【S鎮(zhèn)35kV變電站一次系統(tǒng)設計（論文）14000字】

頁第1章引言課題背景及研究意義隨著社會的發(fā)展以及人民物質(zhì)生活水平的提高，人們對用電水平的要求也在不斷提高，用電量有所增加。目前我國電力網(wǎng)中35kV仍然是一個重要的電壓等級，為了滿足鄉(xiāng)鎮(zhèn)日益發(fā)展的負荷需要，提高對用戶和用電設備提供電能的可靠性，對變電站的設計也要求越來越完善。電力系統(tǒng)是一個整體，由發(fā)電廠、變電站、輸電線路和電力用戶幾個方面組成，其中變電站是重要的中間環(huán)節(jié)，起接受、變換和分配電能的作用。為了使電力系統(tǒng)安全、可靠、靈活、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行，將電能優(yōu)質(zhì)可靠地輸送至用戶，對變電站一次系統(tǒng)展開設計有重要意義。因此，結合實際情況，根據(jù)國家相關設計規(guī)范采用新技術、新設備，熟悉并進行35kV變電站一次系統(tǒng)方案的總體設計，對社會發(fā)展十分有益。1.2變電站一次設計原則變電站應該根據(jù)工程項目發(fā)展規(guī)劃進行設計，以近期為主，與遠期發(fā)展相結合，注意預留未來可能擴建的需要。統(tǒng)籌兼顧，按照地方負荷、環(huán)境特點，確定合理設計。在設計時要遵循國家標準和相應的行業(yè)技術規(guī)范，其中需要注意以下幾個方面。主變壓器的選擇。變電站主變壓器的臺數(shù)、容量要根據(jù)系統(tǒng)要求綜合確定，地區(qū)負荷中有一級、二級負荷時應裝設兩臺或以上的變壓器，變壓器臺數(shù)對容量和主接線也有一定影響，需要根據(jù)具體指標考慮確定；電氣主接線設計。變電站的主接線，應根據(jù)變電站在電力網(wǎng)中的地位、出線回路數(shù)、負荷特點及負荷性質(zhì)等條件確定，并應滿足供電可靠、運行靈活、操作檢修方便、節(jié)約投資和便于擴建等要求[1]；主要電氣設備的選擇。根據(jù)變電站自然條件、環(huán)境狀況等作為電氣設備選擇的原則和依據(jù)，參考主要技術規(guī)范，還要考慮是否先進、可靠。以國產(chǎn)設備為主，提高效率，節(jié)約投資；防雷接地保護。雷電是自然氣候中不可避免的問題，電力系統(tǒng)中的設備或建筑物遭受雷電沖擊可能會引發(fā)嚴重后果。為保證變電站的安全運行，掌握防雷和接地保護十分重要。1.3變電站選址原則變電站選址原則有以下幾點。盡可能接近負荷中心；考慮電源的進線方向，以方便進出線；考慮當?shù)仄髽I(yè)將來可能擴建的需要；交通方便，便于運輸；避開易燃易爆場所，設在單位上風側(cè)；變電站及屋外配電裝置滿足防火間距規(guī)定[2]。1.3.1地理氣候條件河北省邢臺市柏鄉(xiāng)縣S鎮(zhèn)地處縣境西北部，西與高邑相接，南鄰內(nèi)步鄉(xiāng)，北鄰固城店鎮(zhèn)，總面積54.6平方千米。S鎮(zhèn)境內(nèi)為平原地貌，地形相對平坦，海拔34米，屬于溫帶大陸性季風氣候。1.3.2變電站選址站址位于S鎮(zhèn)東側(cè)趙辛線，附近為農(nóng)田與林地，地勢平坦開闊，排水良好。北部與國道G339相連，交通便利。1.4變電站選址原則論文針對S鎮(zhèn)新建一35kV變電站一次系統(tǒng)展開設計，主要工作包括以下幾個方面：根據(jù)負荷要求，進行負荷計算與無功補償；選擇變電站主變壓器容量、臺數(shù)等；設計電氣主接線方案，繪制合適的主接線圖；進行短路電流計算；根據(jù)短路電流計算的結果對電氣設備和導線進行選擇和校驗；進行防雷保護設計。

第2章負荷統(tǒng)計與無功補償?shù)?章負荷統(tǒng)計與無功補償本章內(nèi)容為分析供電的主要負荷電力需要、功率因數(shù)等。負荷的大小和類別將影響主接線形式、主變壓器臺數(shù)和容量。電力系統(tǒng)中既包括有功功率，也會產(chǎn)生無功功率，本章通過負荷計算進行無功補償，減少電路功率損耗。2.1原始負荷統(tǒng)計待建變電站的負荷統(tǒng)計如表2-1和表2-2所示。表2-110kV側(cè)負荷統(tǒng)計線路負荷名稱功率P(kW)功率因數(shù)負荷分類1#藥廠12000.85Ⅰ2#食品廠15000.85Ⅱ3#學校113000.85Ⅲ4#學校28000.85Ⅲ5#醫(yī)院16000.9Ⅰ6#居民區(qū)114000.85Ⅲ7#居民區(qū)210000.85Ⅲ8#居民區(qū)38000.85Ⅲ表2-2站用負荷統(tǒng)計負荷名稱功率P(kW)功率因數(shù)站用電500.8其中，有功功率同時系數(shù)Kp=0.9，無功功率同時系數(shù)Kq=0.95。