：35kV 10kV圖1-1概況圖表1-1負荷表電壓負荷名稱每回最大負荷(kW功率因數回路數供電方式線路長度(km

12、)35kVA變電所60000.91架空15B變電所70000.921架空8C變電所45000.852架空10D廠43000.882架空7E廠50000.851架空11F變電所10000.93架空5G變電所8000.892電纜210kVHT7000.891電纜3I廠8000.882架空7J廠2000.881架空4K廠1000.91架空5L廠5000.882架空2任務分析本次所設計變電站擔負著向該城市市郊工農業(yè)生產和居民生活用電的工程， 承擔著該市的輸變電任務。根據電力系統技術規(guī)程中的有關規(guī)定：系統設計應在國家計劃經濟的指 導下，在審議后的中期、長期電力規(guī)劃的基礎上，從電力系統整體出發(fā)，進一步 研

13、究提出系統設計的具體方案；應合理利用能源，合理布局電源和網絡，使發(fā)、 輸、變電及無功建設配套協調，并為系統的繼電保護設計，系統自動裝置設計及 下一級電壓的系統等創(chuàng)造條件。設計方案應技術先進、過度方便、運行靈活、切 實可行，以經濟、可靠、質量合格和充足的電能來滿足國民經濟各部門與人民生 活不斷增長的需要。系統設計的設計水平可為今后第五年至第十年的某一年，并 應對過度年進行研究（五年逐年研究），遠景水平可為第十年至第十五年的某一年， 且宜與國民經濟計劃的年份相一致。系統設計經審查后，二至三年進行編制，但 有重大變化時，應及時修改。該市郊110KV變電站是地區(qū)性城市變電站，它由系統 S1和系統S2供

14、電，該 站建成后與系統S1和系統S2構成110kV環(huán)網，與電網系統聯系較為緊密，在整 個電網系統中占有重要地位。第2章 電力系統及變電站總體分析電力系統分析電力系統及變電所的設計首先要對電力系統進行分析才能選擇正確的方案， 及對變電所進行總體分析才能設計比較經濟、可靠的變電所方案。根據35110KV電站設計規(guī)第1.0.31.0.6條規(guī)定：變電站的設計應根據工程的510年發(fā)展規(guī)劃進行做到遠近期結合。以近期為主，正確處理近期建設與遠期發(fā)展的關系，適當考慮擴建的可能；變電站的設計， 必須以全出發(fā)，統籌兼顧。按照負荷性質，用電容量，工程特點和地區(qū)供電條件， 綜合國情合理地確定設計方案；變電站的設計，必

15、須堅持節(jié)約用地的原則；變電 站設計除應執(zhí)行本規(guī)外，尚應符合現行的國家有關標準和規(guī)的規(guī)定。設計中應遵循國家電網公司“兩型一化”變電站設計建設導則，參照國家電 網公司輸變電工程典型設計110kV變電站分冊執(zhí)行。變電站總體分析變電所的總體分析.設計依據根據相關委托書及批復文件。.變電所的建設的必要性該所位于某中小城市郊區(qū)，為滿足該地區(qū)經濟發(fā)展及人民生活需要，決定在 此建設此區(qū)域性變電所。.變電所的建設規(guī)模根據電力系統規(guī)劃，本變電所的規(guī)模如下：電壓等級：110 KV /35 KV /10KV, 線路回數：110KV近期2回，遠景發(fā)展2回；35KV近期7回，遠景發(fā)展2回；10KV 近期12回，遠景發(fā)展4

16、回。.所址概況變電所位于某中小型城市邊緣，所區(qū)西為城區(qū)，南為工業(yè)區(qū)，所址地勢平坦， 交通便利，進出線方便，空氣污染輕微，不考慮對變電所的影響。所區(qū)平均海拔 186米，最高氣溫40C,最低氣溫-15 C,年平均氣溫14C, 土壤溫度25C,出線 方向：110KV向北，35KV向西，10KV向東，擬建變電所概況如下圖：35kV 10kV.氣象條件：年最高氣溫+ 40 C，年最低氣溫10C,年平均溫度+ 15C,最 熱月平均最高溫度+ 33C,水溫度為+10C,最大風速30m/s,屬于我國第V級標準 氣象區(qū)。負荷分析110 KV負荷分析從擬建變電站概況圖中，近期規(guī)模中的兩個110kV線路L2、L3使

17、系統中的S1、 S2和 擬建變電站構成110kV環(huán)網，供電可靠性較高。35KV負荷分析在35KV負荷中三回線路是三個 35kV變電站的電源線，是電網中的線路，兩 回是分別供D廠和E廠的專線，因此要盡可能保證其供電可靠性。其中不同負荷 的年利用時間為：城市生活用電 2500h,化學工業(yè)7300ho表2-2 35KV負荷分析電壓負荷名稱每回最大負荷(kW功率因數回路數供電方式線路長度(km)A變電所60000.91架空1535kVB變電所70000.921架空8C變電所45000.852架空10D廠43000.882架空7E廠50000.851架空1110KV負荷分析在10KV負荷中，除兩回是供往

