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1、110KV 变电站的设计摘 要：随着经济的发展和现代工业建设的迅速崛起，供电系统的设计越来越全面、系统，农村用电量迅速增长，对电能质量、技术经济状况、供电的可靠性指标也日益提高，因此对供电设计也有了更高、更完善的要求。设计是否合理，不仅直接影响基建投资、运行费用和有色金属的消耗量，也会反映在供电的可靠性和安全生产方面，它和企业的经济效益、设备人身安全密切相关。变电站是电力系统的一个重要组成部分，由电器设备及配电网络按一定的接线方式所构成，他从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送与保护等功能，然后将电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备的转设场所。作为电能传输与控制的枢纽，变电站必须改变
2、传统的设计和控制模式，才能适应现代电力系统、现代化工业生产和社会生活的发展趋势。随着计算机技术、现代通讯和网络技术的发展，为目前变电站的监视、控制、保护和计量装置及系统分隔的状态提供了优化组合和系统集成的技术基础。110KV 变电站属于高压网络，该地区变电所所涉及方面多，考虑问题多，分析变电所担负的任务及用户负荷等情况，选择所址，利用用户数据进行负荷计算，确定用户无功功率补偿装置。同时进行各种变压器的选择，从而确定变电站的接线方式，再进行短路电流计算，选择送配电网络及导线，选择变电站高低压电气设备，为变电站平面及剖面图提供依据。本变电所的初步设计包括了：（1）总体方案的确定（2）负荷分析（3）
3、短路电流的计算（4）高低压配电系统设计与系统接线方案选择（5）继电保护的选择与整定（6）防雷与接地保护等内容。随着电力技术高新化、复杂化的迅速发展，电力系统在从发电到供电的所有领域中，通过新技术的使用，都在不断的发生变化。变电所作为电力系统中一个关键的环节也同样在新技术领域得到了充分的发展。关键词 :变电站、负荷、输电系统、配电系统、高压网络、补偿装置2前言随着社会主义市场经济的逐步建立和国民经济的迅速发展，人民的生活水平相应提高，家用电器的增多和工业技术的革新，决定了电力系统在生活与生产中的主导地位。为了满足人们的需要，电力网必须保证随时供给安全、可靠的电源，电力科学技术要随着科技的发展不断
4、进步。变电站是电力系统的一个重要组成部分，它具有将电压变化与调整、变换电力、集中与分配电力、控制电力潮流、保护系统等多种作用的功能。因此，随着社会与科学的发展，要满足更大的电力需求量，就要建立适应发展变化的新变电站。相对于老旧变电站来说，新变电站的建立要以电力工业发展的客观规律为依据，努力服务于电力生产现代化，力求经济、实用和先进。本次设计的变电站为一座 110kV 降压变电站，以 10kV 给各农网供电，距离本变电站 7.8km 和 6km 处各有一个系统变电所，由这两个变电所用 110kV 双回架空线路向待设计的变电站供电，在最大运行方式下，待设计的变电站高压母线上的短路功率为 1000M
5、VA。本变电站有 8 回 10kV 架空出线，每回架空线路的最大输送功率为2000kVA；其中#1 出线和#2 出线为类负荷，其余为类负荷及类负荷，Tmax=4000h,cos=0.85。环境条件：年最高温度 42；年最低温度-5；年平均气温 25；海拔高度150m；土质为粘土；雷暴日数为 30 日/年.本变电站在建设的过程中，采用了比较先进的技术和设备。在 110KV 侧和 10KV 侧都采用了开关柜，这样不仅降低了成本，还使整个变电站的占地面积变小，便于管理和检修。为变电站的可靠运行提供了非常有力的条件。随着大量新技术和新设备的使用，本变电站建设完成后将为周围提供更加可靠，稳定的电能，为周
