某綜合維修工區(qū)變電所設計和實現(xiàn)電氣工程專業(yè)

1、某綜合維修工區(qū)變電所設計A comprehensive maintenance substation design開題報告題 目綜合維修工區(qū)變電所設計1、研究背景為了綜合維修工區(qū)中各用電設備的正常使用，變電所的設計則成為了重點。變電所做為電力系統(tǒng)的重要組成部分，它直接影響整個電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行，是聯(lián)系牽引變電所和工區(qū)內(nèi)用電設備的中間環(huán)節(jié)，起著變換和分配電能的作用。如果綜合維修工區(qū)變電所出現(xiàn)故障，會導致用電設備無法正常使用，維修工區(qū)內(nèi)有大量的信號設備，對供電要求相對較高，斷電則會使信號無法傳輸，設備檢修不及時；經(jīng)濟的損失，綜合維修工區(qū)同樣對機車和鐵軌提供維護，變電所不穩(wěn)定供電就會導致機車出現(xiàn)

2、故障時，無法檢修導致不能投入運行；還有可能造成工作人員的傷亡，鐵軌長時間使用后也會出現(xiàn)偏差，若工程檢修車或工作人員不能及時進行維護，就會造成機車出軌，造成較大的人員傷亡。2、國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀國外研究現(xiàn)狀及特點：目前國際建筑電氣的設計水平已經(jīng)非常的先進，技術(shù)要求和可靠性要求越來越高，針對綜合維修工區(qū)變電所的設計已經(jīng)有了相當成熟的設計過程。設計過程選型計算準確，避免了粗獷選型造成的不必要浪費。同時各項用電設備選型技術(shù)較為先進，都是當今所使用的節(jié)能型，性能型產(chǎn)品。對工區(qū)變電所的供配電系統(tǒng)正常運行起到了保駕護航的作用。目前國際上關(guān)于鐵路方面綜合維修工區(qū)的供配電設計，正逐步的向整體智能化前進，并取得了非

3、常可觀的成果。國內(nèi)研究現(xiàn)狀及特點：當前國內(nèi)電氣化設施的設計水平已經(jīng)可以設計出一套較為安全可靠同時經(jīng)濟的變電所供配電系統(tǒng)。國內(nèi)綜合維修工區(qū)變電所的設計主要依據(jù)供配電系統(tǒng)設計規(guī)范(GB50052-2009)、通用用電設備配電設計規(guī)范(GB50054-95)、10KV及以下變電所設計規(guī)范等。3、研究內(nèi)容及研究方案(1) 資料收集；收集、閱讀多篇論文，總結(jié)關(guān)于變電所設計的有關(guān)資料。確定維修工區(qū)內(nèi)的用電負荷及其負荷等級。(2) 負荷計算；對維修工區(qū)變電所設計中用電負荷根據(jù)負荷等級、地理位置、工作制等原則進行分類，并根據(jù)需要系數(shù)法進行負荷計算。(3) 主接線圖的設計；根據(jù)安全可靠靈活經(jīng)濟的原則進行主接線圖

4、的設計，并依據(jù)實際情況選擇合適的接線形式。(4) 短路計算；采用標幺制法計算短路電流。根據(jù)提供的數(shù)據(jù)，出口斷路器容量、選擇的變壓器容量及線路阻抗等數(shù)據(jù)進行計算(5) 設備和導線的選擇及校驗；根據(jù)動穩(wěn)定度、熱穩(wěn)定度合理的選擇一次設備，避免線路和變壓器出現(xiàn)故障；導線包括母線、電纜，母線應依據(jù)經(jīng)濟電流密度選擇，其余導線應依據(jù)實際情況，按動熱穩(wěn)定度選擇(6) 防雷、接地設計；防雷包括防直擊雷、防感應雷、防雷電波侵入。變電所應裝設避雷針、避雷帶等設備進行防雷保護，接地保護中應計算出接地電阻。4、預期達到的目標綜合維修工區(qū)變電所的設計滿足安全、經(jīng)濟、操作簡單的要求，能在故障的短時間內(nèi)斷開故障線路線路，并切

5、換到備用線路上，防止出現(xiàn)設備的損壞和人身危害。此變電所設計應當滿足當前國家的各項標準和規(guī)范要求，并且滿足社會發(fā)展的要求，還應適應可拓展性。 2019年3月13日摘 要綜合維修工區(qū)做為鐵路安全穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)，起著重要的作用。工區(qū)內(nèi)有各種鐵路建設、維修的設備。為了使設備正?？煽窟\行，變電所的設計成為了核心。本設計根據(jù)某綜合維修工區(qū)所能取得的供電電源以及該區(qū)域用電負荷實際情況，利用系數(shù)法完成負荷計算，同時根據(jù)負荷計算所得結(jié)果實現(xiàn)了無功補償計算，基于此確定變壓器的類型和臺數(shù)以及具體的安裝位置等，利用標幺制法完成短路電流計算，并實現(xiàn)了設備選型，考慮雷暴天氣對輸電線路的安全性所產(chǎn)生的影響配備了防雷保護裝置

