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1、高職畢業(yè)設(shè)計(jì)高職畢業(yè)設(shè)計(jì) 題題 目目 35KV 企業(yè)變電所電氣一次設(shè)計(jì) 教學(xué)系部教學(xué)系部 電力工程系 專專 業(yè)業(yè) 發(fā)電廠及電力系統(tǒng) 年年 級級 2007 級 指指導(dǎo)導(dǎo)教教師師 學(xué)學(xué)生生姓姓名名 學(xué)學(xué) 號號 20102010 年年 1 1 月月 1010 日日 201070341 卓福春 - - 3 - 目 錄 原始資料分析原始資料分析-5 - 第一章第一章 主接線的選擇主接線的選擇 -6 - 1-11-1 主接線的設(shè)計(jì)原則和要求主接線的設(shè)計(jì)原則和要求- 6 - 1-21-2 主接線的擬定主接線的擬定- 7 - 1-31-3 主接線的比較與選定主接線的比較與選定 - 11 - 1-3-1 技術(shù)比

2、較- 11 - 1-3-2 經(jīng)濟(jì)比較- 12 - 1-41-4 所用電的設(shè)計(jì)所用電的設(shè)計(jì)- 14 - 1-4-1 所用電設(shè)的要求計(jì)- 14 - 第二章第二章 變壓器的選擇變壓器的選擇- 16 - 2-12-1 主變的選擇主變的選擇 - 16 - 2-1-1 變電站變壓器臺(tái)數(shù)的選擇原則- 16 - 2-1-2 變電站主變壓器臺(tái)數(shù)的確定- 17 - 2-1-3 變電所主變壓器容量的確定原則- 17 - 2-1-4 待設(shè)計(jì)變電所主變壓器容量的計(jì)算和確定- 17 - 2-1-5 主變壓器繞組數(shù)的確定- 18 - 2-1-6 主變壓器相數(shù)的確定- 18 - 2-1-7 主變壓器調(diào)壓方式的確定- 18 -

3、 2-1-8 主變壓器繞組連接組別的確定- 18 - 2-1-9 主變壓器冷卻方式的選擇- 19 - 2-22-2 所用變的選擇所用變的選擇- 20 - 2-2-1 所用變臺(tái)數(shù)的選擇- 20 - 2-2-2 所用變?nèi)萘康倪x擇- 20 - 第三章第三章 短路電流的計(jì)算短路電流的計(jì)算 - 21 - 3-13-1 短路的基本知識短路的基本知識 - 21 - 3-23-2 計(jì)算短路電流的目的計(jì)算短路電流的目的 - 23 - 3-33-3 短路電流實(shí)用計(jì)算的基本假設(shè)短路電流實(shí)用計(jì)算的基本假設(shè) - 23 - 3-43-4 短路電流的計(jì)算步驟短路電流的計(jì)算步驟 - 23 - 第四章第四章 設(shè)備的選擇與校驗(yàn)設(shè)

4、備的選擇與校驗(yàn) - 28 - 4-14-1 電氣選擇的一般條件電氣選擇的一般條件 - 28 - 4-1-1 按正常工作條件選擇導(dǎo)體和電器- 29 - 4-1-2 按短路情況校驗(yàn)- 30 - 4-24-2 高壓斷路器的選擇及校驗(yàn)高壓斷路器的選擇及校驗(yàn) - 31 - 201070341 卓福春 - - 4 - 4-2-1 對高壓斷路器的基本要求- 32 - 4-2-2 額定電流的計(jì)算- 32 - 4-2-3 高壓斷路器的選擇結(jié)果及校驗(yàn)- 33 - 4-2-4 高壓熔斷器的選擇及校驗(yàn)- 38 - 4-34-3 進(jìn)線與出線的選擇與校驗(yàn)進(jìn)線與出線的選擇與校驗(yàn)- 42 - 4-3-1 35 kV 架空線路

5、的選擇與校驗(yàn)- 43 - 4-3-2 10 kV 電纜的選擇與校驗(yàn)- 44 - 4-44-4 互感器的選擇與配置互感器的選擇與配置- 45 - 4-4-1 電流互感器的選擇- 45 - 4-4-2 電壓互感器的選擇- 47 - 4-4-3 互感器的配置- 48 - 第五章第五章 補(bǔ)償裝置補(bǔ)償裝置 - 49 - 5-15-1 補(bǔ)償裝置的種類和作用補(bǔ)償裝置的種類和作用- 49 - 5-25-2 并聯(lián)電容器容量的計(jì)算并聯(lián)電容器容量的計(jì)算 - 50 - 5-35-3 并聯(lián)電容器裝置容量選擇和主要要求。并聯(lián)電容器裝置容量選擇和主要要求。 - 51 - 第六章第六章 變電站接地與防雷的設(shè)計(jì)變電站接地與防雷

6、的設(shè)計(jì) - 52 - 6-16-1 防雷保護(hù)的必要防雷保護(hù)的必要- 52 - 6-26-2 變電所中可能出現(xiàn)大氣過電壓的種類變電所中可能出現(xiàn)大氣過電壓的種類 - 52 - 6-46-4 避雷針高度的確定避雷針高度的確定- 53 - 6-56-5 變電所入侵波的保護(hù)變電所入侵波的保護(hù)- 54 - 6-66-6 接地體和接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)接地體和接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)- 56 - 第七章第七章 繼電保護(hù)的配置繼電保護(hù)的配置 - 57 - 7-17-1 繼電保護(hù)的基本知識繼電保護(hù)的基本知識 - 58 - 7-27-2 輸電線路的保護(hù)配置輸電線路的保護(hù)配置 - 58 - 7-2-1 相間短路保護(hù)的配置- 59 - 7