2.2負荷分類和負荷計算由于對供電可靠性的要求不同，我國對電力負荷分為3級。（1）一級負荷供電中斷會導致人身傷害或難以修復的設備損壞，并造成重大經(jīng)濟損失的負荷；中斷供電會發(fā)生中毒、爆炸和失火的負荷；在特別重要的情況下不允許供電中斷的應視為特別重要的負荷。一級負荷要求有兩個獨立電源供電。（2）二級負荷供電中斷將導致設備損壞、生產(chǎn)過程混亂需要很長時間才能恢復，重要產(chǎn)品生產(chǎn)減少，或影響重要用戶正常工作的負荷。二級負荷應該用兩回路供電。當供電線路有困難時允許一回及以上架空線路供電。（3）三級負荷不屬于一級和二級的一般電力負荷。三級負荷對供電沒有特殊要求[2]。為了電力系統(tǒng)安全可靠地運行，必須進行電力負荷計算，從而正確選擇變壓器、電氣設備和導線等。我國目前普遍采用需要系數(shù)法和二項式系數(shù)法確定用電設備的負荷,其中需要系數(shù)法是國際上普遍采用的確定計算負荷的方法，最為簡便[3]。計算負荷的公式如式（2-1）-（2-6）。（2-1）（2-2）（2-3）（2-4）（2-5）（2-6）其中，PC和QC分別為有功計算負荷和無功計算負荷，2.2.110kV側(cè)負荷根據(jù)公式（2-1）-（2-6），10kV側(cè)負荷計算結果如表2-3所示。表2-310kV側(cè)計算負荷負荷名稱P(kW)cosQ(kvar)S(kVA)I(A)藥廠12000.85743.6931411.74681.508食品廠15000.85929.6161764.705101.979學校113000.85805.6671529.41192.715學校28000.85495.795941.17657.054醫(yī)院16000.9774.9151777.777107.772居民區(qū)114000.85867.6421647.05899.846居民區(qū)210000.85619.7441176.47071.319居民區(qū)38000.85495.795941.17657.055總計算負荷為：2.2.2站用電負荷根據(jù)原始負荷資料和公式（2-1）-（2-4），得站用計算負荷。2.3無功補償2.3.1無功補償概述功率因數(shù)可以反映用戶設備對供配電系統(tǒng)的影響。電路的功率因數(shù)越高，無功功率在電源輸出的視在功率中所占的比例越小，供電設備的利用率越高，線路的損耗就越小，從而效率就越高。相反，功率因數(shù)太低，線路的供電損耗就會增加，降低了輸電效率[4]。因此，要求電力用戶的功率因數(shù)較低時要進行無功補償。根據(jù)《國家電網(wǎng)公司電力系統(tǒng)無功補償配置技術原則》規(guī)定：“100kVA及以上高壓供電的電力用戶，在用戶高峰負荷時變壓器高壓側(cè)功率因數(shù)不宜低于0.95；其他電力用戶，功率因數(shù)不宜低于0.90”。2.3.2無功補償計算提高用戶功率常常采用人工補償，廣泛采用并聯(lián)電容器來補償無功功率。補償容量按公式（2-7）計算。（2-7）tanφ確定補償容量后，根據(jù)相關設備選型手冊選擇并聯(lián)電容器規(guī)格，并確定數(shù)量為：（2-8）其中，QN.C為額定容量。補償后的視在功率為（2-9）由2.2.1中10kV側(cè)負荷計算結果可知功率因數(shù)cosφ=0.845不符合要求，根據(jù)公式根據(jù)《常用供配電設備選型手冊》[5]取BGF10.5-100-3W型并聯(lián)電容器，工作容量100kvar，數(shù)量為臺，取27臺。由式（2-9）得10kV側(cè)負荷補償后視在功率實際功率因數(shù)符合要求。補償后無功功率為補償后的計算電流故10kV側(cè)無功補償后負荷的計算結果如表2-4所示。表2-410kV側(cè)補償后負荷統(tǒng)計P(kW)Q(kvar)S(kVA)I(A)86402746.2249065.944523.422由2.2.2中站用電負荷計算得功率因數(shù)cosφ=0.784查設備選型手冊，選擇BWF0.4-25-3W，數(shù)量為1臺。補償后站用電視在功率為實際功率因數(shù)符合要求。2.3.3無功補償裝置經(jīng)過計算，選取的10kV側(cè)無功補償裝置如表2-5所示。表2-510kV側(cè)無功補償裝置型號額定電壓(kV)額定容量(kvar)相數(shù)數(shù)量(臺)BGF10.5-100-3W10.5100327變電站無功負荷補償裝置如表2-6所示：表2-6變電站無功補償裝置型號額定電壓(kV)額定容量(kvar)相數(shù)數(shù)量(臺)BWF0.4-25-3W0.42531第3章變壓器選擇第3章變壓器選擇本章將對變壓器進行容量、臺數(shù)和主要形式進行選擇。