重庆邮电大学高教自考毕业设计（论文） 理 论 分 析 与 实 验 方 法 （原理研讨、系统分析、方案设计构想） 一、原理研讨 1、变压器的选择：在各级电压等级的变电站中，变压器是主要的电气设备之一。其担负着变换网络电压进行电力传输的重要任务，确定合理的变压器台数、容量、型号、调压方式和冷却方式是变电站可靠供电和网络经济运行的保证。特别是我国当前的能源政策是开发、利用、节约并重，近期以节约为主。因此，在确保安全可靠供电的基础上，确定变压器的台数、容量、型号、调压方式和冷却方式，是变电站可靠供电和网络经济运行的保证。 （1）变压器容量及台数的选择：主变容量一般按变电站建成近期负荷5～10年规划选择，并适当考虑远期10～15年的负荷发展，对于城郊变电所主变压器容量应当与城市规划相结合，从长远利益考虑，本站应按近期和远期总负荷来选择主变的容量，根据变电所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量，对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台变压器停运时，其余变压器容量在过负荷能力允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷。 （2）主变压器相数的选择：容量为300MW及以下机组单元连接的主变压器和330kV及以下的电力系统中，一般都选择三相变压器。但是在选择主变压器的相数时，应根据原始资料以及设计变电所的实际情况来选择。 （3）主变压器冷却方式的选择：主变压器一般采用的冷却方式有：自然风冷却，强迫油循环风冷却，强迫油循环水冷却。 ①自然风冷却：依靠装在变压器油箱上的片状或管形辐射式冷却器及电动风扇散发热量的自然风冷却及强迫风冷却，适用于中、小型变压器。 ②强迫油循环水冷却：虽然有散热效率高、、减少变压器本体尺寸等优点。但它须有一套水冷却系统和相关附件，冷却器的密封性能要求高，维护工作量较大。 ③强迫油循环风冷却：实用于大型变压器高效率的冷却方式。 2、站用变压器选择：变电站的站用负荷，一般都比较小，其可靠性要求也不如发电厂那样高。变电站的主要负荷是变压器冷却装置、直流系统中的充电装置和硅整流设备、油处理设备、检修工具以及采暖、通风、照明、供水等。 3、主接线设计的原则及要求：主接线代表了变电站电气部分主体结构，是电力系统接线的主要组成部分，是变电站电气设计的首要部分。它的设计，直接关系着全所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。由于电能生产的特点是发电、变电、输电和用电在同一时刻完成，所以主接线设计的好坏，直接影响到工农业生产和人们的日常生活。为此，主接线的设计必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，正确处理好各方面的关系，全面分析相关因素，力争使其技术先进、经济合理、安全可靠。 电气主接线的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电安全可靠、运行灵活、经济美观等基本要求下，兼顾运行、维护方便。 （1)10kV压侧接线:由原始资料可知，在正常运行时，本变电站110kV侧主要是由110kV系统变和110kV火电厂两个电源来供电，35kV变电所与本站相连的线路传输功率较小，为联络用,所以必须考虑其可靠性。《35～110kV变电所设计规范》规定，35～110kV线路为两回及以下时，宜采用桥形、线路变压器组或单母接线。超过两回时，宜采用扩大桥形、双母线或单母分段的接线。在采用单母线、单母线分段或双母线的35～110kV主接线中，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。本变电站110kV侧线路共有4回，其中出线2会，备用2回，可选择双母线接线（方案一）或单母线分- 2 -