7、-2-2 過負(fù)荷保護(hù)的配置- 59 - 7-2-3 單相接地保護(hù)- 59 - 7-2-4 輸電線路的保護(hù)配置結(jié)果- 60 - 7-37-3 變壓器的保護(hù)變壓器的保護(hù) - 60 - 7-47-4 母線保護(hù)母線保護(hù) - 62 - 7-5-1 備用電源自動(dòng)投入裝置的含義和作用- 63 - 7-5-2 自動(dòng)重合閘裝置- 63 - 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)- 65 - 致致謝謝- 66 - 附附 圖：主接線圖圖：主接線圖67.67. 平面布置圖平面布置圖68.68. 斷面圖斷面圖69.69. 201070341 卓福春 - - 5 - 原始資料分析原始資料分析 一、設(shè)計(jì)任務(wù) 35KV 企業(yè)變電所電氣一次設(shè)計(jì) 二

8、、待建變電所基本資料 1、某企業(yè)為保證供電需要，要求設(shè)計(jì)一座 35KV 降壓變電所，以 10KV 電纜給各車間供 電，一次設(shè)計(jì)并建成。 2、距離本變電所 6KM 處有一系統(tǒng)變電所，用 35KV 雙回架空線路向待設(shè)計(jì)的變電所供 電。在最大運(yùn)行方式下，待設(shè)計(jì)變電所高壓母線上的短路功率為 1000MVA。 3、待設(shè)計(jì)變電所 10KV 側(cè)無電源，考慮以后裝設(shè)兩組電容器，提高功率因數(shù)，故要求 預(yù)留兩個(gè)間隔。 4、本變電所 10KV 母線到各車間均用電纜供電，其中一車間和二車間為類負(fù)荷，其 余為類負(fù)荷，Tmax=4000h。各饋線負(fù)荷如下表所示： 序號車間名稱 有功功率 （KW） 無功功率（KVAR） 1

9、 一車間 1100480 2 二車間 740500 3 機(jī)加工車間 850580 4 裝配車間 1000500 5 鍛工車間 950300 6 高壓站 1400320 7 高壓泵房 750530 8 其他 950700 5、所用電的主要負(fù)荷如下表所示： 201070341 卓福春 - - 6 - 序號 設(shè)備名稱 額定容量 （KW） 功率因數(shù)臺(tái)數(shù) 1 主充電機(jī) 200.881 2 浮充電機(jī) 4.50.851 3 蓄電池室通風(fēng) 3.00.881 4 屋內(nèi)配電裝置通風(fēng) 1.50.792 5 交流電焊機(jī) 110.51 6 檢修試驗(yàn)用電 13.00.81 7 載波 0.950.691 8 照明負(fù)荷 15

10、.0 9 生活用電 12 6、環(huán)境條件 當(dāng)?shù)睾０胃叨?507.4m，年雷電日 36.9 個(gè)，空氣質(zhì)量優(yōu)良，無污染，歷年平均最高氣溫 29.9，土壤電阻率 500m。 第一章第一章 主接線的選擇主接線的選擇 1-11-1 主接線的設(shè)計(jì)原則和要求主接線的設(shè)計(jì)原則和要求 發(fā)電廠和變電所的電氣主接線是保證電網(wǎng)安全可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵，是電氣設(shè)備 布置、選擇、自動(dòng)化水平和二次回路設(shè)計(jì)的原則和基礎(chǔ)。 電氣主接線的設(shè)計(jì)原則： 應(yīng)根據(jù)發(fā)電廠和變電所所在電力系統(tǒng)的地位和作用。首先應(yīng)滿足電力系統(tǒng)的可靠運(yùn) 行和經(jīng)濟(jì)調(diào)度的要求，根據(jù)規(guī)則容量，本期建設(shè)規(guī)模、輸送電壓等級、進(jìn)出線回路數(shù)、 供電負(fù)荷的重要性，保證供需平衡，

11、電力系統(tǒng)線路容量、電氣設(shè)備性能和周圍環(huán)境及自 動(dòng)化規(guī)則與要求等條件確定，應(yīng)滿足可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)型的要求。 電氣主接線的主要要求： 1、可靠性：可靠性的客觀衡量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)運(yùn)行實(shí)踐主接線的可靠性是其組合元件（包括一 次不分和二次部分）在運(yùn)行中可靠性的綜合，因此要考慮一次設(shè)備和二次部分的故 201070341 卓福春 - - 7 - 障及其對供電的影響，衡量電氣主接線運(yùn)行可靠性的一般準(zhǔn)則是： （1） 斷路器檢修時(shí)，是否影響供電、停電的范圍和時(shí)間 （2） 線路、斷路器或母線故障以及母線檢修時(shí)，停電出線回路數(shù)的多少和停電時(shí)間長 短，能否保證對重要用戶的不間斷供電。 （3） 發(fā)電廠、變電所全部停電的可能性

12、。 、 2、靈活性：投切發(fā)電機(jī)、變壓器、線路斷路器的操作要可靠方便，調(diào)度靈活，電氣主 接線的靈活性要求有以下幾方面： （1） 調(diào)度靈活、操作方便，應(yīng)能靈活地投切某些元件，調(diào)配電源和負(fù)荷能滿足系統(tǒng)在 事故、檢修及特殊運(yùn)行方式下的調(diào)整要求。 （2） 檢修安全，應(yīng)能容易地從初期過渡到最終接線，并在擴(kuò)建過渡時(shí)使一次和二次設(shè) 備等所需的改造最少。 3、控制、保護(hù)方式不過于復(fù)雜，以利于運(yùn)行并節(jié)約二次設(shè)備和電纜投資，要適當(dāng)限制 經(jīng)濟(jì)型：通過優(yōu)化比選，應(yīng)盡力做到投資省、占地面積小、電能損耗少，在滿足技 術(shù)要求的前提下，要做到經(jīng)濟(jì)合理。 （1） 投資省，電氣主接線應(yīng)簡單清晰，以節(jié)省斷路器、隔離開關(guān)等一次設(shè)備投資

