电气专业变电所初步设计Word文件下载.docx
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1.3
医院
0.5
有备用电源
3
河东变
2.5
4
铁路用电
0.9
5
化工厂
II
2.0
6
电机厂
1.0
7
水泥厂
8
印染厂
1.2
9
农用电
（a）近期负荷如下表：
（b）远期预计尚有5MW的新增负荷
注：
（1）35kV及10kV负荷功率因数均取为cosΦ=0.85
（2）负荷同时率：
35kV：
kt=0.9
kt=0.85
（3）年最大负荷利用小时均取为TmaX=3500小时／年
（4）网损率取为A%=8%
（5）所用电计算负荷50kW，cosΦ=0.87
三、设计任务
1、进行负荷分析及变电所主变压器容量、台数和型号的选择。
2、进行电气主接线的技术经济比较，确定主接线的最佳方案。
3、计算短路电流，列出短路电流计算结果。
4、主要电气设备的选择。
5、绘制变电所电气平面布置图，并对110kV、35kV户外配电装置及10kV户内配电装置进行配置。
6、选择所用变压器的型号和台数，设计所用电接线。
7、变电站防雷布置的说明。
四、设计成品
1、设计说明书一本。
2、变电所电气主接线图一张。
3、变电所电气总平面布置图一张。
4、短路电流计算及主要设备选择结果表一张。
5、110kV出线及主变压器间隔断面图一张。
6、主变、线路继电保护及测量仪表配置图及其说明。
7、防雷装置及接地装置配置说明。
第二章：
负荷分析
一、负荷计算的目的：
计算负荷是供电设计计算的基本依据，计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。
如计算负荷确定过大，将使电器和导线选得过大，造成投资和有色金属的消耗浪费，如计算负荷确定过小又将使电器和导线电缆处子过早老化甚至烧毁，造成重大损失，由此可见正确确定计算负荷重要性。
二、负荷分析：
１、35kV侧负荷
近期负荷：
P近35=5.5+15.5=21MW
远期负荷：
P远35=6MW
＝21+6=27MW
P35＝
kˊ（1+k"
）＝27×
0.9×
（1+0.08）＝26.244（MW）
Q35＝P·
tgφ＝P·
tg（cos－10.85）＝16.26（MVar）
视在功率：
（供电容量）
Sg35＝
＝
＝30.870（MVA）
IN35＝
＝0.509（kA）＝509（A）
２、10kV侧负荷
P近10=1.3+0.5+2.5+0.9+2.0+1.0+1.0+1.2+0.5
=10.9MW
P远10=5MW
＝10.9+5=15.9MW
P10＝
）＝15.9×
0.85×
（1+0.08）＝14.596（MW）
Q10＝P·
tg（cos－10.85）＝9.05（MVar）
Sg10＝
＝17.17（MVA）
IN10＝
＝0.991（kA）＝991（A）
3、所用电供电容量
Sg所＝
＝0.057（MVA）
4、待设计变电所供电总容量
S∑=Sg35+Sg10+Sg所=30.870+17.17+0.057＝48.097（MVA）
P∑=P35+P10+P所=26.244+14.596+0.05＝40.890（MW）
三、主变压器的确定
1、绕组数量的确定
确定原则：
在具有三种电压的变电所中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上或低压侧虽无负荷，但在变电所内需设无功补偿设备时，主变压器宜采用三绕组变压器。
在本变电所中:
Sg35／S∑=30.870／48.097=0.642＞15%
Sg10／S∑=17.172／48.097＝0.357＞15%
因此，主变压器选为三绕组变压器。
2、主变压器台数的确定
（1）对于大城市郊区的一次变电所在中低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台变压器为宜。
（2）对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所在设计时应考虑装设三台变压器。