6、以及接地裝置；繪制了維修工區(qū)變電所主接線圖，最終完成了供配電系統(tǒng)設計。綜上，本設計中采用單母線接線方式，所選變壓器型號：S9-800/10。通過各類計算實現(xiàn)了某綜合維修工區(qū)變電所的設計，并且要滿足對鐵路線上不同設施檢修的需求，設計了安全、可靠、經(jīng)濟性好的變電所供電系統(tǒng)，使最終的設計方案達到預期要求。關(guān)鍵詞：變電所；供配電系統(tǒng)；防雷接地 AbstractThe comprehensive maintenance work area plays an important role as the basis for the safe and stable operation of the railw

7、ay. There are various railway construction and maintenance equipment in the work area. In order to make the equipment operate normally and reliably, the design of the substation has become the core.According to the power supply of a comprehensive maintenance work area and the actual load of the area

8、, the calculation method is completed by the coefficient method. At the same time, the reactive power compensation calculation is realized according to the load calculation result. Based on this, the type and number of transformers are determined. As well as the specific installation location, the s

9、hort-circuit current calculation is completed by the standard method, and the equipment selection is realized. The lightning protection device and the grounding device are equipped in consideration of the impact of the thunderstorm weather on the safety of the transmission line; The main wiring diag

10、ram of the substation in the work area finally completed the design of the power supply and distribution system.In summary, this design uses a single bus connection, the selected transformer model: S9-800/10. Through various calculations, the design of a substation in a comprehensive maintenance wor

11、k area has been realized, and the need for maintenance of different facilities on the railway line has been met. A safe, reliable and economical substation power supply system has been designed to make the final design. Meet the expected requirements.Keywords: substation； power supply system,；lightn

12、ing protection,；grounding目 錄第1章緒論11.1課題研究的目的意義11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀11.2.2國外研究現(xiàn)狀11.3論文研究內(nèi)容2第2章 負荷計算及無功功率補償32.1電力負荷32.2電力負荷的分級32.3各級電力負荷對供電電源的要求42.4負荷計算42.5無功補償6第3章變電所主變壓器的選擇及變電所所址的確定73.1變電所主變壓器的選擇73.1.1變電所主變壓器臺數(shù)的選擇73.1.2變電所主變壓器的形式的選擇73.1.3變電所主變壓器聯(lián)結(jié)組別的選擇83.1.4變電所主變壓器容量的選擇83.2變電所所址的確認8第4章主接線方案的選擇94.1

13、變電所主接線的意義94.2車間變電所的主接線分類94.3主接線方案的選定論證94.3.1第一種主接線方案94.3.2第二種主接線方案的提出104.4主接線方案的比較和選定11第5章 短路計算135.1短路電流的基本概念135.1.1短路的危害135.1.2計算短路電流的目的135.2短路電流計算13第6章變電所一次設備的選擇及校驗186.1變電所一次設備分類186.2變電所一次設備的選擇186.3變電所一次設備的選擇原則196.3.110kV一次側(cè)設備的的選擇及校驗206.3.20.4kV一次側(cè)設備的選擇校驗216.4高低壓母線的選擇和校驗226.5導線和電纜截面的選擇條件226.6變電所進出

14、線的選擇及校驗236.6.110kV高壓進線和引入電纜的選擇236.6.20.4kV低壓出線的選擇24第7章 變電所二次回路方案的選擇257.1變電所保護的配置257.2高壓斷路器控制和信號電路257.3高低壓側(cè)的電能計量電路25第8章變電所的防雷保護與接地裝置設計278.1防雷設備278.2變電所防雷保護278.2.1直擊雷防護278.2.2避雷器的選擇288.3變電所公共接地裝置的設計28第9章結(jié)論30參考文獻31致謝32附 錄33附錄A外文資料33附錄B 主接線圖44第1章緒論1.1課題研究的目的意義針對鐵路而言，綜合維修工區(qū)是鐵路中各設施的安全、穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)。工區(qū)內(nèi)含有大量用來檢修鐵

15、路的用電設備，為了設備的正常運行，變電所的設計成為了核心。變電所是電力系統(tǒng)的核心，連接著牽引變電所和廠區(qū)內(nèi)的用電設備。如果綜合維修工區(qū)變電所運行出現(xiàn)問題，會導大量信號用電設備無法正常使用，故障信號無法傳輸，設備檢修不及時；機車和鐵軌長時間運行也會出現(xiàn)偏差，變電所不穩(wěn)定供電會導致維修設備不能使用，無法檢修導致鐵路不能投入運行；嚴重時還有可能造成工作人員的傷亡。完善綜合維修工區(qū)變電所設計具有深層的意義。 1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜合維修工區(qū)做為用電設施的提供檢修，工區(qū)容通信、供電、檢修、建設于一體。如今綜合維修工區(qū)已經(jīng)鐵路、地鐵等多方面各有發(fā)展。國內(nèi)、國外各有領(lǐng)先的科技技術(shù)。1.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀目前

16、，我國變電所設計技術(shù)比較成熟，已經(jīng)走在電力技術(shù)的前沿。目前而言，我國變電接線方案具有簡單化的特點，而且相關(guān)設備質(zhì)量也有所提升，與此同時，電網(wǎng)供電更加可靠，而且在變電工作中起到重要作用的短路器，在制造技術(shù)方面也有所提升；接線方案簡單化，投資省。變電所開始采用大量新的一次電氣設備，趨于無油化，性能高，安裝簡單，運行維護方便，例如SF6氣體絕緣設備。國內(nèi)變電所發(fā)展逐漸趨于數(shù)字化、自動化。但是其中還存在一些突出問題，損耗高，效率低等1.2.2國外研究現(xiàn)狀就國外而言，其變電設備愈發(fā)朝著數(shù)字化的方向發(fā)展，這主要體現(xiàn)在以下方面：一次設備 演進的更加智能，而且二次設備朝著網(wǎng)絡化方向發(fā)展，并且符合IEC6185

