畢業(yè)設(shè)計（論文）濟源鋼鐵集團110KV變電站的一次部分設(shè)計

1、緒 論隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，作為現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)和先行官電力工業(yè)，也隨之有了很大的發(fā)展。電力需求的大大增加，促使電力技術(shù)和電力工業(yè)進一步向高電壓、大機組、大電網(wǎng)的方向發(fā)展。由于大電網(wǎng)的出現(xiàn)，世界各國電力工業(yè)發(fā)展和運行的經(jīng)驗告訴我們：電力系統(tǒng)愈大，調(diào)度運行就愈能合理和優(yōu)化，經(jīng)濟效益就愈好，應(yīng)變事故的能力就愈強。所以許多發(fā)達的國家的電力系統(tǒng)都已聯(lián)合成統(tǒng)一的國家電力系統(tǒng)，甚至聯(lián)合成跨國電力系統(tǒng)。這可以說是現(xiàn)代電力工業(yè)發(fā)展的重要標(biāo)志。鑒于此，全國已形成東北、華北、華東、華中、西北和西南聯(lián)營等跨?。▍^(qū)）的聯(lián)合電力系統(tǒng)。已投入運營的三峽水電站，促使了全國電力系統(tǒng)的形成，成為全國電力系統(tǒng)的樞紐。根據(jù)我國社會

2、經(jīng)濟發(fā)展的需求，目前已形成新的發(fā)展戰(zhàn)略：“西電東輸，南北互供，全國性聯(lián)網(wǎng)”的發(fā)展戰(zhàn)略。為了能更好地合理開發(fā)一次能源，減少電力系統(tǒng)的總裝機容量，提高供電的可靠性及電能質(zhì)量，進而形成強大的聯(lián)合電力系統(tǒng)，更好地為工農(nóng)業(yè)和人民生活服務(wù)，就需要建設(shè)各種樞紐變電站和區(qū)域性供配電站。此次設(shè)計的濟源鋼鐵集團廠用110kv變電站，該站的建成，可以滿足企業(yè)的供電要求，在設(shè)計過程中考慮到該企業(yè)今后的發(fā)展，并可滿足5-10年的遠景供電需求。作為新建站，除了能夠滿足用電的需求的基本條件外，還必須考慮到自身的建站經(jīng)濟性、調(diào)度的靈活性和可靠性，并易于擴建和升級改進成微機綜合自動化。本次畢業(yè)設(shè)計針對變電站一次設(shè)計主要包括主變

3、的選擇、主接線的確定、短路電流的計算、電氣設(shè)備的選擇和防雷設(shè)計等。第1章 電力系統(tǒng)和變電站總體分析1.1 電力系統(tǒng)概述電力工業(yè)是一種將煤、石油、天然氣、水能、核能等一次能源轉(zhuǎn)換成二次能源的工業(yè)，它為國民經(jīng)濟的其它各部門的快速、穩(wěn)定發(fā)展提供足夠的動力，是國民經(jīng)濟的一項基礎(chǔ)工業(yè)和國民經(jīng)濟發(fā)展的先行工業(yè)，它的發(fā)展水平直接反映著國家的經(jīng)濟發(fā)展水平。隨著社會和科學(xué)的發(fā)展，電能被越來越廣泛的應(yīng)用于工農(nóng)也生產(chǎn)以及人民的日常生活中。電能可以方便的轉(zhuǎn)化為其它形式的能源，并且電能的分配和輸送易于實現(xiàn)，可以輸送到需要它的工作場合和生活場合。電能也可以促進工農(nóng)業(yè)的機械化和自動化。1.2 變電站概述變電站是匯集電源、升

4、降電壓和分配電力的場所，是發(fā)電廠和用戶聯(lián)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(lián)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(zhuǎn)變?yōu)檫m合的低壓電。在這里我們設(shè)計的是110kv的變電站。通常變電站是由高壓配電室、變壓器室和低壓配電室等組成的?？偟膩碚f變電站內(nèi)的總體布置合理，便于設(shè)備的操作、搬運、檢修和巡視，當(dāng)然也要便于未來的擴建性。根據(jù)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(tǒng)供電可靠性與

5、穩(wěn)定性的要求也不同。一級負荷是指將造成人身傷亡或引起對周圍環(huán)境嚴(yán)重污染對工業(yè)將造成經(jīng)濟的巨大損失，如重要的大型的設(shè)備損壞，重要產(chǎn)品或用重要原料生產(chǎn)的產(chǎn)品大量報廢，還可能引起社會秩序混亂或嚴(yán)重的政治影響；二級負荷是指回造成較大的經(jīng)濟損失，產(chǎn)品大量報廢或減產(chǎn)，還可能引起社會秩序的混亂或較嚴(yán)重的政治影響；三級負荷指造成的損失不大或者直接的經(jīng)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。1.

