工厂变电所设计的基本方法和步骤Word文档格式.docx
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各章、节分别以文字叙述与大量实际参数计算相结合，并绘制部分图示和表格更为直观的体现设计内容。
关键词：
变配电所，主变压器，主结线方案，防雷保护
Abstract
Thepresentdesignisbasedontheactualproductionplantinordertochangethedistributionofthebestrunstate-basedsystemtoclarifythebasicdesignofthesubstationmethodsandstepsthroughthevariouscheck,istomeettheactualneedsoftheproductionofaSetstheoptimaldesign.Thisdesignchoiceofanumberofmajorelectricalequipment.Onecoveringthewholeoverviewofthedistributionchange;
electricitytransformerloadcalculationandchoice;
themainelectricalwiringdesign,calculationofashortcircuit,electricalsubstationequipmentandthechoiceofchecking（includingcircuitbreakers,isolationswitches,thecurrentmutualinductance,Voltagetransformer,bus,etc.）,lightningprotectionandgroundingofthesubstation.Sub-chapter,sub-sectionelaborate,theclarity,aclearpurpose.Chapters,thetextdescriptionofeachsectionwithalargenumberofparameterstocombineactualanddrawingiconsandformspartofamoreintuitivedesignreflectsthecontent.
Keywords:
variabledistribution,themaintransformer,themainconnectivityprograms,lightningprotection
第一章负荷计算及无功功率补偿计算
一、负荷计算的内容和目的
1、计算负荷又称需要负荷或最大负荷。
计算负荷是一个假想的持续性的负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。
在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。
2、尖峰电流指单台或多台用电设备持续1秒左右的最大负荷电流。
一般取启动电流上午周期分量作为计算电压损失、电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件等的依据。
在校验瞬动元件时，还应考虑启动电流的非周期分量。
3、平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。
常选用最大负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班）的平均负荷，有时也计算年平均负荷。
平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。
二、负荷计算的方法
负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式等几种
本设计采用需要系数法确定。
主要计算公式有：
有功功率：
P30=Pe·
Kd
无功功率:
Q30=P30·
tgφ
视在功率:
S3O=P30/Cosφ
计算电流:
I30=S30/√3UN
三、各用电车间负荷计算结果如下表：
序号
车间名称
设备容量（千瓦）
计算负荷
变压器台数及容量
备注
P30（千瓦）
Q30（千乏）
S30（千伏安）
1
电机修造车间
2505
609
500
788
1X1000
No1车变
2
加工车间
886
163
258
305
1X400
No2车变
3
新制车间
634
222
336
403
1X500
No3车变
4
原料车间
514
310
183
360
No4车变
5
备件车间
562
199
158
254
1X315
No5车变
6
锻造车间
150
36
58
68
1X100
No6车变
7
锅炉房
269
197
172
262
No7车变
8
空压站
322
181
159
241
No8车变
9
汽车库
53
30
27
40
1X80
No9车变
10
大线圈车间
335
187
118
221
1X250
No10车变
11
半成品试验站
365
287
464
No11车变
12
成品试验站