13、，要 使短路電流，一邊選擇價(jià)格合理的電氣設(shè)備。 （2） 占地面積小，電氣主接線的設(shè)計(jì)要為配電裝置的布置創(chuàng)造條件，以便節(jié)約地和節(jié) 省架構(gòu)、導(dǎo)線、絕緣小及安裝費(fèi)用，在運(yùn)輸調(diào)節(jié)許可的地方都應(yīng)采用三相變壓器。 （3） 電能損耗少，經(jīng)濟(jì)合理的選擇變壓器的型式、容量和臺(tái)數(shù)，避免因兩次變壓而增 加投資。 1-21-2 主接線的擬定主接線的擬定 待設(shè)計(jì)變壓所為一座 35KV 降壓變電所，以 10KV 電纜線各車間供電，距改變電所 6KM 處有一系統(tǒng)變電所，用 35KV 雙回架空線向待設(shè)計(jì)的變電所供電，在最大運(yùn)行方式下， 待設(shè)計(jì)變電所高壓母線上的短路功率為 1000MVA，待設(shè)計(jì)變電所的高壓部分為二進(jìn)二出 回路

14、，為減少斷路器數(shù)量及縮小占地面積，可采用內(nèi)橋接線和外橋接線，變電所的低壓 部分為二進(jìn)八處回路，同時(shí)考慮以后裝設(shè)兩組電容量要預(yù)留兩個(gè)出線間隔，故 10KV 回 路應(yīng)至少設(shè)有 10 回出線，其中，一車間和二車間為類負(fù)荷，其余為類負(fù)荷，其主 接線可采用單母不分段接線，單母分段接線和單母分段帶旁路接線，綜上所述，該變電 201070341 卓福春 - - 8 - 所的主接線形式初步擬定為 6 種，如下圖 2-1 所示 圖 2-1（a）方案一 圖 2-1（b）方案二 201070341 卓福春 - - 9 - 圖 2-1（c）方案三 圖 2-1（d）方案四 201070341 卓福春 - - 10 -

15、圖 2-1（e）方案五 圖 2-1（f）方案六 201070341 卓福春 - - 11 - 1-31-3 主接線的比較與選定主接線的比較與選定 1-3-1 技術(shù)比較 1、內(nèi)橋線路的特點(diǎn)： （1）線路操作方便 （2）正常運(yùn)行時(shí)變壓器操作復(fù)雜 （3）橋回路故障或檢修時(shí)全廠分列為兩部分，使兩個(gè)單元間失去聯(lián)系 內(nèi)橋接線試用于兩回進(jìn)線兩回出線且線路較長，故障可能性較大和變壓器不需要經(jīng)常切 換運(yùn)行方式的發(fā)電廠和變電站中。 2、外橋接線的特點(diǎn)： (1)變壓器操作方便 （2）線路投入與切除時(shí)，操作復(fù)雜 （3）橋回路故障或檢修時(shí)全廠分列為兩部分，使兩個(gè)單元之間失去聯(lián)系。 外橋接線適用于兩回進(jìn)線兩回出線且線路較

16、短故障可能性小和變壓器需要經(jīng)常切換， 且線路有穿越功率通過的發(fā)電廠和變電站中。待設(shè)變電所 35KV 回路進(jìn)線為 6KM，進(jìn)線較 長，且沒有穿越功率通過，正常運(yùn)行時(shí)兩臺(tái)變壓器不需要經(jīng)常切換，經(jīng)比較，內(nèi)橋接線 的線路投入與切除操作方便，故以上 6 種設(shè)計(jì)方案中，方案一、方案二和方案三為優(yōu)。 3、單母線不分段接線的特點(diǎn)： 接線簡單、清晰、設(shè)備少、操作方便、投資少、便于擴(kuò)建，但其不夠靈活可靠，接 到母線上任一元件故障時(shí)，均使整個(gè)配電裝置停電。 4、單母線分段接線的特點(diǎn)： 單母線分段接線也比較簡單、清晰，當(dāng)母線發(fā)生故障時(shí)，僅故障母線段停止工作， 另一段母線仍繼續(xù)工作，兩段母線可看成是兩個(gè)獨(dú)立的電源，挺高

17、了供電可靠性，可對 重要用戶供電，當(dāng)一段母線故障或檢修時(shí)，必須斷開接在該段母線上的所有支路，使之 201070341 卓福春 - - 12 - 停止工作，任一支斷路器檢修時(shí)，該支路必須停止工作。 5、單母線分段帶旁路接線的特點(diǎn)： 在母線引出各元件的斷路器，保護(hù)裝置需停電檢修時(shí)，通過旁路木母線由旁路斷路 器及其保護(hù)代替，而引出元件可不停電，加旁路母線雖然解決了斷路器和保護(hù)裝置檢修 不停電的問題，提高了供電的可靠性，但也帶來了一些負(fù)面影響。 a) 旁路母線、旁路斷路器及在各回路的旁路隔離開關(guān)，增加了配電裝置的設(shè)備， 增加了占地，也增加了工程投資。 b) 旁路斷路器代替各回路斷路器的倒閘操作復(fù)雜，容

18、易產(chǎn)生誤操作，釀成事故。 c) 保護(hù)及二次回路接線復(fù)雜。 d) 用旁路代替?zhèn)€回路斷路器的倒閘操作，需要人來完成，因此帶旁路母線的界限 不利于實(shí)現(xiàn)變電所的無人值班。 方案一種采用單母線不分段接線，雖然簡單靈活，但其可靠性不高，當(dāng)接到母線上 任一元件公章時(shí)，均使整個(gè)配電裝置停電，且?guī)гO(shè)變電所的符合均為類、類中藥符 合，因此方案一種的單母線不分段接線不能滿足類、類負(fù)荷供電可靠性的要求。 方案二與方案三中采用單母線分段接線的兩段母線可看成是兩個(gè)獨(dú)立的電源，提高 了供電的可靠性，為了確保當(dāng)任何一路電源發(fā)生故障或檢修時(shí)，都不回中斷對重要用戶 類負(fù)荷的用電，可分別在每段母線上都設(shè)有一車間與二車間的出現(xiàn)間隔。