6、3 變電站的分類1.3.1按照變電站在電力系統(tǒng)中的地位和作用一、系統(tǒng)樞紐變電站樞紐變電站位于電力系統(tǒng)的樞紐點，它的電壓是系統(tǒng)最高輸電電壓，目前電壓等級有220kv、330kv(僅西北電網(wǎng))和500kv，樞紐變電站連成環(huán)網(wǎng)，全站停電后，將引起系統(tǒng)解列，甚至整個系統(tǒng)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，供電范圍廣。二、地區(qū)一次變電站地區(qū)一次變電站位于地區(qū)網(wǎng)絡(luò)的樞紐點，是與輸電主網(wǎng)相連的地區(qū)受電端變電站，任務(wù)是直接從主網(wǎng)受電，向本供電區(qū)域供電。全站停電后，可引起地區(qū)電網(wǎng)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

7、數(shù)較多，對供電的可靠性要求也比較高。三、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，供電范圍小，主變壓器容量與臺數(shù)根據(jù)電力負荷而定。全站停電后，只有本地區(qū)中斷供電。四、終端變電站終端變電站在輸電線路終端，接近負荷點，經(jīng)降壓后直接向用戶供電，全站停電后，只是終端用戶停電。1.3.2按照變電站安裝位置一、室外變電站室外變電站除控制、直流電源等設(shè)備放在室內(nèi)外，變壓器、斷路器、隔離開關(guān)等主要設(shè)備均布置在室外。這種變電站建筑面積小，建設(shè)費用低，電壓較高的變電站一般采用室外布置。二、室內(nèi)變電站室內(nèi)變電站的主要設(shè)備均放在室內(nèi)，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)

8、，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)。三、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(shè)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(wǎng)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(shù)為無人值班變電站。四、箱式變電站箱式變電站又稱預(yù)裝式變電站，是將變壓器、高壓開關(guān)、低壓電器設(shè)備及其相互的連接和輔助設(shè)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內(nèi)。箱式變電站是由工廠設(shè)計和制造的，結(jié)構(gòu)緊湊、占地少、可靠性高、安裝方便，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于居民小區(qū)和公園等場所。箱式變電站

9、一般容量不大，電壓等級一般為3kv35kv，隨著電網(wǎng)的發(fā)展和要求的提高，電壓范圍不斷擴大，現(xiàn)已經(jīng)制造出了132kv的箱式變電站。箱式變電站按照裝設(shè)位置的不同又可分為戶外和戶內(nèi)兩種類型。五、移動變電站將變電設(shè)備安裝在車輛上，以供臨時或短期用電場所的需要。1.3.3按照值班方式一、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。二、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(diào)度中心進行遙測遙控，變電站內(nèi)不設(shè)值班人員。1.3.4根據(jù)變壓器的使用功能一、升壓變電站升壓變電站是把低電壓變?yōu)楦唠妷旱淖冸娬?，例如在發(fā)電廠需要將發(fā)電機出口電壓升高至系統(tǒng)電壓，就是升壓變電站。二、降壓變電站與

10、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(tǒng)中，大多數(shù)的變電站是降壓變電站。1.4 本次設(shè)計企業(yè)變電站情況分析本次設(shè)計要求是為了滿足濟源鋼鐵集團生產(chǎn)的供電要求新建一個110kv的變電站，其中原始數(shù)據(jù)有電壓等級：110/10kv，線路回數(shù)：110kv：2回；10kv：6回，一次建成。主變?nèi)萘繛椋?臺31500kva。站址位于廠區(qū)外部，臨近負荷中心，交通方便，有充足的水源平均海拔200米，地震烈度為7度，年最高氣溫：+40；年最低氣溫-8。該站有2個電源：1個是無窮大系統(tǒng)，通過lgj185線路傳輸，長10公里；1個是50mw系統(tǒng)，通過lgj185線路傳輸，長3公里。系統(tǒng)電抗：0.24。

11、該站10kv側(cè)負荷如下表1-1：表1-1 10kv負荷負荷名稱負荷大小煉鋼1車間5000kw煉鋼2車間5000kw線材1車間4000kw線材2車間4200kw鋼鐵1車間3800kw鋼鐵2車間4000kw負荷總計26000kw1.5 小結(jié)本章主要根據(jù)任務(wù)設(shè)計書給出的負荷資料做出進一步的分析完善，分析的內(nèi)容包括：各電壓等級的負荷名稱、生產(chǎn)性質(zhì)和特點、負荷組成類別的百分比、負荷的自然力率等，對供電的要求和政策等。最后列出負荷表并附加了必要的說明文字。對該站的負荷進行總體的分析，為后面的主變壓器容量的選擇、電氣主接線的設(shè)計打下基礎(chǔ)。第2章 變電站主變壓器的選擇2.1主變選擇的一般原則2.1.1變壓器形

12、式的選擇一、 變壓器相數(shù)的確定若站址地勢開闊，不受運輸條件限制時，在330kv及其以下的發(fā)電廠和變電所中，均采用三相變壓器。二、 變壓器繞組數(shù)量的選擇在具有三種電壓的變電所中，如果通過主變壓器各繞組的功率達到該主變壓器容量的15%及以上，或低壓側(cè)雖無負荷，但在變電所內(nèi)需裝設(shè)無功功率補償設(shè)備時，主變宜采用三繞組變壓器。結(jié)合本次設(shè)計的具體實際情況，都應(yīng)選擇三繞組變壓器。三、 繞組連接方式參考電力工程電氣設(shè)計手冊和相應(yīng)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(cè)雖沒有負荷，但是在變電所的實際情況，由主變?nèi)萘窟x擇部分的計算數(shù)據(jù)，明顯滿足上述情