重庆邮电大学高教自考毕业设计（论文） 段接线（方案二）两种方案。 （2）35kV电压侧接线：本变电站35kV侧线路有6回，可选择双母线接线或单母线分段带旁路母线接线两种方案。 （3）10kV电压侧接线：《35～110kV变电所设计规范》规定，当变电所装有两台主变压器时，6～10kV侧宜采用单母线分段，线路为12回及以上时，亦可采用双母线。当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。本变电站10kV侧线路为8回，可采用双母线接线或手车式高压开关柜单母线分段接线两种方案。 4、短路电流计算：电力系统正常运行的破坏多半是由短路故障引起的。发生短路时，系统从一种运行状态剧变到另一种运行状态，并伴随产生复杂的暂态现象。短路是电力系统的严重故障。所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地（对于中性点接地系统）发生通路的情况。在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路，两相短路，两相接地短路和单相短路。其中，三相短路是对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态，其他类型的短路都是不对称短路。电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路的机会最少。但三相短路情况最严重，破坏最大，应给以足够的重视。因此，我采用三相短路来计算，以此为依据选择和检验电气设备，以保证其安全可靠。通过故障点的短路电流和所燃起的电弧，使故障元件损坏。短路的危害：短路电流通过非故障元件，由于发热和电动力的作用，引起他们的损坏或缩短他们的使用寿命；电力系统中部分地区的电压大大降低，破坏用户工作的稳定性或影响工厂产品质量；破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统震荡，甚至整个系统瓦解。 5、高压电器设备选择：选择正确的电器是保证电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行电器选择时，应根据工程实际情况[8]，在保证安全、可靠的前提下，尽量采用新技术，并注意节省投资。电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定，使所选的电器能在长期工作的条件下及发生过电压、过电流的情况下能保持正常运行。 （1）高压断路器的选择：变电所中高压断路器是重要的电气设备之一，它具有完善的灭弧性能，正常运行时，用来接通和开断负荷电流。故障时，断路器通常与继电保护配合使用，断开短路电流，切除故障线路，保证非故障线路的正常供电及系统的稳定性。 （2）隔离开关的选择：隔离开关是发电厂和变电站中常用的开关电器。它需与断路器配套使用。隔离开关没有灭弧装置及开断能力低，所以操作隔离开关时，必须遵循倒闸操作顺序。 （3）互感器的选择：互感器是电力系统中的测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路信息的传感器。互感器将高电压、大电流按比例变成低电压（100、100/3V）和小电流（5、1A），其一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表业继电保护等。互感器的作用有： ①将一次回路的高电压和电流变为二次回路标准的低电压和小电流，使测量仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构轻巧、价格便宜，便于屏内安装。 ②使二次设备与高电压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安全。 6、母线的选择：发电厂和变电所的各级电压配电装置中，将发电机、变压器等大型电气设备与各种电器之间连接的导线称为母线。母线的作用是汇集、分配和传送电能。它是构成电气主接线的主要设备。母线按所使用的材料可分为铜母线、铝母线和钢母线。在含有腐蚀性气体或有强烈振动的地区一般选用铜母线；在屋内和屋外配电装置中广泛使用铝母线；钢母线仅用在高压小容量电路、工作电流不大于200A的低压电路、直流电路以及接地装置回路中。母线按截面形状分为矩形、圆形、槽形和管- 3 -
重庆邮电大学高教自考毕业设计（论文） 形等。 7、配电装置设计：配电装置是变电站的重要组成部分。它是根据主接线的连接方式,由开关设备、保护和测量电路、母线和必要的辅助设备组建而成,用来接受和分配电能的总体装置。配电装置基本要求必须贯彻执行国家基本建设方针和技术经济政策；保证运行可靠；按照系统和自然条件，合理选用设备，在布置上力求整齐、清晰，保证具有足够的安全距离；便于检修、巡视和操作；在保证安全的前提下，布置紧凑，力求节约材料和降低造价；安装和扩建方便。 二、系统分析 1、变压器选择： （1）变压器容量及台数的选择：每台变压器的额定容量按Sn?0.7Pm（Pm为变电所最大负荷）选择，即Sn=0.7×24460.7=17.12kVA这样当一台变压器停用时，也保证70%负荷的供电。