變電所一次系統(tǒng)最佳方案的設(shè)計(jì)

1、變電所一次系統(tǒng)最佳方案的設(shè)計(jì)在發(fā)電廠和變電所中，根據(jù)電能生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換和分配等各環(huán)節(jié)的需要，配置了各種電氣設(shè)備及一次接線系統(tǒng)。不同類別的電氣設(shè)備承擔(dān)的任務(wù)和工作條件各不相同，因此他們的具體選擇方法也不相同。但是，為了保證工作的可靠性及安全性，在選擇時(shí)的基本要求是相同的，即正常運(yùn)行條件下選擇，以短路條件校驗(yàn)其動(dòng)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。對(duì)于斷路器、熔斷器等還要校驗(yàn)其開斷電流的能力。變電所一次接線系統(tǒng)中所用設(shè)備最多的是高壓斷路器和高壓隔離開關(guān)，為此一次系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)中主要以高壓斷路器和高壓隔離開關(guān)等設(shè)備和一次接線方式的選擇為主，分析一次系統(tǒng)的最佳方案確定。一、基本資料變電所一次接線必須滿足可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性

2、三項(xiàng)基本要求。一次接線的技術(shù)比較主要的是個(gè)方案的供電可靠性和運(yùn)行靈活性的定性分析。一次接線的經(jīng)濟(jì)比較包括計(jì)算綜合投資、計(jì)算年運(yùn)算費(fèi)用和所選方案綜合比較三方面內(nèi)容。本次計(jì)算分析時(shí)，只計(jì)算考慮各方案中不同的部分。（1）電力系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖1所示，系統(tǒng)中有兩臺(tái)變壓器、雙電源、雙回路進(jìn)線與多條引出線。圖1 電力系統(tǒng)簡(jiǎn)圖（2）選擇吉林省長(zhǎng)春市的自然條件：平均溫度22.9，最高溫度38，最低溫度-36.5，雷暴日35.8，最熱月地面下0.8m處土壤平均溫度19.3。（3）年最大負(fù)荷小時(shí)數(shù)h。最大損耗所需利用時(shí)間=3150h，地區(qū)電價(jià)0.5元/kWh。（4）設(shè)備參數(shù)1）查表得發(fā)電機(jī)參數(shù)為：MW，。2）查表得變壓

3、器參數(shù)為：阻抗電壓百分值；額定容量MVA；額定電壓kV；空載損耗kV；短路損耗kW；空載電流百分值；價(jià)格62.9萬(wàn)元；兩臺(tái)升壓變壓器允許過(guò)負(fù)載的倍數(shù)為1.051.1。3） 線路參數(shù)：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度電抗/km，km，km。4） 負(fù)載參數(shù)：，負(fù)載容量MVA由負(fù)載計(jì)算確定容量。二、方案擬定主接線初步選擇兩種方案，方案一選擇全橋雙母線接線如圖2所示；方案二選擇聯(lián)絡(luò)線雙母線接線如圖3所示。圖3 聯(lián)絡(luò)線雙母線分段接線圖2 全橋雙母線接線 技術(shù)要求如下。方案一：二次側(cè)采用雙母線接線，其可靠性、靈活性都比較高，因?yàn)殡p母線可以在不停電的情況下檢修其任意母線。同時(shí)變壓器兩側(cè)均裝有斷路器，所以當(dāng)其出現(xiàn)故障時(shí)，又隨時(shí)對(duì)它進(jìn)

4、行維修，可將電能從一臺(tái)變壓器送出，即可保證一、二級(jí)負(fù)載不停電，又提高操作的靈活性。一次側(cè)采用了全橋接線，能提高供電可靠性。方案二：一次側(cè)采用聯(lián)絡(luò)線接線，當(dāng)可靠性要求不高時(shí)，也可用隔離開關(guān)QS將聯(lián)絡(luò)線分段運(yùn)行（聯(lián)絡(luò)線故障時(shí)將會(huì)短時(shí)全廠停電，操作復(fù)雜）。二次側(cè)為雙母線分段，兩段母線組合形式更多，比方案一多增加了兩套斷路器。任一部分發(fā)生故障均能在不停電的條件下檢修，其靈活性、可靠性提高。綜上所述，根據(jù)技術(shù)比較，方案一較適合，滿足可靠性、靈活性。三、負(fù)載計(jì)算由需用系數(shù)法確定負(fù)載大小，當(dāng)負(fù)載總?cè)萘縈VA，其中一、二級(jí)負(fù)載占總?cè)萘康?0%等于MVA，此值用于變壓器等設(shè)備選擇的參考量。變壓器一次側(cè)最大電流為