電力變壓器是發(fā)電廠和變電所的主要設備之一，主要對不同功率進行傳輸和交換，在降壓變電站中把電壓降低為各級使用電壓，以滿足用電的需要。如果變壓器選擇不當可能會造成嚴重經(jīng)濟損失，因此變壓器容量的選擇要統(tǒng)籌兼顧，根據(jù)地區(qū)供電條件、負荷性質(zhì)、用電容量和運行方式等條件綜合確定。3.1主變?nèi)萘亢团_數(shù)確定3.1.1主變臺數(shù)確定電力負荷包含一、二級負荷時應選擇兩臺主變壓器，當其中一臺檢修或發(fā)生故障時另一臺能及時保證供電。如果低壓側(cè)有其他備用電源，也可以采用一臺主變壓器。除此以外，負荷中若只有三級負荷，但電力設備比較集中且容量大時，也應該采用兩臺主變壓器。本次設計中電力負荷包括一、二級負荷如醫(yī)院、食品廠、藥廠等，因此采用兩臺相同型號的主變壓器和站用變壓器。3.1.2主變?nèi)萘看_定變壓器容量的選擇由用電負荷、各級負荷比重綜合考慮。裝有兩臺主變壓器時，要保證其中一臺主變故障或檢修時，另一臺單獨運行能保證全部負荷的60%-70%；任意一臺主變單獨運行能保證全部一、二級負荷的需要[2]，即滿足以下兩個公式（3-1）和（3-2）：（3-1）（3-2）最大綜合負荷的計算如式(3-3)：（3-3）其中，SiKiα%為線損率，取5%。3.2站用變壓器容量選擇在有兩臺及以上主變壓器的變電站中，宜裝設兩臺容量相同可互為備用的站用變壓器，每臺站用變壓器容量應按全站計算負荷選擇。兩臺站用變壓器可分別接自主變壓器最低電壓級不同段母線[6]。3.3主變壓器形式選擇3.3.1相數(shù)選擇變壓器一般包括單相式和三相式兩種。由于單相變壓器投資大，占地面積大，結構復雜，維修費用高[7]，因此220kV及以下的變電站一般選擇三相式。3.3.2繞組數(shù)和連接組別選擇本次設計的變電站為35/10kV，包括兩個電壓等級的變換，故選擇雙繞組變壓器。變壓器的連結組別必須與系統(tǒng)電壓一致，電力系統(tǒng)中有一般兩種連接方式：星形“Y”和三角形“△”?？紤]到為了限制3次諧波的影響，一般選擇YNd11接線方式。3.3.3阻抗和調(diào)壓方式選擇一旦確定好變壓器的材料、結構、電壓比，變壓器的阻抗大小一般與容量無關。對具體供配電系統(tǒng)工程，雙繞組變壓器一般按標準值選擇。變壓器調(diào)壓方式是通過開關選擇變壓器的分接頭，改變主變壓器繞組匝數(shù)來調(diào)整變比實現(xiàn)的。通常分為兩種切換方式，一種為帶負載調(diào)壓，即有載調(diào)壓，調(diào)整范圍能達到30%，但是價格昂貴，比較復雜；另一種為不帶電調(diào)壓，即無載調(diào)壓，調(diào)整范圍為±5%。直接向10kV電網(wǎng)供電的降壓變壓器可選用有載調(diào)壓。3.3.4冷卻方式選擇中小型變壓器通常采用自然風冷卻和強迫風冷卻。根據(jù)變壓器型號不同還包括其他冷卻方式，如強迫油循環(huán)水冷卻、強迫油循環(huán)風冷卻等。在大容量及特大容量變壓器中一般采用強迫油循環(huán)導向冷卻[8]。3.4變壓器選擇結果3.4.1主變壓器選擇根據(jù)式（3-1）-（3-3），得變電站所有的綜合負荷計算結果為根據(jù)《電力設備選型手冊》，選擇兩臺相同型號的主變壓器，型號如表3-1所示。表3-1主變壓器型號型號額定容量（kVA）額定電壓(kV)連接組號阻抗電壓(%)損耗(kW)空載電流(%)空載負載高壓低壓SZL7-6300/3563003538.5±3×2.5%10.5YN,d117.58.8043.001.23.4.2站用變壓器選擇由2.3.2可知站用電總負荷為47.366kVA，根據(jù)《電力設備選型手粗》，選擇兩臺相同型號的站用變壓器，型號如表3-2所示。表3-2站用變壓器型號型號額定容量（kVA）額定電壓(kV)連接組號阻抗電壓(%)損耗(kW)空載電流(%)空載負載高壓低壓S9-100/351003538.5±5%0.4Y,yn06.50.352.101.93.4.3變壓器損耗電力系統(tǒng)中輸送電能要經(jīng)過多級變壓器變換電能最終到達用電設備，變壓器損耗能量不容小覷。因此，減小變壓器損耗對節(jié)約能源、經(jīng)濟運行有重要意義。變壓器損耗包括鐵損和銅損，其中鐵損是固定損耗，又叫空載損耗，與負荷無關。而銅損又叫負載損耗?？蛰d損耗還包括有功空載損耗?P0和無功空載損耗?Q0，負荷損耗包括有功負載損耗?P變壓器損耗計算公式為：有功功率損耗：（3-4）無功功率損耗：（3-5）其中，?Pk為變壓器負載損耗，也就是額定負荷時有功功率損耗。