《發(fā)配電課程設(shè)計(jì)》終稿

《發(fā)配電課程設(shè)計(jì)》報(bào)告〔2017—2018學(xué)年第一學(xué)期〕姓名：專業(yè)班級(jí)：學(xué)號(hào)：總評成績報(bào)告成績答疑成績辯論成績河南理工大學(xué)電力系參加輔導(dǎo)情況與成績簽字：日期：圖紙、報(bào)告評語與成績簽字：日期：辯論記錄與成績簽字：日期：目錄1課程設(shè)計(jì)目的與要求11.1課程設(shè)計(jì)目的11.2課程設(shè)計(jì)要求12原始資料分析23負(fù)荷統(tǒng)計(jì)計(jì)算與無功補(bǔ)償33.1負(fù)荷統(tǒng)計(jì)計(jì)算33.2無功補(bǔ)償容量計(jì)算43.2.1無功補(bǔ)償容量確實(shí)定4無功補(bǔ)償后的功率因數(shù)54主變壓器選擇64.1變壓器選擇原那么64.2變壓器臺(tái)數(shù)和容量確實(shí)定74.3主變壓器型式選擇85電氣主接線設(shè)計(jì)95.1電氣主接線設(shè)計(jì)要求與原那么95.2110kV側(cè)電氣主接線設(shè)計(jì)105.310kV側(cè)電氣主接線設(shè)計(jì)105.4110kV變電站主接線形式116短路電流計(jì)算126.1短路電流計(jì)算目的126.2短路計(jì)算點(diǎn)確實(shí)定126.3短路電流計(jì)算126.4短路計(jì)算結(jié)果167主要電氣設(shè)備選擇187.1電氣設(shè)備選擇的一般原那么〔或條件〕187.2斷路器的選擇207.2.1110kv側(cè)斷路器的選擇207.2.210kV側(cè)斷路器的選擇227.3隔離開關(guān)的選擇26側(cè)隔離開關(guān)的選擇26側(cè)隔離開關(guān)的選擇267.410kV母線的選擇278總結(jié)29參考文獻(xiàn)291課程設(shè)計(jì)目的與要求1.1課程設(shè)計(jì)目的〔1〕加深課堂理論的學(xué)習(xí)和理解；培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)根底課、理論課、專業(yè)課知識(shí)去分析和理解本專業(yè)范圍內(nèi)的一般工程技術(shù)文梯的能力，通過專業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)一步穩(wěn)固、擴(kuò)大和深化所學(xué)的理論知識(shí)和根本技能，從而實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合的最終目的?！?〕得到一定的工程實(shí)踐鍛煉；掌握電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的根本方法；熟練一些電力系統(tǒng)中的根本計(jì)算；培養(yǎng)電力工程設(shè)計(jì)能力?；谒鶎W(xué)理論知識(shí)，結(jié)合《電力設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》等工程技術(shù)規(guī)程，理論聯(lián)系實(shí)際、學(xué)以致用。課程設(shè)計(jì)要求〔1〕課程設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書以及國家的有關(guān)政策和相關(guān)專業(yè)的設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程、規(guī)定進(jìn)行?！?〕本著平安可靠、技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的精神，遵照有關(guān)規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合我國變電站技術(shù)開展水平的現(xiàn)狀及條件，力求系統(tǒng)簡單可靠，并考慮一定的開展余地，同時(shí)注意吸取和采用國內(nèi)外的先進(jìn)技術(shù)，作出質(zhì)量較高，滿足工程要求的發(fā)配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)。〔3〕提交設(shè)計(jì)計(jì)算說明書一份，要求說明書內(nèi)容力求簡潔，符合格式要求，同類計(jì)算僅舉一例，其余只需列出根本參數(shù)和計(jì)算結(jié)果于表內(nèi)?！?〕用一號(hào)圖紙畫電氣主接線圖一張，注意整個(gè)圖紙的結(jié)構(gòu)布置及設(shè)備圖形符號(hào)的正確運(yùn)用，要標(biāo)出主要設(shè)備型號(hào)及主要規(guī)格等，圖紙標(biāo)準(zhǔn)符合工程制圖要求，標(biāo)題欄應(yīng)包含圖名稱、設(shè)計(jì)人、審核人、設(shè)計(jì)單位、設(shè)計(jì)時(shí)間等。原始資料分析〔1〕變電站類型某110kV降壓變電站，有兩條110kV架空進(jìn)線，來自不同的變電站：一條長度為15km，型號(hào)LGJ185，其上一級(jí)變電站110kV母線的短路容量為1200MVA；另一條長度為20km，型號(hào)LGJ185，其上一級(jí)變電站110kV母線的短路容量為1300MVA?！?〕在電力系統(tǒng)中的地位和作用變電站是電源、升降電壓和分配電力的場所，是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，在電力系統(tǒng)中的作用主要是將發(fā)電機(jī)輸出的電壓轉(zhuǎn)換為用戶使用的電壓等級(jí)、分配輸送到用戶使用。