由于一般电网变电所大约有25%的非重要负荷，因此采用式Sn?0.7Pm来计算主变容量对变电所保证重要负荷来说是可行的。 （2）主变压器相数的选择：本次设计的变电所，站址海拔高度700m，占地92×75m，地势平坦宽阔，附近无高山，交通运输方便，站址地势较高，排水系统良好，具有较强的防洪抗震能力。 （3）主变压器冷却方式的选择：本设计主变为中型变压器，发热量不大，况且本变电站地势平坦，通风条件好。 2、站用变压器选择：上述负荷容量都不太大，因此变电站的站用电压只需0.4kV一级用动力与照明混合供电方式。380V站用电母线可采用低压断路器（即自动空气开关）或闸刀进行分段，并以低压成套配电装置供电。通过计算变电站的站用负荷容量为85.14kVA（见设计计算书第8.2节） 3、主接线设计的原则及要求： （1)10kV压侧接线:方案一供电可靠、运行方式灵活，但是倒闸操作复杂，容易误操作，占地面积大，设备多，投资大。方案二简单清晰，操作方便，不易误操作，设备少，投资小，占地面积小，但是运行可靠性和灵活性比方案一稍差。本变电站为地区性变电站，火电厂和系统变可以满足地区负荷的需要，基本不需要外系统支援。设置旁路设施的目的是为了减少在断路器检修时对用户供电的影响。装设SF6断路器时，因断路器检修周期可长达5～10年甚至20年，可以不设旁路设施。 （2）35kV电压侧接线：方案一供电可靠、调度灵活，但是倒闸操作复杂，容易误操作，占地面积大，设备多，配电装置复杂，投资大。方案二简单清晰，操作方便，不易误操作，设备少，投资小，占地面积小，旁路断路器可以代替出线断路器，进行不停电检修出线断路器，保证重要回路特别是Ⅰ类负荷不停电。且方案二具有良好的经济性，供电可靠性也能满足要求。方案二为单母线分段带旁路母线接线，当检修出线断路器时可不停电，因其进行了分段且是断路器分段，所以当一段母线发生故障时，可以保证正常段母线不间断供电，因为设置旁路母线，可以保证Ⅰ、Ⅱ类用户用电要求，同时它结构简单清晰，运行也相对简单，便于扩建和发展。 （3）10kV电压侧接线：方案一一般用于出线较多，输送和穿越功率较大，供电可靠性和灵活性要求较高的场合，设备多，投资和占地面积大，配电装置复杂，易误操作。方案二简单清晰，调度灵活，不会造成全站停电，能保证对重要用户的供电，设备少，投资和占地少。手车式断路器的出现和运行成功，断路器检修问题可不用复杂的旁路设施来解决，而用备用的手车断路器来替代需要检修的工作的手车断路器。 4、短路电流计算：电力系统中可能发生的几种形式的短路类型及其计算方法是如- 4 -
重庆邮电大学高教自考毕业设计（论文） 下： （1）三相短路电流的计算： Id*(3)?1其有名值为： Id(3)(3)X1*?(3)?Id*?Ij Id*—系统中发生三相短路时，短路点的短路电流标幺值 (3)Id—系统中发生三相短路时，短路点的短路电流有名值 X1*—归算到短路点的综合正序等值电抗。 ?1(2) （2）两相短路电流的计算： Id?3 X1?X2??X2—归算到短路点的负序综合电抗 ?Id(2)—两相短路时短路点的全电流 (2)X1??(2)(2)Id1,Id2—分别为两相短路时，短路点短路电流的正负序分量 （3）两相接地短路电流计算： X2X0(1,1)(1,1)??Id?31??Id1(X2?X0)2??其各序分量电流值为：Id1?Id(2)?1?X2 Id(1,1)—两相短路接地时，短路点故障相全电流 —两相短路接地时，短路点的正序电流分量 1(1,1) Id1?X1?X1//X0???X0(1,1)(1,1)? Id2?Id1?X0?X2??X2(1,1)(1,1)? Id0?Id1?X0?X2??(1,1)(1,1)Id2,Id0—分别为两相接地短路时的负序和零序电流分量。 （4）单相接地短路电流的计算： Id1(1,1) 1(1)(1)I?I?短路点各序分量电流为： d1d22x1?x0 5、高压电器设备选择： （1）高压断路器的选择：设在110kV火电厂侧变电站短路，然后计算最大持续工作电流、最大短路电流、冲击电流、周期分量和热效应非周期分量进行比较分别选择出各侧合适的断路器（具体计算过程见设计书）。 （2）隔离开关的选择：高压断路器选择及校验计算数据同样适合作为隔离开关的选择及校验标准使用。 （3）互感器的选择：校验电流互感器一次回路额定电压和电流、热稳定校验、内部动稳定校验是否合格；校验电压互感器一次回路电压和二次回路电压是否合格。 - 5 -