2290
640
480
800
No12车变
13
加压站
256
139
214
14
设备处仓库（转供负荷）
338
288
444
15
成品试验站内大型集中负荷
3600
2880
2300
四、全厂负荷计算
取K∑p=0.92;
K∑q=0.95
根据上表可算出：
∑P30i=6520kW;
∑Q30i=5463kvar
则P30=K∑P∑P30i=0.9×
6520kW=5999kW
Q30=K∑q∑Q30i=0.95×
5463kvar=5190kvar
S30=（P302+Q302）1/2≈7932KV·
A
I30=S30/√3UN≈94.5A
COSф=P30/Q30=5999/7932≈0.75
第二章变配电所所址和型式的选择
首先考虑变电所所址的标高，历史上有无被洪水浸淹历史；
进出线走廊应便于架空线路的引入和引出，尽量少占地并考虑发展余地；
其次列出变电所所在地的气象条件：
年均最高、最低气温、最大风速、覆冰厚度、地震强度、年平均雷暴日、污秽等级，把这些作为设计的技术条件。
第三章主变压器的选择和主结线方案的设计
一、主变压器的选择
对于200MW及以上的的发电机组，一般与双绕组变压器组成单元接线，主变压器的容量和台数与发电机容量配套选用。
对于中、小型发电厂应按下列原则选择：
（1）为节约投资及简化布置，主变压器应选用三相式。
（2）为保证发电机电压出线供电可靠，接在发电机电压母线上的主变压器一般不少于两台。
在计算通过主变压器的总容量时，至少应考虑5年内负荷的发展需要，并要求；
在发电机电压母线上的负荷为最小时，能将剩余功率送入电力系统；
发电机电压母线上的最大一台发电机停运时，能满足发电机电压的最大负荷用电需要；
因系统经济运行而需限制本厂出力时，亦应满足发电机电压的最大负荷用电。
发电机与主变压器为单元连接时，主变压器的容量可按下列条件中的较大者选择：
（1）按发电机的额定容量和扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度。
（2）相数的选择：
主变压器采用三相或是单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求及运输条件等因素；
当不受运输条件限制时，在330KV及以下的发电厂和变电所，均应选用三相变压器。
（3）绕组数量和连接方式的选择：
对于200MW及以上的机组，其升压变压器一般不采用三绕组变压器。
因为在发电机回路及厂用分支回路均采用分相封闭母线，供电可靠性很高，而大电流的隔离开关发热问题比较突出，特别是设置在封闭母线中的隔离开关问题更过多；
同时发电机回路断路器的价格极为昂贵，故在封闭母线回路里一般不设置断路器和隔离开关，以提高供电的可靠性和经济性。
此外，三绕组变压器的中压侧，由于制造上的原因一般不希望出现分接头，往往只制造死接头，从而对高、中压侧调压及负荷分配不利。
这样采用三绕组变压器就不如用双绕组变压器加联络变压器灵活方便。
（4）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，强迫导向油循环冷却。
在发电厂水源充足的情况下，为了压缩占地面积，大容量变压器也可采用强迫油循环水冷却。
强迫油循环水冷却方式散热效率高，节约材料，减少变压器本身尺寸。
根据以上条件，所选变压器型号为：
SSP-26000
型号及容量（KVA）
低压侧电压（KV）
连接组
损耗
阻抗电压（%）
空载电流（%）
空载
短路
15.75
Y0/△-11
232
1460
0.963
二、主结线方案的设计
大型发电厂（总容量1000MW及以上，单机容量200MW以上），一般距负荷中心较远，电能需要用较高电压输送，故宜采用简单可靠的单元接线方式，如发电机-变压器单元接线，或发电机-变压器-线路单元接线，直接接入高压或超高压系统。
中型发电厂（总容量200~1000MW、单机50~200MW）和小型发电厂（总容量200MW以下、单机50MW以下），一般靠近负荷中心，常带有6~10KV电压级的近区负荷，同时升压送往较远用户或与系统连接。
发电机电压超过10KV时，一般不设机压母线而以升高电压直接供电。
全厂电压等级不宜超过三级（即发电机电压为1级，设置升高电压1~2级）。
采用扩大单元接线时，组合容量一般不超过系统容量的8~10%。
对于6~220KV电压配电装置的接线，一般分为两大类：
其一为母线类，包括单母线、单母线分段、双母线、双母线分段和增设旁路母线的接线；
其二为无母线类，包括单元接线、桥形接线和多角形接线等。
应视电压等级和出线回数，酌情选用。
1、单母线接线：
（1）优点：
接线简单清晰，设备少，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置
（2）缺点：
不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关）故障或检修，均需使整个配电装置停电。
单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后，才能恢复非故障段的供电。
（3）适用范围：
一般只适用于一台发电机或一台主变压器
2、单母线分段接线：
