大學城東單元規劃小學1#變配電所工程(二)

4 增設旁路母線的接線適用范圍 當110kV出線回路數為7回及以上，220kV出線為5回及以上時[5]。

供配電主接線方式常見的有單母線接線、雙母線接線、內橋和外橋接法。其中單母線接線又有單母線分段、單母線不分段、單母線帶旁路母線接線、單母線分段帶旁路母線接線等方式；而雙母線接線又有雙母線不分段和雙母線帶旁路母線分段接線兩種。

在變電站電氣主接線的選擇過程中，出于經濟可行性因素考慮，高壓側應盡量減少斷路器的使用，盡量不用，或者少用[2]。根據實際運行情況，可以采用線路分支接線，只要可以滿足繼電保護要求[6]。

跟據用電方案答復單要求，可行的電氣主接線方案只有一種， 

單母線不分段接線

單母線不分段接線方式一般有1路-2路電源進線，同時有多路出線，接線圖如圖3-1所示。其中靠近線路的隔離開關稱為線路隔離開關，靠近母線的隔離開關稱為母線隔離開關。

圖3-1 單母線不分段接線方式

此種接法的優點：這種單母線不分段接線方式比較簡單，設備少，操作方便，一旦某一路出線發生故障或需要維修，只要斷開該路出線對應的線路隔離開關（QSL）即可，如圖1-2中2路出線回路發生短路之后，這時QF3自動跳閘把故障線路斷開，而不影響到其他出線回路和電源進線回路的作用；如果需要檢修QF3，則在QF3分了閘之后，斷開QF3兩側的3QSL和3QSB之后再進行檢修。

此種接法的缺點：一旦母線發生故障或需要檢修時，整個系統的供電必須停止，全部用戶供電中斷。所以說運行可靠性和靈活性較差，通常來說對于單電源進線的35kV及以下系統出線不多于5回，110kV及以上系統出線不多于2回；對于多電源進線只適用于有備用電源的二級負荷或小容量且出線回路較少的三級負荷。

本設計10kV側選擇單母線接線方式，同時為保證一二級負荷的供電可靠性，采取雙電源供電，根據以選擇的變壓器臺數以及負荷性質，0.4kV側采用單母分段，一二級負荷采用雙電源供電，即每段母線上各有一回供電線路。

2.2 變壓器的選擇

變壓器容量、接線組別的確定

變壓器為降壓變壓器，一般將10KV降至380V/220V變壓器容量一般為160～1 600KVA，最常用的容量為315～630KVA。其器身為三相三柱或三相五柱結構、Dyn11或Yyn0聯結，熔斷器連接在“△”外部。三相五柱式Dyn11變壓器的優點是帶三相不對稱負荷能力強，不會因三相負載不對稱造成中性點電壓偏移，負載電壓質量可得到保證，這種變壓器具有很好的耐雷特性。對于Dyn11聯結變壓器來說，其3n次（n為整數）諧波勵磁電流在其三角形結構的一次繞組內形成環流，不注入公共的高壓電網中去，這較之一次繞組接成星型接線的Yyn0聯結變壓器更利于抑制高次諧波電流；Dyn11聯結變壓器的零序阻抗較之Yyn0聯結變壓器的小得多，從而更有利于低壓單相接地短路故障的保護和切除；當接用單相不平負荷時，由于Yyn0聯結變壓器要求中性線電流不超過二次繞組額定電流的25%，因而嚴重影響了接用單相負荷的容量，影響設備能力的發揮。因此國家規定在TT和TN系統中，推廣Dyn11聯結變壓器。但是Yyn0聯結變壓器一次繞組的絕緣要求稍低于Dyn11，從而制造成本稍低于Dyn11聯結的變壓器。變壓器聯結方式如圖5。

圖5  變壓器的Yyn0聯結和Dyn11聯結

綜合考慮10kV變電站變壓器的容量確定為400kVA，因為三相五拄Dyn11連接變壓器帶三相不對稱負載能力強，不會因三相負載不對稱造成中性點電壓偏移，負載電壓質量可得到保證；此外，這種變壓器還具有很好的耐雷特性。因此變壓器的連接組別為三相五柱Dyn11，阻抗電壓為 =6.0%，采用干式變壓器。由于三相五拄Dyn11聯結，如果熔斷器一相熔斷后，會造成低壓側兩相電壓不正常，為額定電壓的1/2，會使負載欠壓運行。因此將熔斷器連接在“△”內部。因為這樣如果熔斷器一相熔斷后不會造成低壓側兩相電壓不正常，熔斷器所對應的低壓側相電壓幾乎為零，其它兩相電壓正常。而站用變壓器容量確定為50kVA，連接組別采用Dyn11，接在10kV母線上將10kV電壓降低為0.2kV供箱式變電站本身使用。

變壓器的散熱處理

變壓器設置有二種方式：一種將變壓器外露，另一種將就壓器安裝在封閉隔室內。10kV箱式變電站變壓器采用第一種接線方式，裝有自動強迫排氣通風裝置(軸流風機或幅面風機)。裝置的開啟和停止，由變壓器室的溫度監控裝置自控，其溫度的整定值按允許溫度的80%～90%設定；室內正常溫度下，靠自然通風來散熱。有為防止灰塵對絕緣的影響，在變壓器連接處加上絕緣防護罩。室內溫度不正常的情況下采用機械強迫通風，以變壓器油溫不超過95℃作為動作整定值。