17、0的相關(guān)要求?？傮w而言，裝配化、智能化以及自動化，集繼電保護、故障濾波、所內(nèi)監(jiān)控等功能為一體。相對于國內(nèi)來說，國外變電所設計技術(shù)更加成熟，主要在電氣設備上體現(xiàn)較為明顯，其性能更加突出，安裝檢修方便，造價低，使用壽命長。國外變電所一次設備的技術(shù)也較為先進。目前而言，這一領(lǐng)域的世界各地相關(guān)專家主要從以下幾個方向進行技術(shù)方面的攻克，著眼于更加智能化、低成本的供電設備研發(fā)，從而達到電網(wǎng)系統(tǒng)全面化這一最終要求。（1） 實現(xiàn)電力系統(tǒng)之間的通信協(xié)調(diào)性，使得互聯(lián)互通成為可能，增加從傳輸?shù)谋憷?。?） 加大力度布控通信系統(tǒng)，使其在商業(yè)化上城管委可能；（3） 利用儀表電器等相關(guān)圖紙，實現(xiàn)開關(guān)設備以及變壓器的智能

18、型轉(zhuǎn)變；（4） 實現(xiàn)電器設備的遠程化終端控制；（5） 進一步發(fā)展和優(yōu)化智能儀表這一系統(tǒng)；（6） 以期為電力系統(tǒng)算法這一領(lǐng)域貢獻出更加精準和快速的控制方案。1.3論文研究內(nèi)容按照實際情況中的工廠工程要求，實施了本次設計，主要著眼于綜合維修工區(qū)這一區(qū)塊的變電所設計工作。主要內(nèi)容為以下幾個方面：（1） 在運行過程中完成負荷計算以及無功補償這兩部分；（2） 將綜合維修工區(qū)這一區(qū)塊的變電所具體所址以及型式進行確定。（3） 將綜合維修工區(qū)這一區(qū)塊所在變電所選擇的主接線方案和主變壓器型號；（4） 參考短路計算的最終結(jié)果來選擇設備。（5） 按照實際情況對綜合維修工區(qū)這一區(qū)塊的電源進行以及高壓配電線路這兩方面進

19、行綜合性的篩選。（6） 按照實際情況對電源進行這方面的二次回路方案進行評估和選擇。（7） 將綜合維修工區(qū)這一區(qū)塊的防雷保護以及接地裝置兩方面實施綜合設計工作。第2章 負荷計算及無功功率補償2.1電力負荷電力負荷，也叫電力負載，通常情況下可按照定義分成下列兩類：其一，可用于表征產(chǎn)生電能消耗的用電設備以及用電單位，可以重要負荷為例。其二，可用于表征產(chǎn)生電能消耗的設備以及單位的具體電功率或者電流，可以輕負載為例。2.2電力負荷的分級對于綜合維修工區(qū)這一區(qū)塊，電力負荷可根據(jù)供電可靠性要求以及中斷供電損失來劃分等級2：一級負荷指出現(xiàn)供電中斷時發(fā)生極為嚴重的人傷亡這一現(xiàn)象，或者在政治以及經(jīng)濟方面損失巨大，

20、可以重要設備損壞為例。如果發(fā)突然斷電，而造成中毒、爆炸以及火災等后果，或者供電處的重大設施必須保持供電，以上情形可判別為重要負荷，相應的，這一維修區(qū)塊需設定為一級負荷；與之對應的，二級負荷指的是發(fā)生斷電情況可能會造成較為嚴重的經(jīng)濟或者政治損傷，而不會對人身安全有影響，比如大型重要設備的損壞等。維修工區(qū)內(nèi)二級負荷較多，維修中心辦公樓、民用通信、公安通信、消防通信、綜合工區(qū)辦公樓、安全防護設備、綜合動力、中心辦公樓信號主用、中心辦公樓信號備用、工區(qū)辦公樓信號主用、工區(qū)辦公樓信號備用、消防設施；三級負荷為一般的電力負荷，指所有不屬于上述兩種級別的負荷。例如照明設備、單身宿舍、食堂、浴室。另一種判定方

21、法是根據(jù)工作制進行劃分的，具體為連續(xù)工作制這一類（能夠在恒定負荷下實施作業(yè)，運行時間較長，能夠保證其熱平衡狀態(tài)的發(fā)生），短時工作制設備（具體指恒定負荷條件下實施作業(yè)時間較短，中間具有較長的停歇時段）以及斷續(xù)周期工作制設備（具體指在實施作業(yè)工程中可進行周期性的工作或者停滯）。本次設計中用電設備都是連續(xù)工作制設備，可以根據(jù)用電設備的等級及設備類型來分配，利于負荷計算的進行。 第1組：維修中心辦公樓、綜合動力、綜合工區(qū)辦公樓、安全防護設備、消防設施第2組：民用通信、消防通信、公安通信、中心辦公樓信號主用、備用、工區(qū)辦公樓信號主用、備用；第3組：單身宿舍、食堂、浴室、照明設備。2.3各級電力負荷對供電

