企业降压变电所电气初步设计（全套含CAD图纸）
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任务书 一、毕业设计（论文）的内容 根据所给的某工业企业电源及负荷条件，进行降压变电站设计，设计深度参照变电所初步设计的基本要求 （ 1） 已知 企业总平面图如下： （ 2）企业可由附近一条 10公用电源干线取得工作电源，该干线的导线为 95，导线为垂直排列，线距为 1m；干线首端距离本厂约 8干线出线高压断路器遮断容量 500断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，其定时限过电流保护整定的动作时间为 满足工厂二级负荷的要求，可采用联络线由邻近的单位取得备用电源。本厂所在 地区的年最热月平均最高气温为 35，年最热月平均气温为 26，年雷暴数为 80。 （ 3）各个车间负载情况 全厂电力负荷分布 负荷名称 负荷大小 x 车间 1 500 间 2 400 间 3 500 间 4 300 间 5 400 间 6 300 间 7 200 间 8 200 活区 200 、 毕业设计（论文）的要求与数据 主要要求有： (1) 论文设计过程要有详细计算说明，计算结果小数点后保留2 位有效数字； (2) 各类平面布置图、剖面图均要求使用 件绘制，合理规划图幅，图纸的文字、符号满足国家规范标准；（ 3）继电保护配置要列出具体保护方式、整定值和动作时间。 三、毕业设计（论文）应完成的工作 1、完成二万字左右的毕业设计说明书（论文）；在毕业设计说明书（论文）中必须包括详细的 300单词的英文摘要； 2、独立完成与课题相关，不少于四万字符的指定英文资料翻译（附英文原文）； 3、 重点认真复习参考文献 1, 2中相关理论知识，开展论文工作，具体包括： （ 1）负荷计算，变电所位置和型式选择； （ 2）变电所主变压器台数、容量、主结线方案的选择和无功功率补偿，绘制一次主接线图，变电所平面布置图和主要设备连接布置剖面图； （ 3）短路电流计算，绘制等值电路图，并作变电所一次设备的选择与校验； （ 4）变电所防雷接地方案，绘制防雷和接地平面图； （ 5）变电所二次回路方案选择及继电保护的整定，绘制继电保护配置平面图，设计系统运行计算机监控人机界面，有能力的还可制作相应的硬件接口演示电路。 4、 完成绘图工作量折合 纸 1 张以上，其中必须包含两张 上的计算机绘图图纸； 四、应收集的资料及主要参考文献 1 中国航空工业规划设计研究院 . 工业与民用配电设计手册（第三版） M国电力出版社， 2005. 2 刘介才 5 版） M. 北京：机械工业出版社 3 工厂常用电气设备手册编写组 M力工业出版社 4 陈跃 . 电气工程专业毕业设计指南电力系统分册 M国水利水电出版社 . 2003 5 中华人民共和国国家标准 . 配电系统设计规范 S国计划出版社 6 余健明，同向前，苏文成 . 供电技术（第 3 版） M. 北京：机械工业出版社，2003. 7 , of 2011 27011 五、试验、测试、试制加工所需主要仪器设备及条件 计算机一台 ， 件 任务下达时间： 2015 年 12 月 28 日 毕业设计开始与完成时间： 2015 年 12 月 28 日至 2016 年 05 月 22 日 组织实施单位： 机械电子工程系 教研室主任意见： 签字： 2015 年 12 月 30 日 院领 导小组意见： 签字： 2015 年 12 月 31 日 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 摘 要 本设计以变电站为研究对象。变电站不仅仅是电力系统的一个重要的组成部分，而且也是电厂和用户之间的枢纽。主电路电气配线的设计以及开发，要对整个变电站电气设备做出正确的选择，其中包括配电设备装置，继电保护和自动装置等设备。 在初步了解变电站的概念后，根据任务书上的要求，查阅相关的参考文献，进一步了解所需要做的事情。由线路和负载的相关参数，计算出相应的负荷，进行无功功率补偿。然后根据变电站的位置及出线方向来考虑，并对负荷进行数据分析，考虑安全性，经济性以及可靠性，确定 10以及电气主布线，之后通过负 载计算和供给的范围，确定变压器的容量和台数以及型号，进行相关的短路电流计算。再根据设计要求选择断路器，隔离开关，变压器和保护装置的型号，最后还对相应的继电保护和防雷措施进行了简单的设计。 总而言之，一定要确保供电系统的安全和可靠性，在此基础上再考虑其经济性，从而完成变电所的设计。 关键词 ：主接线；数据分析；数据计算；变压器；可靠性 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 he of as is an is a s it is to of a of of to of to to to be is by of is to to 0kV of to to of of to a In we of on of so as to of 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 目 录 摘 要 . I . 绪论 . 1 计背景 . 1 电所的总体分析 . 