13、況。故該變電所主變選擇為三繞組變壓器。 參考電力工程電氣設(shè)計手冊和相應(yīng)規(guī)程指出：變壓器繞組的連接方式必須和系統(tǒng)電壓一致，否則不能并列運行。電力系統(tǒng)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(tǒng)，為取得中性點，所以都需要選擇的連接方式，而6-10kv側(cè)采用型的連接方式。故濟鋼110kv變電站主變應(yīng)采用的繞組連接方式為：，。四、 調(diào)壓方式的確定常用的調(diào)壓方式手動調(diào)壓和有載調(diào)壓。手動調(diào)壓用于調(diào)整范圍22.5%以內(nèi)；有載調(diào)壓用于調(diào)整范圍可達30%，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格較貴，常用于以下情況：1.接于出力變化大的發(fā)電

14、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(lián)絡(luò)變壓器。3.發(fā)電機經(jīng)常在低功率因數(shù)下運行時。規(guī)程規(guī)定，在滿足電壓正常波動情況下可以采用手動調(diào)壓方式(手動調(diào)壓方式的變壓器便于維修)。對于110kv站以往設(shè)計由于任務(wù)書已經(jīng)給出系統(tǒng)能保證本站110kv母線的電壓波動在5%之內(nèi)，所以可以采用手動調(diào)壓方式。綜合以上分析，本設(shè)計中基干濟鋼變電站的主變宜采用有載調(diào)壓方式。2.1.2 變壓器容量和臺數(shù)的選擇一、主變?nèi)萘康目紤]原則（參考電力工程電氣設(shè)計手冊）1.主變?nèi)萘窟x擇一般應(yīng)按變電所建成后5-10年的規(guī)劃負荷選擇，并適當(dāng)考慮到遠期幾年發(fā)展，對城郊變電所，主變?nèi)萘繎?yīng)與城市規(guī)劃相結(jié)合。2.

15、根據(jù)變電所帶負荷性質(zhì)和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)來確定主變?nèi)萘?，對有重要負荷的變電站?yīng)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間內(nèi)，應(yīng)保證用戶的一、二級負荷；對一般性變電站，當(dāng)一臺主變停運時，其余主變壓器應(yīng)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(yīng)從全網(wǎng)出發(fā)，推行系列化，標(biāo)準(zhǔn)化。（主要考慮備用品，備件及維修方便）二、主變臺數(shù)的考慮原則1.對大城市郊區(qū)的一次變，在中、低壓側(cè)構(gòu)成環(huán)網(wǎng)情況下，裝兩臺主變?yōu)橐恕?.對地區(qū)性孤立的一次變或大型的工業(yè)專用變電所，設(shè)計時應(yīng)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(chǔ)宜大于變壓器容量的1-2級設(shè)計，以便

16、負荷發(fā)展時更換主變。2.1.3主變壓器的冷卻方式根據(jù)變壓器型號的不同,其冷卻方式有：自然風(fēng)冷、強迫油循環(huán)風(fēng)冷、強迫油循環(huán)水冷、強迫導(dǎo)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(dǎo)將熱量散發(fā)，它沒有特制的冷卻設(shè)備。而油浸風(fēng)冷式是在油浸自冷式的基礎(chǔ)上，在油箱壁或散熱管上加裝風(fēng)扇，利用吹風(fēng)機幫助冷卻。加裝風(fēng)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(fēng)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(fù)回油箱。油冷卻器做成容易散熱的特殊形狀，利用風(fēng)扇吹風(fēng)或循環(huán)水作冷卻介質(zhì)，把熱量帶走。這種方式若把油的循環(huán)速度比自然對流時

17、提高3倍，則變壓器可增加容量30%。按一般情況，110kv變電站宜選用風(fēng)冷式。2.1.4是否選用自耦變壓器選擇自耦變壓器有許多好處，1、自耦變壓器體積小，質(zhì)量輕，節(jié)省材料。2、自耦變壓器由于所用材料少，銅耗、鐵耗減小，可提高效率。3、安裝運輸方便。但是自耦變高低壓邊有直接電的聯(lián)系，高壓邊發(fā)生故障直接波及低壓邊，適用于兩個電壓級中性點都直接接地的系統(tǒng)中，而本站只有110kv是中性點直接接地系統(tǒng)，且其多用于220kv及以上變電所，發(fā)電機升壓及聯(lián)絡(luò)變壓器。它經(jīng)小阻抗接地，短路電流大，造成設(shè)備選擇困難和對通信線路的危險干擾，且考慮到現(xiàn)場維護等問題，故不采用自耦變壓器。2.1.5 變壓器各側(cè)電壓的選擇作

18、為電源側(cè)，為保證向線路末端供電的電壓質(zhì)量，即保證在10%電壓損耗的情況下，線路末端的電壓應(yīng)保證在額定值，所以，電源側(cè)的主變電壓按10%額定電壓選擇，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，考慮到要選擇節(jié)能新型的，110kv側(cè)應(yīng)該選115kv, 10kv側(cè)選10.5kv。2.1.6 全絕緣、半絕緣、繞組材料等問題的解決在110kv及以上的中性點直接接地系統(tǒng)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(cè)采用分級絕緣的經(jīng)濟效益比較顯著，并且選用與中性點絕緣等級相當(dāng)?shù)谋芾灼骷右员Ｗo。10kv側(cè)為中性