22、電源的要求1.從重要性的程度上來看，一級負荷可謂重中之重，若出現(xiàn)供電中斷，將會造成嚴重后果，因此按照有關(guān)要求，需要設置兩個獨立的供電設備，以防其中一個產(chǎn)生嚴重故障現(xiàn)象，另一個能夠及時替補，從而使得維修工區(qū)設備進行正常運轉(zhuǎn)。與之對應的，一級負荷也尤為重要，在設置備用電源設備之外，還需設置應急電源（EPS）這一設備。而且要求這一電源只能對重要負荷供電提供供電工作。由于本文涉及到的設備不包含一級負荷，因而無需對應急電源這一方面進行考慮。2.二級負荷對供電電源的要求按照劃分，二級負荷同樣是極為重要的，因此需要設置雙回路供電設備，而維修工區(qū)變電壓器也要求設置兩臺。在實際作業(yè)工程中，如果出現(xiàn)單一的回路以及

23、變壓器故障現(xiàn)象，那么可以保證通信設備以及綜合動力這兩方面的二級負荷正常的電力供應，如果發(fā)生電力突然斷供的現(xiàn)象，那么能夠?qū)崿F(xiàn)備用線路以及電源的及時啟用，以恢復供電，維持工區(qū)各設備的正常運行。3.三級負荷對供電電源的要求通常來講，三級負荷不被視為重要負荷，那么沒有具體的供電負荷方面的相關(guān)要求。維修工區(qū)內(nèi)食堂、浴室、宿舍等短時間斷電不會造成危害，也不會導致電力系統(tǒng)的不正常運行。2.4負荷計算在進行供電系統(tǒng)的原件負荷值計算的過程中，具體應對各元件的發(fā)熱條件進行參照。具體的符合計算過程中，通常涉及到需要系數(shù)法或者二項式法，通常利用前者進行運算。如果出現(xiàn)設備臺數(shù)比較少而且各個設備容量沒有較大的差別這一情況

24、時，通常利用系數(shù)計算這一方法。如果設備臺數(shù)本身比較少，而且各個設備之間容量查表比較大，那么通常使用二項式這一計算方法3。而本研究當中，設備相對較多，同時各個設備之間容量差別較小，因此在計算過程中實施系數(shù)法來實施相關(guān)運算。供電系統(tǒng)安全可靠地正常運行的前提，就是必須精確地選擇系統(tǒng)中各個器件，具體可包含電力變壓器、開關(guān)設備或者是導線電纜等方面。具體作業(yè)過程中，擇取的元件需要有電壓或者頻率方面的相關(guān)要求，而且必須達到相關(guān)的負荷電流，因而對變電所區(qū)塊的全部用電設備均需要實施相應的負荷運算，其目的如下：(1) 對變電所區(qū)塊的變壓器進行負荷電流以及視在功率等相關(guān)方面的運算，以此來進行變壓器容量方面的選擇。(

25、2) 對各個電氣設備所流通的電流負荷以及各個輸電線路所載有的負荷電流進行相應的計算，其結(jié)果可以成為設備、電纜以及母線等方面篩選的依據(jù)。(3) 對尖峰負荷進行相關(guān)運算，以實現(xiàn)保護電氣設備相關(guān)的整定計算，或者對電動機的啟動條件進行評估。(4) 進行電氣設計時，作為技術(shù)支持。 以下具體的系數(shù)法計算公式：P=KdPe ：Q=Ptan：S=Pcos：I=S3UN表2-4負荷計算結(jié)果負荷名稱負荷等級設備容量(kw)Kdcostan計算負荷P(kw)Q(kvar)S(kV·A)I(A)第1組維修中心辦公樓1000.60.60.860481005.78綜合工區(qū)辦公樓1000.60.60.860481

26、005.78綜合動力600.70.80.64225.252.53.03安全防護設備4010.80.64024502.89消防設施4010.850.534021.247.062.71第2組中心辦公樓信號主用300.80.50.872420.88482.77中心辦公樓信號主用300.80.50.872420.88482.77工區(qū)辦公樓信號主用300.80.50.872420.88482.77中心辦公樓信號備用200.80.50.871613.92321.85工區(qū)辦公樓信號備用200.80.50.871613.92321.85工區(qū)辦公樓信號備用200.80.50.871613.92321.85民用通

27、信300.90.70.712719.1738.572.22消防通訊300.90.80.62716.233.751.95公安通訊300.90.80.62716.233.751.95第3組單身宿舍1000.650.60.86552108.336.25照明設備8010.90.448035.288.895.13食堂、浴室800.550.550.844436.96804.62總計581.44424.20719.7341.572.5無功補償無功補償按工作電壓等級分為低壓無功補償和高壓無功補償。此綜合維修工區(qū)變電所由牽引變電所向工區(qū)變電所供電，再轉(zhuǎn)換成適合所內(nèi)設備直接使用電壓等級，高壓配電線路上的功率損耗可

28、忽略不計。變電所的總計算負荷：P30=Kp×P30=0.92×632= 581.44kWQ30=Kq×Q30=0.95×446.28=424.20kvarS30=P302+Q302 719.73KV·Acos= P30/Q30 = 581.44/719.73 0.81變電所10kV高壓側(cè)在最大負荷時，要求具體的功率因素應在0.9或者以上，經(jīng)過上述計算，可得出cos=0.81<0.9。而在實際操作中，無功功率損耗相比于有功功率損耗而言要大很多，那么在此情況下要求功率因素達到0.9或者以上，則要在0.4kV這一母線上實施并聯(lián)電容器的安裝再進行