1 计思路 . 1 2 负荷计算 . 3 荷分级及计算过程 . 3 . 3 . 3 . 4 3 无功功率补偿 . 7 功电源的组成及补偿装置的选择 . 7 功补偿的确定 . 7 4 变电所位置和主变压器的选择 . 9 电所位置确定的一般原则 . 9 压器实际容量的计算 . 9 变压器台数的确定以及型号的选择 . 9 变压器的运行方式 . 10 5 主接线方式的选择 . 11 气主接线设计的基本要求 . 11 接线的设计 . 11 6 短路电流的计算 . 12 定基准值 . 12 算各元件电抗标幺值 . 12 障点的短路电流计算 . 13 障点的短路电流计算 . 13 7 变电所一次设备的选择与校验 . 15 电所高压一次设备的介绍 . 15 次设备的选择与校验的条件和项目 . 15 电所 10一次设备的选择 . 17 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 电所 380V 低压一次设备的选择 . 19 电所进出线的选择 . 20 8 继电保护及二次回路的选择 . 23 电所二次回路方案的选择 . 23 电保护装置 . 23 . 23 . 24 力线路的继电保护设计 . 25 9 防雷保护的设计 . 27 雷针的配置原则 . 27 雷设计 . 27 定最终的防雷方案 . 28 结论与展望 . 29 致 谢 . 30 参考文献 . 31 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 1 绪论 计背景 变电所的设计需要经过一系列的准备工作才能够顺利展开，需要设计者有着严谨的态度、精密的计算以及合理的规划。作为一个电气工程及其自动化专业的学生，在大学的课程中已经系统地学习过电力系统分析、发电厂电气部分以及继电保护等和该设计相关的课程，这对于掌握变电所设计流程和设计方法是极其有利的。 通过任务书上的内容，可以知道设计的内容是企业降压变电所的初步设计。变电所在如今社会占有举足轻重的地位，居民用电、工厂供电、企业供电 等等都跟变电所息息相关。一个国家的经济状态如何，取决于人民的生活质量，而变电所的好坏就决定了用电的质量，所以说变电所的设计与建造就必须要严谨。因此变电所的设计必须要安全可靠，这样才能长久的使用下去。在兼顾安全、可靠地同时，我们还要力求优质、经济。 总而言之，设计一个“安全、可靠、优质、经济”的变电所，是我们的最终目的。而严谨的数据分析、精确的设备选择使是我们达到最终目的的保障。 电所的总体分析 （ 1）变电所的类型： 10业降压变电所。 （ 2）变电所的电压等级： 10 （ 3）变 电所的负荷情况： 大 500 （ 4）变电所的出线回路： ， 9 回。 （ 5）变电所的地质、气象条件：变电所所处地区一年中最高的温度是 +35 ，而平均温度是 +26， 该地区的年雷暴数为 80。 在经过对任务书上内容的理解与概括，可提取出以上 5 点信息。总的来说，这次所设计的 10压变电所是 10区变电所，它的主要任务是向全工厂安全、可靠地供电。为了保证安全、可靠的供电以及电网发展的需求，在设计过程中选取设备时，应该尽量选择那些动作可靠性高，维护周期长的设备。从总结的信息来看，可以得到 以下重要信息： 线 9 回；负荷状况为 大 500关系到主变压器以及主接线方式的选择，所以必须要严格按照电力工程设计手册和发电厂电气部分等参考资料来进行相关设计，更要与所选设备的型号及特点结合起来综合考虑，从而确定一个技术合理、经济可靠的最佳方案。 计思路 这次设计的是 10区变电所，主要的设计思路是通过数据分析及计算来确定主购买后包含有 纸和说 明书 ,咨询 Q 197216396 变压器的型号以及接线方式，同时还要对变电所必需的电气设备进行有考虑、有依据地选择。最后，还要对所设计的整个变电所进行防雷保护的设计，以保证变 电所的设备安全，从而达到一个变电所应有的标准。 主变压器的选择不仅需要对厂区内各个车间以及生活区进行负荷计算，还要进行无功功率补偿的计算。同时还得考虑到厂区所在地理位置的地质情况和气象条件，综合考量后才能作出最佳的选择。 电气设备的选择通常需要进行一系列的计算和校验。比如短路计算、负载计算，以及相关参数的校验等，再通过计算以及校验的结果结合任务书上的设计要求和内容选择最佳的设备型号，从而确保变电所能够正常地运行。 防雷保护的设计需要确定接地电阻的数值，通过相关计算结合变电所的地理位置确定接地钢管的数量和大小 。还要确保整个厂区变电所都处在防雷保护区域，不能出一点差错，否则变电所有可能遭受雷击，造成设备损坏，甚至造成人员伤亡，后果不堪设想。 毫无疑问，在进行任何一个设计之前都要有着正确的思路。如果设计思路错了，那么就会一步错步步错，所以在设计之前一定要整理好设计思路。 购买后包含有 纸和说 明书 ,咨询 Q 197216396 2 负荷计算 为了计算出变电所各个车间和生活区需要负荷的总和，我们必须要对变电所内的负荷进行相关的计算，以计算的结果来选取电气设备的型号。由于负荷不是一个恒定值，也就是说它会随时间而变化。如果我们在选择设备的时候，只是单纯地把各个车间和生活区用电 设备的总容量作为设备选择依据的话，那么将会造成过载或欠载的情况。可想而知，在变电所的设计中，负荷计算是非常有必要的。 