畢業(yè)論文-- 110kv變電站設計

1、<p>　　本科畢業(yè)設計（論文）</p><p>　　題目 110kV變電站設計</p><p>　　學 院 : 電氣工程與自動化學院 </p><p>　　專業(yè)名稱： 電氣工程及其自動化 </p><p>　　年級班級： 電氣1103班 </p><p

2、>　　學生姓名: </p><p>　　指導老師: </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　近年來110kV變電站的建設迅猛發(fā)展，科學的變電站設計方案能夠提升配電網的供電能力和適應性，降低配電網損耗和供電成本，減少電力設施占地

3、資源，同時可以增加系統的可靠性，節(jié)約占地面積，使變電站的配置達到最佳，不斷提高經濟效益和社會效益。</p><p>　　本文針對山西潞安集團110kV變電站的一次部分進行設計。此次設計的內容主要包括負荷計算，主變壓器的選擇，電氣主接線的設計，短路電流的計算，電氣設備及配電裝置的選擇。其中電氣主接線的設計根據進出線、負荷的性質等因素綜合確定電氣主接線的形式；短路電流計算中明確短路電流計算的目的，確定了短路電流計算點

4、，并做出等值電路圖，從而進行標幺值的換算；電氣設備選擇的主要內容是對斷路器和隔離開關、母線、電流和電壓互感器、電容器以及避雷器的選擇等；配電裝置的選擇則是結合變電站的實際情況，確定潞安集團變電站配電裝置的形式。</p><p>　　關鍵詞：110kV變電站；一次設計；負荷計算； 短路電流；電氣設備選擇</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p&

5、gt;<p>　　In recent years, the construction of 110 kV substations has developed rapidly, the scientific design scheme of substation can improve the power supply and the adaptability of distribution network and redu

6、ce the loss , which can also reduce the land resource occupied by the electric power facilities and increase the reliability of the system at the same time, what’s more, it saves land area, overall, it makes the configur

7、ation of substation to achieve the best to improve the economic benefit and </p><p>　　SoThis paper is a part of Shanxi Lu'an Group 110kV substation design. The design content mainly includes load calcula

8、tion, the selection of main transformer, the main electrical wiring design, short-circuit current calculation, electrical equipment and power distribution equipment selection. One of the main electrical wiring design acc

9、ording to the factors of import line, load properties determine the electrical wiring of the main forms of short-circuit current calculation; clear the purpose of </p><p><b>　　Keywords:</b></p

10、><p>　　110 kV substation；the design of the first part；Load calculation;; Short-circuit current; The selection of electrical equipments </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b&

11、gt;　　摘 要VI</b></p><p>　　ABSTRACTVII</p><p>　　目 錄VIII</p><p><b>　　1 概 述1</b></p><p>　　1.1 變電站概述1</p><p>　　1.2變電站基本情況1</p>

12、<p>　　2 負荷計算及變壓器的選擇3</p><p>　　2.1 負荷計算4</p><p>　　2.1.1 35kV側的負荷計算4</p><p>　　2.1.2 10kV側的負荷計算4</p><p>　　2.1.3系統的總負荷計算5</p><p>　　2.2 主變壓器的選擇6</

13、p><p>　　2.2.1 主變壓器的選擇原則6</p><p>　　2.2.2 主變壓器臺數的選擇6</p><p>　　2.2.3 主變壓器的運行方式7</p><p>　　2.2.4 變電站主變壓器型式的選擇7</p><p>　　2.2.5 主變壓器容量的選擇8</p><p>　

14、　3 電氣主接線方式選擇10</p><p>　　3.1 選擇原則10</p><p>　　3.1.1電氣主接線設計的基本要求10</p><p>　　3.1.2 電氣主接線設計的基本原則11</p><p>　　3.2 電氣主接線的基本形式和特點12</p><p>　　3.2.1單母線接線12</

15、p><p>　　3.2.2單母線分段接線13</p><p>　　3.2.3雙母線及雙母線分段接線14</p><p>　　3.2.4雙母線旁路母線接線方式16</p><p>　　3.2.5單元接線17</p><p>　　3.2.6橋式接線18</p><p>　　3.3 變電站各側主

16、接線方案的擬定與選擇19</p><p>　　3.3.1 110kV電氣主接線設計19</p><p>　　3.3.2 35kV電氣主接線設計20</p><p>　　3.3.3 10kV電氣主接線設計20</p><p>　　4 短路電流計算22</p><p>　　4.1 短路電流計算的步驟22<

17、/p><p>　　4.2 短路電流計算書23</p><p>　　4.3.1 110kV側k1點短路電流計算25</p><p>　　4.3.2 35kV側k2點短路電流計算25</p><p>　　4.3.3 10kV側k3、k4點短路電流計算26</p><p>　　5 電氣設備的選擇與校驗29</p

18、><p>　　5.1 電氣設備選擇的原則29</p><p>　　5.2 母線的選擇31</p><p>　　5.2.1 110kV母線的選擇31</p><p>　　5.2.2 35kV母線的選擇32</p><p>　　5.2.3 10kV母線的選擇33</p><p>　　5.3 斷

19、路器及隔離開關的選擇33</p><p>　　5.3.1 110kV斷路器及隔離開關的選擇34</p><p>　　5.3.2 35kV斷路器及隔離開關的選擇36</p><p>　　5.3.3 10kV斷路器的選擇37</p><p>　　5.4 電流互感器的選擇38</p><p>　　5.4.1 110

20、kV電流互感器的選擇38</p><p>　　5.4.2 35kV電流互感器的選擇39</p><p>　　5.4.3 10kV電流互感器的選擇40</p><p>　　5.5 電壓互感器的選擇40</p><p>　　5.5.1 110kV電壓互感器的選擇41</p><p>　　5.5.2 35kV電壓互

21、感器的選擇42</p><p>　　5.5.3 10kV電壓互感器的選擇42</p><p><b>　　致 謝43</b></p><p><b>　　參考文獻44</b></p><p><b>　　附錄45</b></p><p>&l

