220kV變電所電氣一次系統(tǒng)設(shè)計1
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220kV降壓變電所電氣一次系統(tǒng)設(shè)計文獻(xiàn)綜述
一．設(shè)計意義
在我國，電力能源的需求持續(xù)增長，城市和農(nóng)村用電量和密度越來越來高，需要更多的深入市區(qū)農(nóng)村的變電站，以減少線路的功率損耗，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性等，然而這些變電站占地面積大；二是城區(qū)地價昂貴，環(huán)境要求嚴(yán)格，在稠密的市區(qū)選擇變電站址相當(dāng)困難。本次畢業(yè)設(shè)計的目的在于運(yùn)用自己的專業(yè)知識，設(shè)計一個三個電壓等級的變電站。
提高電網(wǎng)的供電可靠性，變電所起著重要作用。變電所是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它承擔(dān)著升高或降低電壓以及轉(zhuǎn)換功率的作用。變電所設(shè)計的正確與否不僅影響著電力負(fù)荷的供電可靠性，同時也影響著電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行[1]。
二. 設(shè)計內(nèi)容
（1） 電氣主接線設(shè)計
變電所電氣主接線是電力系統(tǒng)接線的主要成部分。它表明了發(fā)電機(jī)、變壓器；線路和斷路器等電氣設(shè)備的數(shù)量和連接方式及可能的運(yùn)行方式，從而完成發(fā)電、電、輸配電的任務(wù)。它的設(shè)計，直接關(guān)系著全廠電氣設(shè)備選擇、配電裝置的布置、繼電保護(hù)和自動裝置的確定，關(guān)著電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、靈活和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[2]。
在進(jìn)行變電站電氣主接線設(shè)計時，我們應(yīng)該主要遵循以下設(shè)計原則：（1）需要考慮變電所在電力系統(tǒng)中的位置，變電所在電力系統(tǒng)中的地位和作用是決定電氣主接線的主要因素。（2）要考慮近期和遠(yuǎn)期的發(fā)展規(guī)模，變電所電氣主接線的設(shè)計，應(yīng)根據(jù)5～10 年電力發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行。（3）考慮負(fù)荷的重要性分級和出線回數(shù)多少對電氣主接線的影響，對一級負(fù)荷，必須有兩個獨(dú)立電源供電，且當(dāng)一個電源失去后，應(yīng)保證全部一級負(fù)荷不間斷供電；對二級負(fù)荷，一般要有兩個電源供電，且當(dāng)一個電源失去后，應(yīng)保證大部分二級負(fù)荷供電；三級負(fù)荷一般只需要一個電源供電。（4）考慮主變臺數(shù)對電氣主接線的影響，變電所主變的臺數(shù)對電氣主接線的選擇將產(chǎn)生直接的影響，傳輸容量不同，對主接線的可靠性、靈活性的要求也不同。（5）考慮備用容量的有無和大小對電氣主接線的影響，發(fā)、送、變的備用容量是為了保證可靠的供電，適應(yīng)負(fù)荷突增、設(shè)備檢修、故障停運(yùn)情況下的應(yīng)急要求[3]。
（2） 短路電流計算
短路電流計算在整個設(shè)計中起著重要的作用，這項工作之所以重要，是因為這是校驗設(shè)備，進(jìn)行故障設(shè)計依據(jù)等工作的依據(jù)。
短路電流計算的目的是：在選電氣主接線時，為了比較各種接線方案或選定某一接線是否需要采取限制短路電流的措施；選擇電氣設(shè)備時，為了保證設(shè)備在正常運(yùn)行和故障情況瞎的都能安全可靠的工作，同時又力求節(jié)約資金；在設(shè)計屋外高壓配電裝置時，需按短路條件校驗軟導(dǎo)線的相間和相對地的安全距離；在選擇繼電保護(hù)方式和進(jìn)行整定計算時，需以各種短路時的短路電流為依據(jù)；接地裝置的設(shè)計，也需用短路電流[4][5]。
現(xiàn)將其計算步驟簡述如下：
1. 選擇計算短路點(diǎn)。
2. 畫等值網(wǎng)絡(luò)(次暫態(tài)網(wǎng)絡(luò))圖
1) 首先去掉系統(tǒng)中的所有負(fù)荷分支、線路電容、各元件的電阻，發(fā)電機(jī)電抗用次暫態(tài)電抗Xd"。
2) 選取基準(zhǔn)容量Sb和基準(zhǔn)電壓Ub (一般取各級的平均電壓)。
3) 將各元件電抗換算為同一基準(zhǔn)值的標(biāo)么電抗。
4) 繪出等值網(wǎng)絡(luò)圖，并將各元件電抗統(tǒng)一編號。