K本變電站結合選擇變壓器的型號和公式（3-4）和（3-5），得主變壓器損耗：站用變壓器損耗：3.4.4主變壓器一次側(cè)計算結果根據(jù)3.4.3中計算結果和表2-4，主變壓器高壓側(cè)有功功率為無功功率視在功率計算電流故主變壓器一次側(cè)負荷計算結果如表3-3所示。表3-335kV側(cè)負荷統(tǒng)計P(kW)Q(kvar)S(kVA)I(A)8737.8453800.2929528.492157.179第4章電氣主接線設計第4章電氣主接線設計電氣主接線是把變電站中的主要設備按照規(guī)劃和要求連接起來的，表示電氣主接線中的一次設備連接情況稱為主接線圖。電氣主接線對變電站以及電力系統(tǒng)的安全、可靠經(jīng)濟的運行起著重要的作用，也會影響電力設備的選型。電氣主接線應根據(jù)變電站在電力系統(tǒng)中的地位、變電站的規(guī)劃容量、負荷性質(zhì)線路和變壓器連接元件總數(shù)、設備特點等條件確定,并應滿足供電可靠、運行靈活、投資節(jié)約和便于過渡或擴建等要求[9]。4.1變電站電氣主接線基本要求變電站電氣主接線應該達到可靠、靈活、安全、經(jīng)濟?？煽啃?。變電站的首要功能是保證電能可靠傳輸，電氣主接線代表了變電站電能傳輸、分配的主體結構，因此保證主接線可靠性是基本任務。同時應該結合當?shù)刎摵尚再|(zhì)、變電站的地位、設備可靠性綜合考慮。在有一級和二級負荷的地區(qū)中，停電將造成巨大的經(jīng)濟損失，帶來生產(chǎn)停止、人身傷亡等影響。靈活性。電氣主接線應該能適應各種運行狀態(tài)，能靈活進行投切線路。操作上應該簡單方便，便于工作人員檢修和投切。還要考慮到未來區(qū)域的發(fā)展，能夠適應將來負荷增長和擴建，可以順利完成改造。經(jīng)濟性。在保證供電可靠的前提下，盡量使得變電站設計經(jīng)濟運行。要盡量減少一次投資，節(jié)約電能和經(jīng)濟費用。主接線設計要節(jié)約土地，盡快投入使用。4.2主接線基本接線形式4.2.1單母線接線電氣主接線可分為有母線和無母線形式。母線是匯集和分配電能的中心，單母線的基本接線形式和特點如表4-1所示。表4-1單母線基本接線形式主接線形式特點單母線接線優(yōu)點：運行方式相對簡單，易于擴建。投資低，運行費用少，占地面積小。缺點：供電可靠性差，靈活性差，設備檢修時要停止供電。單母線分段接線優(yōu)點：檢修或故障時減小停電范圍，主接線結構簡單，靈活性高，易于擴建。缺點：任一母線檢修或故障時，該線路需要停電。4.2.2雙母線接線雙母線有兩組接線，可以互為備用，增加運行可靠性。雙母線的基本接線形式和特點如表4-2所示。表4-2雙母線基本接線形式主接線形式特點雙母線接線優(yōu)點：可靠性和靈活性大大提高，母線檢修時不中斷供電。調(diào)度靈活。缺點：倒閘操作較為復雜，投資大，占地面積大。檢修回路斷路器時，該回路仍需停電。雙母線分段接線優(yōu)點：具有更高的可靠性和靈活性，減小母線故障時停電范圍。缺點：投資高，配電裝置復雜。4.2.3橋形接線橋形接線屬于無母線接線形式，橋形接線的基本接線形式和特點如表4-3所示。表4-3橋形接線基本接線形式主接線形式特點內(nèi)橋接線優(yōu)點：設備比較簡單，引出線的切除和投入比較方便，運行靈活性好，還可采用備用電源自投裝置。缺點：當變壓器檢修或故障時，操作步驟較多，繼電保護裝置也較復雜。外橋接線優(yōu)點：變壓器在檢修時，操作較為簡便。缺點：線路的投切比較復雜，靈活性差。4.3主接線方案設計根據(jù)《35kV-110kV變電站設計規(guī)范》，規(guī)定：“35kV-110kV電氣接線宜采用橋形、擴大橋形、線路變壓器組或線路分支接線、單母線或單母線分段的接線。35kV-66kV線路為8回及以上時，宜采用雙母線接線。當變電站裝有兩臺及以上主變壓器時，6kV-10kV電氣接線宜采用單母線分段”。4.3.135kV側(cè)主接線形式比較35kV側(cè)接線方式擬考慮三種方案。方案1：單母線接線。接線方式如圖4-1。圖4-1單母線接線在變電站電氣主接線中，單母線接線形式簡單，操作方便，所需的投資小，設備少，比較經(jīng)濟。便于后期擴建。但缺點是靈活性和可靠性較差，任一回路設備需要檢修或故障時，所有回路都會停止供電。因此，單母線接線適用于容量小，回路少，供電對象為二、三級負荷的場所。方案2：單母線分段接線。接線方式如圖4-2。圖4-2單母線分段接線單母線分段接線相較于單母線接線增加了母線斷路器和母線隔離開關，形式簡單清晰，設備較少，操作方便。當其中一段母線發(fā)生故障或檢修時，另一段母線能保證電力供應，不會影響非故障段供電。可靠性和靈活性有所提高，提高重要負荷供電可靠性。方案3：內(nèi)橋接線。接線方式如圖4-3。圖4-3內(nèi)橋接線根據(jù)我國輸變電工程35kV典型設計，內(nèi)橋接線是兩回進線推薦形式。