18、變電站的線路外，其它均為工廠用電，必須保證其供電可靠性。其中不同負荷的年利用時間為：紡織工業(yè)6000h,城市生活用電2500h,食品工業(yè)4500h,機械制造工業(yè)5000h,其他工業(yè)4000h。表2-3 10 KV 負荷分析電壓負荷名稱每回最大負荷(kW功率因數回路數供電方式線路長度(km)10kVF變電所10000.93架空5G變電所8000.892電纜2HT7000.891電纜3I廠8000.882架空7J廠2000.881架空4K廠1000.91架空5L廠5000.882架空2電力系統接線圖圖2-1電力系統接線圖35kV 10kV第3章變壓器選擇主變選擇變壓器是變電所中最重要的和最貴重的是

19、設備，變壓器的選擇在變電所中是 比較重要的。變壓器容量和臺數的選擇.主變容量選擇考慮原則：(1)主變容量選擇一般應按變電所建成后 510年的規(guī)劃負荷選擇，并適當考 慮到遠期幾年發(fā)展，對城郊變電所，主變容量應與城市規(guī)劃相結合。(2)根據變電所帶負荷性質和電網結構來確定主變容量，對有重要負荷的變電 站應考慮一臺主變壓器停運時，其余主變壓器容量在計及過負荷能力后的允許時 問，應保證用戶的一、二級負荷；對一般性變電站，當一臺主變停運時，其余主 變壓器應能保證全部負荷的60%。(3)同級電壓的單臺降壓變壓器容量的級別不宜太多，應從全網出發(fā)，推行系 列化，標準化。.主變臺數的考慮原則：(1)對大城市郊區(qū)的

20、一次變，在中、低壓側構成環(huán)網情況下，裝兩臺主變?yōu)橐恕?2)對地區(qū)性孤立的一次變或大型的工業(yè)專用變電所，設計時應考慮裝三臺的 可能性。(3)對規(guī)劃只裝兩臺主變的變電所，其主變基礎宜大于變壓器容量的1-2級設計，以便負荷發(fā)展時更換主變。.主變容量和臺數選擇計算由以上分析可知應選兩臺主變由任務書中所提供負荷資料和前面所做負荷分析，近期主變額定容量Se的選擇計算：(1)35KV中壓側:其出線回路數為7回，取Kt =0.95,結合負荷情況分析知SjS17Kt(i 1PimaxCOS)(1%)0.95 (9工生工工)(1 5%)0.9 0.920.850.880.8540.5 MVA(2)10KV低壓側：

21、其出線回路數為12回,12 PSjS2Kt(*(1i 1 COS取Kt =0.9, Kt=0.85結合負荷情況分析知:%)Sje自：0.90.890.70.890.8 20.20.880.880.10.9”)(10.885%)7.3MVA則三繞組變壓器的計算容量為:2KtSjS 0.85（40.5 7.3）i 1由選擇條件：2SeSs40.63 MVASjS40.63Se -20.3 MVA22故可選用主變的容量為4.校核條件：（n 1）Se則：（2 1） Se 31.531.5 MVA0.6Sjs 總0.6 40.63綜上所述，選用主變的容量為 31.5(n 1)Se24.4成立, MVA合

22、格。SiS2滿足條件要求。5.近期與遠景容量問題（分期建設計劃）510年2X10%曾長上述計算結果是近期規(guī)模變電所的臺數和容量，遠期容量問題應考慮 規(guī)劃的最終變電所的臺數和容量。由于本期負荷較重，考慮本期上兩臺主變 31.5MVA,;本地區(qū)近期負荷47.8MVA結合本地區(qū)經濟發(fā)展情況，負荷按 率預測，考慮終期兩臺主變2X31.5MVA 35kV、10kV出線相應增加。詳細預測結果如下：項目2009 年2010 年2011 年2012 年本地區(qū)最圖負荷（MVV47.852.557.863.63.2變壓器型式的選擇相數的選擇由相應規(guī)程規(guī)定，若站址地勢開闊，交通運輸方便，也不是由于容量過大而 無法解

23、決制造問題，在330KV及其以下的發(fā)電廠和變電所中，宜采用三相變壓器,結合以上分析，本次變電所應采用三相變壓器繞組數和繞組連接方式的選擇繞組數的選擇：電力工程電氣設計手冊和相應的規(guī)程中指出：在具有三種 電壓的變電所中，如果通過主變各繞組的功率達到該變壓器容量的15%以上，或在低壓側雖沒有負荷，但是在變電所的實際情況中，由主變容量選擇部分的計算 數據，明顯滿足上述情況。故本次設計變電所主變選擇三繞組變壓器。繞組連接方式的選擇：電力工程電氣設計手冊和相應規(guī)程指出：變壓器繞 組的連接方式必須和系統電壓一致，否則不能并列運行。電力系統中變壓器繞組 采用的連接方式有 Y和型兩種，而且為保證消除三次諧波的