22、t;b>　　1 概 述</b></p><p><b>　　1.1 變電站概述</b></p><p>　　隨著我國國民經濟的飛速發(fā)展，對電力的需求也越來越迫切。電力系統規(guī)模的不斷擴大，要求電力供應更安全可靠及電力運營管理水平更加科學化、規(guī)范化、自動化。變電站是電力系統中變換電壓、接受和分配電能、控制電力的流向和調整電壓的電力設施，它通過其變壓器將各

23、級電壓的電網聯系起來，在電力系統中起著至關重要的作用。近年來110kV變電站的建設迅猛發(fā)展，科學的變電站設計方案能夠提升配電網的供電能力和適應性，降低配電網損耗和供電成本，減少電力設施占地資源，同時可以增加系統的可靠性，節(jié)約占地面積，使變電站的配置達到最佳，不斷提高經濟效益和社會效益。為了保障我國經濟的高速發(fā)展，以及持續(xù)的城鎮(zhèn)化進程，我國電力系統進入了一個快速發(fā)展階段，電網建設得到進一步完善。由于我國電力建設起步比較晚，目前我國變電站主

24、要現狀是老設備向新型設備轉變，有人值班向無人值班變電站轉變，交流傳輸向直流輸出轉變，在城市變電站建設中，戶內型變電站大幅增加。國外變電站主要是交流輸出向直流輸出轉變。而數字化智能變電站也是國內外變電站未來發(fā)展趨勢。隨著國民經濟的飛速發(fā)展，城市居民用電和工業(yè)用電都上了一個新臺階，主要是近幾年潞安集團新建了大量的工廠，</p><p>　　1.2變電站基本情況</p><p>　　（1）本變電

25、站的電壓等級為110/35/10?？側萘繛?00MVA，本變電站的系統容量設計時計算值為500MVA負荷分為35kV和10kV兩個電壓等級。</p><p>　?。?）本變電站的出線情況為： 35kV出線6回，10kV線路8回。</p><p>　?。?）本變電站所處的自然條件為：平均海拔1200m，年最高氣溫 35℃，年最底氣溫-20℃，年平均氣溫 20℃，最熱月平均氣溫30℃，土壤溫度

26、25℃。</p><p>　?。?）本變電站各電壓等級負荷數據如表1-1所示。</p><p><b>　　表1-1 負荷情況</b></p><p>　　2 負荷計算及變壓器的選擇</p><p>　　負荷計算的目的是為了掌握用電情況，合理選擇配電系統的設備和元件，如導線、電纜、變壓器、開關等。負荷計算過小，則依此選用

27、的設備和載流部分有過熱危險，輕者使線路和配電設備壽命降低，重者影響供電系統的安全運行。負荷計算偏大，則造成設備浪費和投資增大。因此，正確進行負荷計算是供電設計的前提，也是實現供電系統安全，經濟運行的必要手段。</p><p>　　要進行主變壓器容量的確定、電氣設備的選擇、母線的選擇與校驗以及變壓器各出線側最大持續(xù)工作電流的計算，都必須首先計算各側的負荷，包括110kV側負荷、35kV側負荷、10kV側負荷。<

28、;/p><p>　　目前，我國設計部門在進行企業(yè)供電設計時, 經常采用的電力負荷計算方法有：需要系數法、二項式系數法、利用系數法、單位電耗法和單位面積功率法等。其中： </p><p>　?。?）需要系數法。對于用電戶或一組用電設備，當在最大負荷運行時所安裝的所有用電設備不可能全部同時運行，也不可能全部以額定負荷運行，再加之線路在輸送電力時必有一定的損

29、耗，而用電設備本身也有損耗，故不能將所有設備的額定容量簡單相加來作為用電戶或設備組的最大負荷，必須要對相加所得到的總額定容量打一個折扣。其實質是用一個小于1的需要系數對用電設備組的總額定容量打一定的折扣。這種方法計算簡便，對于任何性質的企業(yè)負荷均適用，且計算結果上符合實際，因此這種計算方法采用最廣泛，尤其對各用電設備容量相差較小，且用電設備數量較多的用電設備組，這種計算最適宜。</p><p>　?。?）二項式系

30、數法。主要適用于各種設備容量相差大的場所，如機械加工企業(yè)、煤礦綜合采工作面等。</p><p>　　（3）利用系數法。以平均負荷作為計算依據，利用概率論分析出最大負荷與平均負荷的關系。這種計算方法雖理論依據較充分，但由于目前積累的實用數據不多且計算步驟較繁瑣，精確度小，所以目前已逐漸不被采用。</p><p>　　最后兩種方法常用于方案估算，經過比較，選用需要系數法更為合適。</p&

31、gt;<p><b>　　由公式：</b></p><p><b>　　(2-1)</b></p><p><b>　　(2-2)</b></p><p><b>　　(2-3)</b></p><p><b>　　(2-4)<

32、;/b></p><p>　　其中 ——該用電設備組的有功功率；</p><p>　　——該用電設備組的無功功率；</p><p>　　——該用電設備組的視在功率；</p><p>　　——該用電設備組的計算負荷電流；</p><p><b>　　——需要系數；</b></p>

33、<p>　　——該用電設備組的設備總額定容量； </p><p><b>　　——功率因數角；</b></p><p><b>　　——額定電壓；</b></p><p>　　在配電干線上或車間變電所低壓母線上，常有多個用電設備組同時工作，而各個用電設備組的最大負荷也非同時出現，因此在求配電干線或車間變電所低壓

34、母線的計算負荷時，應再計入一個同時系數K。</p><p>　　經查《電氣工程手冊》知，計算負荷的同時系數參考值：</p><p>　?。?）計算負荷小于5000kW時取 0.9～1.0</p><p>　?。?）計算負荷為5000-10000kW時取 0.85</p><p>　?。?）計算負荷超過10000kW時取