內(nèi)橋接線所需的高壓斷路器較少，節(jié)約投資，占地小，線路投切簡單方便，適用于變壓器不需要經(jīng)常投切的線路。缺點是線路斷路器發(fā)生故障時需要暫停該線路供電進行維修。內(nèi)橋接線適用于對一、二級負荷供電，變壓器不經(jīng)常切換或線路較長的場所。綜合以上分析，方案1簡單清晰，設備少，但不夠靈活，可靠性不高。本變電站有一、二級負荷，不能滿足供電可靠性。方案2提高了供電可靠性，由斷路器將母線進行分段，當某一段發(fā)生故障時不會對另一段母線造成影響，但所需隔離開關和斷路器數(shù)量較多。方案3設備簡單，出線回路投切方便，靈活性好。所需高壓開關設備數(shù)量少，投資較小。綜合考慮，35kV側(cè)選擇內(nèi)橋接線。4.3.210kV側(cè)主接線形式比較10kV側(cè)接線方式擬考慮兩種方案。方案1：單母線接線。接線方式如圖4-4。圖4-4單母線接線方案2：單母線分段接線。接線方式如圖4-5。圖4-5單母線分段接線根據(jù)在4.3.1節(jié)中的分析，方案2的可靠性遠遠高于方案1，不會中斷對重要負荷的供電，因此選擇方案2。4.3.3主接線方案選擇經(jīng)過綜合分析比較，最終確定35kV側(cè)選擇內(nèi)橋接線，10kV側(cè)選擇單母線分段接線。站用電均從35kV高壓側(cè)引入，可靠性高。變電站電氣主接線如圖4-6所示。圖4-6電氣主接線圖用AutoCAD軟件繪制出主接線圖，如附錄所示。第5章短路電流計算第5章短路電流計算供配電系統(tǒng)中，用戶的用電需要安全，可靠的電源，以確保生產(chǎn)和生活的需求。同時，還要注意系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的各種故障和異常運行狀態(tài)，其中對電力系統(tǒng)危害最嚴重的就是短路故障。短路是指相與相、相與地之間發(fā)生的金屬性短接或經(jīng)小阻抗短接，本章通過討論供配電系統(tǒng)在短路狀態(tài)下的電流，為母線、設備選擇和繼電保護整定計算打下基礎。所以短路電流計算在變電站設計中必不可少。5.1短路概述根據(jù)不同的短接方式，短路可分為三相短路、兩相短路、單相接地短路和兩相接地短路。其中三相短路是三相導體之間發(fā)生的對稱短路，兩相短路是任意兩相導體之間發(fā)生短路，單相接地短路是指任意相經(jīng)過大地與中性點發(fā)生短路，兩相接地短路是指在中性點不接地系統(tǒng)中任意兩相發(fā)生單相接地形成的短路[2]。短路故障中，發(fā)生最多的故障是單相短路接地故障，占所有故障的90%左右。但短路危害最大的是三相短路，發(fā)生故障時短路電流最大。因此，短路計算中常常對三相短路進行分析計算。造成短路的主要因素是電氣設備導體絕緣發(fā)生損壞。主要包括這幾個方面：設備絕緣自然老化或機械損傷，雷擊、大氣等自然氣候造成過電壓，鳥類在裸導體上跨接。除此之外運行人員違規(guī)誤操作也可能造成短路故障的發(fā)生。短路故障造成的危害有以下幾個方面。由于短路造成的電路阻抗降低，遠遠小于正常阻抗，所以短路電流比正常電流大幾十倍。電流的急劇增加同時會帶來電壓大幅降低，可能會使電氣設備的正常使用造成破壞。例如異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與端電壓有關，電壓下降可能造成電動機停止運行，給生產(chǎn)生活帶來損失。短路電流過大容易使設備過熱發(fā)生損壞，同時會產(chǎn)生過大的電動力，可能會造成機械設備變形或損壞。如果短路發(fā)生地點離電源不遠而持續(xù)時間又很長，可能使并列運行的發(fā)電廠失去同步，破壞系統(tǒng)穩(wěn)定，造成大面積停電[1]。故障點可能會產(chǎn)生電弧，對設備、人身安全留下隱患。不對稱短路可能對周圍電磁通信產(chǎn)生影響。5.2短路電流計算5.2.1短路電流計算假設條件短路電流計算通常采用近似計算的方法，也被稱為實用計算，基本假設條件如下[10]。發(fā)生短路故障之前，電力系統(tǒng)在正常工作下對稱運行。短路過程中，電力系統(tǒng)中所有電源電磁勢的相角都相同，頻率與正常工作時相同。系統(tǒng)中各元件的電阻忽略，變壓器的勵磁電流和輸電線電容略去，只計算電抗。電力系統(tǒng)中各元件的磁路不飽和。即各元件的參數(shù)不隨電流而變化，計算可應用疊加原理。負荷僅為近似值。由于負荷電流通常比短路電流小得多，因此在近似計算中會忽略遠離短路點的負荷，并且僅考慮靠近短路點的大容量電動機的影響。短路故障是金屬性短路。5.2.2短路電流計算供配電系統(tǒng)中常常采用標幺值來簡化計算。