29、補償調(diào)適，如果補償調(diào)適之后，計算得到功率因素達到0.92，那么可得出相應的電容補償容量，具體可見下面公式： Qc=P30(tg1-tg2)=581.44×（tanarccos0.81tanarccos0.92）=174.43kvar如果選擇這一型號的電容器，那么可用下面式子進行電容器數(shù)量的計算：n = QC/qc = 174.43/200 =0.87如假設n=1，那么對實際的補償容量進行計算，為QC=200×1=200 kvar在實施無功補償過后，可對變電所低壓側(cè)的符合進行相應計算：S'30(2)=P302+(Q30-Qc)2=581.442+(424.20-200

30、)2=623.17KV·A變壓器的功率損耗為：（估算PT（0.01-0.02）,QT（0.05-0.08）PT = 0.01 S30= 0.01 ×623.17 =6.23kwQT = 0.05 S30= 0.05 ×63.17 = 31.16kvar變電所高壓側(cè)計算負荷為：P30,= 581.44+ 6.23 = 587.67kwQ30,= (424.20-200)+ 31.16=255.36 Kvar S30,=P30, 2+Q30, 2=587.672+255.362=640.75KV·A無功率補償后，工廠的功率因數(shù)為： cos= P30,/ Q3

31、0,= 587.67 /640.75= 0.920.9因此，符合本設計的要求。第3章變電所主變壓器的選擇及變電所所址的確定電力系統(tǒng)將電能安全輸送到變電所，然后經(jīng)過變壓器的變壓分配到綜合維修工區(qū)各個車間設備。就功能而言，變電所可以從上一級的電力系統(tǒng)當中接收到相應的電能，隨之實施電能的分配，所以變配電所可作為工廠配電系統(tǒng)的交匯處而存在。具體而言，工廠變電所可分為兩種，其一是總降壓變電所（將范圍在35kV及以上的電壓將至10kV或者6kV），其二是車間變電所（將范圍在10kV/6kV的電壓將至0.4kV這一水平）。通常情況下，中小型工廠當中不進行總降壓變電所的設置4。3.1變電所主變壓器的選擇本文研

32、究的綜合維修工區(qū)規(guī)模在中小型工廠的范疇當中，而且均為常規(guī)供電，不設置特殊要求，因而可將35kV/10kV這一負荷的牽引變電所直接引向廠區(qū)內(nèi)部，來作為供電設備。3.1.1變電所主變壓器臺數(shù)的選擇通常需要參考以下幾種原則來選擇主變壓器的數(shù)量5：(1) 需考量用電負荷，需要提供可靠的電力供應。若變電所一、二級負荷較多，則一般來說就會需要兩臺變壓器，如果主變壓器故障或者需要進行檢，變電所依然能夠保證對一、二級負荷持續(xù)進行電力供應。如果變電所當中只含有二級負荷而不含有一級負荷，那么設置兩臺或者一臺變壓器均可，還需在低壓一側(cè)設置供電線，以作為備用電源，也可以設置例如發(fā)電機這類的自備電源。(2) 如果某些負

33、荷呈現(xiàn)出季節(jié)性或者晝夜變動較大的情況，那么需要考慮經(jīng)濟方面的運行因素，或者設置兩臺變電設備進行作業(yè)。(3) 排除上述情況，一般來說，車間變電所只會配備一臺變壓器。但是若是發(fā)生負荷集中或容量較大的狀況，那么仍需設置多于一臺的變壓器設備。如果進行變壓器數(shù)量的考量，還需要考慮到供應區(qū)的負荷增長情況，以確保增長空間。此綜合維修工區(qū)變電站的設計都是針對車間變電所，工區(qū)內(nèi)存在有較多數(shù)量的二級負荷和三級負荷，而沒有一級負荷，所以按照上述原則，則需配備兩臺變壓器，一臺作為主變壓器，另一臺備用。3.1.2變電所主變壓器的形式的選擇1、油浸式：無特殊環(huán)境影響時，這一形式為大部分變電所所使用；2、干式：若周圍環(huán)境潮

34、濕或者多塵，抑或?qū)Ψ阑鸬囊筝^高時，那么通常采用這一方式；3、密閉式：如果變電所環(huán)境當中化學腐蝕物品、易導電、易燃粉塵或者纖維等較多的情況下，通常采用這一存放方式；4、防雷式：如果周圍環(huán)境中雷區(qū)較多或者土壤電阻率較高（比如山區(qū)），那么通常采用這一存放方式；5、有載調(diào)壓式。由于本研究中變電所所在環(huán)境當中，不含有特殊要求，那么選擇通常情況下的油浸式進行放置。3.1.3變電所主變壓器聯(lián)結(jié)組別的選擇通常所說的電力變壓器連接組別，具體是說變壓器一、二次繞組由于變壓器一、二次側(cè)對應線路所設置的電壓由于相位關(guān)系不同而實施不一致的聯(lián)結(jié)方式的情況。在610kV這一范圍的配電變壓器設置有Yyn0以及Dyn11這兩

35、類聯(lián)結(jié)方式進行組合6。如果在三相負荷基本均衡的條件下，低壓中性線電流要求在低壓繞組額定電流的四分之一以下。如果諧波沒有在供電系統(tǒng)中受到過多的影響，那么相應的三相配電變壓器通常選用Yyn0這一方式進行設置。若由于單項不平衡負荷，而導致中性電流大于變壓器低繞組額定電流的四分之一，以及供電系統(tǒng)中包含有數(shù)量較多的“諧波源”，致使高次諧波電流現(xiàn)象顯著等情況，通常三相配電變壓器選擇Dyn11這一方式進行連接。本次設計中綜合維修工區(qū)內(nèi)含有較多的“諧波源”，比如信號設備以及通信設施等，因而實施Dyn11這一聯(lián)結(jié)方式進行作業(yè)。3.1.4變電所主變壓器容量的選擇若某變電所只有一臺主變壓器，則此時其對應的容量SN.