5、(A)過(guò)負(fù)載時(shí)的電流為 (A)變壓器二次側(cè)最大電流為(A)(A) 四、正常運(yùn)行條件選設(shè)備選擇條件：設(shè)備電壓電流均大于等于實(shí)際值，安裝地點(diǎn)等選擇設(shè)備如下。1.斷路器參數(shù)型號(hào)SW2-35/600A：額定開斷電流6.6kA，熱穩(wěn)定電流（時(shí)間）6.6kA（4s），動(dòng)穩(wěn)定電流17kA，固有分閘時(shí)間為0.06s，合閘時(shí)間問(wèn)哦0.02s，價(jià)格5600元。型號(hào)SN3-10G/2000A:額定開斷電流29kA，熱穩(wěn)定電流（時(shí)間）43.5kA(1s），動(dòng)穩(wěn)定電流75kA，固有分閘時(shí)間為0.05s，合閘時(shí)間為0.2s，價(jià)格1150元。2.隔離開關(guān)參數(shù)型號(hào)GW5-35G/600A：動(dòng)穩(wěn)定電流72kA，熱穩(wěn)定電流（時(shí)間

6、）：16kA（4s），價(jià)格1200元。型號(hào)GN6-10T/1000A：動(dòng)穩(wěn)定電流80kA，額定電流為1000 A,動(dòng)穩(wěn)定電流為25kA，熱穩(wěn)定電流（時(shí)間）31.5 kA（4s），價(jià)格240元。3.互感器參數(shù)電流互感器型號(hào)LCW-35：200A/5A。級(jí)次組合0.5/3，1s的熱穩(wěn)定倍數(shù)為65，動(dòng)穩(wěn)定倍數(shù)為100，價(jià)格160元。選用LFZJ1-10C（復(fù)匝貫穿式、環(huán)氧樹脂澆注絕緣，加大容量，設(shè)計(jì)序號(hào)為1）：800/5，1s的熱穩(wěn)定倍數(shù)為65，動(dòng)穩(wěn)定倍數(shù)為130，價(jià)格160元。電壓互感器型號(hào)JDJJ-35(單相油浸絕緣有接地保護(hù)用輔助線圈)：,最大容量為1000VA。型號(hào)JDJ-10（單相油浸絕緣

7、）：一次側(cè)電壓為10kV，二次側(cè)為0.1kV，最大容量為640VA。4.避雷器FZ的選擇型號(hào)FZ-35：組合方式為2FZ-15（電站普通閥型中性點(diǎn)非直接接地），額定電壓為35kV，滅弧電壓為41kV，工頻放電電壓在84104之間（參考價(jià)500元）。型號(hào)FZ-10：組合方式為單通元件（電站普通閥型中性點(diǎn)非直接接地）,額定電壓為10kV，滅弧電壓有效值為12.7kV，工頻放電電壓為2631kV之間，5kA下沖擊電流下的殘壓不大于45kV,10kA沖擊電流的殘壓不大于50kV。5.線路及母線的選擇架空線選擇LGJ（普通型鋼芯鋁絞線）：標(biāo)稱截面為150，允許載流量70時(shí)為445A，基準(zhǔn)環(huán)境溫度為25。

8、單位長(zhǎng)度電阻0.21/km，單位長(zhǎng)度電感0.358/km（DM=2km，35kV）。母線選505，單條扁鋁，平方母線的布置。允許載流量665A，最高溫度為70,基準(zhǔn)環(huán)境溫度為25(10kV),參考價(jià)格3000元。五、短路電流計(jì)算設(shè)：基準(zhǔn)容量MVA?；鶞?zhǔn)電壓（平均額定電壓）。1.發(fā)電機(jī)電抗標(biāo)幺值 (1-1)式中發(fā)電機(jī)電抗百分?jǐn)?shù)，由發(fā)電機(jī)銘牌參數(shù)的； 發(fā)電機(jī)銘牌參數(shù)的次暫態(tài)電抗標(biāo)幺值； 已設(shè)定的基準(zhǔn)容量（基值功率），MVA； 發(fā)電機(jī)額定的有功功率，MW； 發(fā)電機(jī)額定有功功率因數(shù)。各元件電抗標(biāo)幺值如圖4所示，發(fā)電機(jī)G: ，,系統(tǒng)外部參數(shù)（為斷路器開斷容量），本例近似取發(fā)電機(jī)的參數(shù)。2.負(fù)載電抗標(biāo)幺值