標幺值是指該物理量實際值與基準值的比值，因此說明所選的基準值很有必要。本次計算中選取基準容量SB（5-1）（5-2）然后計算出電力系統(tǒng)中元件的阻抗標幺值，公式如下。變壓器的電抗標幺值為（5-3）其中，為變壓器短路電壓百分數(shù)，為變壓器額定容量。線路的電抗標幺值為（5-4）線路的取0.4Ω/km。電力系統(tǒng)的電抗標幺值為（5-5）三相短路電流周期分量的有效值的標幺值為（5-6）三相短路電流周期分量的有名值為（5-7）短路沖擊電流和短路沖擊電流有效值為（5-8）（5-9）三相短路容量計算如下（5-10）5.2.3短路電流計算步驟根據(jù)電氣主接線圖，繪制出系統(tǒng)短路電流計算等效系統(tǒng)電路圖如圖5-1所示。圖5-1短路計算等效系統(tǒng)電路圖其中，線路長度為7.8km，假設=1000MVA，求各元件電抗標幺值。由圖5-1畫出短路電流計算等效電路圖，如圖5-2所示。圖5-2短路電流計算等效電路圖根據(jù)公式（5-5），電力系統(tǒng)的電抗標幺值根據(jù)公式(（5-3），變壓器T1和T2的電抗標幺值根據(jù)公式（5-4），線路的電抗標幺值K1點短路時，則電源到短路點的總電抗為根據(jù)公式（5-1），計算K1點基準電流根據(jù)公式（5-6）-（5-10），計算K1點短路電流各值和三相短路容量K2點短路時，根據(jù)圖5-2，電源到短路點的總電抗為根據(jù)公式（5-1），計算K2點基準電流根據(jù)公式（5-6）-（5-10），計算K2點短路電流各值和三相短路容量得到的短路計算結果如表5-1所示。表5-1短路電流計算結果短路地點三相短路電流周期分量（kA）短路沖擊電流（kA）短路沖擊電流有效值（kA）短路容量（kA）K17.32216.47411.056469.4K26.80315.30610.272123.7第8章總結第6章電氣設備選擇為了確保變電站的安全運行，電氣設備的選擇關系到整個系統(tǒng)的安全、可靠運行。具體工程不同，在進行電氣設備的選擇時也應當根據(jù)實際情況，按照一定的原則，遵循國家標準規(guī)范，在安全可靠的前提下盡可能節(jié)約投資。6.1電氣設備選擇的原則電氣設備是在一定的工作條件下工作的，除了滿足電力系統(tǒng)正常運行時的工作要求，還應該在短路故障時有一定的斷流能力[2]。電氣設備的選擇有以下一般原則。根據(jù)設備安裝當?shù)丨h(huán)境條件和要求選擇；按照系統(tǒng)工作的額定電壓校驗，應當不低于設備所在系統(tǒng)額定電壓；按照正常工作電流選擇額定電流；根據(jù)短路條件校驗熱穩(wěn)定、動穩(wěn)定和開關設備斷流能力。6.1.1額定電壓和額定電流的選擇按照正常工作條件，電氣設備的額定電壓不低于所在電力系統(tǒng)的標準電壓，即（6-1）電氣設備的額定電流是指在額定環(huán)境溫度下電氣設備的長期允許電流，不低于合理運行方式下的最大持續(xù)工作電流或最大計算電流[8]，即（6-2）最大持續(xù)工作電流具體如表6-1所示。此外，還應該按照具體工作條件、裝置環(huán)境、檢修運行來選擇。表6-1最大持續(xù)工作電流回路名稱發(fā)電機、調(diào)相機1.05倍發(fā)電機、調(diào)相機額定電流變壓器回路1.05倍變壓器額定電流母線聯(lián)絡回路1個電源元件的最大計算電流母線分段回路分段電抗器額定電流6.1.2電氣設備校驗的一般原則為了確保電氣設備在故障發(fā)生時不被損壞，具有一定的斷流能力，一般按照短路電流最大的情況下進行熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定校驗，因此，選擇最嚴重的的情況，即按照三相短路電流進行校驗。（1）熱穩(wěn)定校驗。短路電流過大會造成電力系統(tǒng)中電氣設備溫度過熱，電氣設備應該滿足承受允許的溫度，校驗熱穩(wěn)定的條件為（6-3）式中，為短路點的短路電流引起的熱效應值，為電氣設備在t時間內(nèi)允許通過的熱穩(wěn)定電流。（2）動穩(wěn)定校驗電氣設備應滿足承受短路沖擊電流機械效應的能力，條件為（6-4）（6-5）式中為短路沖擊電流幅值，為短路沖擊電流有效值；為電氣設備允許通過的動穩(wěn)定電流幅值，為動穩(wěn)定電流有效值。（3）短路計算時間檢驗電氣設備在短路時的熱穩(wěn)定時間，公式如下（6-6）（6-7）其中，為繼電保護動作時間，取0.1s；為斷路器全開斷時間；為斷路器固有分閘時間；為斷路器開斷時電弧持續(xù)時間，根據(jù)斷路器型號不同而不同。（4）斷流能力校驗檢驗開關電器設備的斷流能力應滿足額定短路分斷電流不小于最大三相短路電流，即（6-8）6.1.3電氣設備選擇和校驗的項目不同高壓電氣設備需要進行選擇和校驗的項目不同，如表6-2所示。