19、方案二與方 案三的可靠性都較高，加設(shè)旁路母線的方案三可使出現(xiàn)線路上斷路器故障或檢修時(shí)，通 過旁路母線使用電不用中斷，相比之下，方案三的供電可靠性要比方案二高，但由于加 設(shè)旁路母線也帶來了倒閘操作復(fù)雜等負(fù)面影響，即方案三靈活性要低于方案二，為最終 確定帶設(shè)變電所的主接線方式，下面對方案二與方案三進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較。 1-3-2 經(jīng)濟(jì)比較 1、綜合投資比較 ) 100 1 ( 0 a ZZ 該變電所為 35KV 等級，故不明顯的附加費(fèi)用比例系數(shù) a 取 100 0 2ZZ 201070341 卓福春 - - 13 - 式中包括變壓器、開關(guān)設(shè)備。配電裝置等設(shè)備的費(fèi)用，由式子可知，綜合投資與 0 Z 成正比

20、。 0 Z 方案三語方案二相比，方案三多設(shè)了一條 10KV 母線，1 臺(tái)旁路母聯(lián)斷路器及隔離開關(guān)。 即方案三中的大于方案二中的。故方案二的綜合投資 Z 小于方案三的綜合投資 Z。 0 Z 0 Z 2、年運(yùn)行費(fèi)用 U 的比較 AZ UUU 式中為折舊費(fèi)，為損耗費(fèi) Z U A U CZUZ 式中 C 為折舊維護(hù)檢修費(fèi)，對主變及配電裝置可取 8%10%.對水泥桿線路可取 5%，對鐵 塔線路可取 4%，故與 Z 成正比。 Z U A A U 式中為電能電價(jià)（常數(shù)） 。 雙繞組主變的年電能損耗 )( 2 0 e m K S S PtPnA 該變電所采用 2 臺(tái)主變，故 n=2 式中為主變壓器的空載損耗和

21、短路損耗 0 P t 為變壓器年運(yùn)行小時(shí)數(shù) 為變壓器的額定容量，為變壓器持續(xù)最大負(fù)荷 e S m S 為最大負(fù)荷年損耗小時(shí)數(shù)，決定于最大負(fù)荷年利用小時(shí)數(shù) T 與平均功率因數(shù)。COS 由于方案二與方案三都選用同樣兩臺(tái)型號相同的主變，故主變的年電能損耗相同。 架空輸電線路的年電能損耗。 LKPmA 式中為通過線路的最大持續(xù)功率，L 為線路長度，K 為線路有功損耗系數(shù)。方案二與 m P 方案三中都從距變電所 6KM 處的系統(tǒng)變電所用 35KV 雙回架空線路向帶設(shè)變電所供電。 201070341 卓福春 - - 14 - 故其、L、K 相同，即架空輸電線路的年電能損耗相同。 m P 由于 U=+ Z

22、U A U 當(dāng)損耗費(fèi)用相同時(shí)，大的年運(yùn)行費(fèi)高，故方案二與方案三相比，方案二的經(jīng)濟(jì) Z U 性較優(yōu)。而且近年來，系統(tǒng)的發(fā)展，電力系統(tǒng)接線的可靠性有了較大提高，220KV 以下 電網(wǎng)建設(shè)的目標(biāo)是逐步實(shí)現(xiàn) N-1 或 N-2 的配置，這樣有計(jì)劃地進(jìn)行設(shè)備檢修，不會(huì)對用 戶的供電產(chǎn)生影響，不需要通過旁路斷路器來代替檢修斷路器；由于設(shè)備制造水平的提 高，高質(zhì)量的斷路器不斷出現(xiàn)，例如現(xiàn)在廣泛采用的 SF6 斷路器，真空斷路器，運(yùn)行可 靠性大幅度提高，使旁路母線的使用幾率也在逐年下降；由于現(xiàn)今的變電站都有向無人 值班方式設(shè)計(jì)趨勢，旁路母線給無人值班帶來不便，故新建工程中基本上不再采用帶旁 路母線的接線方式，

23、所以經(jīng)綜合分析比較后，最終確定方案二為該變電所的電氣主接線 方式，即 35KV 高壓部分采用內(nèi)橋接線，10KV 低壓部分采用單母分段接線方式。如下圖 2-2 所示： 圖 2-2 1-41-4 所用電的設(shè)計(jì)所用電的設(shè)計(jì) 1-4-1 所用電設(shè)的要求計(jì) 201070341 卓福春 - - 15 - 變電所用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備選擇，直接關(guān)系到變電所的安全運(yùn)行和設(shè)備的可靠。 最近幾年設(shè)計(jì)的變電所大都不采用蓄電池作為直流電源，而是廣泛采用晶閘管整流或復(fù) 式整流裝置取得直流電源，這就要求交流所用電源可靠連續(xù)、電壓穩(wěn)定，因此要求有兩 個(gè)電源。其電源的引入方式有內(nèi)接和外接兩種。其接入方式有三種，如下圖 2-3 所

24、示： 圖圖 2- 3（a） 圖圖 2-3（b） 201070341 卓福春 - - 16 - 圖圖 2-3（c） 其中圖圖 2-3（a）兩臺(tái)所用變均從外部電源引進(jìn)，其供電可靠性最高，但由于接入電 源電壓較高（35KV）,投資成本也較大；圖 2-3（c）的所用變投資成本最低但其可靠性 較低；圖圖 2-3（b）的所用電源接入形式，當(dāng)該變電站的兩臺(tái)主變壓器都發(fā)生故障時(shí)，一 號所用變又外不電源接入，可以保證變電所的所用電正常。其成本投資低于圖圖 2-3（a） ， 是在保證了可靠性的前提下最優(yōu)經(jīng)濟(jì)方案。因此本變電所的所用變接線形式如圖圖 2- 3（b）所示。 第二章第二章 變壓器的選擇變壓器的選擇 2-