24、影響，必須有一個 繞組是型的，我國110KV及以上的電壓等級均為大電流接地系統，為取得中性 點，所以都需要選擇Yo的連接方式。對于110KV變電所的35KV側也采用Yo的連 接方式，而610KV則采用型的連接方式。故本次設計變電所主變應采用的繞組連接方式為 ：YNYNodn主變阻抗和調壓方式的選擇電力系統電氣設計手冊和相應規(guī)程中指出：變壓器各側阻抗值的選擇必 須從電力系統穩(wěn)定，潮流方向，無功分配，繼電保護，短路電流，系統的調壓手 段和并列運行等的方面進行綜合考慮，并應由對工程起決定性作用的因素來確定。變壓器的阻抗選擇實際上是指三個繞組在變壓器鐵心中纏繞的位置，由此變 壓器可以分為升壓結構和降壓

25、結構兩種類型。由于絕緣因素，高壓繞組總放在最 外側，而中、低壓繞組可以分別纏繞在變壓器的鐵心的中間或者最里面。由于變 壓器的阻抗實際上就是繞組之間的漏抗，因此可見，升壓型結構的變壓器U12大而降壓結構的U13大。那么看潮流傳輸的大小，在傳輸潮流大的一側采用阻抗小的以 減小正常損耗。但是也還要其他因素的影響，綜合考慮，比如為選擇輕型的電器 需要加限制短路電流的措施，那么為限制短路電流，可以考慮優(yōu)先采用降壓結構 （其U13大），這樣可以不再加限流電抗器常用的調壓方式手動調壓和有載調壓。手動調壓用于調整圍土2X2.5%以；有載調壓用于調整圍可達30%其結構復雜，價格較貴，常用于以下情況：1,接于出力

26、變化大的發(fā)電廠的主要變壓器。2,接于時而為送端，時而為受端，具有可逆工作的特點聯絡變壓器。3.發(fā)電機經常在低功率因數下運行時。在能滿足電壓正常波動情況下可以采用手動調壓方式（手動調壓方式的變壓 器便宜、維修方便），但是，近年來隨著對電壓質量的要求的提高和有載調壓變壓 器的質量的提高，作為城市變電站，一般也都用有載調壓方式。綜合以上分析本設計中變電站的主變宜采用有載調壓方式。主變壓器的冷卻方式變壓器的冷卻方式主要有自然風冷、強迫油循環(huán)風冷、強迫油循環(huán)水冷、強 迫導向油循環(huán)等。油浸自冷式就是以油的自然對流作用將熱量帶到油箱壁和散熱 管，然后依靠空氣的對流傳導將熱量散發(fā)，它沒有特制的冷卻設備。而油浸

27、風冷 式是在油浸自冷式的基礎上，在油箱壁或散熱管上加裝風扇，利用吹風機幫助冷 卻。加裝風冷后可使變壓器的容量增加 30%-35%強迫油循環(huán)冷卻方式，又分強 油風冷和強油水冷兩種。它是把變壓器中的油，利用油泵打入油冷卻器后再復回 油箱。油冷卻器做成容易散熱的特殊形狀，利用風扇吹風或循環(huán)水作冷卻介質， 把熱量帶走。這種方式若把油的循環(huán)速度比自然對流時提高3倍，則變壓器可增加容量30%綜合經濟性和本變電站的實際情況考慮，本次110KV變電站宜選用自然風冷變壓器各側電壓的選擇作為電源側，為保證向線路末端供電的電壓質量， 即保證在10%fe壓損耗的情 況下，線路末端的電壓應保證在額定值，所以，電源側的主

28、變電壓按10%定電壓選擇，而降壓變壓器作為末端可按照額定電壓選擇。所以，對于 110KV的變電站 應用近似計算，額定電壓選線路兩端電壓的平均值，110KVM應Ig選115KV 35KV側選 37 KV, 10KV側選 10.5KV。全絕緣、半絕緣、繞組材料等問題的解決在110KV及以上的中型點直接接地系統中，為了減小單相接地時的短路電流， 有一部分變壓器的中性點采用不接地的方式，因而需要考慮中性點絕緣的保護問 題。110KV側采用分級絕緣的經濟效益比較顯著，并且選用與中性點絕緣等級相當的避雷器加以保護，35KV及10KV側為中性點不直接接地系統中的變壓器， 其中性 點都采用全絕緣。因此本次設計

29、110KV側采用分級絕緣，35KV及10KV采用全絕緣。主變型號的選擇綜上所述，可以選擇三相風冷式有載調壓變壓器，其型號為SFSZ9-31500/110表3-1 SFSZ9-31500/110 型變壓器參數型號額定 容量KVA額定電壓(KV)空載 電流 (%)空載損耗KW阻抗電壓(%)SFSZ9-31500/11031500高壓中壓低壓1.1550.3高-中iWj -低中-低110 81.25%38.5 22.5%10.510.517.56.5第4章電氣主接線設計電氣主接線設計電氣主接線設計的基本原則是以設計任務書為依據，以國家的經濟建設方針、 政策、技術規(guī)定、標準為準繩，結合工程實際情況，在