用断路器把母线分段后，对重要的用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电；
当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电
（2）、缺点：
a.当一段母线或母线隔离开关故障时或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电；
b.当出线为双回路时，常使架空线出现交叉跨越；
c.扩建时需向两个方向均衡扩建。
a.6~10KV配电装置出线回路数为6回及以上
b.35~63KV配电装置出线回路数为4~8回
c.110~220KV配电装置出线回路为3~4回
3、双母线接线
a.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致使供电中断；
一组母线故障后，能迅速恢复供电；
检修任一回路的母线隔离开关，只停该回路。
b.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，能灵活的适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。
c.扩建方便。
像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符合均匀分配，不会引起原有回路的停电。
当有双回架空线路时，可以顺序布置，以致连接不同的母线段时，不会如单母分段那样导致出线交叉跨越。
d..便于试验。
当个别回路需要单独进行试验时，可将该回路分开，单独接至一组母线上。
a.增加一组母线，每回路就需要增加一组母线隔离开关。
b.当母线故障或检修时，隔离开关作为倒闸操作电器，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器之间装设连锁装置。
a.6~10KV配电装置，当短路电流较大，出线需要带电抗器时
b.35~63KV配电装置，当出线回路数超过8回时，或连接的电源较多，负荷较大时
c.110~220KV配电装置出线回路数为5回及以上时，或当110~220KV配电装置在系统中居重要地位，出线回路数为4回及以上。
4、双母线分段接线：
（1）分段原则：
a.当进出线回路数为10~14回时，在一组母线上用断路器分段
b.当进出线回路数为15回及以上时，两组母线均用断路器分段
c.在双母线分段接线中，均装设两台母联兼旁路断路器
d.为了限制220KV母线短路电流或系统解列运行的要求，可根据需要将母线分段
（2）单断路器双母线接线的主要缺点：
a.在倒换母线操作过程中，须使用隔离开关按等电位原则进行切换操作，因此，在事故情况下，当操作人员情绪紧张时，很容易造成误操作。
b.工作母线发生故障时，必须倒换母线，此时，整个配电装置要短时停电
c.这种接线使用的母线隔离开关数目较多，使整个配电装置结构复杂，占地面积和投资费用也相应增大
（3）为克服上述缺点，采取如下补救措施：
a.为了避免在倒闸操作过程中隔离开关误操作，要求隔离开关和对应的断路器间装设闭锁装置，（机械闭锁或电气闭锁），同时要求运行人员必须严格执行操作规程，以防止带负荷开、合隔离开关，避免事故的发生。
b.为了避免工作母线故障时造成整个装置全部停电，可采用两组母线同时投入工作的运行方式。
c.为了避免在检修线路断路器时造成该回路短时停电，可采用双母线带旁路母线的接线。
采用上述措施后，单断路器双母线接线具有较高的的供电可靠性和运行灵活性。
5、双断路器双母线接线：
优点：
任何一组运行母线或断路器发生故障或进行检修时，都不会造成装置停电，各回路均用断路器进行操作，隔离开关仅作检修时隔离电压之用。
因此，这种接线工作是非常可靠与灵活，检修也很方便。
缺点：
这种接线要用较多的断路器和隔离开关，设备投资和配电装置的占地面积也都相应增加，维修工作量也较大。
6、一台半断路器双母线接线：
这种接线具有环形接线和双母线接线的优点，供电可靠性高，运行灵活，操作、检修方便，当一组母线停电检修时，不需要切换回路，任意一台断路器检修时，各回路仍按原接线方式进行，也不需要切换；
隔离开关不做操作电器使用，只在检修电气设备时作为隔离电源用。
所配用的断路器数目较单断路器双母线要多，维修工作量增大，设备投资及变电所的占地面积相应增大。
其次。
这种接线继电保护也较其他接线复杂，且接线本身的特点要求电源数和出线数最好相等。
当出线数目较多时，不可避免会出现引出线路方向不同，将造成设备布置上的困难。
选择一台半断路器双母线接线与单断路器双母线接线进行详细比较
一台半断路器双母线
单断路器双母线
可靠性
在检修和故障相重合的情况下，停运的回路不超过两回
可以轮流检修一组母线而不致使供电中断，一组母线故障后能迅速恢复供电；
检修任意一回路的母线隔离开关，只停该回路。
灵活性
1、多为环形供电，调度灵活。
但是停运一个回路需要两台断路器，母线故障时，接线内潮流变化大。
2、隔离开关只作为检修电器，不作为操作电器，处理事故时，用断路器操作，消除事故迅速。
检修断路器时，不需要带旁路操作
1、工作母线发生故障时，可将全部回路切换到备用母线上，从而迅速恢复正常工作，但需短暂停电