25、12-1 主變的選擇主變的選擇 2-1-1 變電站變壓器臺(tái)數(shù)的選擇原則 （1）對于只供給二類、三類負(fù)荷的變電站，原則上只裝設(shè)一臺(tái)變壓器。 （2）對于供電負(fù)荷較大的城市變電站或有一類負(fù)荷的重要變電站，應(yīng)選用兩臺(tái)兩臺(tái)相 同容量的主變壓器，每臺(tái)變壓器的容量應(yīng)滿足一臺(tái)變壓器停運(yùn)后，另一臺(tái)變壓器能供給 全部一類負(fù)荷；在無法確定一類負(fù)荷所占比重時(shí)，每臺(tái)變壓器的容量可按計(jì)算負(fù)荷的 201070341 卓福春 - - 17 - 70%80%選擇。 （3）對大城市郊區(qū)的一次變電站，如果中、低壓側(cè)已構(gòu)成環(huán)網(wǎng)的情況下，變電站以裝 設(shè)兩臺(tái)為宜；對地區(qū)性孤立的一次變電站，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮裝設(shè)三臺(tái)主變的可能性；對 于規(guī)劃只

26、裝兩臺(tái)主變的變電站，其變壓器的基礎(chǔ)宜按大于變壓器容量的 12 級設(shè)計(jì)。 2-1-2 變電站主變壓器臺(tái)數(shù)的確定 待設(shè)計(jì)變電站由 6KM 處的系統(tǒng)變電所用 35KV 雙回架空線路供電，以 10KV 電纜供各 車間供電。該變電所的一車間和二車間為類負(fù)荷，其余的為類負(fù)荷。類負(fù)荷要求 有很高的供電可靠性，對于類用戶通常應(yīng)設(shè)置兩路以上相互獨(dú)立的電源供電，同時(shí) 類負(fù)荷也要求有較高的供電可靠性，由選擇原則的第 2 點(diǎn)結(jié)合待設(shè)計(jì)變電站的實(shí)際情況， 為提高對用戶的供電可靠性，確定該變電站選用兩臺(tái)相同容量的主變壓器。 2-1-3 變電所主變壓器容量的確定原則 （1）按變電所建成后 510 年的規(guī)劃負(fù)荷選擇，并適當(dāng)考

27、慮 1020 年的負(fù)荷發(fā)展。 （2）對重要變電所，應(yīng)考慮一臺(tái)主要變壓器停運(yùn)后，其余變壓器在計(jì)算過負(fù)荷能力及 允許時(shí)間內(nèi)，滿足、類負(fù)荷的供電；對一般性變電所，一臺(tái)主變壓器停運(yùn)后，其余 變壓器應(yīng)能滿足全部供電負(fù)荷的 70%80%。 2-1-4 待設(shè)計(jì)變電所主變壓器容量的計(jì)算和確定 變電所主變的容量是由供電負(fù)荷（綜合最大負(fù)荷）決定的。 )(3910700530320300500580500480 )(7740950750140095010008507401100 KWQ KWP )(867139107740 2222 KVAQPS 每臺(tái)變壓器的容量按計(jì)算負(fù)荷的 80%選擇。 （KVA）6937%80

28、8671*%80SST 201070341 卓福春 - - 18 - 經(jīng)查表選擇變壓器的型號為 SZ9-8000/35，即額定容量為 8000，因?yàn)镵VA ，即選擇變壓器的容量滿足要求。%92%100 8671 8000 S SN %80 2-1-5 主變壓器繞組數(shù)的確定 國內(nèi)電力系統(tǒng)中采用的變壓器按其繞組數(shù)分有雙繞組普通式、三繞組式、自耦式以 及低壓繞組分裂式等變壓器，待設(shè)計(jì)變電所有 35KV、10KV 兩個(gè)電壓等級且是一座降壓 變電所，宜選用雙繞組普通式變壓器。 2-1-6 主變壓器相數(shù)的確定 在 330KV 及以下電力系統(tǒng)中，一般都應(yīng)選用三相變壓器。因?yàn)閱蜗嘧儔浩鹘M相對來 說投資大、占地

29、多、運(yùn)行規(guī)模也較大，同時(shí)配電裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，也增加了維修工作量， 待設(shè)計(jì)變電所謂 35KV 降壓變電所，在滿足供電可靠性的前提下，為減少投資，故選用 三項(xiàng)變壓器。 2-1-7 主變壓器調(diào)壓方式的確定 為了確保變電所供電量，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，改變變壓器高壓側(cè)繞組匝數(shù)，從而改變其變比，實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)整。切換方式有兩種： 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)；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%，但其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價(jià)格較貴，由于待設(shè)計(jì)變電所的 符合均為、類重要負(fù)荷，為確保供電質(zhì)量，有較大的調(diào)整范圍，我們選用有載調(diào)壓 方式。 2-

30、1-8 主變壓器繞組連接組別的確定 變壓器的連接組別必須和系統(tǒng)電壓相位一致，否則，不能并列運(yùn)行，電力系統(tǒng)采用 的繞組連接方式只有星形和三角形兩種，因此對于三相雙繞組變壓器的高壓側(cè)，110KV 及以上電壓等級，三相繞組都采用“YN”連接，35KV 及以下采用“Y”連接；對于三相 雙繞組變壓器的低壓側(cè)，三相繞組采用“d”連接，若低電壓側(cè)電壓等級為 380/220V， 則三相繞組采用“yn”連接，在變電所中，為了限制三次諧波，我們選用“Ynd11”常 規(guī)連接的變壓器連接組別。 201070341 卓福春 - - 19 - 2-1-9 主變壓器冷卻方式的選擇 電力變壓器的冷卻方式，隨其型號和容量不同而