35、 0.8</p><p><b>　　2.1 負荷計算</b></p><p>　　2.1.1 35kV側的負荷計算</p><p><b>　　由表1-1得</b></p><p>　　因為，故35kV側同時系數K取0.8。又35kV側的需要系數為0.9，于是35kV母線側的總負荷為<

36、;/p><p>　　則35kV母線側的計算負荷為：</p><p>　　2.1.2 10kV側的負荷計算</p><p><b>　　由表1-1得</b></p><p>　　因為 故10kV側同時系數K取0.8。又10kV側的需要系數為0.85，于是10kV母線側的總負荷為</p><p>　　則

37、10kV母線側的計算負荷為：</p><p>　　2.1.3系統的總負荷計算</p><p><b>　　(1)35kV側</b></p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　（2）10kV側</b></p><p><b&

38、gt;　　則</b></p><p>　　又35kV側與10kV側的同時系數K為0.8，于是母線側的總負荷為</p><p>　　則系統的計算負荷為：</p><p>　　2.2 主變壓器的選擇</p><p>　　2.2.1 主變壓器的選擇原則</p><p>　　在各級電壓等級的變電站中，變壓器是變電站

39、中的主要電氣設備之一，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。</p><p>　　由于主變壓器的型式、容量、臺數直接影響主接線的形式和配電裝置的結構，所以主變壓器的確定除依據傳遞容量基本原始資料外，還應根據電力系統5～10年發(fā)展規(guī)劃、輸送功率大小、饋線回路數、電壓等級以及接入系統的緊密程度等因素，進行綜合分析和合理選擇。否則，將造成經濟技術上的不合理。如果主變壓器容量選的過大，臺數過多，

40、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，設備亦未能充分發(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絡經濟運行的保證。</p><p>　　本變電站主變容量按遠景負荷選擇，并考慮到正常運行和事故過負荷能力。</p><p>　　2.2.2 主變壓器臺數的選擇<

41、;/p><p>　　主變臺數確定的要求：</p><p>　?。?）對大城市郊區(qū)的一次變電站，在中、低壓側已構成環(huán)網的情況下，變電站以裝設兩臺主變壓器為宜。</p><p>　?。?）對地區(qū)性孤立的一次變電站或大型專用變電站，在設計時應考慮裝設三臺主變壓器的可能性。</p><p>　　由原始資料可知，我們本次所設計的變電所是郊區(qū)110kV降壓變

42、電站，它是以110kV受功率為主。把所受的功率通過主變傳輸至35kV及10kV母線上。若全所停電后，將引起下一級變電所與地區(qū)電網瓦解，影響整個區(qū)的供電，因此選擇主變臺數時，要確保供電的可靠性。</p><p>　　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，變電所中一般裝設兩臺主變壓器。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%的負荷保證全變電所的正常供電。</p>&l

43、t;p>　　考慮到該變電站為一重要中間變電站，與系統聯系考緊密，故選用兩臺主變壓器，并列運行且容量相等。</p><p>　　2.2.3 主變壓器的運行方式</p><p>　　變壓器是電力網中的重要電氣設備，由于連續(xù)運行的時間長，為了使變壓器安全經濟運行及提高供電的可靠性和靈活性，在運行中通常將兩臺或以上變壓器并列運行。變壓器并列運行，就是將兩臺或以上變壓器的一次繞組并聯在同一電壓

44、的母線上，二次繞組并聯在另一電壓的母線上運行。其意義是：當一臺變壓器發(fā)生故障時，并列運行的其它變壓器仍可以繼續(xù)運行，以保證重要用戶的用電；或當變壓器需要檢修時可以先并聯上備用變壓器，再將要檢修的變壓器停電檢修，既能保證變壓器的計劃檢修，又能保證不中斷供電，提高供電的可靠性。又由于用電負荷季節(jié)性很強，在負荷輕的季節(jié)可以將部分變壓器退出運行，這樣既可以減少變壓器的空載損耗，提高效率，又可以減少無功勵磁電流，改善電網的功率因數，提高系統的經濟

45、性。</p><p>　　2.2.4 變電站主變壓器型式的選擇</p><p><b>　?。?）相數的選擇</b></p><p>　　當不受運輸條件限制時，在330kV以下的變電所均應選擇三相芯式變壓器。而選擇主變壓器的相數時，應根據原始資料以及設計變電所的實際情況來選擇。</p><p>　　單相變壓器組，相對來講

46、投資大，占地多，運行損耗大，同時配電裝置以及斷電保護和二次接線的復雜化，也增加了維護及倒閘操作的工作量。</p><p>　　本次設計的變電所，位于郊區(qū)，交通便利，不受運輸的條件限制，故本次設計的變電所選用三相變壓器。</p><p><b>　?。?）繞組數的選擇</b></p><p>　　在具有三種電壓等級的變電所，如通過主變壓器各側的繞

47、組的功率均達到該變壓器容量的15%以上，或低壓側雖無負荷，但在變電所內需裝設無功補償設備，主變壓器宜采用三繞組變壓器。</p><p>　　一臺三繞組變壓器的價格及所用的控制和輔助設備，比相對的兩臺雙繞組變壓器都較少，而且本次所設計的變電所具有三種電壓等級，考慮到運行維護和操作的工作量及占地面積等因素，該所選擇三繞組變壓器。</p><p>　?。?）連接組別的選擇</p>

48、<p>　　變壓器繞組的連接方式必須和系統電壓相位一致，否則不能并列運行。我國110kV及以上電力變壓器繞組都采用YN連接；35kV采用Y連接，其中性點多通過消弧線圈接地，35kV以下電力變壓器繞組都采用△連接。由于有載調壓較容易穩(wěn)定電壓，減少電壓波動，所以選擇有載調壓方式，且規(guī)程上規(guī)定對電力系統一般要求10kV及以下變電站采用一級有載調壓變壓器。故本站主變壓器選用有載三圈變壓器，接線方式采用星形/星形/三角形連結。</