荷分级及计算过程 （ 1）一级负荷 a)如果突然停电，会造成极其严重的后果的负荷。 b)在 一些极其重要的地方，不允许出现供电中断的负荷。 c)当供电系统突然停止供电时，一定要有处理安全停产所需的各种装置和系统的负荷。 d)民用建筑之中大型金属中心的重要级计算机系统和防盗报警系统，比赛场上的记分系统以及监控系统等。 （ 2）二级负荷 a)如果供电停止，会因为不能正常 运行而造成经济损失的负荷。 b)对于一些较为重要的地方，如果供电中断，会造成不好的后果的负荷。 c)在某些人员比较密集的地方，如果发生供电的故障，会造成混乱和恐慌的负荷。 （ 3）三级负荷 除上述内容外的负荷。比如：对于一些非连续运行生产的中小企业，停电仅仅影响产量或者导致少量产品报废的，以及一些民用建筑的用电负荷等均属于三级负荷。 本次所设计的对象是一般的工业企业，中断供电不会发生爆炸等危险情况也不会造成较大的经济损失，所以属于三级负荷。 本变电站负荷分析的计算过程如下： 计算所用到 的公式： 21 c o st a nc o s （ 2 购买后包含有 纸和说 明书 ,咨询 Q 197216396 P（ 2 * ta （ 2 根据任务书可得知各个车间负载情况如表 2示。 表 2区各个车间负载情况 全厂电力负荷分布 负荷名称 负荷大小 x 间 1 500 间 2 400 间 3 500 间 4 300 间 5 400 间 6 300 间 7 200 间 8 200 活区 200 车间 1 负荷计算： 因为 500（ ,由上表可得 1-)2 1(c = 所以 e=00=300（ 0064（ 车间 2 负荷计算： 因为 400（ ,由上表可得 12(c = 所以 e=00=220（ 2065（ 车间 3 负荷计算： 因为 500（ ,由上表可得 买后包含有 纸和说 明书 ,咨询 Q 197216396 1-)2 3(c = 所以 e=50040（ 4042（ 车间 4 负荷计算： 因为 300（ ,由上表可得 1-)2 4(c = 所以 e=30065（ 65 车间 5 负荷计算： 因为 400（ ,由上表可得 1-)2 5(c = 所以 e=40080（ 80 车间 6 负荷计算： 因为 300（ ,由上表可得 1-)2 6(c = 所以 e=30065（ 6532（ 车间 7 负荷计算： 因为 200（ ,由上表可得 1-)2 7(c = 所以 e=20030（ 30 车间 8 负荷计算： 因为 200（ ,由上表可得 1-)2 8(c = 所以 e=20020（ 206（ 生活区负荷计算： 购买后包含有 纸和说 明书 ,咨询 Q 197216396 因为 200（ ,由上表可得 1-)2 9(c = 所以 e=20032（ 32 各个车间和生活区负荷情况如表 2示。 表 2荷计算结果 序号 用电设备组 计算负荷 车间 1 300 264 车间 2 220 165 275 3 车间 3 440 242 车间 4 165 车间 5 280 73 6 车间 6 165 132 车间 7 130 车间 8 120 96 生活区 132 间 总计 1952 买后包含有 纸和说 明书 ,咨询 Q 197216396 3 无功功率补偿 无功功率补偿在很多电气相关的地方都是用得到的，它可以改善供电配置的功率因数，从而减少电能在传输过程中的损失， 也就意味着供电效率较未进行无功补偿时要高，进而改善了供电环境，提高了供电质量。所以说补偿装置的选择也是本次设计课题中不可缺少的一环。 功电源的组成及补偿装置的选择 一般电气相关的供电装置中的无功电源可分为三个部分： （ 1）发电机产生的无功功率。 （ 2）补偿装置输出的无功功率。 （ 3） 110以上电压线路的充电功 率 。 无功补偿装置的类型： 无功补偿装置可以分成两大类：串联补偿装置以及并联补偿装置。 如今常用的补偿装置有：同步调相机、电力电容器等等。 常用的补偿装置的比较及选择： 这两种无功补偿装 置全都是直接或通过变压器并接于需要补偿无功的变配电所的母线上。 a)同步调相机： 它能够以电动机状态不带原动机空载情况下进行工作，还能不断地向系统供给无功功率，从而改善供电效率和质量。 b)电力电容器： 电力电容器可以按照三角形和星形接法连接在变电所母线上。相较于同步调相机，它的灵活性更高，而且损耗较小。 综合对比后，选择并联电容器作为无功补偿装置。 功补偿的确定 低压侧的功率因素： 7 41 9 5 2c o s 总总 P 按照规定要求，再结合任务书上的设计内容以及相关的参数要求，补偿后的功 率因数相较于之前要高。 无功补偿容量为： 21 ta n （ 3 式中 P 有功计算负荷（单位 购买后包含有 纸和说 明书 ,咨询 Q 197216396 1 对应原来功率因数 1的正切。 2 对应需补偿到的功率因数 2的正切。 先计算各个变电所的无功补偿。 计算过程： rc c o st a nt a n 1 rc c a nt a n 2 94 2 7 1t a nt a n 21 经过考虑后，在变电所的低压侧进行补偿，通过查询相关的参考资料，最终选择补偿装置，内装 并联电容器，采用方案 1（主屏） 1 台与方案 3（辅屏） 6 台相组合，总共容量为 84=588 补偿后的无功功率为： 偿后的视在功率为： 30230230 本次的设计中，通过上述计算结果及相关设计的要求，决定采用集中补偿。