31、異，一般有以下幾種類型： （1） 自然風(fēng)冷卻：一般適用于 7500KVR 一下小容量變壓器，為使熱量散發(fā)到空氣中， 裝有片狀或管型輻射式冷卻器，以增大油箱冷卻面積。 （2） 強(qiáng)迫油循環(huán)水冷卻：對于大容量變壓器，單方面加強(qiáng)表面冷卻還打不到預(yù)期的冷 卻效果。故采用潛油泵強(qiáng)迫油循環(huán)，讓水對油管道進(jìn)行冷卻，把變壓器中熱量帶 走。在水源充足的條件下，采用這種冷卻方式極為有利散熱效率高、節(jié)省材料、 減少變壓器本體尺寸，但要一套水冷卻系統(tǒng)和有關(guān)附件且對冷卻器的密封性能要 求較高。即使只有極微量的水滲入油中，也會(huì)嚴(yán)重地影響油的絕緣性能。故油壓 應(yīng)高于水壓 0.10.15Mpa，以免水滲入油中。 （3） 強(qiáng)迫空

32、氣冷卻：又簡稱風(fēng)冷式。容量大于等于 8000KVA 的變壓器，在絕緣允許的 油箱尺寸下，即使有輻射器的散熱裝置仍達(dá)不到要求時(shí)，常采用人工風(fēng)冷。在輻 射器管間加裝數(shù)臺(tái)電動(dòng)風(fēng)扇，用風(fēng)吹冷卻器，使油迅速冷卻，加速熱量散出，風(fēng) 扇的啟?？梢宰詣?dòng)控制，亦可人工操作。 （4） 強(qiáng)迫油循環(huán)導(dǎo)向風(fēng)冷卻：近年來大型變壓器都采用這種冷卻方式。它是利用潛油 泵將冷油壓入線圈之間、線餅之間和鐵芯的油管中，使鐵芯和繞組中的熱量直接 由具有一定流速的油帶走，二變壓器上層熱油用潛油泵抽出，經(jīng)過水冷卻器冷卻 后，再由潛油泵注入變壓器油箱底部，構(gòu)成變壓器的油循環(huán)。 （5） 強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻：其原理與強(qiáng)迫油循環(huán)水冷相同。 （6）

33、 水內(nèi)冷變壓器：變壓器繞組用空心導(dǎo)體制成，在運(yùn)行中將純水注入空心繞組中， 借助水的不斷循環(huán)將變壓器中熱量帶走，但水系統(tǒng)比較復(fù)雜且變壓器價(jià)格比較高。 待設(shè)計(jì)變電所主變的容量為 8000KVA,為使主變的冷卻方式既能達(dá)到預(yù)期的冷卻效 果，有簡單、經(jīng)濟(jì)，我們選用強(qiáng)迫空氣冷卻，簡稱風(fēng)冷卻。 綜上得該變電所的主變型號及相關(guān)參數(shù)如下表 1-1 所示： 表表 2-12-1 額定電壓 （KV） 損耗（KW） 變壓器型號 額定容量 （KVA） 高壓低壓 連 接組 標(biāo)號 空載負(fù)載 阻抗電 壓 （） 空載電 流 （） 201070341 卓福春 - - 20 - SZ9-8000/3580003510.5Ynd11

34、9.8442.757.50.9 2-22-2 所用變的選擇所用變的選擇 目前可供選擇的所用變壓器的型式有油浸式和干式兩種，后者又分為普通干式和環(huán) 氧樹脂澆注式等。三種變壓器作為自用變各具有特點(diǎn)。油浸式的特點(diǎn)是過載能力強(qiáng)，屋 內(nèi)外均可布置，維修簡便，價(jià)格便宜，但由于采用油為絕緣和冷卻介質(zhì)，屋內(nèi)外必須要 有防火防爆小間，同時(shí)檢修、維護(hù)復(fù)雜；干式變壓器的特點(diǎn)是無油，防火性能較好，布 置簡單，可就近布置在中壓開關(guān)柜附近，縮短了電纜長度并提高供電可靠性，還可節(jié)省 間隔及土建費(fèi)用，但過載能力低，絕緣余度小，在有架空線路直接連接的場合不宜使用， 一面遭受感應(yīng)雷過電壓；環(huán)氧樹脂澆注式的特點(diǎn)是具有一定的防塵耐潮

35、和難燃的優(yōu)點(diǎn)， 比普通干式變更佳，但價(jià)格相對昂貴。隨著干式變壓器生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步，已能生產(chǎn) 出散熱性能更好、體積小、過載能力大的干式變壓器。 由于油浸式變壓器屋內(nèi)布置需要防火防爆小間，且要考慮通風(fēng)散熱以及事故排油設(shè) 施，因此，待設(shè)計(jì)變電所采用干式變壓器。 2-2-1 所用變臺(tái)數(shù)的選擇 待設(shè)計(jì)的變電所中采用 2 臺(tái)所用變。且分別接在兩個(gè)獨(dú)立引接點(diǎn)。正常運(yùn)行時(shí)各分 擔(dān)一半的自用負(fù)荷；當(dāng)其中一個(gè)電源停電或發(fā)生故障時(shí)，由另一臺(tái)所用變擔(dān)負(fù)全部自用 負(fù)荷。 2-2-2 所用變?nèi)萘康倪x擇 所用變壓器負(fù)荷計(jì)算采用換算系數(shù)法，不經(jīng)常短時(shí)及不經(jīng)常斷續(xù)運(yùn)行的負(fù)荷均可不 列入計(jì)算負(fù)荷。當(dāng)有備用所用變壓器時(shí)，其容量應(yīng)

36、與工作變壓器相同。 所用變壓器容量按下式計(jì)算： SK1P1+P2 式中 S所用變壓器容量（KVA）; P1所用動(dòng)力負(fù)荷之和（KW）; 201070341 卓福春 - - 21 - K1所用動(dòng)力負(fù)荷換算系數(shù)，一般取 K1=0.85； P2電熱及照明負(fù)荷之和（KW）; 經(jīng)分析，我們把所用電的主要負(fù)荷中：主充電機(jī)、浮充電機(jī)、蓄電池室通風(fēng)、屋內(nèi) 配電裝置通風(fēng)歸為動(dòng)力負(fù)荷，把交流電焊機(jī)、檢修實(shí)驗(yàn)用電、載波、照明負(fù)荷和生活用 電歸為電熱及照明負(fù)荷。則： )( 5 . 3025 . 10 . 35 . 420 1 KWP )(95.5112 0 . 1595 . 0 0 . 1311 2 KWP （KVA）