6、围地区的发展特别是农村经济的发展起到非常重要的作用。相信随着本变电站的建设完成，周围地区将彻底的结束经常断电的局面。0第 1 章 变电站负荷的计算及无功功率的补偿1.1 电力负荷的分级电力负荷应根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成的影响的程度进行分级。一般划分为一级、二级和三级负荷。1.1.1 一级负荷 1：中断供电造成人身伤亡者：如井下采掘企业，铁矿、硫矿、有色金属矿井等，中断供电可能引起瓦斯爆炸，或者积水淹没、矿壁倒塌等造成人员伤亡。2：中断供电将在政治上或者经济上造成重大损失者。如大量设备损坏、重大产品报废，用重要原料生产的产品大量报废，国民经济中重点企业的连续性生产被打
7、断而需要长时间才能恢复等。例如炼焦炉停电以后煤气从炉缝中溢出，遇火星要爆炸，烧碱厂停电以后，氯气和氢气从电解槽溢出，容易发生爆炸等。3：中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作的负荷，如重要交通枢纽，重要通讯枢纽，重要宾馆，大型体育场，经常要用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位的重要负荷。在一级负荷中特别重要的负荷是指当中断供电会发生爆炸、中毒和火灾等情况的负荷。一级特别重要场所内不允许中断供电的负荷，如正常电源中断时处理安全停产所必需的事故照明、通信系统、火灾报警设备、保证安全停产的自动控制装置、执行机构和配套装置等负荷。一级负荷对供电电源的要求：一级负荷应由两个电源
8、供电，当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。在一级负荷中特别重要的负荷，除上述两个电源外，还必需增设应急电源，为保证对特别重要的负荷供电，严禁将其他负荷接入应急系统。1.1.2 二级负荷（1）中断供电将在政治、经济上造成较大损失者，如主要设备损坏、大量产品报废、连续性生产被较长时间被打断,重点企业大量解产。譬如水泥厂的旋转大窑，停电将停止旋转，使旋转窑二次侧受热不均匀，时间拖长，使回转窑弯曲；化纤厂停电，多数长因为管道给浆粕堵塞，包括白金喷丝头，需大量拆换修理等。12：中断供电将影响重要单位正常工作的负荷。如交通枢纽，通讯枢纽等用单位的重要负荷。3：中断供电将造成大型影剧院，大型商
9、场等较多人员集中的公共场所秩序混乱者。二级负荷对供电的要求：二级负荷应有两个电源供电，既应由两回路线供电，供电变压器应有两台（两台变压器不一定在同一变电所） 。做到当发生电力变压器事故或电力线路常见故障时，不致中断供电或中断后能很快恢复，在负荷较小或者地区供电条件不足商议，可由一回 10KV 及以上专用架空线供电；当采用电缆线路时，应采用两根电缆组成的电缆供电，每根电缆应能承受 100%的耳机负荷；为解决线路和配电设备的检修以及突然停电后，身被能安全停产问题，可设备用小容量柴油发电机组，其容量由实际需要决定。1.1.3 三级负荷不属于一级负荷和二级负荷者。对一些非连续性生产的中小型企业，停电仅
10、影响产量或导致少量产品报废的用电设备，以及一般民用建筑的用电负荷等均属于三级负荷。对供电电源无特殊要求，一般按用电负荷容量，选择电网各级电压供电。1.2 负荷计算的意义和目的负荷的计算就是要算出在正常时通过设备和导线的最大电流，根据这个条件就可以选择多大截面的导线和设备。所以负荷计算很重要，要考虑很多因素，只有这样，才能计算出比较准确的结果。如果计算的结果偏大，就会浪费大量的有色金属，增加成本。如果计算的结果偏小，就会使导线和设备过载运行，大大减少导线和设备的寿命，增大电能损耗，影响供电系统的正常可靠运行。这在经济上也是不合理的。1.3 无功补偿的计算、设备选择1.3.1 无功补偿的意义和计算
