題目35/10KV區(qū)域降壓變電所電氣系統(tǒng)的設計摘要：在電力系統(tǒng)中，變電站是銜接發(fā)電廠與用戶的中間環(huán)節(jié)，它對經(jīng)濟的運行以及整個電力系統(tǒng)的安全會產(chǎn)生重要的影響，而且對整個電力系統(tǒng)具有變換電能和分配電能的作用。在這次設計中，我是針對電力系統(tǒng)中的接線形式、計算短路電流的方法﹑怎樣選取變壓器﹑怎樣選取母線和檢驗及怎樣選取電氣設備。還包括母線的繼電保護、主變壓器的繼電保護、怎樣防雷的規(guī)劃及配電裝置的設計等主要內(nèi)容，我這次設計目的讓電力供應和傳輸更便捷、經(jīng)濟、可靠、靈活和安全。關鍵詞：主變壓器；主接線；短路電流的計算；簡單的潮流計算；主要的電氣設備

目錄TOC\o"1-3"\h\u第一章主接線的設計 第一章主接線的設計1.1主接線設計原則1.1.1考慮變電所在電力系統(tǒng)中的地位和作用在電力系統(tǒng)中，變電所是樞變電所還是地區(qū)變電所、是終端變電所還是企業(yè)變電所或者是分支變電所，這是由它們在整個電力系統(tǒng)中的地位及作用來決定的,這對于主接線的便捷性、經(jīng)濟性、可靠性、還是靈活性的要求也不一樣。1.1.2考慮近期和遠期的發(fā)展規(guī)模在變電所中，其主接線的設計和規(guī)劃應該依據(jù)5至10年的電力系統(tǒng)發(fā)展計劃進行。另外，還應該依據(jù)負載的大小與分布情況,以及負載的增長速率和地區(qū)網(wǎng)絡環(huán)境和潮流的散布,并且思考不同的可能運行的方式,以此來確認接線方式與所連接電源的數(shù)目與進出的回路數(shù)。1.1.3不同級別負荷對主接線的影響在一級負荷中,我們一定要有兩個相互獨立的電源給其供電,而且當其中一個電源失效后,要能確保全部一級的負荷不停地供電。在兩級負荷中，我們通常有兩個電源供電，當一個電源不能供電，確保大部分的二級負荷的電力供應。但是，在三級負荷中，一般我們只需要一個電源來供電。第二章主變壓器的的設計2.1主變壓器的概述在各等級電壓的變電所中,變壓器是最重要的電氣設備。要想確定合理的變壓器容量，變壓器能夠變換網(wǎng)絡的電壓，進而可以進行電力的傳輸，要想使變電所安全可靠供電及確保網(wǎng)絡經(jīng)濟的運行，這一點很重要。尤其是最近我國是以節(jié)約為主，目前的能源政策是開發(fā)和節(jié)約同時進行。因而,我們要在確定安全可靠的供電的基礎上來確定變壓器的經(jīng)濟容量,還有要提高網(wǎng)絡的經(jīng)濟運行效率，這將具有明顯的重要意義。2.2主變?nèi)萘康拇_定本次變電所為35/10KV降壓變電所,中壓側(cè)為35kV,低壓側(cè)為10kV,使用兩臺相同的三繞組變壓器。以此為例做以下設計。一般情況下我們一定要考慮到長遠年負荷的壽命，按變電所建成后5年至10年的計劃來進行選取。對于城市或者農(nóng)村的主變壓器容量的選取，主變壓器容量要和農(nóng)村的規(guī)劃結(jié)合在一起，然后要依據(jù)電網(wǎng)的類型及變電所負荷的性質(zhì)以確認主變壓器的容量。一般重要負載的變電所,我們應該考慮到：當一臺主變壓器壞了或者由于某種原因停止運轉(zhuǎn)時,應能夠確保用戶的一級和二級負荷能正常；而對于一般的變電所,如果一臺主變壓器停止運轉(zhuǎn)時,其它的變壓器容量最好能夠確保整個負載的70%到80%[]。