采用負荷開關—熔斷器組合電器保護變壓器

負荷開關是用來開、合負載電流的開關裝置，它一般具有關合短路電流能力，但是它不能開斷短路電流。負荷開關可以單獨使用在遠離電源中心、且容量較小的終端變電站，用于投切無功補償回路、并聯電抗器及電動機等。熔斷器結構簡單、價格便宜、維護方便，仍然具有發展前途。熔斷體是熔斷器的主要元件，當熔斷體通過的電流超過一定值時，熔斷體本身產生的焦耳熱，使本身溫度升高，在達到熔斷體熔點時，熔斷體自行熔斷切斷過載電流或短路電流。限流熔斷器切斷短路電流的電流波形如圖6所示

                                             1

                        a

                 2

                                                         時間

                 0              b

                 燃弧時間                       

                    圖6  限流熔斷器切斷短路電流時電流波形

1—切斷前電流波形 2—切斷過程中電流波形

—截止電流；—動作時間

負荷開關—熔斷器組合電器中使用限流型高壓熔斷器，這種熔斷器是依靠填充在熔體周圍的石英砂冷卻電弧，達到有效熄滅電弧，用于在強力冷卻熄弧過程中建立起高于工作電壓的電弧電壓，因而具有很強限流能力。由曲線可見到，短路開始后電流上升，熔體發熱，溫度上升，電流升到a點，熔體熔化，由于熔斷器的限流作用，電流上升停止，開始沿ab線段下降，在b點電流下降到零，此時完成熄弧。這種熔斷器的整個動作過程發生在密封的瓷管中，在熄滅電弧時，巨大氣流不會沖出管外。

負荷開關與熔斷器配合使用可替代斷路器，作為變壓器的保護開關設備。當變壓器內部發生故障，故障切除時間必須限在20ms內。采用斷路器保護的話，斷路器最快全開斷時間(繼電保護動作時間+斷路器固有動作時間+燃弧時間)一般需要2～3個周波(40ms～60ms)左右，而限流熔斷器則可保證在10ms以內切除故障。由于同電壓等級負荷開關的價格大約是斷路器的價格的1/4～1/5，而負荷開關+熔斷器的價格僅僅是斷路器的價格的1/3，因此采用負荷開關+熔斷器有較大經濟性。由于斷路器是用于開斷短路故障電流、大負荷電流、容性電流等通用的開關設備，因此體積大、笨重，結構也復雜。相比之下負荷開關體積小，簡單易開發。

2.3 變配電所總體布置

10kV變電站高壓額定電壓10kV ，低壓額定電壓0.4kV。主變壓器額定容量為400kVA，接在10kV母線上。采用電纜進、出線。在結構設計上占地面積小、操作方便，安全可靠、線路清晰等特點。變電站內布置主要包括4部分，分別為框架、高壓柜、低壓柜、變壓器。

（1）框架：基本結構是由槽鋼、角鋼和鋼板焊接而成。

（2）高壓側：包括三工位負荷開關、熔斷器、互感器、避雷器等。

（3）低壓側：裝備全國統一設計的GCS型低壓抽出式開關柜、包括主開關柜、多路出線柜、耦合電容器。

（4）變壓器：配備400kVA干式變壓器。室頂裝有溫度監控儀啟動的軸流風扇。

第三章 短路電路的計算

3.1  計算電路       

圖2-1   短路計算電路

3.2  短路計算基準值

設基準容量=100MVA，基準電壓==1.05，為短路計算電壓，即高壓側=10.5kV，低壓側=0.4kV，則

       （2-1）

           （2-2）

3.3  短路電路中個元件的電抗標幺值

（1）電力系統

已知電力系統出口斷路器的斷流容量=500MVA，故=100MVA/500MVA=0.2         （2-3）

（2）架空線路

查表得LGJ-150的線路電抗，而線路長8km，故   （2-4）

（3）電力變壓器

查表得變壓器的短路電壓百分值=4.5，故

=4.5        （2-5）

式中，為變壓器的額定容量

因此繪制短路計算等效電路如圖5-2所示。

圖2-2   短路計算等效電路

3.4 k-1點（10.5kV側）的相關計算

（1）總電抗標幺值

=0.2+1.0=1.2    （2-6）

（2）三相短路電流周期分量有效值

       （2-7）

（3 ）其他短路電流

       （2-8）

    （2-9）

     （2-10）

（4） 三相短路容量

      （2-11）

3.5 k-2點（0.4kV側）的相關計算

（1）總電抗標幺值

=0.2+1.0+4.5= 5.7    （2-12）

（2）三相短路電流周期分量有效值

         （2-13）

（3） 其他短路電流

           （2-14）

 （2-15）

 （2-16）

（4）三相短路容量

 （2-17）

以上短路計算結果如下表所示

短路計算結果

短路計算點 三相短路電流 三相短路容量/MVA

k-1 4.58 4.58 4.58 11.67 6.91 88.3

k-2 25.3 25.3 25.3 46.5 27.6 17.5