49、p><p><b>　　（4）容量比的選擇</b></p><p>　　由原始資料可知，35kV中壓側為主要受功率繞組，而10kV側是無功補償裝置 ，主變主要起過高中繞組從110kV，35kV側傳送功率至低繞組10kV側，并在110kV側電源故障時，通過高壓繞組從110KVA側無窮大系統傳送最大支援。因此，可選擇容量比為100/100/100。</p>&l

50、t;p>　　（5）冷卻方式的選擇</p><p>　　本設計主變?yōu)榇笮妥儔浩?，發(fā)熱量大，散熱問題不可輕視，強迫油循環(huán)冷卻效果較好，再根據變電站建在郊區(qū)，通風條件好，可選用強迫油循環(huán)風冷卻方式。</p><p>　?。?）變壓器的技術參數</p><p>　　根據以上分析可知，其三繞組聯結組別為：110kV電壓變壓器繞組采用YN連接，35kV采用yn0連接，其中

51、性點通過消弧線圈接地，10kV繞組都采用d11接法。</p><p>　　2.2.5 主變壓器容量的選擇</p><p>　　主變壓器容量確定的要求：</p><p>　　（1）主變壓器容量一般按變電站建成后5～10年的規(guī)劃負荷選擇，并適當考慮到遠期10～20年的負荷發(fā)展。</p><p>　　（2）根據變電站所帶負荷的性質和電網結構來確定主

52、變壓器的容量。對于有重要負荷的變電站，應考慮當一臺主變壓器停運時，其余變壓器容量在設計及過負荷能力后的允許時間內，應保證用戶的一級和二級負荷：對一般性變電站停運時，其余變壓器容量就能保證全部負荷的60～70%。</p><p>　　由上一節(jié)的負荷計算結果可知，, 根據上述條件要求，兩臺主變壓器應各自承擔18.6MVA。而當一臺停運時，另一臺則承擔70%為SNT=0.7S=26.04MVA。故綜合實際情況選兩臺31

53、.5MVA的主變壓器就可滿足負荷需求。</p><p>　　綜上所述，變電站變壓器選擇的型號為SFS9-31500/110。</p><p>　　主變技術參數如表2-2所示。</p><p>　　表2-2 #1主變技術參數</p><p>　　3 電氣主接線方式選擇</p><p><b>　　3.1 選擇

54、原則</b></p><p>　　3.1.1電氣主接線設計的基本要求</p><p><b>　　（1）安全性</b></p><p>　　高壓斷路器的電源側及可能反饋電能的另一側，必須裝設高壓隔離開關；低壓斷路器（自動開關）的電源側及可能反饋電能的另一側，必須設低壓刀開關；裝設高壓熔斷器—負荷開關的出線柜母線側，必須裝設高壓隔離開

55、關；變配電所高壓母線上及架空線路末端，必須裝設避雷器。裝于母線上的避雷器宜與電壓互感器共用一組隔離開關，線路上避雷器前不必裝隔離開關。</p><p><b>　?。?）可靠性</b></p><p>　　斷路器檢修時，不宜影響對系統的供電；斷路器或母線故障以及母線檢修時，盡量減少停運的回路數和停運時間，并要保證對一級負荷及全部大部分二級負荷的供電；盡量避免發(fā)電廠、變

56、電所全部停運的可能性；大機組超高壓電氣主接線應滿足可靠的特殊要求；采用綜合自動化，優(yōu)化變電所設計：國內變電所自動化發(fā)展進程分為三個階段。第一階段由集中配屏以裝置為核心的方式，向分散下放到開關柜以系統為核心的方式發(fā)展；第二階段由單一功能、相互獨立向多功能、一體化過渡；第三階段由傳統的一次、二次設備相對分立向相互融合方式發(fā)展。變電所綜合自動化就是在第二階段。</p><p><b>　?。?）靈活性<

57、/b></p><p>　　變配電所的高低壓母線，一般宜采用單母線或單母線分段接線；兩路電源進線，裝有兩臺主變壓器的變電所，當兩路電源同時供電時，兩臺主變壓器一般分列運行；當只一路電源供電，另一路電源備用時，則兩臺主變壓器并列運行；帶負荷切換主變壓器的變電所，高壓側應裝設高壓斷路器或高壓負荷開關；主接線方案應與主變壓器經濟運行的要求相適應。</p><p><b>　　經濟

58、性</b></p><p>　　主接線方案應力求簡單，采用的一次設備特別是高壓斷路器少，而且應選用技術先進、經濟適用的節(jié)能產品；由于工廠變配電所一般都選用安全可靠且經濟美觀的成套配電裝置，因此變配電所主接線方案應與所選成套配電裝置的主接線方案配合一致。柜型一般宜采用固定式；只在供電可靠性要求較高時，才采用手車式或抽屜式；中小型工廠變電所一般采用高壓少油斷路器，在需頻繁操作的場合，則應采用真空斷路器或S

59、F6斷路器。斷路器一般采用就地控制，操作多用手力操作機構，但這只適用于三相短路電流不超過6KA（10KV的SK3≤100MVA）的電路中。如短路電流較大或有遠控、自控要求時，則應采用電磁操作機構或彈簧操作機構；工廠的電源進線上應裝設專用的計量柜，其互感器只供計費的電度表用，應考慮無功功率的人工補償，使最大負荷時功率因素達到規(guī)定的要求；優(yōu)化接線及布置，減少變電所占地面積</p><p>　　總之，變電所通過合理的接

60、線、設備無油化、布置的緊湊以及綜合自動化技術，并將通信設施并入主控室，簡化所內附屬設備，從而達到減少變電所占地面積，優(yōu)化變電所設計，節(jié)約材料，減少人力物力的投入，并能可靠安全的運行，避免不必要的定期檢修，達到降低投資的目的。</p><p>　　3.1.2 電氣主接線設計的基本原則</p><p>　　電氣主接線的設計是發(fā)電廠或變電站電氣設計的主體。它與電力系統、電廠動能參數、基本原始資料