變電站作為電力系統(tǒng)中的重要組成局部，直接影響整個(gè)電力系統(tǒng)的平安與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。本課設(shè)中待設(shè)計(jì)的變電站是一座110kV降壓變電站，在系統(tǒng)中起著會(huì)聚和分配電能的作用，擔(dān)負(fù)著向該地區(qū)工廠、市政供電的重要任務(wù)。該變電站的建成，不僅增強(qiáng)了當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而且為當(dāng)?shù)氐墓I(yè)生產(chǎn)提供了足夠的電能，從而到達(dá)使本地區(qū)電網(wǎng)平安、可靠、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行目的?！?〕負(fù)荷情況本變電站10kV側(cè)有12回電纜出線，繼電保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為1.5s，最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)為5000h/年。負(fù)荷情況如表2-1所示：表2-110kV側(cè)各電纜出線的最大負(fù)荷線路編號(hào)負(fù)荷類型容量〔kW〕功率因數(shù)離110kV變電站距離〔km〕1#民用24000.93.52#市政12000.92.53#、4#學(xué)校20000.8945#、6#醫(yī)院28000.8837#面粉廠10000.874.38#、9#水泥廠28000.88310#、11#水廠42000.874.512#紡織廠15000.851.810kV側(cè)，最大負(fù)荷的同時(shí)系數(shù)為0.85。要求10kV側(cè)無功補(bǔ)償后的功率因數(shù)不小于0.95?！?〕環(huán)境條件變電站海拔高度為500m，最高溫度為40?C，最低溫度為-7?C。最高月平均溫度為34?C。該所附近地勢平坦，交通便利，可不考慮環(huán)境污染影響。3負(fù)荷統(tǒng)計(jì)計(jì)算與無功補(bǔ)償3.1負(fù)荷統(tǒng)計(jì)計(jì)算由于10kV母線上各出線負(fù)荷是各電力用戶的最大負(fù)荷，所以母線的最大負(fù)荷需要考慮同時(shí)系數(shù)，即： (3-1)無功功率： (3-2)視在功率： (3-3)式中：——各出線最大負(fù)荷；——各出線最大無功功率；——母線上各回路最大負(fù)荷的同時(shí)系數(shù)。運(yùn)用上述公式，將原始數(shù)據(jù)代入式中，計(jì)算如下：110kV母線上的最大負(fù)荷為：無功功率為：視在功率為：3.2無功補(bǔ)償容量計(jì)算無功補(bǔ)償容量確實(shí)定自然功率因數(shù)cosφ1按下式確定： (3-4)按照功率因數(shù)0.95補(bǔ)償，那么無功補(bǔ)償容量可由以下公式計(jì)算： (3-5)式中：──用戶10kV母線上的計(jì)算有功功率，kW；──用戶10kV母線上的計(jì)算視在功率，kVA；——用戶10kV母線上的無功補(bǔ)償容量，kVar。運(yùn)用上述公式，將3.1中計(jì)算數(shù)據(jù)代入式中，計(jì)算如下：自然功率因數(shù)為：無功補(bǔ)償容量為：選用BFM10.5-300-1電容器，電壓10kV每柜容量為300(kVar)，那么柜數(shù)應(yīng)為：式中：——每臺(tái)電容柜的無功補(bǔ)償容量，kVar。取偶數(shù)得：實(shí)際補(bǔ)償容量：無功補(bǔ)償后的功率因數(shù)計(jì)算補(bǔ)償后的視在功率： (3-6)補(bǔ)償后的功率因數(shù)： (3-7)將中計(jì)算數(shù)據(jù)代入上式，計(jì)算如下：補(bǔ)償后的視在功率為：補(bǔ)償后的功率因數(shù)為：補(bǔ)償后功率因數(shù)大于0.95，符合國家電力規(guī)程規(guī)定要求。4主變壓器選擇4.1變壓器選擇原那么變壓器臺(tái)數(shù)的選擇原那么變壓器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中，對有大量一、二級(jí)負(fù)荷的變電站，應(yīng)滿足電力負(fù)荷對供電可靠性的要求，裝設(shè)兩臺(tái)主變壓器，當(dāng)經(jīng)濟(jì)比擬合理時(shí)，可裝設(shè)兩臺(tái)以上的主變壓器；假設(shè)只有一條電源進(jìn)線，或變電站可由低壓側(cè)電網(wǎng)取得備用電源時(shí)，可裝設(shè)一臺(tái)主變壓器；假設(shè)絕大局部負(fù)荷為三級(jí)負(fù)荷，少量一、二級(jí)負(fù)荷可由鄰近低壓電力網(wǎng)取得備用電源時(shí)，可裝設(shè)一臺(tái)主變壓器。變壓器容量的選擇原那么主變?nèi)萘恳话惆醋冸娬窘ǔ珊?～10年規(guī)劃負(fù)荷來進(jìn)行選擇，并適當(dāng)考慮遠(yuǎn)期10～20年的負(fù)荷開展。對裝有一臺(tái)變壓器的變電站，主變壓器的容量應(yīng)滿足全部用電設(shè)備總計(jì)負(fù)荷的需要；裝有兩臺(tái)變壓器的變電站，每臺(tái)變壓器的容量應(yīng)滿足全部負(fù)荷的70%～80%，且當(dāng)一臺(tái)出現(xiàn)故障時(shí)，另一臺(tái)應(yīng)能承當(dāng)全部一、二級(jí)負(fù)荷；裝有兩臺(tái)以上變壓器的變電站，所有變壓器的總額定容量應(yīng)不小于無功補(bǔ)償后的計(jì)算容量。