（3）对于规划只装设两台变压器的变电所，其变压器基础宜按大于变压器容量的1—2级设计，以便负荷发展时，更换变压器的容量。
比较
单台变压器
两台变压器
技
术
指
标
供电安全比
满足要求
供电可靠性
基本满足要求
供电质量
电压损耗略大
电压损耗略小
灵活方便性
灵活性差
灵活性好
扩建适用性
稍差
好
经济
指标
电力变压器的综合投资
跟两台变压器相比所需要的花费要少
花费投资比较多
选择：
由前设计任务书可知、正常运行时，变电所负荷由110kV系统供电，考虑到重要负荷达到9.9MW。
而附近35kV火电厂装机容量只有12MW，为提高负荷供电可靠性，并考虑到现今社会用户需要的供电可靠性的要求更高，应采用两台容量相同的变压器并联运行。
3、变压器容量和型号确定
主变压器容量一般按变电所建成后5~10年规划负荷选择，并适当考虑到远期10~20年的负荷发展，对于城市郊区变电所，主变压器应与城市规划相结合。
变电所主变压器的选择原则有以下几点：
1）在变电所中，一般装设两台主变压器；
终端或分支变电所，如只有一个电源进线，可只装设一台主变压器；
对于330、550KV变电所，经技术经济为合理时，可装设3~4台主变压器。
2）对于330KV及以下的变电所，在设备运输不受条件限制时，均采用三相变压器。
500KV变电所，应经技术经济论证后，确定是采用三相变压器，还是单相变压器组，以及是否设立备用的单相变压器。
3）装有两台及以上主变压器的变电所，其中一台事帮停运后，其余主变压器的容量应保证该所全部负荷的60%以上，并应保证用户的一级和全部二级负荷的供电。
4）具有三种电压等级的变电所，如各侧的功率均达到主变压器额定容量的15%以上，或低压侧虽无负荷，但需装设无功补偿设备时，主变压器一般先用三绕组变压器。
5）与两种110KV及以上中性点直接接地系统连接的变压器，一般优先选用自耦变压器，当自耦变压器的第三绕组接有无功补偿设备时，应根据无功功率的潮流情况，校验公共绕组容量，以免在某种运行方式下，限制自耦变压器输出功率。
6）500KV变电所可选用自耦强迫油循环风冷式变压器。
主变压器的阻抗电压（即短路电压），应根据电网情况、断路器断流能力以及变压器结构选定。
7）对于深入负荷中心的变电所，为简化电压等级和避免重复容量，可采用双绕组变压器。
确定：
（1）变电所的一台变压器停止运行时，另一台变压器能保证全部负荷的60%，即
=S∑60%=48.097×
60%＝28.86（MVA）
（2）应保证用户的一级和二级负荷（单台运行时）I、II类负荷的总和为：
5.5+0.5+0.9+2.0+1.0=9.9MW
综合
（1）
（2）并考虑到两台容量之和必须大于S∑、再分析经济问题，查表得所选择变压器容量SB=31.5MVA
查110kV三相三绕组电力变压器技术时数据表，选择变压器的型号为SFS7—31500/110，其参数如下表：
型号
额定容量
高压电压
（kV）
中压侧电压
低压侧电压
kV
阻抗电压（%）
空载
电流
（%）
高
中
低
SFS7-31500/110
31500
110±
3×
2.5%
38.5±
2×
10.5
18
6.5
0.8
4、绕组连接方式的确定
原则：
我国110kV及以上电压、变压器都采用Y。
连接，35kV采用Y连接，其中性点经消弧线圈接地、35kV以下电压变压器绕组都采用△连接。
根据选择原则可确定所选择变压器绕组接线方式为Y。
／Y／△接线。
第三章：
主接线的选择
一、对电气主接线的基本要求
变电所主接线选择的主要原则有以下几点：
1）
（1）供电可靠性：
如何保证可靠地（不断地）向用户供给符合质量的电能是发电厂和变电站的首要任务，这是第一个基本要求。
（2）灵活性：
其含义是电气主接线能适应各种运行方式（包括正常、事故和检修运行方式）并能方便地通过操作实现运行方式的变换而且在基本一回路检修时，不影响其他回路继续运行，灵活性还应包括将来扩建的可能性。
（3）操作方便、安全：
主接线还应简明清晰、运行维护方便、使设备切换所需的操作步骤少，尽量避免用隔离开关操作电源。