30、保證供電可靠、調度靈活、 滿足各項技術要求的前提下、兼顧運行、維護方便，盡可能的節(jié)省投資，就近取 材，力爭設備元件和設計的先進性與可靠性，堅持可靠、先進、適用、經濟、美 觀的原則。電氣主接線是由高壓電器通過連接線，按其功能要求組成接受和分配電能的 電路，成為傳輸強電流，高電壓的網絡，它要求用規(guī)定的設備文字和圖形符號， 并按工作順序排列，詳細地表示電氣設備或成套裝置全部基本組成和連接關系， 代表該變電站電氣部分的主體結構，是電力系統結構網絡的重要組成部分。電氣主接線是發(fā)電廠、變電站電氣設計的首要部分，也是構成電力系統的重 要環(huán)節(jié)。主接線的確定對電力系統整體及發(fā)電廠、變電站本身運行的可靠性、靈 活

31、性和經濟性密切相關，并且對電氣設備選擇、配電裝置布置、繼電保護和控制 方式的擬定有較大影響。因此，必須正確處理好各方面的關系，全面分析有關影 響因素，通過技術經濟比較，合理確定主接線方案。主接線設計應滿足的基本要求35110KV變電所設計規(guī)第3.2.1條：變電所的主接線應根據變電所所在 電網中的地位、出線回路數、設備特點及負荷性質等條件確定，并應滿足供電可 靠、運行靈活、操作檢修方便、節(jié)約投資和便于擴建等要求。接線設計變電站電氣主接線設計的合理性直接影響電力系統運行的可靠性，靈活性及 對電器的選擇、配電裝置、繼電保護、自動控制裝置和控制方式的擬定都有決定 性的關系。因此，我們要重視電氣主接線的

32、設計。設計時應依據35110kV變電所設計規(guī)原則及其它設計規(guī)程。第3.2.1條：變電所的主接線應根據變電所所在電網中的地位、出線回路數、 設備特點及負荷性質等條件確定，并應滿足供電可靠、運行靈活、操作檢修方便、 節(jié)約投資和便于擴建等要求。第3.2.3條：35110kV線路為兩回及以下時，宜采用橋形線路變壓器組或線 路分支接線。超過兩回時，宜采用擴大橋形單母線或分段單母線的接線，3563kV 線路為8回及以上時，亦可采用雙母線接線，110kV線路為6回及以上時，宜采用 雙母線接線。第3.2.4條：在采用單母線、分段單母線或雙母線的35110kV主接線中，當不允許停電檢修斷路器時，可以設置旁路設施

33、。當有旁路母線時，首先宜采用分段斷路器或母聯斷路器兼做旁路斷路器的接 線，當110kV線路為6回及以上，3563kV線路為8回及以上時，可裝設專用的 旁路斷路器，主變壓器 35110kV回路中的斷路器，有條件時，亦可接入旁路母 線，采用SF6斷路器的主接線不宜設旁路設施。第3.2.5條：當變電站裝有兩臺主變時，610kV側宜采用分段單母線。線路 為12回及以上時亦可采用雙母線。當不允許停電檢修斷路器時，可設置旁路設施。結合目前國網公司文件建設和本變電站的實際情況，110KV側有4回出線（近期2回，遠景發(fā)展2回），35KV側有9回出線（近期7回，遠景發(fā)展2回），10KV 側有16回出線（近期12

34、回，遠景發(fā)展4回）.又由前面的變電站分析部分和負荷情 況分析部分，該變電站在整個電力網絡中處于重要的地位，各側均不允許斷電。 故可對各電壓等級側主接線設計方案作以下處理：. 110KV 側根據要求可以草擬以下兩種方案：圖4-1方案1單母線分段接線圖4-2方案2單母線接線表4-1兩種方案進行比較力殺項目方案1單母線分段接線方案2單母線接線可靠性用斷路器把母線分段后，對重要用戶 可從不同段引出兩個回路，保證不間 斷供電，可靠母線既可以保證電源并列運行，又能使 任一條出線都可以從任一電源欣得電 能，但是對有些設備檢修時會造成停電， 對用戶供電/、可靠靈活性號-回線路故障時，分段斷路器自動將故障段隔離