變壓器型式和結(jié)構(gòu)的選擇原那么〔1〕相數(shù)變壓器有單相變壓器和三相變壓器。容量為300MW及以下機(jī)組單元連接的主變壓器和330kV及以下電力系統(tǒng)，一般都應(yīng)選擇三相變壓器?！?〕繞組數(shù)與結(jié)構(gòu)電力變壓器按每相的繞組數(shù)分為雙繞組、三繞組或更多繞組等型式，按電磁結(jié)構(gòu)分為普通雙繞組、三繞組、自耦式及低壓繞組分裂式等型式。機(jī)組容量為125MW及以下的發(fā)電廠或變電站多采用三繞組變壓器，但三繞組變壓器的每個(gè)繞組的通過容量應(yīng)到達(dá)該變壓器額定容量的15%及以上，否那么繞組未能充分利用。在110kV及以上中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，凡需選用三繞組變壓器的場所，均可優(yōu)先選用自耦變壓器。它損耗小、價(jià)格低，但主要潮流方向應(yīng)為低壓和中壓同時(shí)向高壓送電，或反之，且變化不宜過大，并注意自耦變壓器限制短路電流的效果較差?！?〕繞組聯(lián)結(jié)組號(hào)變壓器三相繞組的聯(lián)結(jié)組號(hào)必須和系統(tǒng)電壓相位一致，否那么不能并列運(yùn)行。電力系統(tǒng)采用的繞組連按方式只有星形“Y”和三角形“d”兩種。因此，變壓器三相繞組的連接方式應(yīng)根據(jù)具體工程來確定。

在發(fā)電廠和變電站中，一般考慮系統(tǒng)或機(jī)組的同步并列要求以及限制3次諧波對電源的影響等因素，主變壓器聯(lián)結(jié)組號(hào)一般都選用YNd11常規(guī)接線?！?〕阻抗和調(diào)壓方式變壓器阻抗實(shí)質(zhì)是繞組之間的漏抗，當(dāng)變壓器的電壓比、型式、結(jié)構(gòu)和材料確定之后，其阻抗大小一般和變壓器容量關(guān)系不大，各側(cè)阻抗值的選擇應(yīng)從電力系統(tǒng)穩(wěn)定、潮流方向、無功分配、短路電流、繼電保護(hù)、系統(tǒng)內(nèi)的調(diào)壓手段和并聯(lián)運(yùn)行等方面綜合考慮，以對具體工程起決定性的因素確定。對于雙繞組變壓器，一般按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值選擇；對于三繞組普通型和自耦型變壓器各側(cè)阻抗，按用途即升壓型或降壓型確定。為了保證發(fā)電廠或變電站的供電質(zhì)量，電壓必須維持在允許范圍內(nèi)。通過變壓器的分接頭開關(guān)切換，改變變壓器高壓繞組匝數(shù)，從而改變其變比，實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)整。應(yīng)當(dāng)看到，這種調(diào)壓僅改變電網(wǎng)無功潮流分配，并不會(huì)增加整個(gè)電網(wǎng)無功容量。切換方式有兩種：一種是不帶電切換，稱為無勵(lì)磁調(diào)壓，調(diào)整范圍通常在±2×2.5%以內(nèi)，應(yīng)視具體工程情況而定；另一種是帶負(fù)荷切換，稱為有載調(diào)壓，調(diào)整范圍可達(dá)30%，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴?！?〕冷卻方式油浸式電力變壓器的冷卻方式隨其型式和容量不同而異，一般有自然風(fēng)冷卻、強(qiáng)迫風(fēng)冷卻、強(qiáng)迫油循環(huán)水冷卻、強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻、強(qiáng)迫油循環(huán)導(dǎo)向冷卻。中、小型變壓器通常采用依靠裝在變壓器油箱上的片狀或管形輻射式冷卻器和電動(dòng)風(fēng)扇的自然風(fēng)冷卻及強(qiáng)迫風(fēng)冷卻方式散發(fā)熱量；容量在31.5MVA及以上的大容量變壓器一般采用強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻；容量在350MVA及以上的特大變壓器一般采用強(qiáng)迫油循環(huán)導(dǎo)向冷卻。此外，SF6氣體變壓器冷卻方式與油浸式相似；而干式變壓器因容量較小，一般為自然風(fēng)或風(fēng)扇冷卻兩種方式。4.2變壓器臺(tái)數(shù)和容量確實(shí)定該降壓變電站經(jīng)兩條110kV架空線路與系統(tǒng)相連，10kV側(cè)所供電的負(fù)荷中有大量一、二級(jí)負(fù)荷，故在本設(shè)計(jì)中裝設(shè)兩臺(tái)主變壓器，互為暗備用。正常運(yùn)行時(shí)，兩臺(tái)變壓器同時(shí)投入工作，每臺(tái)變壓器承當(dāng)50%的計(jì)算負(fù)荷；當(dāng)一臺(tái)變壓器進(jìn)行檢修或發(fā)生故障停運(yùn)時(shí)，另一臺(tái)變壓器能承當(dāng)起全部一、二級(jí)負(fù)荷的供電。這里選用兩臺(tái)容量相同的變壓器，每臺(tái)變壓器的容量為： (4-1)式中：──事故時(shí)的負(fù)荷保證系數(shù)，根據(jù)一、二級(jí)負(fù)荷所占比例決定，這里取0.7。即為：根據(jù)計(jì)算結(jié)果，該設(shè)計(jì)中選用的主變壓器的容量規(guī)格為12500kVA。4.3主變壓器型式選擇根據(jù)主變壓器型式和結(jié)構(gòu)選擇原那么，綜合考慮該站的環(huán)境、電壓等級(jí)、負(fù)載情況等因素，選用變壓器型號(hào)為SF11-12500/110作為該站的兩臺(tái)主變壓器。