61、以及電廠運行可靠性、經濟性的要求等密切相關，并對電氣設備選擇和布置、繼電保護和控制方式等都有較大的影響。因此，主接線設計，必須結合電力系統和發(fā)電廠或變電站的具體情況，全面分析有關影響因素，正確處理它們之間的關系，經過技術、經濟比較，合理地選擇主接線方案。</p><p>　　電氣主接線設計的基本原則是以國家經濟建設的方針、政策、技術規(guī)定、標準為準繩，結合工程實際情況，在保證供電可靠、調度靈活、滿足各項技術要求的前

62、提下，兼顧運行、維護方便，盡可能地節(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。 </p><p>　　在工程設計中，經上級主管部門批準的設計任務書或委托書是必不可少的。它將根據國家經濟發(fā)展及電力負荷增長率的規(guī)劃，給出所設計電廠(變電站)的容量、機組臺數、電壓等級、出線回路數、主要負荷要求、電力系統參數和對電廠(變電站)的具體要求，以及設計的內容和范圍。這些原

63、始資料是設計的依據，必須進行詳細的分析和研究，從而可以初步擬定一些主接線方案。國家方針政策、技術規(guī)范和標準是根據國家實際狀況，結合電力工業(yè)的技術特點而制定的準則，設計時必須嚴格遵循。設計的主接線應滿足供電可靠、靈活、經濟、留有擴建和發(fā)展的余地。設計時，在進行論證分析階段，更應合理地統一供電可靠性與經濟性的關系，以便于使設計的主接線具有先進性和可行性。</p><p>　　電氣主接線的設計伴隨著發(fā)電廠或變電站的整體

64、設計進行，即按照工程基本建設程序，歷經可行性研究階段、初步設計階段、技術設計階段和施工設計階段等四個階段。在各階段中隨要求、任務的不同，其深度、廣度也有所差異，但總的設計思路、方法和步驟基本相同。</p><p>　　具體的設計原則如下：</p><p>　　(1) 變電站的高壓側接線，根據技術設計規(guī)程應盡量采用斷路器較少或不用斷路器的接線方式,在滿足繼電保護的要求下,也可以在地區(qū)線路上采

65、用分支接線,但在系統主干網上不得采用分支接線。</p><p>　　(2) 在6～10kV配電裝置中，當出線回路數不超過5回時，根據規(guī)程一般采用單母線接線方式，出線回路數在6回及以上時，采用單母分段接線，當短路電流較大，出線回路較多，功率較大，出線需要帶電抗器時，可采用雙母線接線。</p><p>　　(3) 在35～66kV配電裝置中，當出線回路數不超過3回時，一般采用單母線接線，當出線

66、回路數為4～8回時，一般采用單母線分段接線，若接電源較多、出線較多，負荷較大或處于污穢地區(qū)，可采用雙母線接線。</p><p>　　(4) 在110-220kV配電裝置中，出線回路數不超過2回時，采用單母線接線；出線回路數為3～4回時，采用單母線分段接線；出線回路數在5回及以上，或當“0～220kV”配電裝置在系統中居重要地位時，一般可采用雙母線接線。</p><p>　　(5) 當采用S

67、F6等性能可靠、檢修周期長的斷路器時，以及更換迅速的車式斷路器時，均可不設旁路設施。</p><p>　　總之，以原始資料為依據，以有關技術規(guī)程為標準，結合具體工作的特點，準確的基礎資料，全面分析，做到既有先進技術，又要經濟實用。</p><p>　　3.2 電氣主接線的基本形式和特點</p><p>　　有母線的主接線形式包括單母線和雙母線接線。單母線又分為單母線

68、無分段、單母線有分段、單母線分段帶旁路母線等形式；雙母線又分為雙母線無分段、雙母線分段、帶旁路母線的雙母線和二分之三接線等形式。</p><p>　　無母線的主接線主要有單元接線。擴大單元接線、橋式接線和多角形接線等。</p><p>　　3.2.1單母線接線</p><p>　　單母線接線是一種最原始、最簡單的接線，如圖3-1所示。</p><

69、p>　　圖3-1 單母線接線</p><p>　　單母線接線所有電源及出線均接在同一母線上。其優(yōu)點是簡單明顯，采用設備少，操作方便，便于擴建，造價低。缺點是供電可靠性低。母線及母線隔離開關等任意元件故障或檢修時，均需使整個配電裝置停電。</p><p>　　因此，單母線接線方式一般只在變電所建設初期無重要用戶或出線回路數不多的單電源小容量的廠（所）中采用。</p>&l

70、t;p>　　單母線也可用隔離開關分段，當母線故障時，雖然全部配電裝置仍需停電，但可用隔離開關將故障的母線分開后，很快恢復非故障母線段的供電。</p><p>　　所以單母線和用隔離開關分段的單母線接線只適用于出線回路少的配電裝置，并且電壓等級越高所連接的回路數越少。6~10kV級回路數不超過5回；35~60kV級不超過3回；110、220kV級不超過兩回。</p><p>　　3.2

71、.2單母線分段接線</p><p>　　單母線分段接線是采用斷路器將母線分段，通常是分成兩段，如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 單母分段接線</p><p>　　單母線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。當一段母線發(fā)生故障，分段斷路器自動將故障段切除，保證正常段母線不間斷供電和不致使重要用戶停電。</p>

72、;<p>　　單母線分段接線既具有單母線接線的簡單明顯、方便經濟的優(yōu)點，又在一定程度上提高了供電可靠性。但他的缺點是當一段母線或母線隔離開關故障和檢修時，該段母線的回路都要在檢修期間停電，所以其連接的回路數一般可比單母線增加一倍。6~10kV級為6回及以上；35~60kV級為4~8回；110~220kV級為4回。</p><p>　　3.2.3雙母線及雙母線分段接線</p><p