表6-2電氣設備選擇和校驗項目電氣設備名稱額定電壓（kV）額定電流(A)短路校驗動穩(wěn)定熱穩(wěn)定斷流能力(kA)斷路器是是是是是隔離開關是是是是否電流互感器是是是是否電壓互感器是否否否否母線否是是否否6.2斷路器選擇與校驗6.2.135kV側(cè)斷路器（1）按照額定電壓選擇。根據(jù)公式（6-1），得35kV側(cè)斷路器額定電壓為（2）按照額定電流選擇。根據(jù)表3-3和公式（6-2），得35kV側(cè)斷路器額定電流為查設備選型手冊，選擇LW7-35型戶外高壓SF6斷路器。設備參數(shù)如表6-3所示。表6-335kV側(cè)斷路器參數(shù)型號額定電壓(kV)額定電流(A)額定開斷電流(Ka)額定關合峰值電流(Ka)4s熱穩(wěn)定電流(kA)動穩(wěn)定電流(Ka)額定合閘時間(s)分閘時間(s)LW7-35351600256325630.10.06（3）動穩(wěn)定校驗。由表5-1和公式（6-4）得滿足條件。（4）熱穩(wěn)定校驗。根據(jù)公式（6-3）和（6-6），以及表5-1中短路電流計算結果，得短路電流熱效應為滿足條件。（5）斷流能力校驗。由表5-1和公式（6-8）得滿足條件。6.2.210kV側(cè)斷路器（1）按照額定電壓選擇。根據(jù)公式（6-1），得10kV側(cè)斷路器額定電壓為（2）按照額定電流選擇。根據(jù)表2-4和公式（6-2），得10kV側(cè)斷路器額定電流為查設備選型手冊，選擇ZN12-10型戶內(nèi)高壓真空斷路器。設備參數(shù)如表6-4所示。表6-410kV側(cè)斷路器參數(shù)型號額定電壓(kV)額定電流(A)額定開斷電流(Ka)額定關合峰值電流(Ka)4s熱穩(wěn)定電流(kA)動穩(wěn)定電流(Ka)額定合閘時間(s)分閘時間(s)ZN28-12121250256325630.120.06（3）動穩(wěn)定校驗。由表5-1和公式（6-4）得滿足條件。（4）熱穩(wěn)定校驗。根據(jù)公式（6-3）和（6-6），以及表5-1中短路電流計算結果，得短路電流熱效應為滿足條件。（5）斷流能力校驗。由表5-1和公式（6-8）得滿足條件。6.3隔離開關選擇與校驗6.3.135kV側(cè)隔離開關（1）按照額定電壓選擇。根據(jù)公式（6-1），得35kV側(cè)隔離開關額定電壓為（2）按照額定電流選擇。根據(jù)表3-3和公式（6-2），得35kV側(cè)隔離開關額定電流為查設備選型手冊，選擇GW4-40.5型戶外高壓隔離開關。設備參數(shù)如表6-5所示。表6-535kV側(cè)隔離開關參數(shù)型號額定電壓(kV)額定電流(A)額定峰值耐受電流(kA)4s熱穩(wěn)定電流(kA)GW4-40.540.56302525（3）動穩(wěn)定校驗。由表5-1和公式（6-4）得滿足條件。（4）熱穩(wěn)定校驗。根據(jù)公式（6-3）和（6-6），以及表5-1中短路電流計算結果，得短路電流熱效應為滿足條件。6.3.210kV側(cè)隔離開關（1）按照額定電壓選擇。根據(jù)公式（6-1），得10kV側(cè)隔離開關額定電壓為（2）按照額定電流選擇。根據(jù)表2-4和公式（6-2），得10kV側(cè)隔離開關額定電流為查設備選型手冊，選擇GN19-12型戶內(nèi)高壓隔離開關。設備參數(shù)如表6-6所示。表6-610kV側(cè)隔離開關參數(shù)型號額定電壓(kV)額定電流(A)額定峰值耐受電流(kA)4s熱穩(wěn)定電流(kA)GN19-12126305020（3）動穩(wěn)定校驗。由表5-1和公式（6-4）得滿足條件。（4）熱穩(wěn)定校驗。根據(jù)公式（6-3）和（6-6），以及表5-1中短路電流計算結果，得短路電流熱效應為滿足條件。6.4電流互感器選擇與校驗6.4.135kV側(cè)電流互感器（1）按照額定電壓選擇。根據(jù)公式（6-1），得35kV側(cè)電流互感器額定電壓為（2）按照額定電流選擇。根據(jù)表3-3和公式（6-2），得35kV側(cè)電流互感器額定電流為根據(jù)設備選型手冊，選擇LZZB-35電流互感器。設備參數(shù)如表6-7所示。表6-735kV側(cè)熔斷器參數(shù)型號額定電壓(kV)額定電流(A)額定峰值耐受電流(kA)1s熱穩(wěn)定電流(kA)LZZB-353520049.719.5（3）動穩(wěn)定校驗。由表5-1和公式（6-4）得滿足條件。（4）熱穩(wěn)定校驗。根據(jù)公式（6-3）和（6-6），以及表5-1中短路電流計算結果，得短路電流熱效應為滿足條件。6.4.210kV側(cè)電流互感器（1）按照額定電壓選擇。