19、點不直接接地系統(tǒng)中的變壓器，其中性點都采用全絕緣。2.2 本次設(shè)計變電站主變的確定 根據(jù)以上設(shè)計原則，本次設(shè)計變電站主變確定為雙繞組有載調(diào)壓電力變壓器，相關(guān)數(shù)據(jù)如下：變壓器型號：sfz7-31500/110 額定容量：31500kva 額定電壓：110/10.5kv 連接組標(biāo)號： yn，d11短路阻抗：10.5 % 空載電流：0.9%空載損耗：36kw 負載損耗：138kw軸距（橫向/縱向）：2000/1435 外形尺寸（長*寬*高，mm）：5600*4380*5330器身重：27.3t 油質(zhì)量：12t 總重：49t生產(chǎn)廠家：合肥變壓器廠第3章 電氣主接線設(shè)計3.1 引言電氣主接線設(shè)計的基本原

20、則是以設(shè)計任務(wù)書為依據(jù)，以國家的經(jīng)濟建設(shè)方針、政策、技術(shù)規(guī)定、標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)繩，結(jié)合工程實際情況，在保證供電可靠、調(diào)度靈活、滿足各項技術(shù)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(shè)備元件和設(shè)計的先進性與可靠性，堅持可靠、先進、適用、經(jīng)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(wǎng)絡(luò)，它要求用規(guī)定的設(shè)備文字和圖形符號，并按工作順序排列，詳細地表示電氣設(shè)備或成套裝置全部基本組成和連接關(guān)系，代表該變電站電氣部分的主體結(jié)構(gòu)，是電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。3.2 主接線設(shè)計的基本要求設(shè)計的合理性直接影響電力系統(tǒng)運行

21、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(guān)系。因此，我們要重視電氣主接線的設(shè)計。設(shè)計時應(yīng)依據(jù)35110kv變電所設(shè)計規(guī)范原則。第3.2.1條：變電所的主接線應(yīng)根據(jù)變電所所在電網(wǎng)中的地位、出線回路數(shù)、設(shè)備特點及負荷性質(zhì)等條件確定，并應(yīng)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

22、條：在采用單母線、分段單母線或雙母線的35110kv主接線中，當(dāng)不允許停電檢修斷路器時，可以設(shè)置旁路設(shè)施。當(dāng)有旁路母線時，首先宜采用分段斷路器或母聯(lián)斷路器兼做旁路斷路器的接線，當(dāng)110kv線路為6回及以上，3563kv線路為8回及以上時，可裝設(shè)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，采用斷路器的主接線不宜設(shè)旁路設(shè)施。第3.2.5條：當(dāng)變電站裝有兩臺主變時，610kv側(cè)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(dāng)不允許停電檢修斷路器時，可設(shè)置旁路設(shè)施。3.3 電氣主接線形式3.3.1單母線接線單母線接線只有一條母線，且每一支路均有qf，主接

23、線的基本構(gòu)成：電源母線出線。一、 簡單的單母線接線（單母不分段）優(yōu)點：接線簡單清晰，設(shè)備用量少，經(jīng)濟實用；有利用電源互為備用及負荷間的合理分配；正常投切與故障投切互不干擾，靈活方便。 缺點：母線范圍內(nèi)發(fā)生故障或母線及母線qs檢修時，需停止供電；各單元qf檢修時，該單元中斷工作。 二、分組單母線接線qf分段單母線用qf將母線分為兩組， 縮小了母線故障和母線檢修時的停電范圍， 有利于電源間的相互備用和負荷的合理分配 有兩種形式：并列的qf分段單母線qf合閘，優(yōu)點：當(dāng)i組母線發(fā)生故障時，qf跳開，退出故障母線而保證非故障母線繼續(xù)運行；缺點：短路電流大；在母線必須裝設(shè)繼保裝置。不并列的qf分段單線線用

24、qs斷開，當(dāng)i組母線發(fā)生故障時，可投入qf，使兩組母線并列運行，用qs分段單母線用qsf將母線分為兩組。與簡單的單母線相比： 相同點發(fā)生母線故障時會造成全部停電；不同點判明故障后，可恢復(fù)非故障母線運行，與qf分段的導(dǎo)母線相比：操作要慎重，步驟復(fù)雜。三、 單母線接線帶旁路四、 單線分段帶旁路單母線分段加旁路:其供電可靠性高,運行靈活方便,但投資有所增加,經(jīng)濟性稍差。特別是用旁路斷路器帶路時,操作復(fù)雜,增加了誤操作的機會。同時,由于加裝旁路斷路器,使相應(yīng)的保護及自動化系統(tǒng)復(fù)雜化。3.3.2 雙母線接線一、不分段的雙母線雙母線接線的特點：可輪流檢修母線而不影響正常供電。檢修任一母線側(cè)隔離開關(guān)時，只影