該站主變壓器的型式和技術(shù)參數(shù)分別如表4-1和表4-2所示：表4-1主變壓器的型式相數(shù)三相繞組數(shù)雙繞組繞組聯(lián)結(jié)組號(hào)YNd11調(diào)壓方式無勵(lì)磁調(diào)壓冷卻方式自然風(fēng)冷卻表4-2主變壓器的技術(shù)參數(shù)型號(hào)規(guī)格〔kVA〕電壓〔kV〕損耗〔kW〕聯(lián)結(jié)組號(hào)阻抗電壓〔%〕空載電流〔%〕重量〔kg〕尺寸〔mm〕高壓低壓空載負(fù)載SF11-12500/110110±2×2.5%10.512.559.9YNd1110.50.72280004900×3810×16005電氣主接線設(shè)計(jì)5.1電氣主接線設(shè)計(jì)要求與原那么5.1.1電氣主接線設(shè)計(jì)的根本要求電氣主接線的根本要求，概括的說包括可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性三個(gè)方面?！?〕可靠性平安可靠是電力生產(chǎn)的首要任務(wù)，保證供電可靠是電氣主接線最根本的要求。停電會(huì)使發(fā)電廠、國民經(jīng)濟(jì)部門造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，還可能會(huì)導(dǎo)致人身傷亡、設(shè)備損壞、產(chǎn)品報(bào)廢、城市生活混亂等社會(huì)影響。電氣主接線的可靠性不是絕對的。在分析電氣主接線的可靠性時(shí)，要考慮發(fā)電廠和變電站在系統(tǒng)中的地位和作用、用戶的負(fù)荷性質(zhì)和類別、設(shè)備制造水平及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等因素。主接線可靠性的根本要求通常包括以下幾個(gè)方面：斷路器檢修時(shí)，不宜影響對系統(tǒng)的供電；線路、斷路器或母線故障時(shí)，以及母線或母線隔離開關(guān)檢修時(shí)，盡量減少停運(yùn)出線回路數(shù)和供電時(shí)間，并能保證對全部一類及全部或大局部二類用戶供電；盡量防止變電站全部停電的可能性；大型機(jī)組突然停運(yùn)時(shí)，不應(yīng)危及電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行?！?〕靈活性電氣主接線應(yīng)能適應(yīng)各種運(yùn)行狀態(tài)，并能靈活地進(jìn)行運(yùn)行方式的轉(zhuǎn)換。應(yīng)包括：操作的方便性；調(diào)度的方便性和擴(kuò)建的方便性等幾個(gè)方面?！?〕經(jīng)濟(jì)性通常設(shè)計(jì)應(yīng)該在滿足可靠性和靈活性的前提下做到經(jīng)濟(jì)合理。主要從節(jié)省一次投資、占地面積少和電能損耗少等方面考慮。5.1.2電氣主接線的設(shè)計(jì)原那么設(shè)計(jì)變電所電氣主接線時(shí)，所遵循的總原那么：符合設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求；符合有關(guān)的方針、政策和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程；結(jié)合具體工程特點(diǎn),設(shè)計(jì)出技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的主接線。為此，應(yīng)考慮以下情況：?！?〕明確變電所在電力系統(tǒng)中的地位和作用各類變電所在電力系統(tǒng)中的地位是不同的，所以對主接線的可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性等的要求也不同?！?〕確定變壓器的運(yùn)行方式有重要負(fù)荷的變電所，應(yīng)裝設(shè)兩臺(tái)容量相同或不同的變壓器。負(fù)荷低時(shí)，可以切除一臺(tái)，以減小空載損耗?！?〕合理地確定電壓等級(jí)變電所高壓側(cè)電壓普遍采用一個(gè)等級(jí)，低壓側(cè)電壓一般為1-2個(gè)等級(jí)，目前多為一個(gè)等級(jí)?！?〕變電所的分期和最終建設(shè)規(guī)模變電所根據(jù)5-10年電力系統(tǒng)開展規(guī)劃進(jìn)行設(shè)計(jì)。一般裝設(shè)兩臺(tái)(組)主變壓器。當(dāng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比擬合理時(shí)，終端或分支變電所如果只有一個(gè)電源時(shí)，也可只裝設(shè)一臺(tái)主變壓器?！?〕開關(guān)電器的設(shè)置在滿足供電可靠性要求的條件下，變電所應(yīng)根據(jù)自身的特點(diǎn)，盡量減少斷路器的數(shù)目，特別是非重要用戶的終端變電所，可適當(dāng)采用熔斷器或接地開關(guān)等簡易開關(guān)電器，以到達(dá)提高經(jīng)濟(jì)性的目的。〔6〕電氣參數(shù)確實(shí)定最小負(fù)荷為最大負(fù)荷的60%-70%，如果主要負(fù)荷是農(nóng)業(yè)負(fù)荷，其值為20%-30%；按不同用戶，確定最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)。5.2110kV側(cè)電氣主接線設(shè)計(jì)該站選用兩臺(tái)主變壓器，其110kV側(cè)有兩路不同的電源進(jìn)線，為了保證對其低壓側(cè)的大量一、二級(jí)負(fù)荷進(jìn)行可靠供電和靈活地分合閘操作，110kV側(cè)采用全橋的主接線方式。