如采用 电容器， 8 4 以可以装 51 个该型电容器，每相 17 个 。以上所选择的电容器型号相关参数可由参考文献或相关资料自行查得，此处便不再赘述。 购买后包含有 纸和说 明书 ,咨询 Q 197216396 4 变电所位置和主变压器的选择 电所位置确定的一般原则 （ 1）确定变电所位置时要首先考虑负荷较为密集的区域。 （ 2）不仅要考虑到进出线方便（特别的是要考虑到方便架空进出线）。而且还要偏向电源侧。 （ 3）要考虑到工厂 的运营和发展，甚至还有扩建的可能，所以确定的位置不能阻碍工厂的扩建和发展。 （ 4）电气设备的搬迁和运输要力求方便。 （ 5）所选位置的环境要好，应该避免高温、低洼、积水、有腐蚀性、有爆炸危险等的地方。 （ 6）在保证变电所自身方便性，安全性的同时还要考虑到与其他建筑物之间的防火距离，以免发生火灾等情况。 变电所位置的确认，在该设计中极其重要，我们要综合任务书上的设计要求以及周边环境来选择。在基本确认负荷中心的位置之后，可以采用偏向电源一侧的地方作为变电所的最终建造地点。 压器实际容量的计算 从变压器的选 择相关规定可知：假如该地区的年均温度 T +20 ，那么根据参考文献的内容，年均温度每高 1 ，容量应减小 1%。所以要计入一个温度修正系数 室外变压器的实际容量为： 0 0201 （ 4 室内变压器的实际容量为： （ 4 结合任务书上的设计要求，我们所采用的全是室外变压器，所以其实际容量为： T 2 7 410020 变压器台数的确定以及型号的选择 主变压器台数的确定： （ 1）变电所最主要的任务是供电，可靠性是选择主变压器时的基本要求和标准。 （ 2）对于那些因时间或者季节不同会发生改变的负荷，并且运行方式比较经济的变电所，一般可以采用两台变压器。 购买后包含有 纸和说 明书 ,咨询 Q 197216396 （ 3）除了上面两点的情况，厂区和居民住房应该采用一台变压器，如果负荷较大的话，也可以像上面所说的那样采用两台变压器。 （ 4）理应考虑到厂区有扩大的几率，相应的负荷也会随之增加，所以在确定台数时要适当留点扩张的空间。 通过上述确定主变压器台数的基本原则，再 结合任务书上的设计内容和要求综合考量后，选择双绕组变压器。同时选择两台主变压器。 主变压器型号的选择： （ 1） 电力变压器按照电压调节的方式可以分为：无载调压和有载调压两种。这里选择采用前者。 （ 2） 按绕组导体的材料可分为：分别以铜和铝为材料的两种变压器。为了减少电能的损失，改善供电的效率和质量，这里选择采用铜绕组变压器。 （ 3） 电力变压器按照绕组的型式可以分为：双绕组、三绕组和自耦变压器。 （ 4） 按绕组绝缘可分为：干式、油浸式和 种。工厂中一般都会选用油浸式。 （ 5） 电力变压器按照用途可分为：普通和特 种两种变压器。工厂变电所一般选择普通的就行。 通过以上的分析以及任务书的设计内容和要求，最终选择双绕组变压器。变压器型号为： 2000/10。其联结方式为 这里所选择的变压器器型号相关参数可由参考文献或相关资料自行查得，此处便不再赘述。 变压器的运行方式 由于此次设计的变电所是厂区变电所，对供电要求比较高，需长期连续供电，因此在能力范围内应该尽量提高供电的可靠性，在确保可靠这一要求的同时还需要提高其灵活性和经济性。所以，在此次设计中选择采用并列运行的方式。这种运行方式的优点就在于：当某 台机器因故障等问题不能正常工作时，其他机器却不受其影响仍能正常工作，继续输送电能。不仅如此，当其要进行检查或修理时，能够先用备用的机器代替其运行，再对其进行相关的操作。这样的话，既能够对所要检修的变压器进行全面的检修，又能保持对用户的持续供电，不影响到用户，可靠性和灵活性也就充分体现出来了。而且在负荷较少的时候，还能断开一些变压器，减少不必要的损耗，从而提高供电的效率，兼顾了变电所设计所要求的经济性。 购买后包含有 纸和说 明书 ,咨询 Q 197216396 5 主接线方式的选择 气主接线设计的基本要求 （ 1）可靠性：变电所的作用就是供给电能，中断电能 的输送会造成各种损失，因此其可靠性尤为重要。所以选择主接线方式时，必须要确保供电可靠，而且可靠程度越高越好。 （ 2） 灵活性：变电所的运行状态有很多种，所选择的主接线方式需要能够在各种运行状态下工作，并且能够灵活地转换。同时还要保证工作人员操作时的简便，检修时的方便。当然，考虑到工厂有几率会扩张，所选择的接线方式还得留有一定的余地。 （ 3） 经济性：除了要保证上述两点之外，我们在设计时还要考虑到经费问题，要尽量满足设计所要求的经济性。 接线的设计 主接线的设计 由任务书上的内容以及设计要求 可以得知， 的出线为 9 回。 所以 的接线方式有单、双母两种。这里采用图 5示的接线方式。 图 5母分段接线方式 购买后包含有 纸和说 明书 ,咨询 Q 197216396 6 短路电流的计算 在供电设备中，如果线路发生各类短路的话，其引起的短路电流将会导致一系列非常严重的后果。巨大 的短路电流有可能造成供电设备损坏，影响整个电力系统的正常运行，甚至还会导致电气设备的损坏，工业产品的报废等等。所以，需要进行精确的短路计算，然后通过短路计算的结果来进行后续的工作。这里选择采用标幺制法。 