要想選取主變壓器與站用變壓器的容量,以明確變壓器各個出口側(cè)的最高的連續(xù)工作電流。起初必須要計算各側(cè)的負荷,包括變電站用電負荷也就是變電站點的動力負荷與照明負荷。由公式……………（2-1）在這個式中表示某電壓等級的計算負荷；表示同時系數(shù)（35kV以0.9、10kV以0.85、35kV側(cè)的各負荷和10kV側(cè)的各負荷之間我們以0.9、站用負荷我們以0.85進行計算）a%表示該電壓等級電網(wǎng)的線損率是5%，而cos、Ｐ表示各用戶的功率因數(shù)與負荷[]。各級配電裝置的設計3.1配電裝置概述配電裝置：開關電器，載流導體和測量設備的保護等裝配成的電工小建筑。它是發(fā)電廠和變電所的重要部分，能接受電能以及分配電能。3.2配電裝置的要求我們要設計和建造配電裝置,就應按照國家的經(jīng)濟技術政策及有關規(guī)程的標準,在這里我要特別提醒應節(jié)約合理地用地,一定爭取不占或者盡量少占良田。保證安全可靠運行。設備應注意合理選擇，布局應整齊，清晰。便于檢修、操作和巡視。便于擴建和安裝。為了確保上述條件，應節(jié)省材料，降低投資。3.3配電裝置的分類及適用范圍如果根據(jù)現(xiàn)場電氣設備，我們可以把配電裝置分為室內(nèi)和室外配電裝置；若根據(jù)裝配，裝配式配電裝置可分為在現(xiàn)場裝配，以及在制造廠將根據(jù)布線要求，然后運到安裝現(xiàn)場的配電裝置開關電器裝配。在屋內(nèi)配電裝配是將電氣裝置安設在屋內(nèi),它的特特征是占地面積較小,運轉(zhuǎn)維護和操縱的條件也較好,電氣裝置受污染和氣候條件影響較小但是需要建設房屋,需要很多的投資。在發(fā)電廠和變電站,一般35kV及以下的配電在屋內(nèi)裝設,35/10KV及以上的配電大多在屋外裝設。但35/10KV及以上的配電裝配,在嚴重污染的地區(qū),比如海邊和化工地區(qū)或者大城市中間地帶,也可以用屋內(nèi)配電裝配。成套配電裝配通常安放在屋內(nèi),特征是結(jié)構(gòu)精密,占地的區(qū)域小,建設周期短,運行可靠方便,但耗費的鋼材較多,費用也高[]。短路電流與簡單電力系統(tǒng)潮流的計算4.1短路電流的概述短路的過程實際上是一種暫態(tài)的過程,但是,在實際的計算中影響暫態(tài)過程的因素是很多的，如果考慮很多因素,是十分繁雜的。所以我們?yōu)榱擞嬎闶褂嬎愫唵?一般采用一些合理的假設，采取近似的方法來計算短路電流[]。算出來的短路電流會比實際的電流稍大些,但一般最大的誤差要小于等于1%至15%，這對工程精確度來說是許可的[]。4.1.1計算短路電流的方法短路電流的計算一般有兩種方法一個是理論上的標幺值法；另一個則是輔助曲線法,此方法比較直觀實用，在中小型變電站常用這種方法。如果是我們在現(xiàn)場工作,無論什么時候都能檢查一些高壓電器的設備是否滿足要求。在這里我只介紹這個比較實用的方法，我使用的任意時間短路電流的運算曲線法下面以一個電源供電為例子，則各級母線三相短路電流周期分量的有效值計算公式為:a.110kV母線三相短路電流周期分量有效值計算公式:………………（4-1）b.35kV母線三相短路電流周期分量有效值計算公式：…………（4-2）c.10kV母線三相短路電流周期分量有效值計算公式：……（4-3）式中—三相短路電流周期分量有效值（kV）—基準值電流（kV）—三相短路電流周期分量有效值的標幺值表示歸算到35/10KV側(cè)母線的系統(tǒng)短路的電流總阻抗—變壓器高壓繞組等值電抗標幺值—變壓器低壓繞組等值電抗標幺值—變壓器容量（kV?A）由以上的公式可知道,我們在選好變壓器的容量后,變壓器繞組之間的短路電壓百分數(shù)亦是已知量,那么方程中所要求的短路電流只與所給定的35/10KV系統(tǒng)綜合標么阻抗值有一一對應關系。