36、T需要符合所有用電設備所產(chǎn)生的總計算負荷S30的需求量，也就是 SNTS30 而且車間當中變電所設置的主變壓器單臺容量通常在1000kVA以下。按照上述要求，選擇S9-800/10的油浸式變壓器這一型號實施運作。3.2變電所所址的確認通常，變配電所的位置一般設置在負荷中心附近，以此為進出線的便利性提供保證，同時有擴建和發(fā)展的余地。維修工區(qū)由牽引變電所進行集中供電，因此工區(qū)變電所通常為室內(nèi)型附設式，這樣不會占用較多建筑面積，從而減少相應的花費。參照已確定的供電方案，結(jié)合查詢的資料中綜合維修工區(qū)平面示意圖，考慮變電所盡量遠離人員集中地區(qū)，并不影響綜合維修工區(qū)面積的利用，安全供電等因素，決定將降壓變

37、電所設在綜合維修工區(qū)西北部這一區(qū)域。第4章主接線方案的選擇4.1變電所主接線的意義主接線圖即主電路圖，它的主要作用就是能夠展現(xiàn)出系統(tǒng)輸送和電能分配線路，在主電路圖中所呈現(xiàn)出來的接線方式能夠?qū)υ谡Ｒ约肮收蠣顟B(tài)下的供配電情況進行一定程度的體現(xiàn)，因此，也叫作以此電路圖。4.2車間變電所的主接線分類1.有工廠總降壓變電所或高壓配電所的非獨立式變電所在總變配電所中，設置了高壓配電室，并且還安裝了開關(guān)設備、保護裝置和測量儀表，在通常情況下，這些儀器設備會在高壓配電線路的起始高壓側(cè)進行設置。而車間的變電所內(nèi)配置了變壓器和低壓配電室，其高壓側(cè)通常情況下不安裝開關(guān)設備，或者只裝設簡單的隔離開關(guān)、熔斷器和避雷器

38、等。2.無工廠總降壓變電所和高壓配電所的獨立式變電所若沒有總變配電所存在于工區(qū)范圍之中時，此時可以將車間變電所進行代替，需要注意的時，這個時候在高壓側(cè)安裝開關(guān)電器、保護裝置和測量儀表等設備是必不可少的前提條件，因此，高壓配電室的存在也是必須的。但如果滿足以下兩種條件即可不用設置高壓配電室，第一個條件是變壓器容量不大，第二個條件是沒有較高的供電可靠性要求，為了能夠?qū)Φ蛪簜?cè)電能狀況進行有效監(jiān)測，可以在變壓器室內(nèi)或者電桿上來安裝這些開關(guān)設備；除此之外，也能夠在高壓測對電能進行檢測，那么就需要在低壓配電室中設置高壓開關(guān) 6。4.3主接線方案的選定論證主接線具有著多種多樣的接線方式，常見的有單母線，單母

39、線分段、；雙母線；橋式，內(nèi)橋、外橋等。當線路上存在穿越功率時，橋式接線會是個不錯的選擇。分支接線可以考慮在對供電可靠性沒有較苛刻的要求時應用。雙母線供電可靠、調(diào)度靈活、擴建方便，但是線路上所需設備較多，操作繁瑣，不適用于維修工區(qū)變電所的設計。本次維修工區(qū)變電所設計中，不存在穿越功率，且對供電可靠性要求相對較高。結(jié)合多種接線方式的優(yōu)缺點，初步采用單母線接線方式，裝設一臺主變壓器，一臺備用變壓器，并采用雙回路進線，給工區(qū)內(nèi)的用電設備供電。維修工區(qū)內(nèi)有大部分二級負荷，裝設備用變壓器，避免主變壓器故障時，造成過大的損失。雙回路進線能保證一條線路故障時，另一條線路進行供電。4.3.1第一種主接線方案本綜

40、合維修工區(qū)使用的是來源于35/10kV牽引變電所的電力，其位置處于工區(qū)附近，由于廠中僅設置了二、三級負荷，并不具備一級負荷。所以設置了兩臺變壓器，而且在接線方式上采取為單母線，這樣其可靠性會得到一個很好的保障。因此在設計方1中，接線方式采取的為雙回路進線，單母線接線。由牽引變電所給工區(qū)提供所需的電能，在此過程中需要車間變電所將降壓為，最后供給維修工區(qū)各用電設備。單母線接線優(yōu)勢在于操作簡單，較為經(jīng)濟。雙回路進線彌補額其可靠性上的不足。一旦在工區(qū)中有一條線路發(fā)生故障，則備用電路可以立即代替故障線路，從而保障工廠在電路故障的狀況下仍能保持正常運行，防止出現(xiàn)較大損失。兩臺變壓器，一備一用，避免了工區(qū)內(nèi)