35、，保證正常段母線不間斷供電，不致使重要用戶停電號-回線路故障或有些設備檢修時，連接在母線上的所有回路都需停止工作， 會造成停電，對用戶供電/、可靠經濟性接線簡單，運行設備少，投資少，年運行費用少接線簡單，運行設備少，投資少由于本變電站在整個系統中占有較重要的地位，要求保證某些重要的用戶不 可中斷供電，故要求系統有更好的供電可靠性，已知 110KV側有4回出線（近期2 回，遠景發(fā)展2回），根據35110KV變電所設計規(guī)，所以110KV側宜采用方案 1。35KV側根據要求可以草擬以下兩種方案：方案 1單母線接線帶旁路，方案2單母線 分段接線；表4-2兩種方案進行比較力殺項目方案1單母線接線帶旁路方

36、案2單母線分段接線可靠性可以不停電檢修斷路器，提高了供電可靠，但是當母線出現故障或檢修時，仍然會造成整個主接線停止工作用斷路器把母線分段后，對重要用戶可從 不同段引出兩個回路，保證不間斷供電， 可靠；檢修出線斷路器，可以不停電檢修， 供電可靠性高靈活性號-回線路故障時，分段斷路器自動 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號-回線路故障時，分段斷路器自動將故障段隔離，保證正常段母線不間斷供電， 不致使重要用戶停電經濟性占地面積大，多一旁路增加了投資接線簡單，運行設備少，投資少，年運行費用少在35KV此用電負荷中有少量的一級負荷和二級負荷，發(fā)生斷電時，會造成生產機械的壽命縮

37、短和一定的經濟損失.因此要盡可能保證其供電可靠性。根據35110KV變電所設計規(guī)考慮了今后經濟的發(fā)展，通過比較，35KV側宜采用方案2:單母線分段接線。10KV側根據要求可以草擬以下兩種方案：方案 1單母線接線帶旁路，方案2單母線 分段接線；表4-3兩種方案進行比較力殺項目方案1單母線分段帶旁路母線接線方案2單母線分段接線可靠性用斷路器把母線分段后，對重要用戶 可從不同段引出兩個回路，保證不 間斷供電，可靠；檢修出線斷路器，可以不停電檢修，供電可靠性高用斷路器把母線分段后，對重要用戶可從不同段引出兩個回路，保證不間斷供電，可靠靈活性身-回線路故障時，分段斷路器自動將故障段隔離，保證正常段母線不

38、間斷供電，不致使重要用戶停電號-回線路故障時，分段斷路器自動將故障段隔離，保證正常段母線不間斷供電， 不致使重要用戶停電，擴建方便經濟性占地面積大，多一旁路增加了投資接線簡單，運行設備少，年運行費用少，占地面積小在10KV此用電負荷中各回路出線的一，二級負荷較多，且進出線回路數比較多，通過對主接線基本要求的考慮，合理考慮市區(qū)電力負荷的基本情況以及市區(qū) 的經濟狀況以及今后經濟的發(fā)展，還有擴建和擴展的可能。已知10KV側有11回出線（近期12回，遠景發(fā)展4回）。由于本設計中采用10kV中置式高壓開關柜， 配真空斷路器，在檢修過程中手車式斷路器具有檢修安全，操作方便的特點。根 據35110KV$電所

39、設計規(guī)通過比較，10KVM宜采用方案2:單母線分段接線。綜上分析可以得出，本次新建變電站的電氣主接線形式為 :110KV電壓級采用 單母線分段接線形式，35KV電壓級采用單母線分段接線形式，10KV電壓級采用單 母線分段接線形式。第5章短路電流的計算在電力供電系統中，對電力系統危害最大的就是短路。短路的形式可以分為 三相短路、兩相短路、兩相短路接地、單相短路接地。在短路電流計算過程中， 一般都以最嚴重的短路形式為依據。因此，本文的短路電流計算都以三相短路為 例。短路電流的計算目的短路電流的危害在供電系統中發(fā)生短路故障時，在短路回路中短路電流要比額定電流大幾倍 至幾十倍，通?？蛇_數千安，短路電流

40、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動機正常工作；發(fā)生接地短路時所出現的 不對稱短路電流，將對通信線路產生干擾；當短路點離發(fā)電廠很近時，將造成發(fā) 電機失去同步，而使整個電力系統的運行解列。計算短路電流的目的計算短路電流的目的是為了正確選擇和校驗電器設備，避免在短路電流作用 下損壞電氣設備，如果短路電流太大，必須采用限流措施，以及進行繼電保護裝 置的整定計算。為了達到上述目的，須計算出下列各短路參數：1 一次暫態(tài)短路電流，用來做為繼電保護的整定計算和校驗斷路器額定斷流 容量。應采用（電力系

41、統在最大運行方式下）繼電保護安裝處發(fā)生短路時的次暫態(tài) 短路電流來計算保護裝置的整定值。ish三相短路沖擊電流，用來檢驗電器和母線的動穩(wěn)定。I三相短路電流有效值，用來檢驗電器和母線的熱穩(wěn)定。6一次暫態(tài)三相短路容量，用來檢驗斷路器的遮斷容量和判斷母線短路容量 是否超過規(guī)定值，作為選擇限流電抗器的依據。短路電流的計算為了簡化短路電流的計算方法，在保證計算精度的情況下，忽略次要因素的 影響，做出一下規(guī)定：.所有的電源電動勢相位角均相等，電流的頻率相同，短路前，電力系統的 電勢和電流是對稱的。.認為變壓器是理想變壓器，變壓器的鐵心始終處于不飽和狀態(tài)，即電抗值 不隨電流的變化而變化。.輸電線路的分布電容略