37、88.7795.5185 . 0 5 . 30 211 PPKS 由以上數(shù)據(jù)查表得選擇所用變的型號及相關(guān)參數(shù)如下表 1-2 所示： 表表 2-22-2 額定電壓(kV)損耗（KW） 型號 高壓低壓 額定容量 （KVA） 連接 組別 空載負(fù)載 阻抗電 壓 空載 電流 S9-100/35 %535 0.4100Yyn00.32.036.5%2.1% S910.50.480Yyn00.241.254.0%1.8% 第三章第三章 短路電流的計(jì)算短路電流的計(jì)算 3-13-1 短路的基本知識短路的基本知識 電力系統(tǒng)正常運(yùn)行方式的破壞多數(shù)是由于短路故障引起的，系統(tǒng)中將出現(xiàn)比正常運(yùn) 行時(shí)的額定電流大許多倍的短

38、路電流，其數(shù)值可達(dá)幾萬甚至幾十萬安。因此，在變電所 設(shè)計(jì)中必須全面地考慮短路故障各種影響。 變電所中各種電器設(shè)備必須能承受短路電流的作用，不致因過熱或電動(dòng)力的影響而損壞。 例如，斷路器必須能斷開可能通過的最大短路電流；電流互感器應(yīng)有足夠的過電流倍數(shù)； 母線效驗(yàn)短路時(shí)要承受最大應(yīng)力；接地裝置的選擇也與短路電流的大小有關(guān)等。 201070341 卓福春 - - 22 - 短路電流的大小也是比較主接線方案、分析運(yùn)行方式時(shí)必須考慮的因素。系統(tǒng)短路 時(shí)還會(huì)出現(xiàn)電壓降低，靠近短路點(diǎn)處尤為嚴(yán)重，這將直接危害用戶供電的安全性及可靠 性。為限制故障范圍，保護(hù)設(shè)備安全，繼電保護(hù)裝置必須整定在主回路通過短路電流的

39、準(zhǔn)確動(dòng)作。 由于上述原因，短路電流計(jì)算稱謂變電所電氣部分設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。選擇電氣設(shè)備時(shí)通常用 三相短路電流，效驗(yàn)繼電保護(hù)動(dòng)作靈敏度時(shí)用兩相短路、單相短路電流或單相接地電流。 工程設(shè)計(jì)主要計(jì)算三相短路電流。 3-23-2 計(jì)算短路電流的目的計(jì)算短路電流的目的 短路故障對電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行影響很大，所造成的后果也十分嚴(yán)重，因此在系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)，設(shè)備的選擇以及系統(tǒng)運(yùn)行中，都應(yīng)該著眼于防止短路故障的發(fā)生，以及在短路 故障發(fā)生后腰盡量限制所影響的范圍。短路的問題一直是電力技術(shù)的基本問題之一，無 論從設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行和維護(hù)檢修等各方面來說，都必須了解短路電流的產(chǎn)生和 變化規(guī)律，掌握分析計(jì)算短路電流的方法。

40、 短路電流計(jì)算具體目的是； （1） 選擇電氣設(shè)備。電氣設(shè)備，如開關(guān)電氣、母線、絕緣子、電纜等，必須具有充分 的電動(dòng)力穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，而電氣設(shè)備的電動(dòng)力穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性的效驗(yàn)是以 短路電流計(jì)算結(jié)果為依據(jù)的。 （2） 繼電保護(hù)的配置和整定。系統(tǒng)中影配置哪些繼電保護(hù)以及繼電保護(hù)裝置的參數(shù)整 定，都必須對電力系統(tǒng)各種短路故障進(jìn)行計(jì)算和分析，而且不僅要計(jì)算短路點(diǎn)的 短路電流，還要計(jì)算短路電流在網(wǎng)絡(luò)各支路中的分布，并要作多種運(yùn)行方式的短 路計(jì)算。 （3） 電氣主接線方案的比較和選擇。在發(fā)電廠和變電所的主接線設(shè)計(jì)中，往往遇到這 樣的情況：有的接線方案由于短路電流太大以致要選用貴重的電氣設(shè)備，使該方 案的投

41、資太高而不合理，但如果適當(dāng)改變接線或采取限制短路電流的措施就可能 得到即可靠又經(jīng)濟(jì)的方案，因此，在比較和評價(jià)方案時(shí)，短路電流計(jì)算是必不可 少的內(nèi)容。 （4） 通信干擾。在設(shè)計(jì) 110KV 及以上電壓等級的架空輸電線時(shí)，要計(jì)算短路電流，以 確定電力線對臨近架設(shè)的通信線是否存在危險(xiǎn)及干擾影響。 （5） 確定分裂導(dǎo)線間隔棒的間距。在 500KV 配電裝置中，普遍采用分裂導(dǎo)線做軟導(dǎo)線。 當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)，分裂導(dǎo)線在巨大的短路電流作用下，同相次導(dǎo)線間的電磁力 201070341 卓福春 - - 23 - 很大，使導(dǎo)線產(chǎn)生很大的張力和偏移，在嚴(yán)重情況下，該張力值可達(dá)故障前初始 張力的幾倍甚至幾十倍，對導(dǎo)線

42、、絕緣子、架構(gòu)等的受力影響很大。因此，為了 合理的限制架構(gòu)受力，工程上要按最大可能 出現(xiàn)的短路電流確定分裂導(dǎo)線間隔的安裝距離。 短路電流計(jì)算還有很多其他目的，如確定中性點(diǎn)的接地方式，驗(yàn)算接地裝置的接觸 電壓和跨步電壓，計(jì)算軟導(dǎo)線的短路搖擺，輸電線路分裂導(dǎo)線間隔棒所承受的向心壓力 等。 3-33-3 短路電流實(shí)用計(jì)算的基本假設(shè)短路電流實(shí)用計(jì)算的基本假設(shè) 考慮到現(xiàn)代電力系統(tǒng)的實(shí)際情況，要進(jìn)行準(zhǔn)確的短路計(jì)算是相當(dāng)復(fù)雜的，同時(shí)對解 決大部分實(shí)際問題，并不要求十分精確的計(jì)算結(jié)果。例如，選擇效驗(yàn)電氣設(shè)備時(shí)，一般 只需近似計(jì)算通過該設(shè)備的最大可能的三相短路電流值。為簡化計(jì)算，實(shí)用中多采用近 似計(jì)算方法。這種