全橋的接線方式適應(yīng)性強(qiáng)，對線路、變壓器的操作均方便、簡潔，能減少運(yùn)行維護(hù)人員和值班人員的失誤操作。運(yùn)行靈活且易于拓展為單母分段式接線。全橋接線多用于負(fù)荷較大，電壓等級(jí)較高，供電要求多的場合。外橋式接線的連接橋設(shè)置在線路側(cè)，并在連接橋上裝設(shè)了斷路器。當(dāng)變壓器有故障時(shí)，只需斷開變壓器側(cè)斷路器即可，可不影響其他回路的工作。但線路出現(xiàn)故障將會(huì)造成其中一臺(tái)變壓器停電，如果想恢復(fù)變壓器的運(yùn)行，必須將線路出口的隔離開關(guān)拉開，切除故障線路后，才能給變壓器送電。因此該接線適用于線路較短、故障少、而變壓器又切換頻繁的變電站。故本次設(shè)計(jì)采用全橋的主接線方式。5.310kV側(cè)電氣主接線設(shè)計(jì)考慮該站12條負(fù)荷出線中有8條是供應(yīng)學(xué)校、水泥廠、醫(yī)院和水廠這樣的一、二級(jí)負(fù)荷，負(fù)荷占比超過60%，對供電的可靠性要求很高，故而10kV側(cè)采用單母分段式接線。單母線用分段斷路器進(jìn)行分段，可以提高供電的可靠性和靈活性。對重要用戶可以從不同段引出兩條供電線路，由兩個(gè)電源供電；當(dāng)一段母線發(fā)生故障，分段斷路器自動(dòng)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；而兩段母線同時(shí)故障的幾率很小，可以不予考慮。單母分段式接線所用設(shè)備少，系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)，操作平安，多用于具有一、二級(jí)負(fù)荷，且出線較多的變電站。大型發(fā)電廠和變電站對運(yùn)行可靠性與靈活性的要求很高，必須注意防止母線系統(tǒng)故障以及限制母線故障影響范圍，防止全廠〔站〕性停電事故的發(fā)生，常采用雙母線分段接線。雙母分段式接線對經(jīng)濟(jì)要求過高，單母分段式接線在本次設(shè)計(jì)已經(jīng)滿足本次設(shè)計(jì)，故本次設(shè)計(jì)選小型10kV側(cè)采用單母分段式接線。5.4110kV變電站主接線形式110kV側(cè)采用全橋的主接線方式。共有兩回來自不同電源的進(jìn)線WL1和WL2，其中WL1長度為15km，型號(hào)LGJ185，上一級(jí)變電站母線的短路容量為1200MVA；WL2長度為20km，型號(hào)LGJ185，上一級(jí)變電站母線的短路容量為1300MVA。10kV側(cè)采用單母分段的主接線方式。共12回出線為8個(gè)負(fù)荷供電，其中一、二類負(fù)荷為學(xué)校、醫(yī)院、水泥廠和水廠，出線編號(hào)分別為3#、4#，5#、6#，8#、9#和10#、11#。各段母線負(fù)荷出線為：Ⅰ段：2#、4#、6#、8#、10#、12#；11449.41kVA。Ⅱ段：1#、3#、5#、7#、9#、11#；17254.51kVA。主接線圖如下：圖5-1110/10kv變電站主接線圖6短路電流計(jì)算6.1短路電流計(jì)算目的發(fā)生短路時(shí)，因短路回路的總阻抗非常小，故短路電流可能到達(dá)很大的數(shù)值。強(qiáng)大的短路電流所產(chǎn)生的熱和電動(dòng)力效應(yīng)會(huì)使電氣設(shè)備受到破壞，短路點(diǎn)的電弧可能燒毀電氣設(shè)備，短路點(diǎn)附近的電壓顯著降低，使供電受到嚴(yán)重影響或被迫中斷。短路產(chǎn)生的后果極為嚴(yán)重，為了限制短路的危害和縮小故障影響的范圍，在供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行中，必須進(jìn)行短路電流計(jì)算，以解決以下技術(shù)問題：〔1〕選擇電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體，必須用短路電流校驗(yàn)其熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度；〔2〕設(shè)置和整定繼電保護(hù)裝置。使之能正確地切除短路故障；〔3〕確定限流措施，當(dāng)短路電流過大造成設(shè)備選擇困難或不夠經(jīng)濟(jì)時(shí)，可采取限制短路電流的措施；〔4〕確定合理的主接線方案和主要運(yùn)行方式等。6.2短路計(jì)算點(diǎn)確實(shí)定根據(jù)短路點(diǎn)的計(jì)算目的，一般選取各線路始、末端作為短路計(jì)算點(diǎn)。線路末端的最大三相短路電流常用來校驗(yàn)電氣設(shè)備的動(dòng)、熱穩(wěn)定性，并作為上一級(jí)繼電保護(hù)的整定參數(shù)之一；線路末端的最小兩相短路電流常用來檢驗(yàn)相關(guān)繼電保護(hù)的靈敏度。在此變電站設(shè)計(jì)中，只有110kV和10kV兩個(gè)電壓等級(jí)，這里可在110kV母線和10kV母線上各取一個(gè)短路點(diǎn)。6.3短路電流計(jì)算短路計(jì)算原理該110/10kV變電站在正常運(yùn)行方式下為全分列運(yùn)行，任意點(diǎn)的短路電流由系統(tǒng)電源通過本回路提供，且各短路點(diǎn)的最大、最小短路電流僅與系統(tǒng)的運(yùn)行方式有關(guān)。本變電站的兩回110kV電源進(jìn)線上的長度不同,一條長度為15km，另一條長度為20km，架空線路的型號(hào)同為LGJ185；且對應(yīng)的兩個(gè)上一級(jí)變電站110kV母線的短路容量也不同，分別為1200MVA和1300MVA。