定基准值 图 6算短路点 设 100， 0 51 ，低压侧 ，则基准电流： 03100311d 算各元件电抗标幺值 1. 电源的电抗标幺值 由任务书上的资料可知断路器容量为 500，因此： 2. 架空线路的电抗标幺值 架空线路的导线选择 号 。由于线路 间的距离为 1m， 那么通过查阅相关的参考资料可以知道0 0 / k ，而任务书上所给出的路程长度为 8以其电抗标幺值为： *2 购买后包含有 纸和说 明书 ,咨询 Q 197216396 3. 变压器的电抗标幺值 根据 任务书上的设计要求以及前文变压器的相关选择 ， 决定 选 用 2 台 0型 变压器， 通过查阅相关参考资料可以得知k %=4U， 所以： 850 010 010 04*4*3 通过以上的数据情况，可以绘制出其 等效电路图 ，具体数 值 如 图 6示 。 图 6路等效电路图 6.3 障点的短路电流计算 1. 总电抗标幺值 *1* 1k 有效值 1 3. 其他短路电流 k 33 3 3 4. 三相短路容量 1 6.4 障点的短路电流计算 1. 总电抗标幺值 *3*2*1* 2k 有效值 2 3. 其他短路电流 购买后包含有 纸和说 明书 ,咨询 Q 197216396 k 33 3 3 4. 三相短路容量 2 计算结果汇总后如表 6示。 表 6短路计算结果 短路计算点 三相短路电流 （ 三相短路容量 （ )3(）（ 3I )3(I )3()3()3(k 1 k 2 买后包含有 纸和说 明书 ,咨询 Q 197216396 7 变电所一次设备的选择与校验 电所高压一次设备的介绍 开关柜在变电所的供电装置中起着通断和防护作用，是主要一次设备。在变电所的设计中，我们要综合考虑各种可能发生的情况，防范于未然。为了保证变电所运行的安全可靠性、灵活性以及工作人员的人身安全，需要在开关柜中装设相关的各种设备。从而便于操作和掌控，以免发生危险。 1. 高压断路器线路：主要用于线路短路时，用来切断短路电流。 2. 隔离开关：也叫做“刀闸”，其本身没有灭弧能 力，无电流时能够通断电路。 3. 熔断器：线路或设备有问题时，用来断开强大的电流，是一种防护元件。 4. 避雷器：用来在雷雨天气中避免雷击造成的电谐波和操作过电压导致设备损坏的一种保护电器。 5. 静电电容器：主要用于无功功率补偿。 6. 电流互感器：将大的电流信号转换成小的电流信号的一个装置。 7. 电压互感器：将高电压转换成低电压的一个装置。 次设备的选择与校验的条件和项目 1. 按照正常运行时相关条件选择。 （ 1）按工作电压选择 U e（ 7 （ 2）按工作电流选择 I e（ 7 （ 3）按断流能力选择 I 或S （ 7 2. 按照动、热稳定的校验。 （ 1）动稳定校验条件 （ 7 式中 动稳定 峰值（单位为 动稳定 有效值（单位为 3 三相 瞬时值（单位为 3 三相 有效值（单位为 （ 2）热稳定校验条件 购买后包含有 纸和说 明书 ,咨询 Q 197216396 32 （ 7 式中 热稳定有效值（单位为 t 热稳定试验时间（单位为 s）。 3I 三相短路稳态 电流（单位为 短路发热的设想时间（单位为 s）。 短路发热的设想时间7算。 20 . 0 5 ( )im a （ 7 在无限大容量系统中，由于 ，因此 0 im a kt t s。 式中 短路持续时间，当 1， 电流互感器校验： （ 1）动稳定校验条件 331 102 （ 7 （ 2）热稳定校验条件 ( 3 ) t 或( 3 )1 im I t （ 7 3. 要考虑到所选择的设备所处的周围情况是否有特殊要求。 4. 根据设计内容，每一类的设备有着不同的要求，要结合设计内容以及实际情 况进行综合选择。 选择一次设备所要校验的一些项目如表 7示。 表 7选择一次设备的校验项目 一次设备名称 额定电压 额定电流 开断电流 短路电流校验 环境条件 其他 动稳定 热稳定 高低压熔断器 高压隔离开关 操作性：能 高压断路器 操作性：能 低压刀开关 操作性：能 购买后包含有 纸和说 明书 ,咨询 Q 197216396 低压断路器 操作性：能 电流互感器 操作性：能 电压互感器 操作性：能 母线 电缆 备注 表中“”为必须校验项目。“ ”为不必校验项目，“”为一般可不校验项目 电所 10一次设备的选择 根据任务书上变电所所在地理位置的地质及气象环境，在高压侧选择采用 )型开关设备。变电所的高压一次设备的选择需要根据设计内容及实际情况来进行。假设继电保护的动作时间是 路器的断路时间是 选设备： 高压断路器： 高压熔断器： 0。 高压隔离开关： 6800。 避雷器： 电流互感器： 电压互感器： 通过上述内容可知，继电保护的动作时间为 路器的断路时间为 以此由上述一次设备验证条件可知： 高压断路器 本次设计中， 10NU 根据相关规定的验 证条件，即： e 1 0 1 0k V U k V e 6 3 0 3 9 . 7I A I A 1 6 2 . 9o c kI k A I k A ( 3 )m a x 4 0 7 . 4k A i k A 322 im at 经验证，符合条件。 高压隔离开关 200/1086 ：在本次设计中， 10NU 根据相关规定的验证条件，即： e 1 0 1 0k V U k V e 2 0 0 3 9 . 7I A I A ( 3 )m a x 2 2 . 