41、變電器出現(xiàn)故障時，無法正常供電的現(xiàn)象。備用高壓進線和備用變壓器使維修工區(qū)變電所安全、可靠供電獲得進一步的保障。方案1主接線圖如下：圖4-14.3.2第二種主接線方案的提出在方案2中，接線方式采取的是一條電源進線，單母線分段。相較于單母線接線，單母線分段具備更好的可靠性，并且從操作上來看，也更加的靈便。同樣采用兩臺變壓器，增加供電的安全性。相比于方案1，方案2只采用了一條電源進線，如果高壓進線出現(xiàn)故障，則會導致整個綜合維修工區(qū)斷電，工區(qū)內(nèi)各設備無法正常運行及使用，將會造成較大的經(jīng)濟損失。方案2主接線圖如下：圖4-2方案24.4主接線方案的比較和選定 綜合比較幾種主接線方案：(1) 相比于方案2，

42、方案一在安全性角度來看具有更大的優(yōu)勢。(2) 從供電可靠性角度來分析，方案1由于其接線方式的緣故，再出現(xiàn)電路故障時能夠使用備用電路取而代之，從而保障工廠仍然能夠保持正常運行，而相比來看，方案二的接線方式需要配置兩臺變壓器，因此就可靠性而言，方案1更具優(yōu)勢。(3)從靈活性方面來比較，單母線分段要比單母線的靈活性高，方案1、2都采用了兩臺變壓器，一備一用。配電較靈活。 (4)就擴建適應性而言，方案1和方案2相差不大，擴建性均有較好表現(xiàn)。主接線的經(jīng)濟性比較：(1)在方案1中，主要花費包括：兩臺，每臺元，共元。，共計元。(2)在方案2中，主要花費包括：元，每年維護費用約為元，共計元。表4-1主接線方案

43、的選定方案1方案2安全性滿足要求不滿足要求可靠性滿足要求滿足要求供電質(zhì)量滿足，質(zhì)量高滿足，質(zhì)量低靈活性靈活性較低靈活性高擴建適應性擴建靈活性高擴建靈活性高因此，經(jīng)過多方面的比較和計算，方案1相對于方案2，設備齊全，采購方便，雖然方案1經(jīng)濟性稍差，但供配電的安全性、可靠性、供電質(zhì)量和擴建適應性各方面較好。更加滿足綜合維修工區(qū)變電所的設計要求，保證供電質(zhì)量。最終選擇方案1。 第5章 短路計算5.1短路電流的基本概念短路，其具體概念是指：在電力系統(tǒng)中，發(fā)生了不同等級電位的導體在電器上被短接，如相與相之間、相與地之間的短接。短路的具體特征表現(xiàn)為短接前后兩點的電位差會發(fā)生顯著變化7。5.1.1短路的危害

44、在電器設備中，一旦發(fā)生短路故障，則設備回路中阻抗會發(fā)生顯著的降低，相比于設備正常運行的電流，若發(fā)生短路故障，則此時的短路電流會出現(xiàn)極大地升高。這種現(xiàn)象所帶來的熱效應以及電動效應將會給設備帶來極大地損傷，且?guī)缀鯚o法逆轉(zhuǎn)；當出現(xiàn)不對稱接地短路是，在設備回路中會產(chǎn)生零序電流，這種零序電流會因為在通訊線路中產(chǎn)生感應的電動勢從而會干擾到正常通信，嚴重時甚至會對人身以及設備帶來一定的損害。5.1.2計算短路電流的目的進行短路計算的目的是希望能夠借此來減少短路故障所帶來的損害，并且盡可能的縮小其影響范圍。具體目的如下：1.利用短路電流檢測電氣設備和導線的熱、動穩(wěn)定性，可以幫助對其進行選擇。2.選擇和整定繼電

45、保護裝置，這樣能夠保證在發(fā)生短路故障后能夠立即切除。3.8。5.2短路電流計算短路計算使用最為頻繁的兩種基本方法為有名單位制法(歐姆法)和相對單位制法(標幺制法)。在本次的設計方案中，計算方法采取了標幺制法，遵循統(tǒng)一標準，將各個電壓等級的阻抗進行一一對比，從而可以得出一個虛擬的值（標幺值），計算完成之后，再按電壓等級分別歸算。1)系統(tǒng)最大運行方式時短路電流計算繪制計算電路圖5-1 短路計算電路確定基準值，設Sd，Ud=Uc，高壓側(cè)Ud1，Ud2，則Id=Sd3Ud所以： Id1=Sd3Ud1=100MVA3×10.5kV=5.5kAId2=Sd3Ud2=100MVA3×0.