42、去不計。.每一個電壓級采用平均電壓，這個規(guī)定在計算短路電流時，所造成的誤差 很小。唯一例外的是電抗器，應該采用加于電抗器端點的實際額定電壓，因為電 抗器的阻抗通常比其他元件阻抗大的多，否則，誤差偏大。.計算高壓系統短路電流時，一般只計及發(fā)電機、變壓器、電抗器、線路等 元件的電抗，因為這些元件 X/3R時，可以略去電阻的影響。只有在短路點總電 阻大于總電阻的1/3時才加以考慮，此時采用阻抗等于電抗計算。.短路點離同步調相機和同步電動機較近時，應該考慮對短路電流值的影響。 有關感應電動機對電力系統三相短路沖擊電流的影響：在母線附近的大容量電動 機正在運行時，在母線上發(fā)生三相短路，短路點的電壓立即降

43、低。此時，電動機 將變?yōu)榘l(fā)電機運行狀態(tài)，母線上電壓低于電動機的反電勢。.在簡化系統阻抗時，距短路點遠的電源與近的電源不能合并。.以供電電源為基準的電抗標幺值 3,可以認為電源容量為無限大容量的系 統,短路電流的周期分量在短路全過程中保持不變。短路電流計算結果：表5-1短路電流計算結果短路點I(KA)I tk/2 (KA)I tk(KA)Ish(KA)110KV母線3.423.423.778.735KV母線4.834.834.8312.310KV母線12.9612.9612.9633計算過程如下:圖5-1系統等效圖1 .作電力系統結構簡圖的等值電路圖基準容量：100MVA基準電壓：各級平均電壓設

44、計條件：假設電源S1、S2為無線大系統，假設110kV線路L2為10km, 110kV線路L3為7kmi(1)選擇基準容量、基準電壓:Ud3=10.5KVSd=100MVA、Ud1=115KV、U d2 =37KV、則基準電流Id10100=0.50KA) ,33Ud1 115I d2Sd、.3Ud2100 =1.56( KA)37 ,31d3Sd10010.55.50(KA)基準電抗X d1d2 一Xd3Ud12SdUd22SdUd32Sd1152100372100210.52100132.25()13.7()1.1()(2)計算各條線路的阻抗值參考電力工程電氣設計手冊，架空線路的單位電抗統

45、一選 0.4Q/km, 10kV電纜線的單位電抗統一選 0.08 Q/kmXL2=I_2XX1=10X 0.4=4 ()XL3= LaXxi=7X0.4=2.8 ()它們相對應的標幺值為：Xl2=Xl2X =4X 理=0.0302U：115Xl3=Xl3X y=2.8 X =0.0212U：1152歸算至本變電站110kV母線的系統阻抗為0.01252.計算短路點d1的短路電流參數110KV側短路電流計算：則圖5-1可以轉化為：圖5-2 110KV系統等效轉化圖將圖5-2網絡中的三角形接線轉化為星形接線：X 12*X 13*X12*+ X 13*+ X 23*0.24 0.0360.24 0.

46、036 0.0760.0245*X2 =X12*X 23*X12*+ X 13*+ X 23*0.24 0.0760.24 0.036 0.076=0.052*X3 =X13*X 23*X12*+ X 13*+ X 23*0.036 0.0760.24 0.036 0.076=0.008電源相對于d1的轉移電抗:.* * *XM = Xs1 X10.32 0.0245* * * *Xn = X s2 X2 Xl2 0.050.34450.052 0.120.222星形接線轉化為三角形接線* * * Xm X3X I X M X 3*X N0.3445 0.008 八0.3445 0.008 0

47、.3650.222* * x xXii Xn X3 N 1 0.222 0.008Xm分別求I、II兩條支路的計算電抗：0.222 0.008 0.235 0.3445X js1 _ Xi SiSd0.365 250 -0.91100X js2XiiSiiSd0.235 1100 2.585100按上述計算結果查汽輪機的計算表可知:當tk 0s時*I js11.1*1 js20.37短路電流周期分量標幺值為:1 f (0) I250,3 1150.371100:3 1153.42 KA*1 js1 =1.21 f(tk)1.22500.41,3 1151100,3 1153.77KA當tk =