5 7 . 4k A i k A 322 im at 经验证，符合条件。 电流互感器 本次设计中， 10NU 根据相关规定的验购买后包含有 纸和说 明书 ,咨询 Q 197216396 证条件，即： e 1 0 1 0k V U k V e 1 0 0 3 9 . 7I A I A 动 稳定校验条件： 3 ( 3 )1 s 1 0 ie s 3 ( 3 ) 2 5 1 0 0 1 0 3 1 . 8 i 7 . 4 热稳定校验条件： ( 3 )1 i m ( 3 ) 1 . 39 0 0 . 1 9 2 . 9 3 . 31i m t A. W. A. J. A. of on 5 003/ 11 003/14 003003he of of on of is on on a to an in of of of on of of of is to 1, in is it is in 2. In by to 34 5, 6to in At it of be to 7, of 8. as to 5), in of is of on is on of of on of a 9. In a is of on of is by is to to of on of a MV)is 1). V) is of is m. A. &) W. A. J. A. 1,9000 +32+322004) 86: 181190by s,V/LV be V 1a) or 1b). is in V is in to is 5h3 is m;l;m;l;l;on of 1) V/MV V/an of V/MV of of is of is to V=|pu at of is pu at a of is or of is be is to of of s;4 2A is t=1. in to V:Zs0:04815 5no 0:060890no 0:04626 0no 0:02898 531 V a V at of b V in 0:02070 55Zs0:09300 5no 1pu to of a As is to be 0of is by or of 3) a or a of is .8 , to be of in a a of in A of 11. A is 12be on in of h=3, 9,15, .) h 17) 9of a by or of of a In as in 13is of a of a is as MS of (h) in If of a a on of of 4) 3):=h1=h1of of in (5) In is in an of of a of I(h)/I(1)|1 ,h25183 by of an V/Y):no =h1=h1=h1, 6) ( In of is is is of be by V/LV by it Y of V in 1), of in CC be =h1=h1=h1of to of V/MV , of in of in on 1. In of V/LV is |0). V/LV be 5, a In of up to up to a of of of a pu at 1, is in to is V to be a as ) 0% of EC 14, By 4), is to in CC at of in :is by in 1 is to be to of of on is by of . 2a. it 2 of 1 ( As HD in CC to of HD is in CC of of is in 13. 1, 2, , of at of is to of in of is in at of of It in CC or of on is by 46. 2b. 4, of is 501. 2.3,of to a As of by as In a of HD at of 1 , 50of to by 6, It is to be of 1 )of 1 ) HD |(% |Zs,l| (% ( ) )1 0 5 1 V/V/V/MV 6 16 12 of a b c on HD in CC is it is HD in is is is by 11, of is 9of on is of in it of of on is by 1,7, . 2c. 7 , ,as 1. on HD in CC at is is to s,k( be in of is by 1, 9, 0 . 3a. In 9, is Y c=0. It of HD in CC by 3.2)of as a of HD at of in C谐波传播在电力配电系统设计中的影响 J. A. W. A. J. A. 要 本文介绍了 电力配电系统的参数设计对谐波失真的传播所产生的影响。这种理论的研究主要是基于模拟一个被推广的配电系统模型，从而进一步了解了电压失真产生和传播的机理。并且通过分析可以预测变更设计参数对电压波形失真产生的影响。 关键词 ： 配电系统；电压波形失真；谐波；电能质量；电力系统阻抗 1. 导言 在电力配电系统中，由于非线性负荷的逐渐增加， 设备制造者逐渐开始考虑电压波形的谐波污染 。