分別對兩條進(jìn)線進(jìn)行總電抗的計(jì)算，選取最小總電抗來計(jì)算最大三相短路電流值，并以此求得短路沖擊電流和短路容量。根據(jù)短路點(diǎn)的選取和該變電站的主接線圖5-1，可畫出圖6-1所示的短路計(jì)算等效圖。表6-1短路計(jì)算等效圖如圖6-1，采用標(biāo)幺值法計(jì)算。選取基準(zhǔn)容量和基準(zhǔn)電壓。可求得基準(zhǔn)電流為： (6-1)基準(zhǔn)電抗： (6-2)電源電抗的標(biāo)幺值： (6-3)式中：——電源電抗的有名值，；——短路點(diǎn)所在線路的平均額定電壓，kV；——供電系統(tǒng)出口處的短路容量，MVA。線路電抗的標(biāo)幺值： (6-4)式中：——線路電抗的有名值，；——線路單位長度電抗值，；——線路長度，km。變壓器電抗的標(biāo)幺值： (6-5)式中：——變壓器電抗的有名值，；——阻抗電壓百分?jǐn)?shù)；——變壓器的額定容量，MVA?？傠娍沟臉?biāo)幺值： (6-6)三相短路電流周期分量的標(biāo)幺值： (6-7)式中：——因，，故。三相短路電流周期分量的有效值： (6-8)短路沖擊電流的峰值和有效值： (6-9) (6-10)三相短路容量： (6-11)短路計(jì)算過程運(yùn)用上述公式，將原始數(shù)據(jù)代入式中，計(jì)算過程如下：〔1〕選擇計(jì)算各基準(zhǔn)量選取基準(zhǔn)容量,基準(zhǔn)電壓,。求得各級(jí)基準(zhǔn)電流為：〔2〕計(jì)算各元件的標(biāo)幺電抗1〕電源進(jìn)線WL1上電抗的標(biāo)幺值計(jì)算：電源電抗的標(biāo)幺值為：110kV線路電抗的標(biāo)幺值為：式中：——架空線路型號(hào)為LGJ185，查表取。2〕電源進(jìn)線WL2上電抗的標(biāo)幺值計(jì)算：電源電抗的標(biāo)幺值為：110kV線路電抗的標(biāo)幺值為：3〕變壓器電抗的標(biāo)幺值：〔3〕計(jì)算各短路點(diǎn)的短路參數(shù)1〕110kV母線上的k1點(diǎn)短路分別計(jì)算兩回電源進(jìn)線上的總電抗：比擬計(jì)算結(jié)果，選擇電源進(jìn)線WL1上的總電抗來求k1點(diǎn)的最大三相短路電流和相關(guān)參數(shù)：1〕10kV母線上的k2點(diǎn)短路因?yàn)樵摻祲鹤冸娬静捎梅至羞\(yùn)行，兩臺(tái)主變壓器的型號(hào)完全相同，該變電站上下壓側(cè)母線間的變壓器電抗值也相同，故這里仍選擇電源進(jìn)線WL1到10kV母線上的總電抗來求k2點(diǎn)的最大三相短路電流和相關(guān)參數(shù)：6.4短路計(jì)算結(jié)果將上述短路計(jì)算的結(jié)果列入表6-2中：表6-2短路計(jì)算結(jié)果短路計(jì)算點(diǎn)短路電流/kA短路容量SS/(MVA)IsishIshk13.90969.975.94778.8k25.67814.4798.63103.37主要電氣設(shè)備選擇7.1電氣設(shè)備選擇的一般原那么按正常條件選擇〔1〕額定電壓電氣設(shè)備所在電網(wǎng)的運(yùn)行電壓因調(diào)壓或負(fù)荷的變化，有時(shí)會(huì)高于電網(wǎng)的額定電壓，故所選電氣設(shè)備的最高工作電壓不得低于所接電網(wǎng)的最高運(yùn)行電壓。通常，規(guī)定一般電氣設(shè)備允許的最高工作電壓為設(shè)備額定電壓的1.1~1.5倍，而電網(wǎng)運(yùn)行電壓的波動(dòng)范圍，一般不超過電網(wǎng)額定電壓的1.5倍。因此，在選擇電氣設(shè)備時(shí)，一般可按照電氣設(shè)備的額定電壓不低于裝置地點(diǎn)電網(wǎng)的額定電壓的條件選擇，即：我國普通電器額定電壓標(biāo)準(zhǔn)是按海拔1000m設(shè)計(jì)的。如果在高海拔地區(qū)，應(yīng)選用高海拔設(shè)備或采取某些比亞必要的措施增強(qiáng)電器的外絕緣，方可應(yīng)用。〔2〕額定電流電氣設(shè)備的額定電流是指，在額定環(huán)境溫度下，電氣設(shè)備的長期允許電流。應(yīng)不小于通過它的最大長時(shí)負(fù)荷電流〔或計(jì)算電流〕，即：電氣設(shè)備的額定電流是指規(guī)定環(huán)境溫度為+40℃時(shí)，長期允許通過的最大電流。如果電器周圍環(huán)境溫度與額定環(huán)境溫度不符時(shí)，應(yīng)對額定電流值進(jìn)行修正。當(dāng)溫度高于+40℃時(shí)，每增高1℃，額定電流減少1.8%。當(dāng)?shù)陀?40℃時(shí)，每降低1℃，額定電流增加0.5%，但總增加值不得超過額定電流的20%。假設(shè)電氣設(shè)備的最高允許工作溫度，當(dāng)環(huán)境最高溫度高于40℃，但不超過60℃時(shí)，額定電流可按下式修正：式中：——實(shí)際環(huán)境溫度下電氣設(shè)備允許通過的額定電流；——設(shè)備允許最高工作溫度，℃；——實(shí)際環(huán)境年最高空氣溫度，℃；——額定環(huán)境空氣溫度，電氣設(shè)備為40℃，導(dǎo)體為25℃；——環(huán)境溫度修正系數(shù)，。選電氣設(shè)備時(shí)，應(yīng)使修正后的額定電流不小于所在回路的最大長時(shí)負(fù)荷電流，即：〔3〕環(huán)境條件電氣設(shè)備在制造上分戶內(nèi)、戶外兩大類，戶外設(shè)備的工作條件較為惡劣，各方面要求較高，本錢也高。戶內(nèi)設(shè)備不能用于戶外設(shè)備，戶外設(shè)備最可用于戶內(nèi)，但不經(jīng)濟(jì)。