48、4s時:*Ijs2=0.41當 Tk/2=2s 時1 f（0）3.42KA因t=oo時和t=4s時,隨著計算電抗的減小，它們所對應的曲線逐漸重合,所以1f ( )1f (tk)3.77KAish 2kmI 2 1.8 3.42 8.7KA（Km表示短路沖擊電流為周期分量幅值的倍數，其大小取決于Ta ,取值圍為1 Km 2,在高電壓電路中一般取1.8）.計算短路點d2的短路電流參數35KV側短路電流計算：系統等效圖可轉換為XMXNd2心耳L +胃.T圖5-3 35KV系統等效轉化圖*T1*T2*T3XT3S12U S13U S23SBSN1100(0.105 0.18 0.065)0.35231

49、.5U S12U S23T1 X2U S23U S13U S13SBSN1100(0.105 0.065 0.18)0231.5S12SBSN1100-(0.065 0.18 0.105)0.22231.50.1750.008 0.183星形接線轉化為三角形接線XiXii分別求I*X M XT3*XT3 X NXT3*N*XT3X n*X M、II兩條支路的計算電抗*jS1X|SSd2500.81 -100*X jS2 XIISSd0.52 心 1000.3445 0.1830.3445 0.1830.810.2220.183 0.2220.183 0.222 0.520.34452.035.

50、72因兩個計算電抗有一個大于3,所以tk 0,tk 3, tk/21.5, tk 時 Isi 相_ * _ _Ijs1 0.4911f (0)1 1 f (0)11f (tk) L,tk、11f ()1f ()22500.491.913 37*1 js2*X js25.720.1711f （0）12f （0） I 2f （tk）12f必 12f（）0.171100,3 372.92lf（0） lf（tk） I心 If（）l1f（0）l1f（0）1.912.924.83ish . 2kml,. 2 1.8 4.83 12.3.計算短路點d3的短路電流參數10KV側短路電流計算：系統等效圖可轉換為

51、系統等效圖可轉換為圖5-4 10KV系統等效轉化圖XM 0.3445XN 0.222*X 33 X3*Xti Xt30.35 0.220.008 220.293星形接線轉化為三角形接線*X33 Xm*Xn*X33 Xn*XMXI X33 XM*Xii X33 Xn0.293 0.34450.293 0.34450.2221.10 293 0 2220.293 0.222 0.293 0.222 0.70.3445分別求I、II兩條支路的計算電抗*Xjs1 XiSiSd2501.1 2.75100*X js2 X IISiSd0.7 心 7.7100因兩個計算電抗有一個大于3,所以得:I jsi

52、 0.3711f(0)11 f (0)I1f (tk) 11f (巴-2I1f( )0.37250.3 10.55.1*I js2If（0）I f(0)*X js2I 2f (0)If (tk)0.137.7I 2f (tk)I2f(lk)110012f( )0.13 7.86.3 10.5I tk嗜)If( )I1f(0)I1f(0)5.1 7.86 12.96ish .2kmI,2 1.8 12.96 33第6章電氣設備選擇電氣設備選擇(1)設計中電器選擇的主要任務：導體和絕緣子導體的選擇主要有：各電壓級的匯流母線、主變引下線、出線以及各電壓級 的絕緣子等。電氣設備電氣設備包括各電壓級的出

53、線斷路器、旁路斷路器、分段斷路器、以及相應 的隔離開關、熔斷器等。用于保護和測量用的電流互感器，包括穿墻套管、開關 柜的選擇及其一次接線的編號。(2)選擇導體和電器的一般原則根據導體和電器選擇技術規(guī)定SDGJ14-198掰1.1.2條規(guī)定選擇導體和電 器的一般原則如下：應力求技術先進、安全適用、經濟合理；應滿足正常運行、 檢修、短路、過電壓情況下的要求，并考慮遠景發(fā)展；應按當地環(huán)境條件校準； 選擇的導體品種不宜過多；應與整個工程建設標準協調一致；選用新產品應積極 慎重，新產品應有可靠的試驗數據，并經主管單位鑒定合格。選擇導體和電器的技術條件按長期工作條件選擇導體和電器的選擇設計技術規(guī)定中規(guī)定：

54、第1.1.3條：選用的電器允許最高工作電壓不得低于該回路的最高運行電壓。即：Ual .mUsm ,其中，Ual.m1.15UN、Usm1.1UsN一般按照UnUsN選擇電氣.設備的額定電壓。第1.1.4條：選用導體的長期允許電流不得小于該回路的持續(xù)工作電流，由 于高壓開路電器沒有連續(xù)過載能力，在選擇其額定電流時，應滿足各種可能運行 方式下回路持續(xù)工作電流的要求。在斷路器、隔離開關、空氣自然冷卻限流電抗 器等電器各部分的最大允許發(fā)熱溫度，不超過交流高壓電器在長期工作時的發(fā) 熱GB763-74所規(guī)定的數值情況下，當這些電器使用在環(huán)境溫度高于 +40C (但不 高于+60C)時，環(huán)境溫度每增加1C,