25、響該回路供電。工作母線發(fā)生故障后，所有回路短時停電并能迅速恢復(fù)供電?？衫媚嘎?lián)斷路替代引出線斷路器工作。便于擴建。由于雙母線接線的設(shè)備較多，配電裝置復(fù)雜，運行中需要用隔離開關(guān)切換電路容易引起誤操作；同時投資和占地面積也較大。二、雙母線分段接線一臺半斷路器接線有兩組母線，每一回路經(jīng)一臺斷路器接至一組母線，兩個回路間有一臺斷路器聯(lián)絡(luò)，組成一個“串”電路，每回進出線都與兩臺斷路器相連，而同一“串”支路的兩條進出線共用三臺斷路器。正常運行時，兩組母線同時工作，所有斷路器均閉合。 接線特點：運行靈活可靠。正常運行時成環(huán)形供電，任意一組母線發(fā)生短路故障，均不影響各回路供電。操作方便。隔離開關(guān)只起隔離電壓作

26、用，避免用隔離開關(guān)進行倒閘操作。任意一臺斷路器或母線檢修，只需拉開對應(yīng)的斷路器及隔離開關(guān)，各回路仍可繼續(xù)運行。二次接線和繼電保護比較復(fù)雜，投資較大。 注意：為提高運行可靠性，防止同名回路（指兩個變壓器或兩回供電線路）同時停電，一般采用交替布置的原則。重要的同名回路交替接入不同側(cè)母線；同名回路接到不同串上；把電源與引出線接到同一串上。 3.3.3 組式單元接線一、 發(fā)電機變壓器組式單元 1.一機一雙繞組變 t高壓側(cè)設(shè)qf2.一機+一三繞組t t各側(cè)均設(shè)qf3.二機+一雙繞組t t高壓側(cè)及發(fā)電機出口設(shè)qf 二、變壓器線路組式單元具有接線簡單,開關(guān)設(shè)備少,操作簡便,宜于擴建,以及因為不設(shè)發(fā)電機出口電

27、壓母線,發(fā)電機和主變壓器低壓側(cè)短路電流有所減小等特點。 三、發(fā)電機變壓器線路組3.3.4 橋形接線兩臺主變+兩回出線內(nèi)橋：橋靠近t側(cè) t1t2切投復(fù)雜（內(nèi)橋內(nèi)不便）。wl1、wl2切投方便。適用于：t切投較少的電站，否則會影響wl。正常運行時，無穿越性功率，線路較長。外橋：橋靠近wl側(cè) t1t2切投方便。wl1、wl2切投不便（外橋外不便）。適用于：t需頻繁操作。有穿越功率、線路較短。3.4 本次設(shè)計變電站的主接線設(shè)計綜合以上規(guī)程規(guī)定，結(jié)合本變電站的實際情況，110kv側(cè)有2回進線，10kv側(cè)有6回出線.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(wǎng)絡(luò)中處于重要的地位，各側(cè)均

28、不允許斷電。故可對各電壓等級側(cè)主接線設(shè)計方案作以下處理。3.4.1 110kv母線主接線方案確定根據(jù)要求可以草擬以下兩種方案，列表3-1對以上兩種方案進行比較：表3-1 110kv側(cè)主接線經(jīng)濟比較方案方案項目 方案i 單母分段方案ii 橋型接線可靠性1、 對重要用戶可以從不同段引出兩個回路，有兩個電源供電。當(dāng)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。當(dāng)一回線路故障時,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靈活性當(dāng)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。當(dāng)出線為雙回路時，常使用架空

29、線路出現(xiàn)交叉跨越。擴建時需向兩個方向均衡擴建。線路的切除和投入較復(fù)雜，需動作兩臺斷路器，并有一臺變壓器暫時停運。橋連斷路器檢修時，兩個回路需解列運行。變壓器側(cè)斷路器檢修時，變壓器需較長時期停運。經(jīng)濟性接線簡單，增加了設(shè)備,投資要較方案高接線簡單,運行設(shè)備少高壓斷路器數(shù)量少，四個回路只需三臺斷路器。由以上比較結(jié)果知，這方案1有較好的可靠性和靈活性。由于本變電站在整個系統(tǒng)中占有較重要的地位及本站的未來發(fā)展計劃，要求保證某些重要的車間不可中斷供電，故要求系統(tǒng)有更好的供電可靠性，綜合考慮，110kv側(cè)宜采用方案i。3.4.2 10kv母線主接線方案確定根據(jù)要求可以草擬以下兩種方案，列表3-2對以上兩種

30、方案進行比較：表3-2 10kv側(cè)主接線經(jīng)濟比較方案基本要求方案（）單母分段接線方案（）雙母線可靠性無論檢修斷路器或變壓器故障時，均不會造成重要的電力負荷停電。使用的電氣設(shè)備比較多，出現(xiàn)故障的幾率也比較大。具有較強的供電可靠性。選擇輕型的電氣設(shè)備。使用的設(shè)備比較多，出現(xiàn)故障的幾率比較高。靈活性電氣主接線的結(jié)構(gòu)簡單，但調(diào)度靈活性較差。易于擴建和擴展。運行方式相對簡單，并且具有較好的靈活性。易于擴建和實現(xiàn)自動化。經(jīng)濟性使用的電氣設(shè)備少，投資小，年運行費相對低。占地面積比較大。使用的設(shè)備相對少，投資少，年運行費用高。占地面積比較大。由表中分析可以知道，綜合考慮主接線的基本要求，合理考慮廠區(qū)電力負荷的