43、近似計(jì)算法在電力工程中被稱為短路電流實(shí)用計(jì)算。它是建立在一系 列的假設(shè)基礎(chǔ)上的，其計(jì)算結(jié)果稍偏大。短路電流實(shí)用計(jì)算的基本假設(shè)如下： （1） 短路發(fā)生前，電力系統(tǒng)是對稱的三相系統(tǒng)。 （2） 電力系統(tǒng)中所有發(fā)電機(jī)電勢的相角在短路過程中都相同，頻率與正常工作時(shí)相同。 （3） 變壓器的勵(lì)磁電流和電阻、架空線的電阻和相對地電容均略去，都用純電抗表示。 次假設(shè)將復(fù)數(shù)運(yùn)算簡化為代數(shù)運(yùn)算。 （4） 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(jì)算可應(yīng)用 疊加原理。 （5） 對負(fù)荷只作近似估計(jì)，由于負(fù)荷電流一般比短路電流小得多，近似計(jì)算中，對離 短路點(diǎn)較遠(yuǎn)的負(fù)荷忽略不計(jì)，只考慮在短路點(diǎn)附近的大容

44、量電動(dòng)機(jī)對短路電流的 影響。 （6） 短路故障時(shí)金屬性短路，即短路點(diǎn)的阻抗為零。 短路故障稱為電力系統(tǒng)的橫向故障，由斷線造成的故障，稱為電力系統(tǒng)的縱向故障。 電力系統(tǒng)中僅有一處出現(xiàn)故障稱簡單故障，若同時(shí)有兩處或兩處以上發(fā)生故障，稱復(fù)雜 故障。 3-43-4 短路電流的計(jì)算步驟短路電流的計(jì)算步驟 201070341 卓福春 - - 24 - 1、把該變電站主接線圖中去掉不參與短路電流計(jì)算的開關(guān)設(shè)備，得到短路電流計(jì)算圖 如 3-1 所示 =35kv =10 kV 1 U 1 K 2 U 2 K 電力系統(tǒng) 架空線路 變壓器 Skml6kvASN8000 kmX/4 . 0 5 . 7% k U 圖

45、3-1 2、求各元件的電抗標(biāo)么值，取=100MVA， B S avr UUB 線路：175.0 37 100 64.0 22 0 avr B L U S lXX 變壓器：94. 0 8 . 0 100 100 5 . 7 100 % N BK T S SU X 3、當(dāng)在 K1 處發(fā)生三相短路時(shí)，作出等值電路圖，如圖 3-2 所示 0.175 L X 1 1 K 201070341 卓福春 - - 25 - 0.175 L X 2 最大運(yùn)行方式下電源至短路點(diǎn)的總電抗為： 0875 . 0 175 . 0 2 1 / 21 LL XXX 無限大容量電源1 E 短路電流周期分量的標(biāo)么值 4 . 11

46、 0875 . 0 1 / X E I 有名值)( 8 . 17 373 100 4 . 11 3 / KA U S IIII B B B 沖擊電流)( 3 . 45 8 . 178 . 122 / KAIKi impimp 短路全電流最大有效值 )( 9 . 26) 18 . 1 (21 8 . 17) 1(21 22/ KAKII impimp 短路容量 )(1140 4 . 11100 / MVAISS B 最小運(yùn)行方式下電源至短路點(diǎn)的總電抗為: 201070341 卓福春 - - 26 - =0.175 X L X 無限大容量電源=1 E 短路電流周期分量的標(biāo)么值 7 . 5 175

47、. 0 1 / I 有名值)(9 . 8 373 100 7 . 5 / KAIII B 沖擊電流)( 7 . 229 . 88 . 122 / KAIKi impimp 短路容量)(5707 . 5100 / MVAISS B 4、當(dāng)在 K2 處發(fā)生三相短路時(shí)，作出等值電路圖如下 3-3 所示 0.175 0.94 L X 1 T X 3 1 K 0.175 0.94 L X 2 T X 4 最大運(yùn)行方式下電源至短路點(diǎn)的總電抗為 0.560.94)(0.175 2 1 )X)/(XX(XX T4L2T3L1 201070341 卓福春 - - 27 - 無限大容量電源=1 E 短路電流周期分

48、量的標(biāo)么值 79 . 1 56 . 0 1 I/ X E 有名值)(8 . 9 5 . 103 100 79 . 1 / KAIII B 沖擊電流)( 9 . 248 . 98 . 122 / KAIKi impimp 短路全電流最大有效值 )( 8 . 14) 18 . 1 (218 . 9) 1(21 22/ KAKII impimp 短路容量)(17979 . 1 100 / MVAISS B 最小運(yùn)行方式下電源至短路點(diǎn)的總電抗為 115 . 1 94 . 0 175. 0 TL XXX 無限大容量電源=1 E 短路電流周期分量的標(biāo)么值 9 . 0 115 . 1 1 / X E I 有名值)(9 . 4 5 .103 100 9 . 0 / KAIII B 沖擊電流)( 6 . 129 . 48 . 122 / KAIKi impimp 201070341 卓福春 - - 28 - 短路全電流最大有效值 )(4 . 7) 18 . 1 (219 . 4) 1(21 22/ KAKII impimp 短路容量)(909 . 0100 / MVAISS B 5、短路電流計(jì)算結(jié)果表 短路點(diǎn)運(yùn)行方式 電源至 短路點(diǎn)電 抗標(biāo)么值 X 短路電 流周期分 量有名值 （KA） / I 沖擊電流 （KA