又由次暫態(tài)三相短路功率：,式中—電流所在電壓極的平均額定電壓。4.2潮流計算的概述一般在電力系統(tǒng)正常的運行情況下，我們或者管理人想知道在給定運行方式下各母線的電壓、系統(tǒng)中的功率分布是不是合理、各元件是不是過載、系統(tǒng)有功或者無功損耗到底是幾許等等這些情況，為了了解這種運行情況所做出的計算，這種計算就叫做電力系統(tǒng)的潮流計算。本章主要介紹簡單電力系統(tǒng)的一些基本的概念和手算潮流計算的方法。4.3電力網(wǎng)的電壓降和功率損耗首先討論電力線路（也適用于變壓器串聯(lián)支路）的電壓降。若先不考慮線路的并聯(lián)支路，等值電路如圖（a）所示。電壓降落是首端和末端電壓的向量差，以節(jié)點2的相電壓為參考向量，然后就可以求出節(jié)點1的相電壓。線路的電壓向量圖如圖（b）所示。 圖(a)電力線路等值電路圖 圖(b)電壓向量圖在單相電路中有…………（4-4）為線路的電壓降落…………………………（4-5）稱(4-2）式中的實部為電壓降的縱分量，用表示，其數(shù)值為…………………（4-6）稱(4-2)式中的虛部為電壓降的橫分量，用表示，其數(shù)值為………………（4-7）矢量圖可以用下面公式：…………………（4-8）…………………（4-9）電壓損耗為首末端電壓幅值之差……………………（4-10）在線路兩端較短時，相位角相差不大，可以忽略的電壓降的橫向分量。近似……………（4-11）由此可見，可以將線路始末端的電壓損耗近視地用電壓降落的縱分量來表示。以上公式是以單相功率和相電壓來計算的，在電力系統(tǒng)分析中常用的是三相功率和線電壓。將相電壓改為線電壓，單相功率換成三相功率，關系式仍然成立。各量用標幺值表示也同樣適用。（b）是以末端電壓為參考時的電壓向量圖。實際上也可以以始端電壓作為參考向量，這時雖然電壓降落不變，但電壓降縱分量和電壓降橫分量都不一樣，因此向量圖不一樣，同時計算電壓降落時要用始端功率。當線路通電時，輸電線路上的電阻與電抗必然會產(chǎn)生功耗。圖（c）中表示出了輸電線路的等值Ⅱ型電路。圖（c）輸電線路∏型等值電路設為線路末端并聯(lián)支路消耗的功率，有………………（4-12）有以上可見，充電功率的概念：輸電線路并聯(lián)支路消耗的是無功功率且是容性的，也就是發(fā)出感性的無功功率，它的大小和所加電壓的平方成正比，而與線路流過的負荷并毫無聯(lián)系。設為線路首端并聯(lián)支路消耗的功率，同理有…………（4-13）線路功率損耗為…………（4-14）線路的電壓損耗為…………………（4-15）在高壓電網(wǎng)中一般R遠小于X，故電壓降落功率大部分是由流過電抗時而產(chǎn)生的。從式（4-12）中可以看出，即便是輸電線路不傳送有功功率()，一樣會有有功功率的損耗，這就說明在高壓網(wǎng)中有能量的損耗。在電力系統(tǒng)中無功功率一般采取就地平衡的原則，就是為了避免有很大的電壓降，避免有功功率損耗的增加及遠距離傳送無功功率。