31、基本情況以及企業(yè)的經(jīng)濟狀況，通過比較，最后選擇第(i)方案，即采用單母分段接線形式，足以滿足企業(yè)電力負荷的用電要求，考慮了今后隨著經(jīng)濟的發(fā)展，還有擴建和擴展的可能。因此，選擇了單母線分段接線的主接線形式。本次設(shè)計主接線圖見附錄圖1所示。3.5 所用電接線方式根據(jù)設(shè)計要求，在本所用電源是從濟鋼集團變電站主變110kv側(cè)電壓母線上引接。3.6 10kv側(cè)限流問題 為合理選擇10kv側(cè)的電氣設(shè)備，必須考慮10kv側(cè)的開關(guān)柜的能否選用輕型電器，所以必須考慮10kv側(cè)是否有限流問題，經(jīng)過短路計算，若需要加限流措施，對110kv站首先考慮選擇大的阻抗結(jié)構(gòu)，其二，選擇變壓器分列運行的方式，都不滿足時再加限流

32、電抗器。經(jīng)計算后知，10kv側(cè)應(yīng)采取限流措施，因此所用變該用接地變，其型號為：ksjd-31.5/80/10.5,所用消弧線圈為：xdj-300/10。3.7 主變中性點接線的方式和設(shè)計3.7.1 110kv側(cè)接地方式根據(jù)電力系統(tǒng)的實際情況，110-500kv系統(tǒng)為大電流接地系統(tǒng)，所以變電站主變的110kv側(cè)的中性點應(yīng)選擇中性點直接接地方式。3.7.2 10kv側(cè)接地方式610kv側(cè)為中性點不直接接地方式，即應(yīng)該選用中性點不接地、經(jīng)高阻接地或經(jīng)消弧線圈接地方式。消弧線圈又分為完全補償和欠補償方式，為防止出現(xiàn)在滅接地電容電流出現(xiàn)時電弧諧振，一般選用過補償方式，具體采用那種接地方式，應(yīng)經(jīng)電容電流計

33、算，對10kv系統(tǒng)若接地電容電流大于30a時，應(yīng)選經(jīng)消弧線圈接地方式。若需要加裝消弧線圈時，需要考慮它的引接方式。10kv側(cè)需要加裝消弧線圈時，由于主變的10kv側(cè)是接線，沒有中性點，故對10kv側(cè)需加接地變，將中性點引出用以接消弧線圈，接地變的容量應(yīng)大于消弧線圈的容量，一般應(yīng)該在610kv的每一段母線上安裝型號一樣，相同容量的接地變，考慮接地變的低壓側(cè)可以獲取380v電源兼作所用電，所以選用接地變后就不用再選用50kva的所用變。消弧線圈的容量及型式的選擇顯然10kv側(cè)需要加消弧線圈，但由于主變的10kv側(cè)是接線，沒有中性點，故對10kv側(cè)需加接地變，將中性點引出以接消弧線圈，接地變的容量應(yīng)

34、大于消弧線圈的容量，查發(fā)電廠電氣部分設(shè)計計算資料可選用接地變型號為：ksjd-315/80/10.5,所用消弧線圈為：xdj-300/10，變比為：10.5/0.4,正序阻抗電壓為：4%。第4章 短路電流的計算4.1 引言在電力供電系統(tǒng)中，對電力系統(tǒng)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，以便都以最嚴(yán)重的短路形式為依據(jù)。因此，本文的短路電流計算都以三相短路為例。在供電系統(tǒng)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(shù)千安，短路電流通過電氣設(shè)備和導(dǎo)線必然要產(chǎn)生很大的電動力，并且使設(shè)備溫度急劇上升有可

35、能損壞設(shè)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(xiàn)的不對稱短路電流，將對通信線路產(chǎn)生干擾；當(dāng)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(tǒng)的運行解列。4.2 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(shè)備，避免在短路電流作用下?lián)p壞電氣設(shè)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(shù)i 次暫態(tài)短路電流，用來作為繼電保護的整定計算和校驗斷路器額定斷流容量。應(yīng)采用（電力系統(tǒng)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

36、定值。 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。s 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(jù)。4.3短路電流的計算的規(guī)定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，做出以下規(guī)定：1.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(tǒng)的電勢和電流是對稱的。2.認(rèn)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。3.輸電線路的分布電容略去不計。4.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

37、誤差很小。唯一例外的是電抗器，應(yīng)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。5.計算高壓系統(tǒng)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。6.短路點離同步調(diào)相機和同步電動機較近時，應(yīng)該考慮對短路電流值的影響。有關(guān)感應(yīng)電動機對電力系統(tǒng)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。7.在簡化系