9、 (1-2)式中 U元件在網(wǎng)絡(luò)的電壓標(biāo)幺值； 負(fù)載容量標(biāo)幺值；負(fù)載無(wú)功功率標(biāo)幺值。負(fù)載L 3.變壓器電抗標(biāo)幺值 (1-3)變壓器中主要是指電抗，因其電抗,即忽略，由變壓器電抗有名值推出變壓器電抗標(biāo)幺值為 (1-4)式中 變壓器阻抗電壓百分?jǐn)?shù)； 基準(zhǔn)容量，MVA； 、變壓器銘牌參數(shù)給定額定容量，MVA、額定電壓，kV； 基準(zhǔn)電壓取平均電壓Uav，kV。變壓器T 4.線路電抗標(biāo)幺值 (1-5)式中 線路單位長(zhǎng)度電抗； 線路長(zhǎng)度，km； 基準(zhǔn)容量， MVA； 輸電線路額定平均電壓，基準(zhǔn)電壓，kV。輸電線路的等值電路中有四個(gè)參數(shù)，一般電抗,故。由于不做特別說(shuō)明，故電導(dǎo)、電納一般不計(jì)，故而只求電抗標(biāo)幺值

10、。出線線路電抗標(biāo)幺值 進(jìn)線線路電抗標(biāo)幺值 5短路點(diǎn)的暫態(tài)電流標(biāo)幺值 （?。?(1-6)6.沖擊電流的計(jì)算 (1-7)7.短路容量功率的計(jì)算 (1-8)系統(tǒng)最大最小運(yùn)行方式下的等值電路如圖4和圖5所示，其電抗和短路電流計(jì)算見表1.圖5 最大運(yùn)行方式下K1點(diǎn)短路的等值電路圖4 最小運(yùn)行方式下K2點(diǎn)短路的等值電路表1 系統(tǒng)最大、最小運(yùn)行方式下的電抗和短路電流短路點(diǎn)電抗標(biāo)幺值次暫態(tài)電流（kA）沖擊電流短路點(diǎn)最小方式運(yùn)行下的電抗最大方式運(yùn)行下的電抗K10.8448+1.82=2.6651.3334.132.06410.525.263K22.665+0.9375=3.60251.8020.8660.433

11、2.211.104六、校驗(yàn)設(shè)備選擇原則：正常運(yùn)行條件下選擇設(shè)備，短路情況下校驗(yàn)設(shè)備（熱、動(dòng)穩(wěn)定和切斷能力）。對(duì)一次側(cè)斷路器的熱穩(wěn)定校驗(yàn)：因?yàn)?可得。固有分閘時(shí)間為0.06，合閘時(shí)間為0.02s。引出線保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間取2.0s，變壓器一次動(dòng)作時(shí)間取2.5s，變壓器二次動(dòng)作時(shí)間取3s。短路持續(xù)時(shí)間（s）。斷路器熱穩(wěn)定性。因?yàn)?所以滿足穩(wěn)定要求。對(duì)一次側(cè)斷路器動(dòng)穩(wěn)定: kA17kA,所以滿足動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)。對(duì)一次側(cè)斷路器校驗(yàn)斷開能力：因?yàn)閟0.1s，故kA6.6kA，所以滿足動(dòng)、熱穩(wěn)定性和切斷能力要求。以上計(jì)算表明，一次側(cè)選用SW2-35/1000型斷路器滿足要求，同理其他斷路器QF和隔離開關(guān)QS的選

12、擇列于表2、表3。（1） QF、QS選擇結(jié)果見表2、表3。表2 35kV斷路器及隔離開關(guān)的選擇結(jié)果實(shí)際計(jì)算結(jié)果項(xiàng)目SW2-35/600GW5-35G/60035kV額定電壓35kV35kV173.04A額定電流600A600A0.866kA額定開斷電流6.6kA2.21kA動(dòng)穩(wěn)定電流17kA72kA熱穩(wěn)定效應(yīng)174.241024由表3表明，10kV斷路器熱穩(wěn)定校驗(yàn)不合格，重選設(shè)備型號(hào)為SN4-10G/5000，額定開斷電流105kA，熱穩(wěn)定電流（時(shí)間）173kA（1s），動(dòng)穩(wěn)定電流300kA，固有分閘時(shí)間為0.15s，合閘時(shí)間為0.65s。價(jià)格1550元/套。重新進(jìn)行動(dòng)、熱穩(wěn)定性校驗(yàn)后合格，選