46、4kV=144kA計算電抗標幺值a.XS*=SdSOC所以：X1*=100MVA/187MVA=0.53b. 查表得的x0=0.36/km，線路長,故Xwl*=X0lSdUC2所以：X2*=(0.36×0.5)×100MVA(10.5kV)2=0.16c. 查表得UZ%=4.5,故XT*=Uk%100SdSN所以：X3*=4.5100×100MVA800kVA=5.63繪制等效電路，圖5-2 等效電路計算k-1點的短路電路總電抗及三相短路電流和短路容量a.X(k-1)*=X1*+X2*=0.53+0.16=0.69b.Ik(3)=IdX*所以：Ik-1(3)=Id

47、1/X(k-1)*=5.5kA/0.69=7.97kA c.I''(3)=I(3)=Ik-1(3)=7.97kAish(3)=2.55I"(3)=2.55×7.97kA=20.32kAIsh(3)=1.51I''(3)=1.51×7.97kA=12.03kAd.Sk(3)=Sd/X*所以：Sk-1(3)=Sd/X(k-1)*=100MVA/0.69=144.93MVA 計算k-2點的短路電路總電抗及三相短路電流和短路容量a.X(k-2)*=X1*+X2*+X3*=0.53+0.16+5.63=6.32b.Ik-2(3)=Id2/X(

48、k-2)*=144kA/6.32=22.78kAc.I''(3)=I(3)=Ik-2(3)=22.78kAish(3)=1.84I''(3)=1.84×22.78kA=41.92kA Ish(3)= 1.09I''(3)=1.09×22.78kA=24.83kAd.Sk-2(3)=Sd/X(k-2)*=100MVA/6.32=15.82MVA表5-1短路計算結(jié)果短路計算點三相短路電流/kA三相短路容量/MVAIk(3)I''(3)I(3)is(3)Is(3)Sk(3)k-17.977.977.9720.3212

49、.03144.93k-222.7822.7822.7841.9224.8315.822)系統(tǒng)最小運行方式時短路電流計算繪制計算電路圖5-3 短路計算電路 設Sd，Ud=Uc，高壓側(cè)Ud1，Ud2,則Id1=Sd3Ud1=100MVA3×10.5kV=5.5kAId2=Sd3Ud2=100MVA3×0.4kV=144kA計算電抗標幺值a. X1*=100MVA/107MVA=0.93b. 查表得的x0=0.36/km，線路長,故 X2*=(0.36×0.5)×100MVA(10.5kV)2=0.16c. 查表得UZ%=4.5,故 X3*=4.5100

50、15;100MVA800kVA=5.63繪制等效電路，圖5-4 等效電路計算k-1點的短路電路總電抗及三相短路電流和短路容量a. X(k-1)*=X1*+X2*=0.93+0.16=1.09b.Ik-1(3)=Id1/X(k-1)*=5.5kA/1.09=5.05kAc.I''(3)=I(3)=Ik-1(3)=5.05kAish(3)=2.55I''(3)=2.55×5.05kA=12.88kAIsh(3)=1.51I''(3)=1.51×5.05kA=7.63kAd.Sk-1(3)=Sd/X(k-1)*=100MVA/1.0

51、9=91.74MVA計算k-2點的短路電路總電抗及三相短路電流和短路容量a. X(k-2)*=X1*+X2*+X3*=0.93+0.16+5.63=6.72b.Ik-2(3)=Id2/X(k-2)*=144kA/6.72=21.43kAc.I''(3)=I(3)=Ik-2(3)=21.43kAish(3)=1.84I''(3)=1.84×21.43kA=39.43kAIsh(3)=1.09I''(3)=1.09×21.43kA=23.36kAd.Sk-2(3)=Sd/X(k-2)*=100MVA/6.72=14.88MVA表5

52、-2短路計算結(jié)果短路計算點三相短路電流/kA三相短路容量/MVA Ik(3)I''(3)I(3)is(3)Is(3)Sk(3)k-15.055.055.0512.887.6391.74k-221.4321.4321.4339.4323.3614.88第6章變電所一次設備的選擇及校驗在變配電所中，用來輸送及分配電力的電路就是通常意義上所說的一次電路或一次回路，也被叫做主電路。而在該電路中所使用的全部電器設備即為一次設備10。例如高低壓斷路器、高低壓隔離開關(guān)、電壓互感器、高低壓熔斷器、電流互感器等。為線路的正常用電起著保護、監(jiān)測、計量的重要作用。6.1變電所一次設備分類一次設備可通

53、過其負責的不同的功能分為以下幾種：(1)變換設備可依據(jù)具體工作要求來轉(zhuǎn)化電壓或電流等級，如電力變壓器、電流互感器等。(2)控制設備可按照系統(tǒng)工作的要求，實現(xiàn)對一次電路通、斷的有效控制，具體設備有變壓器線路上的隔離開關(guān)，斷路器等。(3)保護設備保護設備，顧名思義，在系統(tǒng)出現(xiàn)過電流和過電壓現(xiàn)象時，起到保護電力系統(tǒng)的作用，如避雷器、線路上熔斷器等。(4)補償設備可對電力系統(tǒng)中產(chǎn)生的無功功率進行補償，可以幫助電力系統(tǒng)提升其功率因數(shù)，具體設備有并聯(lián)電容器，沒能夠在高壓、低壓側(cè)進行補償。(5)成套設備能夠按照一次電路接線方案中的一系列具體要求，將一次設備及二次設備根整合為一體，例如高壓開關(guān)柜、低壓配電屏等。6.2變電所一次設備的選擇在進行這一選擇時，需要考慮正常供電以及短路故障這兩種情況，與此同時，需要保證供電工程中的安全性、運行可靠、維護方便、操作簡單，還應投資經(jīng)濟合理。否則會嚴重影響變電所供配電系統(tǒng)的正常運行，導致嚴重的危害、不必要的經(jīng)濟損失和人身安全。6.3變電所一次設備的選擇原則目前供配電系統(tǒng)當中，各種型號品類繁多，而且作用各不相同，但是在篩選要求以及校驗當中，規(guī)范較為一致。在設備可以安全、可靠運行的前提下，所供應的各種設備需