（4）经济性：
即在满足可靠性、灵活性、操作方便安全这三个基本要求的前提下，应力求投资节省、占地面积小、电能损失少、运行维护费用低、电器数量少、选用轻型电器是节约投资的重要措施。
根据以上的基本要求对主接线进行选择。
二、110kV侧接线的选择
方案
（一）:
采用单母线接线
考虑到110kV侧有两条进线，因而可以选用单母线接线。
其优点：
简单清晰、设备少、投资少、运行操作方便、且有利于扩建。
缺点是：
（1）当母线或母线隔离开关检修或发生故障时，各回路必须在检修和短路时事故来消除之前的全部时间内停止工作，造成经济损失很大。
（2）引出线电路中断路器检修时，该回路停止供电。
方案
（二）:
桥形接线
110kV侧以双回路与系统相连，而变电站最常操作的是切换变压器，而与系统联接的线路不易发生故障或频繁切换，因此可采用内桥式线，这也有利于以后变电站的扩建。
优点是：
高压电器少，布置简单，造价低，经适当布置可较容易地过渡成单母线分段或双母线分接线。
可靠性不是太高，切换操作比较麻烦。
方案（三）：
双母线接线
优点：
（1）供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不至于供电中断，一组母线故障后能迅速恢复供电，检修任一组的母线隔离开关时只停该回路。
（2）扩建方便，可向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷的平均分配，不会引起原有回路的停电，以致连接不同的母线段，不会如单母线分段那样导致交叉跨越。
（3）便于试验，当个别回路需要时单独进行试验时可将该架路分开，单独接至一组母线上。
缺点：
（１）增加一组母线和每回路需增加一组母线隔离开关，投次大。
（2）当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器容易误操作，为了避免隔离开关误操作需在隔离开关和断路之间装设连锁装置。
对于110kV侧来说，因为它要供给较多的一类、二类负荷、因此其要求有较高的可靠性。
对比以上三种方案，单母线接线供电可靠性、灵活性最差，不符合变电所的供电可靠性的要求；
桥形接线比单母线接线供电可靠性高，且有利于以后扩建，虽然可靠性比双母线接线稍低，但双母线接线复杂，使用设备多、投资较大；
110kv母线放置较高，且相与相之间距离大，因而各种小动作不能造成故障，同时母线放在防雷区内，不会遭受雷击，因此桥形接线比较可靠，也能够满足要求。
因此，对于110kV侧选用内桥式接线。
二、35kV侧接线选择
方案
（一）：
单母线接线
接线简单清晰、设备少、投资少、运行操作方便、且有利于扩建。
可靠性、灵活性差、母线故障时，各出线必须全部停电。
方案
（二）：
单母线分段
（1）母线发生故障时，仅故障母线停止供电，非故障母线仍可继续工作，缩小母线故障影响范围。
（２）对双回线路供电的重要用户，可将双回路接于不同的母线段上，保证对重要用户的供电。
当一段母线故障或检修时，必须断开在该段上的全部电源和引出线，这样减少了系统的供电量，并使该回路供电的用户停电。
分段断路器兼作旁路断路器的单母线分段
有较大的可靠性和灵活性，且检修断路器时合出线不中断供电。
投资增大、经济性能差。
对比以上三种方案：
单母线接线可靠性低，当母线故障时，各出线须全部停电，不能满足I、II类负荷供电性的要求，故不采纳；
将I、II类负荷的双回电源线不同的分段母线上，当其中一段母线故障时，由另一段母线提供电源，从而可保证供电可靠性；
虽然分段断路器兼作旁路断路器的单母线分段也能满足要求，但其投资大、经济性能差，故采用方案
（二）单母线分段接线。
四、10kV侧主接线选择
（1）用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同母线段引出两个回路，用两个电路供电。
（2）当一段母线故障时，分段断路器自动切除故障母线保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。