3. 化簡等值網(wǎng)絡(luò)：為計算不同短路點(diǎn)的短路電流值，需將等值網(wǎng)絡(luò)分別化簡為以短路點(diǎn)為中心的輻射形等值網(wǎng)絡(luò)，并求出各電源與短路點(diǎn)之間的電抗，即轉(zhuǎn)移電抗久Xnd。
4. 求計算電抗Xjs。
5. 由運(yùn)算曲線查出各電源供給的短路電流周期分量標(biāo)么值(運(yùn)算曲線只作到Xjs＝3．5)。
6. 計算無限大容量(或Xjs＞3)的電源供給的短路電流周期分量。
7. 計算短路電流周期分量有名值和短路容量。
8. 計算短路電流沖擊值。
9. 計算異步電動機(jī)供給的短路電流,繪制計算結(jié)果表格[6]。
（3） 電氣設(shè)備選擇
1. 選擇的一般原則
1) 應(yīng)力求技術(shù)先進(jìn),安全適用,經(jīng)濟(jì)合理
2) 應(yīng)滿足正常運(yùn)行、檢修、短路和過電壓情況下的要求,并考慮遠(yuǎn)景發(fā)展
3) 應(yīng)按當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件校準(zhǔn)
4) 選擇的導(dǎo)體品種不宜過多。
2. 選擇的一般方法
按正常工作條件選擇，即待選電器的允許最高工作電壓不小于電器所在回路的最高運(yùn)行電壓; 待選導(dǎo)體(電器)的長期允許電流(額定電流)不小于導(dǎo)體(電器)所在回路的持續(xù)工作電流。
按短路條件檢驗，其中有按動穩(wěn)定校驗要求電器允許通過的動穩(wěn)定電流幅值不小于短路沖擊電流幅值；導(dǎo)體實際承受的最大應(yīng)力不小于導(dǎo)體材料的允許應(yīng)力；還有按熱穩(wěn)定校驗，要求電器允許通過的熱穩(wěn)定電流產(chǎn)生的熱量不小于短路電流產(chǎn)生的熱效應(yīng);選擇導(dǎo)體的截面不小于導(dǎo)體滿足熱穩(wěn)定的最小截面[7][8]。
3. 主變壓器選擇
正確合理地選擇主變壓器的臺數(shù)、容量和類型是電力系統(tǒng)規(guī)劃和具體變電所主接線設(shè)計中的一個主要問題。
為保證供電可靠性，避免一臺主變壓器故障或檢修時影響供電，變電所中一般裝設(shè)兩臺主變壓器。對110千伏及以下終端或分支變電所，如只有一個電源或變電所的重要負(fù)荷可由低壓側(cè)電網(wǎng)取得備用電源時，可只裝設(shè)一臺主變壓器[9]。對于一座變電站，在滿足相同的供電能力和供電可靠性的前提下，安裝兩臺或三臺變壓器哪個方案更合理，如何選擇合適的主變壓器臺數(shù)，需要根據(jù)城區(qū)供電條件、負(fù)荷性質(zhì)及運(yùn)行方式等條件，從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)方面考慮以下幾個因素：
1) 主變總?cè)萘浚涸诳傌?fù)荷不變的前提下，停一臺主變壓器時，要求仍具有相同的供電能力。
2) 變壓器制造容量限制
3） 占地面積[10]
（4） 高壓配電裝置
高壓配電裝置的設(shè)計必須根據(jù)電力系統(tǒng)條件,按照自然環(huán)境特點(diǎn)和運(yùn)行檢修的要求,合理的制定布置方案和選用設(shè)備,并積極慎重地采用新布置,新設(shè)備和新材料,使設(shè)計技術(shù)先進(jìn),經(jīng)濟(jì)合理,可靠運(yùn)行,巡視方便[11]。
（5） 防雷設(shè)計
變電所的雷害來自兩個方面，一是雷直擊變電所，二是雷擊輸電線路后產(chǎn)生的雷電波沿線路向變電所侵入，對直擊雷的保護(hù)，一般采用避雷針和避雷線，使所有設(shè)備都處于避雷針（線）的保護(hù)范圍之內(nèi)，此外還應(yīng)采取措施，防止雷擊避雷針時不致發(fā)生反擊[12]。
避雷針的作用：將雷電流吸引到其本身并安全地將雷電流引入大地，從而保護(hù)設(shè)備，避雷針必須高于被保護(hù)物體，可根據(jù)不同情況或裝設(shè)在配電構(gòu)架上，或獨(dú)立裝設(shè)，避雷線主要用于保護(hù)線路，一般不用于保護(hù)變電所。
避雷器的作用：專門用以限制過電壓的一種電氣設(shè)備，它實質(zhì)是一個放電器，與被保護(hù)的電氣設(shè)備并聯(lián)，當(dāng)作用電壓超過一定幅值時，避雷器先放電，限制了過電壓，保護(hù)了其它電氣設(shè)備[13]。
三．變電站在未來的發(fā)展趨勢和發(fā)展要求
近年來，我國在電氣方面發(fā)展迅速，但是在變電技術(shù)發(fā)展還不是很純熟。一些發(fā)達(dá)國家已經(jīng)形成了完善的變電設(shè)計理論，電力系統(tǒng)真正的做到了節(jié)約型、集約型、高效型。發(fā)達(dá)國家通過改善并優(yōu)化變電站結(jié)構(gòu)，降低變電站的功率損耗，盡可能地提高了變電站的可靠性，使變電站的靈活性提高，同時提高了經(jīng)濟(jì)性。 在國內(nèi)，變電站的設(shè)計中仍然存在問題，隨著能源緊缺和需求增長，優(yōu)化設(shè)計成了至關(guān)重要的前提。