38、統(tǒng)阻抗時，距短路點遠的電源與近的電源不能合并。8.以供電電源為基準(zhǔn)的電抗標(biāo)幺值3,可以認(rèn)為電源容量為無限大容量的系統(tǒng),短路電流的周期分量在短路全過程中保持不變。4.4 短路電流計算過程4.4.1 系統(tǒng)接線圖如圖4-1：圖4-1 系統(tǒng)接線圖4.4.2 參數(shù)計算： 所基準(zhǔn)值為：s=300mva u=115kv。系統(tǒng)電抗： x= x = 0.24 = 0 (4-1) x= x = 0.24 =1.152 (4-2)變壓器阻抗： u= 10.5 x=x=u = 0.105=1 (4-3)4.4.3 短路電流計算等效電路圖如圖4-2： 圖4-2 等效電路圖 將x和x并聯(lián)后，得x=0.5，等效簡化圖如圖4

39、-3： 圖4-3 等效簡化圖經(jīng)過查電力系統(tǒng)阻抗表可知（參見供配電設(shè)計手冊97頁）各種線行的單元電抗：lgj-185所對應(yīng)的單元電抗為x=0.416/mx為 s對k的轉(zhuǎn)移阻抗：x= xl=0.4163=0.943 (4-4)x為s對k的轉(zhuǎn)移電抗：x=x=1=0.5x為s對k的轉(zhuǎn)移阻抗：x= x+ x=0.943+0.5=1.443各電源的計算電抗：用是式x=x計算:a節(jié)點發(fā)電機對短路點k的計算電抗：x=1.443=0.3a節(jié)點發(fā)電機對短路點k的計算電抗：x=0.943=0.196電源s對短路點k的計算電抗：x=0.5=由于x3,直接由得i=0查運算曲線得電源0秒短路電流標(biāo)幺值：i=3.3，i=5

40、.0電源2秒短路電流標(biāo)幺值：i=2.2，i=2.55電源4秒短路電流標(biāo)幺值：i=2.25，i=2.7k點的短路電流：i=3.3=11.34（ka）；i=2.2=7.56（ka）；i=2.25=7.73（ka）；i=1.62 i=1.6211.34=18.37（ka）；i=2.69 i=2.6911.34=30.5(ka)為了限流，我們還可以采用變壓器的分列運行，選用短路點k，但是鑒于上面的計算的得，對于短路點k，有i=11.34ka，當(dāng)選擇zn5-10/630型斷路器時，對于10kv電壓級i=20ka11.34ka,故滿足要求，無須再進行短路電流的計算。k點的短路電流：i=5.0=1.57（k

41、a）；i=2.55=0.8（ka）；i=2.7=0.85（ka）；i=1.62 i=1.621.57=2.54（ka）；i=2.69 i=2.691.57=4.22(ka)計算結(jié)果如表4-4：表4-4 短路電流計算結(jié)果短路電流短路點i（ka）i tk/2 （ka）i tk（ka）ish（ka）k111.347.567.7318.37k21.570.80.852.54第5章 高壓電氣設(shè)備的選擇5.1引言正確選擇設(shè)備是使電氣主接線和配電裝置達到安全、經(jīng)濟的運行的重要條件。在進行設(shè)備選擇時，應(yīng)根據(jù)工程實際情況，在保證安全可靠的前提下，積極而穩(wěn)妥的采用新技術(shù)，并注意節(jié)約投資，具體選擇方法也就不完全一樣

42、。但對它們的要求卻是基本相同的。電力系統(tǒng)中的各種電氣設(shè)備，其運行條件完全一樣，選擇方法也不完全相同，但對它們的基本要求是相同的。電氣設(shè)備要想能可靠地工作，必須按正常運行條件進行選擇，并且按短路條件校驗其熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定。5.2 選擇導(dǎo)體和電氣設(shè)備的基本條件5.2.1 按長期工作條件選擇 依據(jù)導(dǎo)體和電器的選擇設(shè)計技術(shù)規(guī)定: 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： （5-1） 其中， 一般按照選擇電氣設(shè)備的額定電壓。對于導(dǎo)體： （5-2）對于電器： （5-3） 的計算方法 1. 匯流主母線 （1） 110kv主母線：按實際功率分布進行計算 （2） 10kv主母線： （5-4）

43、 2. 旁路母線回路 3. 主變的引下線 （5-5） 4. 出線 單回線： 雙回線： 5. 母聯(lián)回路 6. 分段回路 （5-6） 其中：k=0.50.8 7. 10kv并聯(lián)電容器回路 （5-7） 5.2.2 按經(jīng)濟電流密度選擇導(dǎo)體依據(jù)導(dǎo)體和電器選擇設(shè)計技術(shù)規(guī)定的如下規(guī)定：1. 載流導(dǎo)體應(yīng)選擇鋁質(zhì)材料。2. 除配電裝置的匯流母線外，較長導(dǎo)體的截面應(yīng)按經(jīng)濟密度選擇，導(dǎo)體的經(jīng)濟電流密度可按照附錄四所列數(shù)值選取。當(dāng)無合適規(guī)定導(dǎo)體時，導(dǎo)體面積可按經(jīng)濟電流密度計算截面的相鄰下一檔選取。選取條件：經(jīng)濟截面 （5-8） j經(jīng)濟電流密度注意：按此法選擇導(dǎo)體后，必須按長期發(fā)熱校驗。5.3 導(dǎo)體和電氣設(shè)備的校驗條件