13、擇SN4-10G/5000的斷路器，結(jié)果列于表4中。表3 10kV斷路器及隔離開關(guān)的選擇結(jié)果實(shí)際計(jì)算結(jié)果項(xiàng)目SN3-10G/2000GN6-10T/100010kV10kV10kV606.27A2000A1000kA4.13kA29kA10.52kA75kA80kA(不合格)3969表4 10kV斷路器及隔離開關(guān)的重選結(jié)果實(shí)際計(jì)算結(jié)果項(xiàng)目SW2-35/600GW5-35G/60010kV10kV10kV606.27A5000A1000A4.13kA105kA10.52kA300kA80kA3969（2）母線、電纜、互感器等的選擇校驗(yàn)（略）。七系統(tǒng)主接線方案（方案一）經(jīng)濟(jì)比較包括計(jì)算綜合投資、計(jì)

14、算年運(yùn)行費(fèi)用和所選方案綜合比較的內(nèi)容。計(jì)算時(shí)，只計(jì)算各方案中不同的部分。1.計(jì)算綜合投資Z綜合投資包括變壓器的綜合投資、配電裝置綜合投資、輸電線路綜合投資等。（1）變壓器綜合投資。變壓器綜合投資包括變壓器本身價(jià)格，還包括運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)安裝、架構(gòu)、基礎(chǔ)、鐵軌、電纜等附加費(fèi)用。各項(xiàng)附加費(fèi)用可用計(jì)算，變壓器自身價(jià)格，35kV網(wǎng)絡(luò)取=50100，則變壓器綜合投資為 （萬(wàn)元）（萬(wàn)元）（2）配電裝置綜合投資。斷路器的參考價(jià)格：高壓5600（元），7臺(tái)數(shù)；低壓1550（元），5臺(tái)數(shù)。QF和QS設(shè)備參考價(jià)格提高5倍，即（萬(wàn)元）隔離開關(guān)費(fèi)用（萬(wàn)元）母線、互感器等費(fèi)用（萬(wàn)元）（萬(wàn)元）（3）綜合總投資（萬(wàn)元）2.計(jì)算年

15、運(yùn)行費(fèi)U年運(yùn)行費(fèi)用包括設(shè)備折舊費(fèi)、設(shè)置維修費(fèi)和電能損耗費(fèi)三項(xiàng)。（1）設(shè)備折舊費(fèi)。對(duì)變壓器的折舊費(fèi)按綜合投資的5.8%計(jì)算（萬(wàn)元）對(duì)于配電裝置的折舊費(fèi)按配電裝置綜合投資的8%計(jì)算（萬(wàn)元）（萬(wàn)元）（2）設(shè)備維修費(fèi)用。設(shè)備維修費(fèi)按綜合總投資的3%計(jì)算（萬(wàn)元）（3）電能損耗費(fèi)。兩臺(tái)雙繞組變壓器全年電能損耗為電價(jià)=16.41442（萬(wàn)元）參與比較的方案年運(yùn)行費(fèi)用為(萬(wàn)元)3.總投資費(fèi)S（萬(wàn)元）方案二與方案一經(jīng)濟(jì)相比，包括計(jì)算綜合投資、計(jì)算年運(yùn)行費(fèi)用和所選方案綜合比較等內(nèi)容，不同的是35kV側(cè)斷路器增加了兩臺(tái)、隔離開關(guān)增加了四臺(tái)、10kV側(cè)斷路器減少了一臺(tái)、隔離開關(guān)減少了兩臺(tái)。其計(jì)算結(jié)果比較列在表5中。 表5 變電所一次系統(tǒng)方案選擇的經(jīng)濟(jì)比較 （單位：萬(wàn)元）變壓器的初投資一次系統(tǒng)的綜合投資費(fèi)Z設(shè)備的折舊維護(hù)費(fèi)U變壓器電能損耗費(fèi)總投資費(fèi)用S系統(tǒng)方案一6292=125.8224.93921.04716.41442262.4系統(tǒng)方案二125.8231.92421.83216.41442270.17八結(jié)論在電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，電氣主接線設(shè)計(jì)是一項(xiàng)十分復(fù)雜的綜合性工作，必須遵循國(guó)家