55、減少額定電流的1.8%;當使用在環(huán)境溫度 低于+40C時，環(huán)境溫度每降低1C,增加額定電流的0.5%,但其最大過負荷不得超過額定電流的20%即： 對于導體：|al |max；對于電器：|n |m ax對于Imax的計算方法.匯流主母線(1)110KV主母線：按實際功率分布進行計算(2)35KV 主母線：|max 1-05In(35KV)(3)10kV 主母線：|max 1-05|N(10KV).旁路母線回路|max需要旁路回路的最大額定電流或最大持續(xù)工作電流.主變的引下線|max 1.05|n對應電壓側.出線單回線：|m ax最大負荷電流雙回線：|max (1.2 - 2)|單回線路最大負荷電

56、流.母聯回路|m ax母線上最大一臺變壓器 的|max.分段回路|max 1.05ITN K (K=0.50.8Tn變壓器額定電流)按經濟電流密度選擇導體導體和電器選擇設計技術規(guī)定一書中規(guī)定：第2.1.3條：載流導體應選擇鋁質材料。第2.1.6條：除配電裝置的匯流母線外，較長導體的截面應按經濟密度選擇, 導體的經濟電流密度可按照附錄四所列數值選取。當無合適規(guī)定導體時，導體面積可按經濟電流密度計算截面的相鄰下一檔選 取。m ax選取條件：經濟截面Sj J- J 經濟電流密度J按此法選擇導體后，必須按長期發(fā)熱進行校驗。導體和電器的選取及校驗條件.3.1導體的選擇.母線的選擇導體和電器選擇設計技術規(guī)

57、定一書中規(guī)定：第2.1.3條：載流導體宜采用鋁質材料，下列場所可選用銅質材料的硬導體。(1)持續(xù)工作電流較大且位置特別狹窄的發(fā)電機、變壓器出線端部或采用硬鋁 導體穿墻套管有困難時；(2)污穢對銅腐蝕較輕微而對鋁有較嚴重腐蝕的場所。第2.3.1條：20KV以下回路的正常工作電流在 4000A及以下時，宜采用矩形 導體，在4000-8000A時，直選用槽形導體，110KV及以上高壓配電裝置，當采用硬 導體時，宜選用鋁合金管形導體。. 10KV出線電纜選擇(1)依據發(fā)電廠電氣部分電力電纜應按下列條件選擇和校驗：1)電纜芯線材料及型號2)額定電壓3)截面選擇4)允許電壓降校驗5)熱穩(wěn)定校驗6)電纜的動

58、穩(wěn)定由廠家保證，可不必校驗。(2)電纜芯線材料及型號選擇電纜芯線有銅芯和鋁芯，國工程一般選用鋁芯，電纜的型號應根據其用途， 敷設方式和使用條件進行選擇，RMAT郊變10KV出線選用三相鋁芯電纜。(3)電壓選擇：電纜的額定電壓應大于等于所在電網的電壓。(4)截面選擇：電力電纜截面一般按長期發(fā)熱允許電流選擇，當電流的最大負 荷利用小時數大于5000小時且長度超過20m時，應按經濟電流密度選擇。6.3.2 電器選擇.斷路器選擇依據電力工程電氣設計手冊中高壓斷路器選擇規(guī)定：斷路器型式的選擇 除應滿足各項技術條件和環(huán)境條件外，還應考慮便于施工調試和運行維護，并經 技術經濟比較后確定選擇斷路器。根據電力工

59、程電氣設計手冊(電氣一次部分)規(guī)定：35KV及以下可選用少 油、真空、多油斷路器等，應注意經濟性。35KV220KW選用少油、SF6空氣斷 路器等。綜合考慮，盡量利用經過國家鑒定推薦使用的新產品和經過運行經驗安全可 靠的產品，所以110KV、35KV選用SF6斷路器，10KV選用真空斷路器。.隔離開關的選擇隔離開關的型式，應根據配電裝置的布置特點和適用要求等因素，進行綜合 技術經濟比較后確定。110KV選用GW例雙柱單端口隔離開關，35KV 10KV側選 屋隔離開關。.電壓互感器選擇依據電力工程設計手冊對電壓互感器配置的規(guī)定：(1)電壓互感器的配置與數量和配置、主接線方式有關，并應滿足測量、保

60、護 周期和自動裝置的要求。電壓互感器應能在運行方式改變時，保護裝置不得失壓， 周期點的兩側都能提取到電壓。(2)6220KV電壓等級的一組主母線的三相上應裝設電壓互感器，旁路上是否需要裝設壓互，應視各回出線外側裝設壓互的情況和需要確定。(3)當需要監(jiān)視和檢測線路側有無電壓時，出線側的一相上應裝設壓互。根據導體和電器選擇技術規(guī)定 SDGJ14-86第10.0.1條：電壓互感器應按下列技術條件選擇和校驗一次回路電壓2)二次電壓3)二次負荷4)準確度等級5)繼電保護及測量的要求第10.0.3條：電壓互感器的型式應按下列使用條件選擇：1)320KV屋配電裝置宜采用油浸絕緣結構，也可采用樹脂澆注絕緣結構