此外，選擇電氣設(shè)備時(shí)，還應(yīng)根據(jù)實(shí)際環(huán)境條件考慮防水、防火、防腐、防塵、防爆以及高海拔地區(qū)或濕熱帶地區(qū)等方面的要求。按短路條件校驗(yàn)按正常選擇條件選擇的電氣設(shè)備，當(dāng)短路電流通過時(shí)應(yīng)保證各局部發(fā)熱溫度和所受電動(dòng)力不超過允許值，因此必須按短路條件進(jìn)行校驗(yàn)。〔1〕熱穩(wěn)定性校驗(yàn)短路電流通過電氣設(shè)備時(shí)，電器的各部件溫度應(yīng)不超過短時(shí)允許發(fā)熱溫度。滿足熱穩(wěn)定的條件為：式中：——電氣設(shè)備的額定熱穩(wěn)定電流，可由產(chǎn)品手冊查得，kA；——穩(wěn)態(tài)短路電流，kA；——假想時(shí)間，s；——電氣設(shè)備額定熱穩(wěn)定電流所對應(yīng)的熱穩(wěn)定時(shí)間，可由產(chǎn)品手冊查得，s?！?〕動(dòng)穩(wěn)定性校驗(yàn)短路電流通過電氣設(shè)備時(shí)，電氣設(shè)備各部件應(yīng)能承受短路電流所產(chǎn)生的機(jī)械力效應(yīng)，不發(fā)生變形損壞。滿足動(dòng)穩(wěn)定的條件為：式中：——電氣設(shè)備額定動(dòng)穩(wěn)定電流有效值，kA；——短路沖擊電流有效值，kA。7.2斷路器的選擇7.2.1110kV側(cè)斷路器的選擇根據(jù)該110/10kV變電站主接線圖可知，在110kV側(cè)采用橋式接線，需要分別對5個(gè)斷路器進(jìn)行分析計(jì)算，選出適宜規(guī)格的斷路器?！?〕按照斷路器的工作電壓和電流選擇斷路器1〕斷路器QF1和QF2選擇在系統(tǒng)正常分列運(yùn)行的情況下，QF1和QF2只需各自承當(dāng)10kV側(cè)的所帶負(fù)荷。但當(dāng)一條電源進(jìn)線發(fā)生故障切斷時(shí)，另一條電源進(jìn)線上的斷路器要承當(dāng)兩臺(tái)主變壓器上的全部負(fù)荷，此時(shí)是QF1和QF2上流過最大長時(shí)負(fù)荷電流的情況。故電源線回路的最大長時(shí)負(fù)荷電流為：考慮溫度修正系數(shù)，電流結(jié)果為81.98*0.82=67.22〔A〕由QF1的和QF2的工作電壓為110kV，最大長時(shí)負(fù)荷電流為67.22，布置在室外，初步選型號(hào)為LW25-126/3150-40的戶外六氟化硫斷路器，額定電壓為126kV，額定電流為3150A。其技術(shù)參數(shù)如表7-1所示。2〕斷路器QF4和QF5選擇在系統(tǒng)正常分列運(yùn)行的情況下，QF4和QF5只需各自承當(dāng)10kV側(cè)的所帶負(fù)荷。但當(dāng)一臺(tái)變壓器發(fā)生故障或檢修時(shí)，假設(shè)閉合斷路器QF8，讓另一臺(tái)變壓器承當(dāng)全部負(fù)荷，這時(shí)QF4和QF5上流過最大長時(shí)負(fù)荷電流為變壓器的最大電流。由于變壓器在電壓降低5%時(shí)，出力可以保持不變，故其相應(yīng)回路的最大長時(shí)負(fù)荷電流應(yīng)為變壓器額定電流的1.05倍。所以110kV側(cè)變壓器回路中的最大長時(shí)負(fù)荷電流為：考慮溫度修正系數(shù)，電流結(jié)果為68.89*0.82=56.49〔A〕由QF4的和QF5的工作電壓為110kV，最大長時(shí)負(fù)荷電流為68.89A，布置在室外，初步選型號(hào)為LW25-126/3150-40的戶外六氟化硫斷路器，額定電壓為126kV，額定電流為3150A。其技術(shù)參數(shù)如表7-1所示。3〕斷路器QF3選擇在系統(tǒng)正常分列運(yùn)行的情況下，QF3處于分?jǐn)嗟臓顟B(tài)。但當(dāng)出現(xiàn)一側(cè)電源進(jìn)線和交叉?zhèn)鹊淖儔浩魍瑫r(shí)處于故障狀態(tài)時(shí)，假設(shè)閉合斷路器QF3和QF8，此時(shí)斷路器QF3上的最大長時(shí)負(fù)荷電流也為主變壓器上的最大電流。綜上判斷，斷路器QF3的選擇同斷路器QF4和QF5選擇相同，都初步定為LW25-126/3150-40的戶外六氟化硫斷路器。其技術(shù)參數(shù)如下表7-1所示。表7-1所選斷路器的電氣參數(shù)型號(hào)額定電壓〔kV〕額定電流〔A〕額定開斷電流〔kA〕動(dòng)穩(wěn)定電流〔kA〕額定關(guān)合電流〔kA〕4s熱穩(wěn)定電流〔kA〕LW25-126/3150-4012631504010010040〔2〕斷路器的校驗(yàn)根據(jù)表6-1中的短路參數(shù)，對斷路器進(jìn)行動(dòng)、熱穩(wěn)定性及其開斷能力校驗(yàn)。由于供電系統(tǒng)采用分列運(yùn)行，且變電站110kV側(cè)全橋方式接線的五個(gè)斷路器的最大長時(shí)負(fù)荷電流因接近而采用同種型號(hào)的斷路器，故直接按照分列運(yùn)行下的短路情況進(jìn)行動(dòng)、熱穩(wěn)定性及其開斷能力校驗(yàn)。1〕額定開斷電流校驗(yàn)斷路器按k1點(diǎn)最大短路電流校驗(yàn)，即：符合要求。2〕動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)斷路器按k1點(diǎn)最大沖擊電流檢校驗(yàn)，即：符合要求。3〕熱穩(wěn)定校驗(yàn)由于變壓器容量為12500kVA，變壓器設(shè)有差動(dòng)保護(hù)，在差動(dòng)保護(hù)范圍內(nèi)短路時(shí)，其為瞬時(shí)動(dòng)作，繼電器保護(hù)動(dòng)作時(shí)限為0，短路持續(xù)時(shí)間小于1s，需要考慮非周期分量的假想時(shí)間。