在新形勢下，隨著我國城市化越來越發(fā)達(dá)。城市變電站建筑設(shè)計發(fā)生了很大的變化。在提高效率、降低成本、保證電網(wǎng)安全、提高服務(wù)質(zhì)量、節(jié)能降耗、環(huán)境友好等方面有顯著作用?？偨Y(jié)近幾年變電站建筑設(shè)計，有以下幾大發(fā)展趨勢：
（一）變電站建筑設(shè)計的節(jié)能省地趨勢
城市變電站是城市建設(shè)不可分割的一部分，城市要用電，變電站就必須建設(shè)。大城市的突出特點(diǎn)就是土地緊張，寸土寸金，為此，國家電網(wǎng)公司非常重視，組織開展了變電站的典型設(shè)計工作，設(shè)計了適合天津地區(qū)特點(diǎn)的從35-220kV 的多套變電站的典型設(shè)計。從而規(guī)范了變電站設(shè)計，減少了占地。
(二） 城市變電站建筑設(shè)計的生態(tài)化趨勢
人們在大發(fā)展的時代越來越深刻的意識到，人類必須與大自然和諧共生、“可持續(xù)發(fā)展”、“生態(tài)環(huán)境”思想已成為人們的共識。在此原則下, 生態(tài)變電站是城市變電站建筑設(shè)計的必然選擇。
（三）變電站建筑設(shè)計的高科技化趨勢
其主要表現(xiàn)在：充分滿足電氣工藝的技術(shù)要求。特別是電氣設(shè)備的發(fā)展的微型化、自動化、潔凈化、精密化、環(huán)境無污染化、智能化、數(shù)字化等要求；充分滿足周圍環(huán)境對變電站建筑設(shè)計的技術(shù)要求；變電站建筑本身的智能設(shè)計，包括應(yīng)用新型建筑材料、新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用和創(chuàng)新等。如火災(zāi)自動報警、自動滅火、電子巡更、F6S氣體自動報警及排除等。
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機(jī)已滲透到了世界每個角落。電力系統(tǒng)也不可避免地進(jìn)入了微機(jī)控制時代，變電站綜合自動化系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的變電站二次系統(tǒng)，已成為當(dāng)前電力系統(tǒng)發(fā)展的趨勢[14]。
變電站綜合自動化對于實現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度自動化和現(xiàn)場運(yùn)行管理現(xiàn)代化, 提高電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平起到了很大的促進(jìn)作用, 一方面綜合自動化系統(tǒng)取代或更新傳統(tǒng)的變電站二次系統(tǒng), 已經(jīng)成為必然趨勢。另一方面, 保護(hù)本身也需要自查、故障錄波、事件記錄、運(yùn)行監(jiān)視和控制管理等更強(qiáng)健的功能。發(fā)展和完善變電站綜合自動化系統(tǒng), 是電力系統(tǒng)發(fā)展的新趨勢和方向[15]。
（四）變電站建筑設(shè)計的文化性趨勢
變電站建設(shè)是電力建設(shè)的一個重要組成部分，是展示國家電力企業(yè)形象的一個重要窗口，是體現(xiàn)企業(yè)文化的一個重要載體.企業(yè)文化建設(shè)將越來越融入到具體的工程建設(shè)中去，會進(jìn)一步提升企業(yè)崇尚科技、堅持環(huán)保、尊重社會、服務(wù)社會、展示企業(yè)風(fēng)采的良好形象[16]。
（五）城市變電站建筑設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化趨勢
國家電網(wǎng)公司從幾年前就已經(jīng)開始著手變電站的標(biāo)準(zhǔn)化工作[17]。目前變電站的典型設(shè)計正在進(jìn)一步深化之中，已完成了大部分的施工圖階段的典型設(shè)計工作[18]。通過變電站典型設(shè)計地推廣應(yīng)用，實現(xiàn)了變電站建設(shè)的集約化管理、減少資源消耗和土地占用、合理控制了造價、提高了工作效率，體現(xiàn)了“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型和標(biāo)準(zhǔn)化”的具體要求[19]。
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