73、>　　單母線及單母線分段接線的主要缺點是當一段母線或母線隔離開關故障和檢修時，該段母線的回路都要在檢修期間停電，而雙母線接線則可克服這一弊端。如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 雙母接線</p><p>　　雙母線接線的每一回路都通過一臺斷路器和兩組隔離開關連接到兩組母線上。母線1和母線2都是工作母線，兩組母線可同時工作，并通過母線聯絡斷路器并聯運行。電源和引出線適當地

74、分配在兩組母線上。</p><p>　　雙母線接線比單母線分段接線有如下優(yōu)點：</p><p>　　可輪換檢修母線或母線隔離開關而不致供電中斷。</p><p>　　檢修任一回路的母線或母線隔離開關時，只停該回路。</p><p>　　母線故障后，能迅速恢復供電。</p><p>　　各電源和回路的負荷可任意分配到某一

75、組母線上，可靈活調度以適應系統各種運行方式和潮流變化。</p><p>　　便于向母線左右任意一個方向擴建。</p><p>　　但雙母線接線也有如下缺點：</p><p>　　造價高。每一回路增加了一組母線及其隔離開關，使配電裝置構架數量、構架高度及占地面積增加了許多。</p><p>　　當母線故障或檢修時，隔離開關作為操作電器，在倒換操

76、作時容易誤操作。但可加裝斷路器與隔離開關間的聯鎖裝置或防誤操作裝置加以克服。當進出線回路數或母線上電源較多，輸送和穿越功率較大，母線事故后要求盡快恢復供電，母線和母線設備檢修時不允許影響對用戶的供電，系統運行調度對接線的靈活性有一定要求時采用雙母線接線。具體條件如下：</p><p>　　1）出線帶電抗器的6~10kV廠（所）配電裝置及大型企業(yè)變電所的6~10kV配電裝置。</p><p>

77、;　　2）對于35~60kV級，當出線回路數較多（超過8回）時，或連接的電源較多，負荷較大時。</p><p>　　對于110~220kV級，當出線回路數為5回及以上時。對于220kV級，雙母線帶旁路母線接線的配電裝置，有的規(guī)定認為母線分段的原則（平均每段母線接4~5個回路）如下：</p><p>　　1）當進線和出線總數為17回及以上時，在兩組母線上設置分段斷路器，成為雙母線四分段的接線

78、形式，其可靠性和運行的靈活性大為提高。</p><p>　　2）當進線和出線總數為12~16回時，在一組母線上設置分段斷路器。</p><p>　　采用雙母線分段時，裝設兩臺母聯兼旁路的斷路器。</p><p>　　當連接的進出線回路數在11回及以下時，母線不分段。但如為了避免母線故障而母聯斷路器拒動時導致全部回路停電，可以考慮在正常運行時把母聯斷路器和專用旁路斷路

79、器串聯使用，可起到雙保險作用。</p><p>　　3.2.4雙母線旁路母線接線方式</p><p>　　為了保證采用單母線分段或雙母線接線在斷路器檢修或調試保護裝置時，不中斷對用戶的供電，需增設旁路母線。對于110~220kV線路，輸送距離遠，輸送功率大，停電影響面大，一般可裝設旁路母線，但如果條件允許可停電檢修斷路器，配電裝置為屋內型。采用可靠性高、檢修周期長的SF6全封閉電器時，可不

80、裝設旁路母線。</p><p>　　對35~63kV配電裝置，一般不設旁路母線。但在下列情況可設，如：</p><p>　　1) 網絡不成環(huán)形，檢修斷路器時，影響對重要用戶的供電。</p><p>　　2）出線回路線超過8回，斷路器檢修機會多。</p><p>　　3）重要用戶雖然已具備雙回路供電，但由于負荷逐年增長，已不能互為備用。<

81、/p><p>　　4）地理或氣候條件較差時，如重冰區(qū)利用旁路母線兼做融冰母線；污穢地區(qū)配電裝置清掃頻繁；雷擊頻繁跳閘機會多的山岳區(qū)等。</p><p>　　5）線路負荷大，沿線分支引線多，而其中多數又為重要用戶時。</p><p>　　對6~10kV配電裝置可不設旁路母線，但在下列情況下采用單母線分段或單母線接線時，可設置旁路母線，如：</p><p

82、>　　1) 出線回路很多，斷路器停電檢修機會多。</p><p>　　2）多數線路系向用戶單獨供電，不允許停電。</p><p>　　3）均為架空出線，雷雨時節(jié)時跳閘次數多，增加了斷路器檢修次數。</p><p><b>　　3.2.5單元接線</b></p><p>　　單元接線是最簡單的接線。它的特點是幾個元件

83、直接單獨連接，沒有橫向的聯系，單元接線的基本類型有下列幾種：</p><p>　　發(fā)電機—變壓器組單元接線。為了便于發(fā)電機或變壓器單獨進行試驗等工作，在它們之間加裝一組隔離開關。該接線適用于沒有直配負荷的電廠及小型水電廠。</p><p>　　擴大單元接線。擴大單元接線如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4 擴大單元接線</p><p&g

84、t;　　兩臺發(fā)電機與一臺變壓器連接，每臺發(fā)電機出口均裝有斷路器，便于檢修和處理缺陷。</p><p>　　擴大單元接線的優(yōu)點是簡單明顯，占地面積小，設備少，投資省，因此在大、中型電廠中廣泛采用。但是這種接線的靈活性差，例如檢修變壓器時要迫使兩臺發(fā)電機停止運行；同時，增加了機電保護運行的復雜性。</p><p><b>　　3.2.6橋式接線</b></p>

85、<p>　　當有兩臺變壓器和兩條線路時，在變壓器—線路接線的基礎上，在其中間加一連接橋，則成為橋式接線，如圖3-5所示。</p><p><b>　?。╟）</b></p><p>　　圖3-5 內橋、外橋和全橋式接線</p><p>　?。╝）內橋；（b）外橋；（c）全橋</p><p>　　橋式接線按照