44、5.3.1 導(dǎo)體的選擇一、母線的選擇對母線的選擇，相應(yīng)書籍中有的如下歸定：1.載流導(dǎo)體宜采用鋁質(zhì)材料，下列場所可選用銅質(zhì)材料的硬導(dǎo)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(dǎo)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(yán)重腐蝕的場所。2. 20kv以下回路的正常工作電流在4000a及以下時，宜采用矩形導(dǎo)體，在4000-8000a時，宜選用槽形導(dǎo)體。 3. 110kv及以上高壓配電裝置，當(dāng)采用硬導(dǎo)體時，宜選用鋁合金管形導(dǎo)體。二、10kv出線電纜選擇1. 電力電纜應(yīng)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

45、壓降校驗。（5）熱穩(wěn)定校驗。（6）電纜的動穩(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，國內(nèi)工程一般選用鋁芯，電纜的型號應(yīng)根據(jù)其用途，敷設(shè)方式和使用條件進行選擇，濟鋼變電站10kv出線選用三相鋁芯電纜。3. 電壓選擇：電纜的額定電壓應(yīng)大于等于所在電網(wǎng)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(dāng)電流的最大負荷利用小時數(shù)大于5000小時且長度超過20m時，應(yīng)按經(jīng)濟電流密度選擇。5.3.2 電器選擇的依據(jù)一、斷路器選擇根據(jù)規(guī)定：35kv及以下，可選用少油、真空、多油斷路器等，應(yīng)注意經(jīng)濟性。35kv220kv可選用少油、sf6、空氣斷路器等。綜合

46、考慮，盡量利用經(jīng)過國家鑒定推薦使用的新產(chǎn)品，又110kv為檢修方便，選用sf6斷路器，10kv側(cè)采用真空斷路器。二、隔離開關(guān)的選擇隔離開關(guān)的型式很多，按安裝地點的不同可分為屋內(nèi)式和屋外式；按絕緣支柱數(shù)目可分為單柱式和雙柱式。它對配電裝置的占地面積有很大影響，選型時應(yīng)根據(jù)配電裝置的特點和使用要求以及經(jīng)濟技術(shù)條件來確定。由于本設(shè)計中均采用手車式斷路器，故10kv側(cè)不用選隔離開關(guān)。三、電壓互感器選擇電壓互感器是二次回路中測量和保護用的電壓源，通過它反映系統(tǒng)的運行狀況，它的作用是將一次高壓變?yōu)槎蝹?cè)的低電壓便于測量。依據(jù)電力工程設(shè)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(shù)量和配置、主接線方

47、式有關(guān)，并應(yīng)滿足測量、保護周期和自動裝置的要求。電壓互感器應(yīng)能在運行方式改變時，保護裝置不得失壓，周期點的兩側(cè)都能提取到電壓。2. 6220kv電壓等級的一組主母線的三相上應(yīng)裝設(shè)電壓互感器，旁路上是否需要裝設(shè)壓互，應(yīng)視各回出線外側(cè)裝設(shè)壓互的情況和需要確定。3.當(dāng)需要監(jiān)視和檢測線路側(cè)有無電壓時，出線側(cè)的一相上應(yīng)裝設(shè)壓互。又根據(jù)導(dǎo)體和電器選擇技術(shù)規(guī)定：1.電壓互感器應(yīng)按下列技術(shù)條件選擇和校驗：（1）一次回路電壓。（2）二次電壓。（3）二次負荷。2.電壓互感器的型式應(yīng)按下列使用條件選擇:（1）準(zhǔn)確度等級。（2）繼電保護及測量的要求。（3）320kv屋內(nèi)配電裝置宜采用油浸絕緣結(jié)構(gòu)，也可采用樹脂澆注絕緣

48、結(jié)構(gòu)的電磁式電壓互感器。（4）35kv配電裝置宜采用電磁式電壓互感器。（5）110kv及以上配電裝置，當(dāng)容量和準(zhǔn)確度等級滿足要求時，宜采用電容式電壓互感器。3.用于中型點直接接地系統(tǒng)的電壓互感器，其第三繞組電壓應(yīng)為100v，用于中性點非直接接地系統(tǒng)的電壓互感器，其第三繞組電壓應(yīng)為100/3v。四、電流互感器選擇目前電力系統(tǒng)中用的廣泛是電磁式電流互感器，它的原理和變壓器相似，他的特點：一次繞組串聯(lián)在電路中，并且很少，電流取決于被測試電路的負荷電流，而與二次側(cè)電流的大小無關(guān)；二次側(cè)的電流繞組阻抗很小，所以它在近于短路的狀態(tài)下運行。電流互感器的選擇應(yīng)符合以下幾點：1.凡裝有斷路器的回路均應(yīng)裝設(shè)電流互感器。2.發(fā)電機和變壓器的中性點、發(fā)電機和變壓器的出口、橋形接線的跨條上等也應(yīng)裝設(shè)電流互感器。3.對直接接地系統(tǒng)，按三相配置；對非直接接地系統(tǒng)，依具體要求按兩相或三相裝配。五、絕緣子和穿墻套管其選擇依據(jù)如下： 1.屋外支柱絕緣子宜采用棒式支柱絕緣子；屋外支柱絕緣子需倒裝時，可用懸掛式支柱絕緣子；屋內(nèi)支柱絕緣子宜采用聯(lián)和膠裝的多棱式支柱絕緣子。2.屋內(nèi)配電裝