（1）当一段母线或母线隔离开关检修时该母线各出线须停电。
（2）当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。
（3）扩建时需向两个方向均衡扩建。
单母线分段带旁路
具有单母线分段的全部优点，并在检修断路器时不至于中断对用户供电。
与单母线分断的缺点相比少了缺点。
（2）调度灵活，各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。
（3）扩建方便可向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷的平均分配，不会引起原有回路的停电，以致连接不同的母线段，不会如单母线分段那样导致交叉跨越。
（4）便于试验，当个别回路需要时单独进行试验时可将该架路分开，单独接至一组母线上。
（1）增加一组母线和每回路需增加一组母线隔离开关。
（2）当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器容易误操作，为了避免隔离开关误操作需在隔离开关和断路之间装设连锁装置。
对比以上三种方案，以上三种方案均能满足主接线要求，但采用双母线接线要多用十二个隔离开关，采用单母线带旁路要多用2个断路器，它们的经济性能较差，单母线分段接线既能满足负荷供电要求又能节省大量资金，是一种较理想的接线方式。
故本次选用方案
（一）。
综合以上三种主接线所选的接线方式，画出主接线图，如电气主接线图所示。
第四章：
短路电流的计算
一、计算各回路电抗（取基准功率Sd=100MVAUd=Uav）
根据前所选择变压器各参数得
X1＝X2＝ｘ
＝0.4×
63.37×
＝0.192
X3＝X6＝1/200×
（UK12%＋UK31%－UK23%）
＝1/200×
（10.5＋18－6.5）×
＝0.341
X4＝X7＝1/200×
（UK12%＋UK23%－UK31%）
（10.5＋6.5－18）×
＝-0.016≈0
X5＝X8＝1/200×
（UK23%＋UK31%－UK12%）
（6.5＋18－10.5）×
＝0.222
X9＝ｘ
12×
＝0.351
查火电厂设备有关资料可得
变压器：
SN＝16MVA；
UK%＝8
汽轮机（QF2－12－2）：
SN＝12MW；
cosφ＝0.8；
ｘ
＝0.1133
X10＝
×
＝0.5
X11＝ｘ
＝0.1133×
＝0.755
因为两台变压器型号完全相同，其中性点电位相等，故等值电路图可化简为如图所示：
X12＝X1／2＝0.19／2＝0.096
X13＝X3／2＝0.35／2＝0.175
X14＝X8／2＝0.222／2＝0.107
X15＝X9＋X10＋X11＝0.351＋0.5＋0.755＝1.606
二、计算各点短路点的最大短路电流
1、K１点短路时
（1）、对于110kV系统电源（无穷大容量）
XΣ*＝X12＝0.096
I”*＝IS∞*＝1／XΣ*＝1／0.096＝10.417
短路次暂态电流：
I”S＝IS∞＝I”S*Id＝10.417×
＝5.23（kA）
短路冲击电流：
ish.S＝2.55I”S＝2.55×
5.23＝13.34（kA）
（2）、对于火电厂侧电源
XΣ*＝X13＋X15＝0.171＋1.606＝1.777
Xca*＝XΣ*
＝1.777×
＝0.267
查短路电流运算曲线[
（一）t=0]，得I”*＝4.1
I”G＝I”*
＝4.1×
＝0.309（kA）
ish.G＝2.55I”G＝2.55×
0.309＝0.787（kA）
（3）、由此可得K1点
总次暂态电流：
I”Σ＝I”S＋I”G＝5.23＋0.309＝5.539（kA）
总冲击电流：
ishΣ＝ish.S＋ish.G＝13.34＋0.787＝14.127（kA）
2、K2点短路时
XΣ*＝X12＋X13＝0.096＋0.175＝0.271
I”*＝IS∞*＝1／XΣ*＝1／0.271＝3.69
I”S＝IS∞＝I”S*Id＝3.69×
＝5.758（kA）
5.758＝12.956（kA）