86、連接橋斷路器的位置，可分為內橋和外橋兩種接線。橋式接線中，四個回路只有三臺斷路器，所用的斷路器數量最少，也是最經濟的接線。</p><p>　　內橋式接線的特點是連接橋斷路器在變壓器側，其他兩臺斷路器接在線路上。因此，線路的投入和切除比較方便，并且當線路發(fā)生短路故障時，僅故障線路的斷路器跳閘，不影響其他回路的運行。但是，當變壓器故障時，則與該變壓器連接的兩臺斷路器都要跳閘，從而影響了一回未發(fā)生故障線路的運行。此外

87、，變壓器的投入與切除的操作比較復雜，需投入和切除與該變壓器連接的兩臺斷路器，也影響了一回未故障線路的運行。鑒于變壓器屬于可靠性高的設備，故障率遠較線路小，一般不經常切換，因此系統中應用內橋式接線的較為普遍。</p><p>　　外橋式接線的特點恰好與內橋式接線相反，連接橋式斷路器接在線路側，其他兩臺斷路器接在變壓器回路中。所以，當線路故障和進行投入或切除操作時，需操作與之相連的兩臺斷路器，并影響一臺未故障變壓器的

88、運行。但當變壓器故障和進行切除操作時，不影響其他回路運行。故外橋接線只適用于線路短，檢修和倒閘操作以及設備故障率均較小，而變壓器由于按照經濟運行的要求需要經常切換的情況。此外，當電網有穿越性功率經過變電所時，也有采用外橋式接線的，因為穿越性功率僅經過連接橋上的一臺斷路器。</p><p>　　一次回路全橋接線，它是內橋和外橋接線的綜合接線形式，這種接線具有內橋和外橋接線方式的共同優(yōu)點。它適用性強、運行靈活、易于擴

89、展成單母線分段式的中間變電所。這種接線克服了內橋和外橋接線中改變變壓器和線路運行方式時所造成的短時停電現象。</p><p>　　為了在檢修出線和變壓器回路中的斷路器不中斷線路和變壓器的正常運行，有時再在橋型接線中附加一個正常工作時斷開的帶隔離開關的跨條。在跨條上裝設兩臺隔離開關的目的是可以輪換停電檢修任何一組隔離開關。橋式接線可發(fā)展成為單母線分段或雙母線接線，但需設計好預留今后發(fā)展時增加的間隔位置，同時擴建時繼

90、電保護和二次回路更改較多，需在設計時采取措施。</p><p>　　3.3 變電站各側主接線方案的擬定與選擇</p><p>　　3.3.1 110kV電氣主接線設計</p><p>　　適合與110kV線路的電氣主接線形式主要有單母分段，單母分段加旁路，雙母線，雙母線分段。我們保留以下兩種方案：單母分段接線和雙母接線。</p><p>　　

91、根據以上的分析，現在將110kV電壓等級的電氣主接線定為單母分段接線方式。分段的數目，取決于電源數目和容量。段數分得越多，故障時停電范圍越小，但使用斷路器的數量亦越多，且配電裝置和運行也越復雜，所以本變電站采用單母雙分段的接線形式。并且對重要負荷必須加裝備用線。</p><p>　　采用這種接線方式保證了供電的可靠性使各項生產都能順利地進行；這種接線方式還節(jié)省了投資，保證了經濟性，而且隨著企業(yè)的發(fā)展，還可以在以后

92、擴建時方便地將負荷接入。</p><p>　　為了限制短路電流，簡化繼電保護，采用這種接線方式時，低壓側母線分段斷路器常處于斷開狀態(tài)，電源是分列運行的。這樣是為了防止因電源斷開而引起的停電，所以應在分段斷路器QF上裝設備用電源自動投入裝置，在任一分段的電源斷開時，使QF自動接通。</p><p>　　3.3.2 35kV電氣主接線設計</p><p>　　參照《電氣

93、工程師手冊》適合35kV電壓等級的電氣主接線形式主要有單母線，單母線分段，單母線分段帶旁路，雙母線分段，雙母線分段帶旁路，結合潞安集團變電站的實際情況及其負荷，我們選擇兩種方案：單母線接線和單母線分段接線。</p><p>　　電壓等級為35kV～60kV，出線為4～8回，可采用單母線分段接線，也可采用雙母線接線。為保證線路檢修時不中斷對用戶的供電，采用單母線分段接線和雙母線接線時，可增設旁路母線。但由于設置旁路

94、母線的條件所限（35kV～60kV出線多為雙回路，有可能停電檢修斷路器，且檢修時間短，約為2～3天。）所以，35kV～60kV采用雙母線接線時，不宜設置旁路母線，有條件時可設置旁路隔離開關。</p><p>　　根據以上的分析，根據集團變電所的實際情況，現在將35kV側的電氣主接線定為單母分段接線方式。</p><p>　　3.3.3 10kV電氣主接線設計</p><

95、p>　　參照《電氣工程師手冊》適合10kV的電壓等級的電氣主接線形式主要有單母線接線，單母線分段，雙母線接線等，由于電壓等級較低，我們采用單母線分段接線和雙母線接線。6～10kV配電裝置出線回路數目為6回及以上時，可采用單母線分段接線。而雙母線接線一般用于引出線和電源較多，輸送和穿越功率較大，要求可靠性和靈活性較高的場合。</p><p>　　采用單母分段接線方式可以使重要負荷及所用電的供電從不同的母線分段

96、取得，當一段母線發(fā)生故障時，分段斷路器自動將故障切除，保證正常段母線不間斷供電。而采用雙母線接線盡管可靠性有所提高，但是增加了斷路器和隔離開關的投資。經過綜合比較單母線分段接線在經濟性上比雙母線接線好，且調度靈活也可保證供電的可靠性。所以綜合考慮10kV側出線采用單母線分段接線。</p><p><b>　　4 短路電流計算</b></p><p>　　電力系統的電氣