电压波形失真导致许多不利的影响，尤其在开放的电力市场，甚至担心在不久的将来电压波形失真会继续增加。在世界的许多地方，通过对设备的谐波线电流强制进行适当的发射限制，使得实际的电压波形失真程度保持在计划的水平之内。 为了决定适当的设备发射限度，测量活动和仿真都需要在一个实际的网络中研究谐波的传播。首先，相对于测量来说，进行仿真似乎更容易和经济些。然而，参数和设计策略在不同网络之间存在许多不同之处，需要做出大量必须的仿真数据。另外，许多参数都是未知的和需要估计的，或者甚至被忽视，导致得到的结果远远不同于测量出的 数据。最后，因为谐波传播的研究主要局限于相当特殊的情况，所以关于谐波传播的机理和对电力配电系统的影响的基本观点还有待于研究。 本文研究了不同配电系统的参数设计对谐波失真的传播所产生的影响，研究是以一个被推广的配电馈线模型为基础分析得到的，这种模型的参数可以改变。在 文献 9中介绍 了基于模拟和一个特例得到的一些初步和定性的结论。然而本文采用了相对基本的方法，分析过程和数量的结果得知可以合理地预测变更设计参数对电压波形失真所产生的冲击，并且通过仿真验证了分析预测的正确性，然后进一步分析了包括与电力系统谐振相关的 分布电容的影响。 2. 基本电力系统的安装 络拓扑结构 为了研究不同配电系统参数对谐波传播的影响，采用了典型中压（ 电系统的单一化模型（图 1）。浇注通常耦合点式的高中压（ V）变压器通过它的短路阻抗 示，通过一些相同的和平行的馈电线与负载连接，馈电线呈放射状并且每条线有五个节点。系列阻抗 Zs,k 表示为互相连接的馈电线节点间导体阻抗。 中低压变压器可能位于中压母线和馈电线（ 1a）之间，或者位于馈电线节点和负载（ 1b）之间。欧洲大部分地区采用前者，其需要较长的低压（ 电线 ，而后者经常用在北美洲的许多区域，其需要较长的中压（ 电线。 被连接到波节的负载可以看做理想的电流源；当适度的电压波形失真程度 (总谐波失真（ 4 和产生更大的缩减因数。 对于相同的例子，当在进入馈线导体（举例来说，通过中间的中低 压变压器和 Y 连接起来）以前忽略零序电流阻抗时，导体截面的总的谐波压降的缩减因数几乎相同： 222 2 2, 3 / 1 3 / 122,3 / 1( ) ( )()sh n e u t r a l h h h hh n o n e u t r a h k h I h I h （ 6） 对于表 1 中的线路电流光谱，在六线制中当 时缩减因数（ 6）等于 在对称的四线制中当 时缩减因数变为 际上，在六线制中忽略零序电流是不符合实际的；因此计算出的总的缩减因数是纯粹的理论值。 压器配置 由 于中低压变压器，与 Y 制连接的半导体，因此减少始端 高中压变压器（在 谐波压降等原因，半导体有可能不通电。使用公式（ 1）并且假设是平衡负载，在 计算电压波形失真的缩减因数： 222 2 23 / 1 3 / 1223 / 1()()( ) ( )()P C C n e t r a C n o n e u t r a h h D D h k h I h (7) 示高中压变压器的零序阻抗与正序阻抗的比值。对于表 1 中负载的电流光谱和，在 电压波形失真的缩减量为 4. 决定电力系统谐波传播的基本因数 在以上章节里，为了估计对电力系统参数的影响，在网络上进行了仿真，如图 1。在此忽略了中低压变压器的阻抗，也就是说 |0。通过研究表明，在第五部分对中低压变压器的非零阻抗做了假设。在本部分忽略分布电容的作用；对于适当的馈电线长度（几公里的电缆线和数十公里的架空线），分布电容通常可以使高次谐波引入的电流非常小。分布电容的作用见第六部分。 在功率因数 =1 的情况下一条馈线的总负载等于 1 负载是平衡负载并且均等的分配在馈电线的各个波点之间。在所有的仿真实验中，第一个馈电线的波点（最靠近 电压控制到 |自高压母线的电压源的 波形是标准的正弦曲线。导致失真的负载（在表 1 中具有线性电流光谱）占所有基本负载的 10%，而剩下的线性负载只产生基级电流。 为了符合 准 14，当计算 时只考虑前四十次谐波。经过公式（ 4）的类推，馈电线的总的谐波压降 义为： 40 2152 ( ) ( )F h F h V h （ 8） 这种计算方法在 电压波形失真和馈线末端之间存在差异。的确，除了当半导体不导电时，如果以“每单位”表示时，本文中运行条件需要考虑下面的近似值： 5( ) ( )P C C F D V T H D V V （ 9） 表 2 中总结了被确认的仿真结果并且将会在下面的部分中进行讨论。把第一次的模拟作为基准，其它所有变更参数所产生的影响都需要和第一次的进行比较。 压器的选择 从表 2 的第 1模拟的比较可以解释变压器参数对电压波形失真的影响，并且在图 2a 中表示出来。从 分中得知，与一号仿真（基准）相比，二号和三号模拟中变压器的调节阻抗值分别为 和 ，因此认为它导致 电压 有相同因数的减少。 在馈电线的末端，馈线 导体的谐波压降使得电压 是 的好几倍；这个结论和法国低压系统 13最近的测量结果相符合。因为馈线导体的总谐波压降在 1， 2和 3 号之间保持不变，所以在馈线末端电压 的减少量相当小而且大约与 的相等。 表 2 不同网络参数的 压值 总之，在 变压器阻抗对电压波形失真的影响相当重要，但是在馈线末端由于馈线导体的谐波压降对其影响较大，电压波形失真就不是太重要了。