XΣ*＝X15＝1.606
＝1.606×
＝0.241
查短路电流运算曲线[
（一）t=0]，得I”*＝4.58
＝4.58×
＝1.072（kA）
1.072＝2.734（kA）
（3）、由此可得K2点
I”Σ＝I”S＋I”G＝5.758＋1.072＝6.83（kA）
总冲击电流：
ishΣ＝ish.S＋ish.G＝12.956＋2.734＝15.69（kA）
3、K3点短路时
XΣ*＝X17=X16＋X14+
＝0.271＋0.111+
＝0.401
I”*＝IS∞*＝1／XΣ*＝1／0.401＝2.494
I”S＝IS∞＝I”S*Id＝2.494×
＝13.714（kA）
13.714＝34.971（kA）
XΣ*＝X18=X15＋X14＋
＝1.606＋0.111+
＝2.375
＝2.375×
＝0.356
查短路电流运算曲线[
（一）t=0]，得I”*＝3.0
＝3.0×
＝2.474（kA）
2.474＝6.309（kA）
（3）、由此可得K3点
I”Σ＝I”S＋I”G＝13.714＋2.474＝16.188（kA）
ishΣ＝ish.S＋ish.G＝34.971＋6.309＝41.28（kA）
第五章：
配电装置及电气设备的配置与选择
高压配电装置的配置
（一）、高压配电装置的设计原则与要求
1、总的原则
高压配电装置的设计必须认真贯彻国家技术经济政策，遵循上级颁布的有关规程、规范及技术规定，并根据电力系统条件，自然环境特点和运行检修，施工方面的要求，合理制定布置方案和使用设备，积极慎重地选用亲布置新设备、新材料、新结构，使配电装置设计不断创新做到技术先进，经济合理运行可靠、维护方便。
火力发电厂及变电所的配置型式选择，应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜，节约用地并结合运行检修和安装要求通过技术经济比较予以确定，在确定配电装置形式时，必需满足下列4点要求。
A、节约用地
B、运行安全和操作巡视方便。
C、便于检修和安装。
D、节约材料、降低造价。
2、设计要求
A、满足安全净距要求。
B、施工、运行和检修要求。
C、噪声的允许标准及限制措施。
D、静电感应的场强水平和限制措施。
E、电晕条件无线电干扰的特性和控制。
（二）、高压配电装置的配置。
1、35kV、110kV配电装置采用屋外普通中型配电装置，其优点是：
布置比较清晰，不易误操作；
运行可靠，施工和维修都比较方便；
构架高度较低，所用钢材较少，造价低；
经过多年实践已积累了丰富的经验。
2、10kV配电装置，采用单层屋内成套配电装置，即用制造厂成套供应的高压开关柜，高压开关柜为单列独立式布置、电气主接线为单母线分段接线，共有12组出线。
二、高压断路器的选择
（一）、高压断路器的配置与选择
1、高压断路器的配置
（1）、110kV侧由于采用内桥式接线，故选用三台断路器。
（2）、35kV、110kV侧的变压器至每一条母线均分别安装一台断路器；
母线分段也各安装一台断路器。
（3）、35kV、110kV侧每条出线均安装一台断路器。
2、高压断路器按下列条件进行选择和校验
（1）、选择高压断路器的类型，按目前我国能源部要求断路器的生产要逐步走向无油化，因此6—220kV要选用SF6断路器。
（2）、根据安装地点选择户外式或户内式。
（3）、断路器的额定电压不小于装设电所所在电网的额定电压。
（4）、断路器的额定电流不小于通过断路器的最大持续电流。
（5）、校核断路器的断流能力，一般可按断路器的额定开断电流大于或等于断路器触头刚分开时实际开断的短路电流周期分量有效值来进行选择，当断路器的额定开断电流比系统的短路电流大得多的时，为了简化计算也可用次暂态短路电流进行选择。
（6）、按短路关合电流选择，应满足条件是：
断路器额定关合电流不少于短路冲击电流ish，一般断路器的额定关合电流等于动稳定电流。
（7）、动稳定校验应满足的条件是：
短路冲击电流应小于断路器的动稳定电流
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