根據(jù)公式（6-1），得10kV側(cè)電流互感器額定電壓為（2）按照額定電流選擇。根據(jù)表3-3和公式（6-2），得10kV側(cè)電流互感器額定電流為根據(jù)設備選型手冊，選擇LZZBJ6-10電流互感器。設備參數(shù)如表6-8所示。表6-835kV側(cè)熔斷器參數(shù)型號額定電壓(kV)額定電流(A)額定峰值耐受電流(kA)1s熱穩(wěn)定電流(kA)LZZBJ6-10106008044.5（3）動穩(wěn)定校驗。由表5-1和公式（6-4）得滿足條件。（4）熱穩(wěn)定校驗。根據(jù)公式（6-3）和（6-6），以及表5-1中短路電流計算結果，得短路電流熱效應為滿足條件。6.5電壓互感器選擇電壓互感器只需要滿足額定電壓即可。根據(jù)設備選型手冊選擇各電壓等級的電壓互感器結果如表6-9所示。表6-9電壓互感器參數(shù)電壓等級（kV）型號35JDX6-3510JDJ-106.6母線選擇與校驗導體的主要材料來源有鋁和銅。銅比鋁耐腐蝕性好，機械強度大，是導體的良好材料。但銅儲量少，造價高，一般只用于電流較大、對鋁腐蝕性高的場所。鋁電阻率比銅高，但密度小，價格低廉，一般選擇鋁芯導體。6.4.1母線截面積選擇（1）按長期發(fā)熱允許電流選擇。匯流母線及長度較短的導體一般按長期發(fā)熱允許電流選擇截面積，即（6-9）為導體最大持續(xù)工作電流，為實際環(huán)境溫度為的綜合修正系數(shù)，為所選導體長期發(fā)熱最高允許溫度和額定環(huán)境溫度的長期允許電流。按照式（6-10）計算。（6-10）式中為導體長期發(fā)熱允許最高溫度，一般為70℃。為額定環(huán)境溫度，一般為25℃。（2）按經(jīng)濟電流密度選擇。經(jīng)濟截面積的計算公式如下。（6-11）J為經(jīng)濟電流密度，可以按照表6-10查得。表6-10經(jīng)濟電流密度J導體材料年最大負荷利用小時數(shù)（h）3000以內(nèi)3000-50005000以上銅導體和母線3.02.251.75鋁導體和母線1.651.150.9銅芯2.52.252.0鋁芯1.921.731.546.4.2母線校驗35kV及以下電路，可以不考慮電暈損耗。熱穩(wěn)定校驗。滿足熱穩(wěn)定的導體最小截面積為（6-12）為假想時間，取1.1s。C為導體熱穩(wěn)定系數(shù)，鋁母線取87。動穩(wěn)定校驗。硬導體的動穩(wěn)定校驗條件為最大計算應力小于最大允許應力，即（6-13）硬鋁的最大允許應力為70MPa。導體相間最大計算應力為（6-14）L為支柱絕緣子跨距，W為導體截面積系數(shù)。（6-15）式中，b為母線截面水平寬度，h為母線截面垂直高度。三相短路時單位長度導體所受相間力F如式（6-16）所示。（6-16）式中，a為相間距離，為三相短路沖擊電流。6.4.310kV側(cè)母線選擇與校驗10kV按照經(jīng)濟電流密度選擇，出線負荷有藥廠和食品廠，Tmax=3700h。查表6-10得J=1.15。由表2-4得計算電流IC=523.422A，短路電流IK=6.803kA，由表5-1得短路沖擊電流為15.306kA。根據(jù)公式（6-11），可得導體截面積為選擇LMY-63×10鋼芯鋁絞線，環(huán)境溫度為額定溫度30℃時的載流量為1085A。根據(jù)公式（6-12），得滿足熱穩(wěn)定要求。根據(jù)公式（6-13）-（6-16），可知滿足動穩(wěn)定要求。第7章變電站防雷保護設計雷電是大自然中的自然現(xiàn)象，會危及人身生命安全，破壞建筑物和電氣設備等。變電站是電力系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，有許多重要電氣設備，遭到雷電放電可能會造成大面積停電或絕緣事故，經(jīng)濟損失十分重大。因此，本章對變電站防雷保護進行討論。7.1雷電危害及保護裝置雷電的主要威脅來源于雷電過電壓。對電力系統(tǒng)來說，雷電放電能在系統(tǒng)中產(chǎn)生很高的過電壓，如果不加以限制，可能會把輸電線路、發(fā)電廠和變電站的絕緣子屏障擊穿，從而引起停電事故[11]。另外，雷電放電產(chǎn)生大電流會放出巨大的熱能，造成電氣設備熱效應和機械效應，導致設備損壞。避雷針是防止直擊雷的重要設備，它可以將雷電安全導入大地，從而保護附近的建筑物。變電站整體保護一般采用避雷針。7.2避雷針保護范圍1.單支避雷針[12]（1）避雷針的高度為h，保護半徑為r。當被保護物高度時，（7-1）其中，為避雷針在水平面上的保護半徑，為被保護物高度，為避雷針有效高度。P為高度影響系數(shù)，，P=1;，；，暫時按照h=120m計算。（2）當