2、检修任意工作回路的断路器时，可以利用母联断路器来替代，而不致使该回路供电长期中断
3、需要对任意回路单独进行电气试验时，可以将该回路切换到备用母线上
可扩建性
不如单断路器双母线接线扩建容易
便于扩建。
可以任意向两侧延伸扩建，不影响两组母线的电源和负荷均匀分配，扩建施工时不会引起原有回路停电
经济性
设备投资：
8个回路时，两种接线相等。
7回及以下，单断路器双母线接线较贵
9回及以下，一台半断路器双母线接线较贵
占地面积：
1、当一台半断路器接线为常规三列式顺序布置时，因一个间隔可以双侧出线，占地面积比较少。
2、当一台半断路器接线的常规布置应用于发电厂时，为避免纵向布置的大机组出线偏角过大，常需改变配电装置布置形式，扩大占地面积30%~50%
选择：
单断路器双母线接线
第四章短路电流计算
一、短路电流计算
由原始材料可得电源电抗标幺值Xd=0.124，变压器标幺值10.5/100*100/63*4=0.67
线损标幺值0.4*2*50*100/220=0.08
变电所2#电源电抗标幺值Xd=0.1423变压器标标幺值为18/100*100/24*2=1.5
线损标幺值0.4*2.67*100/220=0.12x40线路标幺值为0.067
故待设计的变电所以前的标幺值为0.04
110KV侧标幺值为0.3
二、作出系统的简化等值电路图（忽略负荷支路及线路的电容、电阻）
查阅SFFZ7-40000/220变压器的参数：
Us（1-2）％-＝20.3%
Us（2-3）％＝35.9%
Us（3-1）％＝11.3%
三、变压器的各绕组电抗标幺值计算
Us1％=1/2（Us（1-2）％+Us（3-1）％-Us（3-2）％）=1/2（20.3+11.3-35.9）=-2.15
Us2％=1/2（Us（1-2）％+Us（3-2）％-Us（3-1）％）=1/2（20.3+35.9-11.3）=22.45
Us3％=1/2（Us（2-3）％+Us（3-1）％-Us（1-2）％）=1/2（35.9+11.3-20.3）=13.45
设SB=100MVA，UB=Uav
Xt1=Us1％/100*Sb/Sn=-2.15/100*100/40=-0.05
Xt2=Us2％/100*Sb/Sn=22.45/100*100/40=0.56
Xt3=Us3％/100*Sb/Sn=13.45/100*100/40=0.28
四、10KV侧短路计算
f（3）-1短路时,示意图如下：
图4-1f（3）-1短路的等值电路图
X1*=1/2（Xt1+Xt2+Xt1*Xt2/Xt3）=1/2（-0.05+0.56+0.56*（-0.05）/0.28=0.5
X2*=1/2（Xt2+Xt3+Xt2*Xt3/Xt1）=1/2（0.56+.028+0.56*0.28/（-0.05）=--2.296
X3*=1/2（Xt1+Xt3+Xt1*Xt3/Xt2）=1/2（0.28-0.05+0.28*（-0.05）/0.56=0.25
三角形变为星形：
X11*=X2*xX3*/（X1*+X2*+X3*）=（-2.296）x0.25/（0.5+0.25-2.296）=0.37
X22*=X1*xX3*/（X1*+X2*+X3*）=0.5x0.25/（0.5-2.296+0.25）=-0.08
X33*=X1*xX2*/（X1*+X2*+X3*）=0.5x（-2.296）/（0.5-2.296+0.25）=0.74
图4-2f（3）-1短路的等值电路图
再次简化：
Xa=0.41Xb=-0.08Xc=1.04
图4-3f（3）-1短路的等值电路图
再做三角形变换：
Xac=Xa+Xc+Xa*Xc/Xb=0.41+1.04+0.41*1.04/-0.08=-3.88
Xbc=Xb+Xc+Xb*Xc/Xa=（-0.08）+1.04+（-0.08）*1.04/0.41=0.76
图4-4f（3）-1短路的等值电路图
因为A电源为无穷大系统所以提供的短路电流为：
Ip=1/Xac=1/（-3.88）=-0.26
所以短路电流有名值为：
Ico=0.76*100/1.732*10.5+（-0.26）*100/1.732*10.5=2.75KA
冲击电流：
Ish=2.55*2.75KA=7KA
220KV侧短路计算
f（3）-2短路时，示意图如下图所示。
图4-5f（3）-2短路的等值电路图
Xt*=1/2（Xt1+Xt2*）=1/2（-0.05+0.56）=0.255
XB*=XT*=XBS*=0.039+0.36=0.399
Xt2=0.255+0.3=0.555
A电源（无穷大系统）的短路电流为：
Ip=1/Xaf=1/0.04=25
所以短路电流有名值为
If=0.555*100/1.732*230+25*100/1.732*230=6.42
冲击电流[11]：
Ish=2.55*6.42=16.37KA
110KV侧短路计算：
f（3）-3短路时
图4-6f（3）-3短路的等值电路图
Xa=0.04+0.255=0.295
图4-7f（3）-3短路的等值电路图
A为无穷大系统所以有：
Ip*=1/Xa=1/0.295=3.39
If0=0.3*100/1.732*115+3.39*100/1732*115=1.85KA
Ish
升级会员 