11、电网中的许多用电设备是根据电磁感应原理工作的。它们在能量转换过程中建立交变磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等，这种功率叫无功功率。电力系统中，不但有功功率平衡，无功功率也要平衡。2有功功率、无功功率、视在功率之间的关系如图 1 所示 2SPQ式中 S视在功率，kVA P有功功率，kW Q无功功率，kvar 角为功率因数角，它的余弦(cos)是有功功率与视在功率之比即 cosP/S称作功率因数。由功率三角形可以看出，在一定的有功功率下，用电企业功率因数 cos 越小，则所需的无功功率越大。如果无功功率不是由电容器提供，则必须由输电系统供给，为满足用电的要求，供电线路和变压器的容量需增大
12、。这样，不仅增加供电投资、降低设备利用率，也将增加线路损耗。为此，国家供用电规则规定：无功电力应就地平衡，用户应在提高用电自然功率因数的基础上，设计和装置无功补偿设备，并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除，防止无功倒送。还规定用户的功率因数应达到相应的标准，否则供电部门可以拒绝供电。因此，无论对供电部门还是用电部门，对无功功率进行自动补偿以提高功率因数，防止无功倒送，从而节约电能，提高运行质量都具有非常重要的意义。无功补偿的基本原理是：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。当前，国内外
13、广泛采用并联电容器作为无功补偿装置。这种方法安装方便、建设周期短、造价低、运行维护简便、自身损耗小。采用并联电容器进行无功补偿的主要作用：1.3.2 提高功率因数如图 2 所示 图中 P有功功率 S1补偿前的视在功率 S2补偿后的视在功率 3Q1补偿前的无功功率Q2补偿后的无功功率1补偿前的功率因数角2补偿后的功率因数角由图示可以看出，在有功功率 P 一定的前提下，无功功率补偿以后(补偿量QcQ1-Q2)，功率因数角由 1 减小到 2，则 cos2cos1 提高了功率因数。1.3.3 降低输电线路及变压器的损耗三相电路中，功率损耗 P 的计算公式为23()(PKWUCOS式中P有功功率， kW
14、；U额定电压，kV；R线路总电阻，。由此可见，当功率因数 cos 提高以后，线路中功率损耗大大下降。1.3.4 改善电压质量线路中电压损失 U 的计算公式 .3()LPRQXKV式中 P有功功率，KW；Q无功功率，Kvar；U额定电压，KV；R线路总电阻，XL线路感抗，。由上式可见，当线路中，无功功率 Q 减小以后，电压损失 U 也就减小了。1.3.5 提高设备出力如图 3 所示，由于有功功率 PS cos，当供电设备的视在功率 S 一定时，如果功率因数 cos 提高，即功率因数角由 1 到42，则设备可以提供的有功功率 P 也随之增大到P+P，可见，设备的有功出力提高了。在本课题中，由前面的
15、负荷计算可知低压侧的计算很大，但功率因数普遍很小。从表中可知，该厂 10KV 侧最大负荷时的功率因数只有 0.85。而提供电部门要求该厂 10KV 进线侧最大负荷时功率因数不应低于 0.90。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功功率损耗，因此在变压器低压侧补偿时，低压侧补偿后的功率因数应稍微高些，取0.95。相关的无功功率补偿公式如下：无功功率补偿装置容量:QC=P3（tan-tan ） （1.6）式中: P 30 工厂的有功计算负荷 (单位:KW)tan对应原来功率因数 COS的正切;tan对应需补偿到功率因数的 COS正切;补偿后总的视在负荷：S30= P302+(Q30-QC)2 0.5 （1.7） 变压器有功损耗: PT=Pk2+P0 （1.8）式中: P 0变压器的空载损耗;P k变压器的短路损耗;变压器的负荷率, = S 30 / SN,对于 10KV 低损耗配电变压器,有攻损耗可按下列简化公式计算:PT=0.015S30 （1.9） 变压器无功损耗：