此時(shí)，假想時(shí)間由斷路器的全開斷時(shí)間0.1s和非周期分量假想時(shí)間0.05s構(gòu)成，即。當(dāng)短路發(fā)生在10kV母線上時(shí)，差動(dòng)保護(hù)不動(dòng)作〔因不是其保護(hù)范圍〕，此時(shí)過流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限為2s，短路持續(xù)時(shí)間大于1s，此時(shí)假想時(shí)間由繼電保護(hù)時(shí)間和斷路器全開斷時(shí)間構(gòu)成，即。故k1點(diǎn)短路時(shí)，斷路器相當(dāng)于4s的熱穩(wěn)定電流為：符合要求。故k2點(diǎn)短路時(shí)，斷路器相當(dāng)于4s的熱穩(wěn)定電流為：符合要求。4〕額定關(guān)合電流校驗(yàn)斷路器按k1點(diǎn)最大沖擊電流檢校驗(yàn)，即：符合要求。7.2.210kV側(cè)斷路器的選擇〔1〕按照斷路器的工作電壓和電流選擇斷路器1〕斷路器QF6和QF7選擇當(dāng)一臺(tái)變壓器發(fā)生故障或檢修時(shí)，假設(shè)閉合斷路器QF8，讓另一臺(tái)變壓器承當(dāng)全部負(fù)荷，這時(shí)QF6和QF7上流過最大長時(shí)負(fù)荷電流為變壓器的最大電流。故10kV側(cè)變壓器回路中的最大長時(shí)負(fù)荷電流：由QF6的和QF7的工作電壓為10kV，最大長時(shí)負(fù)荷電流為757.77A，布置在室內(nèi)，初步選型號(hào)為ZN63-12/1250-25的戶內(nèi)真空斷路器，額定電壓為12kV，額定電流為1250A。其技術(shù)參數(shù)如表7-2所示。斷路器QF8選擇當(dāng)承當(dāng)負(fù)荷最大的那段母線經(jīng)QF8由交叉?zhèn)茸儔浩魅?fù)荷供電時(shí)，流經(jīng)斷路器的電流為最大長時(shí)負(fù)荷電流。結(jié)合變電站的主接線圖和負(fù)荷資料，得出Ⅰ段和Ⅱ段母線承載負(fù)荷情況如下：Ⅰ段母線上的最大負(fù)荷：無功功率為：視在功率為：Ⅱ段母線上的最大負(fù)荷：無功功率為：視在功率為：經(jīng)比擬得出，Ⅱ段母線上的負(fù)荷容量更重，故求出流經(jīng)斷路器QF8的最大長時(shí)負(fù)荷電流為：由QF8的工作電壓為10kV，最大長時(shí)負(fù)荷電流為516.73A，布置在室內(nèi)，初步選型號(hào)為ZN63-12/630-20的戶內(nèi)真空斷路器，額定電壓為12kV，額定電流為630A。其技術(shù)參數(shù)如表7-2所示。3〕負(fù)荷斷路器的選擇負(fù)荷出線上統(tǒng)一使用同樣規(guī)格的斷路器，為了滿足所有出線的平安要求，應(yīng)選用最大負(fù)荷對應(yīng)的出線來計(jì)算斷路器的最大長時(shí)負(fù)荷電流?？紤]到最大負(fù)荷水廠為雙回路供電，當(dāng)其中一條供電回路發(fā)生故障切斷時(shí)，另一條回路上將承當(dāng)該機(jī)械制造廠的全部負(fù)荷，此時(shí)斷路器上將有最大長時(shí)負(fù)荷電流，即：由QF8的工作電壓為10kV，最大長時(shí)負(fù)荷電流為516.73A，布置在室內(nèi)，初步選型號(hào)為ZN63-12/630-20的戶內(nèi)真空斷路器，額定電壓為12kV，額定電流為630A。其技術(shù)參數(shù)如下表7-2所示。表7-2所選斷路器的電氣參數(shù)型號(hào)額定電壓〔kV〕額定電流〔A〕額定開斷電流〔kA〕動(dòng)穩(wěn)定電流〔kA〕額定關(guān)合電流〔kA〕4s熱穩(wěn)定電流〔kA〕ZN63-12/1250-2512125025636325ZN63-12/630-201263020505020〔2〕斷路器的校驗(yàn)根據(jù)表6-1中的短路參數(shù)，對斷路器進(jìn)行動(dòng)、熱穩(wěn)定性及其開斷能力校驗(yàn)。由于供電系統(tǒng)采用分列運(yùn)行，且變電站110kV側(cè)全橋方式接線的五個(gè)斷路器的最大長時(shí)負(fù)荷電流因接近而采用同種型號(hào)的斷路器，故直接按照分列運(yùn)行下的短路情況進(jìn)行動(dòng)、熱穩(wěn)定性及其開斷能力校驗(yàn)。1〕額定開斷電流校驗(yàn)斷路器按k1點(diǎn)最大短路電流校驗(yàn)，即：符合要求。2〕動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)斷路器按k1點(diǎn)最大沖擊電流檢校驗(yàn)，即：符合要求。3〕熱穩(wěn)定校驗(yàn)由于變壓器容量為12500kVA，變壓器設(shè)有差動(dòng)保護(hù)，在差動(dòng)保護(hù)范圍內(nèi)短路時(shí)，其為瞬時(shí)動(dòng)作，繼電器保護(hù)動(dòng)作時(shí)限為0，短路持續(xù)時(shí)間小于1s，需要考慮非周期分量的假想時(shí)間。此時(shí)，假想時(shí)間由斷路器的全開斷時(shí)間0.1s和非周期分量假想時(shí)間0.05s構(gòu)成，即。當(dāng)短路發(fā)生在10kV母線上時(shí)，差動(dòng)保護(hù)不動(dòng)作〔因不是其保護(hù)范圍〕，此時(shí)過流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限為1.5s，短路持續(xù)時(shí)間大于1s，此時(shí)假想時(shí)間由繼電保護(hù)時(shí)間和斷路器全開斷時(shí)間構(gòu)成，即。故