97、設備在其運行中都必須考慮到可能發(fā)生的各種故障和不正常運行狀態(tài)，最常見同時也是最危險的故障是發(fā)生各種型式的短路，發(fā)生短路時，因短路回路的總阻抗非常小，故短路電流可能達到很大的數值。強大的短路電流所產生的熱和電動力效應會使電氣設備受到破壞，短路點的電弧可能燒毀電氣設備，短路點附近的電壓顯著降低，使供電受到影響或被迫中斷。若在發(fā)電廠附近發(fā)生短路，還可能使全電力系統裂解，引起嚴重后果。此外，接地短路故障所造成的零序電流會在鄰近的通信線路內產生感

98、應電動勢，干擾通信，亦可能危及人身和設備的安全。</p><p>　　電力系統的運行經驗表明，在各種類型的短路中，單相短路占大多數，兩相短路較少，三相短路的機會最少。但三相短路雖然很少發(fā)生，其情況較嚴重，應給以足夠的重視。因此，我們都采用三相短路來計算短路電流，并檢驗電氣設備的穩(wěn)定性。同時可以用于熔斷器的選型，防止設備燒壞。計算短路電流還可為系統設計，新建站設備選型，運行方式制定，繼電保護整定等環(huán)節(jié)提供依據。&l

99、t;/p><p>　　4.1 短路電流計算的步驟</p><p>　?。?）計算各元件電抗標幺值，并折算為同一基準容量下。</p><p>　　（2）給系統制訂等值網絡圖。</p><p><b>　　（3）選擇短路點。</b></p><p>　　（4）對網絡進行化簡，把供電系統看為無限大系統，不考

100、慮短路電流周期分量的衰減求出電流對短路點的電抗標幺值，并計算短路電流標幺值、有名值。</p><p>　　標幺值 ： （4-1）</p><p>　　有名值： （4-2）</p><p>　?。?）計算短路

101、容量，短路電流沖擊值</p><p>　　短路容量： （4-3） </p><p>　　短路電流沖擊值： （4-4）</p><p>　　短路全電流有效值： （

102、4-5）</p><p>　?。ㄗⅲ荷瞎街蠸B為基準容量，IB為基準電流值）</p><p>　　4.2 短路電流計算書</p><p>　　一般選取各線路始、末端作為短路計算點，線路始端的最大三相短路電流常用來校驗電氣設備的動、熱穩(wěn)定性，并作為上一級繼電保護的整定參數之一，線路末端的最小兩相短路電流常用來校驗相關繼電保護的靈敏度。本設計選取110kV母線、35k

103、V母線、10kV母線為短路計算點。</p><p>　　本變電站短路電流計算的等值電路如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1 短路電流計算等值電路圖</p><p>　　（1）基準值的選取與計算</p><p>　　取Sd＝1000MV·A，Ud1＝115kV，</p><p>　　Ud2＝37kV

104、 ，Ud3=10.5kV</p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　（2）等值電路圖</b></p><p>　　等值電路如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2 等效阻抗圖</p><p>　?。?）各元件電抗標么值的計算</p&g

105、t;<p><b>　　電源的電抗＝</b></p><p><b>　　架空線路12線</b></p><p><b>　　架空線路11線</b></p><p>　　1#主變壓器， 1代表高壓，2代表中壓，3代表低壓</p><p>　　2#主變壓器， 1代表

106、高壓，2代表中壓，3代表低壓</p><p>　　==0.1075×=3.413</p><p>　　==－0.0025×=－0.079</p><p>　　==0.0675×=2.143</p><p>　　4.3.1 110kV側k1點短路電流計算</p><p>　　110kV母線在

107、最大運行方式下發(fā)生短路如圖4-3 所示。</p><p>　　圖4-3 k1點短路阻抗等效圖</p><p><b>　　=0.332</b></p><p><b>　　=0.333</b></p><p><b>　　=0.188</b></p><p

108、><b>　　=∥==0.120</b></p><p>　　==0.332+0.120=0.452</p><p><b>　　==2.212</b></p><p>　　= =2.212×5.020=11.106kA</p><p>　　短路容量2212.158MVA</p

109、><p><b>　　三相短路沖擊電流</b></p><p>　　4.3.2 35kV側k2點短路電流計算</p><p>　　35kV母線在最大運行方式下發(fā)生短路如圖4-4所示。</p><p>　　圖4-4 k2點短路阻抗等效圖</p><p><b>　　=0.452</b&

110、gt;</p><p>　　=3.413-0.079=3.334</p><p>　　=3.413-0.079=3.334</p><p><b>　　=∥=1.667</b></p><p>　　=+=0.452+1.667=2.119</p><p><b>　　==0.472<

111、;/b></p><p>　　==15.604×0.472=7.365kA</p><p><b>　　短路容量 MVA</b></p><p><b>　　三相短路沖擊電流</b></p><p>　　4.3.3 10kV側k3、k4點短路電流計算</p><p

112、><b>　　10kV母線短路</b></p><p>　?、俨⒘羞\行如圖4-5所示。</p><p>　　圖4-5 k3點短路阻抗等效圖</p><p><b>　　=0.452</b></p><p>　　=3.413+2.143=5.556</p><p>　　

113、=3.413+2.143=5.556</p><p><b>　　=∥=2.778</b></p><p>　　=+=0.452+2.778=3.23</p><p>　　==0.309×54.986=16.991kA</p><p><b>　　短路容量 MVA</b></p>

114、;<p><b>　　三相短路沖擊電流</b></p><p>　?、诜至羞\行如圖4-6所示。</p><p>　　圖4-6 k4點短路阻抗等效圖</p><p><b>　　kA</b></p><p>　　短路電流計算結果如表4-1所示。</p><p>

115、　　表4-1 短路電流計算結果表</p><p>　　5 電氣設備的選擇與校驗</p><p>　　電氣設備選擇是供電系統設計的主要內容，選擇是否合理將直接影響整個供電系統的安全可靠運行。因此，電氣設備的選擇，必須遵循一定的選擇原則。本章主要介紹電氣設備選擇的一般原則以及高壓電器參數選擇的方法，為正確合理使用電氣設備提供依據。</p><p>　　盡管電力系統中各