如果輸電線路輕載，串聯(lián)支路消耗的無功功率有可能小于并聯(lián)支路的充電功率。由式（4-12）可以看出這時為負值，而代入式（4-15）中,為負值。也就是說這時出現(xiàn)了線路始端電壓低于末端電壓的情況，或者說若始端保持正常值時，末端電壓將高于正常值。在超高壓輸電線路中，線路的充電功率比較大，而輸電線路輸送功率的功率因數(shù)比較高，輸送的無功功率通常比較小，如果嚴重的話尾端電壓的升高會對電力系統(tǒng)造成危害，我們是不允許這樣做的。一般情況下，避免線路上出現(xiàn)過電壓現(xiàn)象[]，我們會在超高壓網(wǎng)中線路末端并聯(lián)電抗器，其作用就為了在線路空載或輕載時吸收電功功率。由圖（b）的向量圖可以看到，在高壓網(wǎng)中若R<<X時，有,將此式兩邊同乘以則上式說明當輸電線路，一定時,的大小由，之間的夾腳決定。當超前時,，說明了有功功率會從電壓向量超前那端流向電壓向量落后的那端。有圖（b）還可以看出將上式進行變換可見，輸電線路上流過的的大小由和的幅值所決定。當>時，>0,即無功功率從電壓幅值高的一端流向電壓幅值低的一端。以上談論的是輸電線路的電壓降落和功率損耗，可按同樣的原理利用變壓器的等值電路計算變壓器的電壓降落和功率損耗。變壓器串聯(lián)支路的電壓降如式4-3、4-4、4-5、4-6，功率損耗如式4-9，只是用變壓器等值電阻和電抗。變壓器并聯(lián)支路功率損耗如下式變壓器的總功率損耗為可以看出，變壓器的有功功率損耗都是有兩部分組成：一部分是與通過的負荷平方成正比的損耗;另一部分是與負荷無關的分量。而且變壓器的并聯(lián)支路是電感性的，因而它消耗感性無功功率[]。4.4簡單電力網(wǎng)的潮流計算如下圖所示就是一個簡單的電力網(wǎng)絡：依據(jù)已知的節(jié)點電壓及負荷，怎么求未知的節(jié)點電壓、電力網(wǎng)的功率分布、電壓降落以及功率損耗，這就是我們通常說的電力網(wǎng)的潮流計算。由于開式網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)簡單，因此潮流計算也較為簡單，根據(jù)已知條件的不同，一般分為以下兩種。4.4.1已知同一點電壓和功率的潮流計算圖（d）為圖（e）的等值電路圖變電站輸電線負荷(e)簡單的電路網(wǎng)絡圖（d）為圖（e）的等值電路[]。設已知末端的功率及末端電壓求始端的功率及始端電壓。有于已知同一點的功率和電壓，可直接用上述公式由末端逐級向始端推算。為使計算步驟清楚明了，各點的功率均標在等值電路圖中[]。線路串聯(lián)支路末端功率線路串聯(lián)支路始端功率線路始端電壓線路始端的充電功率變壓器末端功率變壓器串聯(lián)支路始端功率電壓為變壓器并聯(lián)支路損耗輸入變壓器的功率為假如我們知道始端電壓與始端功率，而要求末端電壓功率，就可以用相同的方法即：從變壓器開始端一步一步推算出各點電壓及電力網(wǎng)的功率分布，不同的只是電壓降落和功率損耗的符號不同。4.4.2已知不同點電壓和功率的潮流分布計算在電力系統(tǒng)中通常已知末端負荷的功率。而始端或者是發(fā)電廠，或者是變電站，發(fā)電廠母線電壓和某些電壓中樞點的變電站的電壓往往是已知的。故一般在圖（d）（e）中已知末端功率和始端電壓，要我們來求尾端電壓與初端功率 。對這類問題可以采用逐步逼近求解。第一步先設末端電壓為網(wǎng)絡額定電壓，然后按已知同一點電壓和功率的方法進行功率分