当变压器阻抗增加或者感性增强时，在 的电压波形失真就会增加。 电导线类型 对电压畸变的馈线导体类型的影 响是通过模拟 46 号从表 2 说明。结果图形化表示 2 b 为模拟 4 号 , 导体阻抗的相位角由 55 降低到 30 与仿真 1 相比。根据 分，这会导致馈线的谐波阻抗，以减少一个因素 如预期的那样，总谐波该机 过来，这导致电压 著降低馈线的一端。比较仿真时，得到了类似的结果编号 1 和 5，其中导体阻抗角从 55 增加到 80（引起馈线的谐波阻抗增加约 并为模拟 6 号，这里的预期位移系数增加从 感）至 1（引起馈线的谐波阻抗增加约 值得注意的是，预期的基本位移因子增 加（模拟编号 1 和 6）比增加的相位角导体阻抗（模拟编号 1 和 5）有更多的影响。 在 压 影响很小。然而，值得注意的是在 压 有降低，当导体阻抗角增大。这是造成的相位角的多样性之间的节点 11 ，并变得越来越重要，越来越多的谐波订单和越来越多的感应导体。负载电流越高的谐波越强，这种效果就越明显；例如在 9 。 最后，对电压畸变的馈线导体阻抗的影响，在馈电端相当重要，但 非常小的 变压器的阻抗类似，它原来的馈线的谐波电压降的馈线增加时，（基本）导体阻抗的增加或变得更加感性。 电导线 渐变 馈线导线对电压的失真影响可以通过表 2 的模拟 1、 7 和 8 来解释的。结果在图 2 1 号模拟相比，模拟编号 7 和 8 的锥形系数从 1 增加到 3 和 5。这个在 主要是由于平等计算的基本电压降准则导体段阻抗 K（ 分） 。因此，馈线导体逐渐减少将不在本文中进一步探讨。 性线的做法 线指挥安排 中断中性导体上的电压畸变的影响可以通过表 2 的模拟 1、 9 和 10 来解释。结果在图 3A 表示。在模拟的 9 号，中性导体中断器和负荷节点的 压器之间的阻抗可忽略不计 0。此之前的预期降低电压 分 )匹配模拟得很好。此外，减少的馈线的谐波电压降（约 因子作为预测在 分）在馈电端会导致相当大的减少电压 相同的谐波电压降低在 部比较时发现模拟号 1 和 10，其中，在后者中，中性导体在 无阻抗 0 断。然而，该线路的谐波电压降不受影响导致只有一小部分在机端电压 线 指挥安排 在模拟的 11 号和 12 号，一个六导线导线布置代替四线导线布置的仿真 1 号。结果在图 3b 表示。仿真结果吻合较好，预测的总谐波电压降的导体（一个因素 又造成了相当大的减少电压 馈电端。 最后，在模拟的 12 号，中性导体在 无阻抗 0 断。与四线导线布置，这减少了 压 于模拟号 9 和 10 的值），但不是谐波电压降的导体当于模拟 11 号的价值），收益的只有一小部分的电压 馈电端。 论 中性线实践意义重大影响了整个的电压畸变分配系统 , 因为它会影响由零序电流引起的谐波电压降。断开中性导体总是减少在 压畸变，而且谐波电压降的馈线导体中断上游。也在四导线和六线导体安排之间切换降低了馈线导体的谐波电压降。 在欧洲和北美电力系统设计之间的区别 力系统和典型的参数设置 在本节中 ,谐波之间进行了比较传播属性的两个配电系统结构图 1,不同的位置和排列 压器。变压器是放在馈线的开始（这是大多数欧洲的配电系统中，常见的图 1A），或之间的馈线负荷节点（这是许多北美分布系统中常见的一，图 1b）。 当低压变压器位于馈线的开始（ 其规模通常很大。在这种情况下，中性导体被中断在中压 /低压变压器，这在欧洲很常见。当低压变压器位于馈线负荷节点（ 它们的大小通常是相当小的。在这种情况下，中性导体不中断在中压 /低压变压器，这是常见的北美例子。 由此产生的配电系统，包括变压器的 安排，如图 4 所示。注意，在设计风格的考虑下，配电馈线始终包含中性导体。导体类型可能是常规的架空或电缆，然而尖端细的不考虑。导体的排列可以是四线或六线。导体和变压器的参数取自于部分 线的符合是相同的在第四部分，结果总结于表 3。 播的电压畸变 表 3 的仿真结果表明，不同的参数的影响是根据第四部分的调查结果。在任何情况下，当比较相等的导体类型和安排（比较模拟第 5， 等），产生的电压 负荷节点在馈电端总差为北美分布方式。这并不奇怪，因为中性导体被中断在中压 /低 压变压器是欧洲风格，而北美风格恰恰相反。 然而，北美设计风格通常会导致单相（或六线）在 作馈线（模拟第 3），而欧洲的风格主要是造成三相（或四线）在低压操作器（模拟及 3） 15 。北美和欧洲的设计风格是图 3C 表达的比较。 在欧洲和北美国，架空线路仍然广泛存在于农村地区。比较模拟第 容易看出，产生的电压 北美分布式大由于中性导体不在到达高压 /中压变压器中断。在北美洲的风格里，电压 馈线末端是比较小的。这主要是由于减少了零序列馈线阻抗相关的六线安 排。在实践中，从表 3 可以看出这种效果将更为明显比预测，因为中性导体的截面通常是小于相导线截面。 在国内外商业领域，电缆导体是首选。模拟 比较显示了架空线相同的趋势。 表 3 案例研究 仿真结果总结：电压畸变在 负荷节点在馈电端 图 4 中压配电系统模型用于案例研究： a 大中压 /低压变压器位于馈线的开始 b 小的中压 /低压变压器位于馈线节
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