某小区变电站及直流系统设计本科毕业设计

毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目：长风小区变电站及直流系统设计毕业设计（论文）要求及原始数据（资料）：本变电站是为地区人口约150万，有大量工业和商业企业的集中地区供电的枢纽站。供电对象为包括政府、学校、医院、企业和军事部门等重要用户。要求供电可靠高质量。一．本站的地理位置处于省会地区，邻于汾河的快速路，设备为露天布置，地质结构为黄沙土质，气温为-25到35度。气候干燥，冬秋季为2-5级西北风，结冰期为三个月，地震烈度小于四级。二．本站拟装二台可带负荷调压的主变压器，本站的总容量为260MVA，要求每台主变应可带70％以上的总容量。电压级别为220KV，110KV，10KV。三．进/出线及负荷如下：220KV侧——分二个回路进线，运行电压227KV，最大输入功率为260MVA。110KV侧——分四回路出线，运行电压为113KV，最大负荷为260MVA，最小负荷为130MVA。10KV侧——分七条出线，二条备用线，运行电压10.5KV，最大负荷90MVA，最小负荷25MVA。其负荷为单回线方式运行。

四．计算参数220KV

电网的容量为

3000MW

1号线长14.92km，R=0.74,X=4.60;R。=3.00,X。=14.22(Ω);

2号线长14.92km,R=1.01,X=4.42;

R。=4.49,X。=14.60（Ω)。110KV

有五回出线，分别接于其它的同级电网，其长度及型号为如下

杨三线

4.07km,

YJLW03-64

杨南线

8.15km

LGJ

-240(r=0.132,

x=0.401;r。=0.39,x。=1.203,Ω/km)

杨屯线

3.9

km

YJLW03-110-400

杨丽线

2.86km

YJLW03-110-400（查有关的手册，计算数据）

五．专题变压器中性点经小电抗器接地方式的探讨两台主变接地方式的比较变压器中性点经消弧线圈并电阻接地方式的研究变电站的防雷保护接地方式的探讨六．设计基本要求设计原则：在保证安全、经济、灵活、方便的条件下力求接线简单、布置紧凑，具有较高的自动化水平。所址选择要求：尽量接近负荷中心，不占或少占良田、高低压设备进出线方便（考虑到交通运输方便性）变电所拟装设两台主变，其中一台主变断开时另一台主变承担70％的全部负荷。毕业设计（论文）主要内容：本变电所在系统中的地位分析变电所主接线设计变电所主接线短路电流计算、经济计算等电气主接线绘制、配电装置选型每一位同学要求对其中的一个专题进行深入的分析和`讨论。学生应交出的设计文件（论文）：毕业设计论文一本电气主接线图一张主要参考文献（资料）：熊信银，发电厂电气部分，中国电力出版社，2004变电所设技术规程发电厂、变电所电气设备和接线布置发电厂、变电所电气设备电力工程手册1、2、3册导体和电气设备技术规程电力工程概算指标电力设备过电压保护设计规程李德矩，短路电流计算，天津科学技术出版社，1994李光琦，电力系统暂态分析，中国电力出版社，1995陈衍，电力系统稳态分析，中国电力出版社，1995赵智大，高电压技术，中国电力出版社，1999史乃，电机学，机械工业出版社，2001专业班级电气工程及其自动化0603班学生代赟要求设计（论文）工作起止日期2010.3-2010.6指导教师签日期教研室主任审查签字日期系主任批准签日期地区枢纽变电所与直流系统设计摘要本文主要介绍了变电站主接线和直流系统的设计，电气是由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流，高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。主接线代表了发电厂或变电所电气部分主体结构，是电力系统网络的重要组成部分。变电所联系发电厂和用户的中间环节，进行分配和变换电能的作用。本次设计主要是围绕220KV枢纽变电站进行设计的，主要内容包括：1、根据变电所的原始资料，分析变电所在电力系统的性质；2、通过可靠性的分析比较，确定主接线的最佳方案；3、计算短路电流;4、选择合适的电气设备；5电气主接线的绘制。对变电所的直流系统设计中的几个主要问题进行了讨论，阐述了影响蓄电池容量选择的主要因素分析了蓄电池容量的选择方法及主接线,直流馈线的的设计方法。关键词：变电所；设计；设备选择；直流系统

RegionalhubforsubstationsandDCPowerSystemDesignAbstractThispaperintroducesthesubstationbusandDCsystemdesign,electricalappliancesfromhighvoltagebyconnectinglinesaccordingtotheirfunctionalrequirementsofthecompositionanddistributionofelectricpowertoacceptthecircuit,atransmissionstrongcurrent,highvoltagenetwork,isalsocalledaconnectionorthemainelectricalsystem.MainConnectionrepresentssomeofthemainelectricpowerplantorsubstationstructures,isthepowersystem,animportantpartofthenetwork.Contactpowerplantandsubstationinthemiddlepartoftheusertocarryouttheroleofpowerdistributionandtransformation.Thisdesignismainlydesignedaroundthe220KVSubstationProject,mainlyincluding:1,accordingtotheoriginalsubstationinformation,analysisofthenatureofthesubstationinpowersystem;2,throughanalysisandcomparisonofreliability,determinethemainconnectionofthemostgoodprogram;3,calculatingshort-circuitcurrent;4,selecttheappropriateelectricalequipment;5drawingofthemainelectricconnection.SubstationDCSystemSeveralmajorissueswerediscussed,explainedthataffectbatterycapacityisthemainfactorofthebatterycapacityoftheselectionandthemainconnection,theDCfeederdesignmethods.

Keywords:substation;design;equipmentselection;DCsystem

目录摘要 ④采用高可靠性的六氟化硫断路器及全封闭组合电器时。随着高压配电装置广泛采用六氟化硫断路器及国产断路器、隔离开关的质量逐步提高，同时系统备用容量的增加、电网结构趋于合理与联系紧密、保护双重化的完善以及设备检修逐步由计划检修向状态检修过度，为简化接线，总的趋势将逐步取消旁路设施。四、本变电所主接线方案的拟定本变电站是为地区人口约150万，有大量工业和商业企业的集中地区供电的枢纽站。供电对象为包括政府、学校、医院、企业和军事部门等重要用户。要求供电可靠高质量。故不能采用单母接线、桥形接线等可靠性较低的接线方式。考虑到我国经济正在飞速发展时期，用电负荷与日俱增，变电站在设计时必须考虑到扩建的可能性，故不采用多角形接线方式。220KV侧，由于进线仅两回。拟采用双母接线或四角形接线。110KV侧，为保证对重要企业、军事部门的供电可靠性。采用可靠性较高的双母接线方式或单母分段接线方式。10KV侧，由于供电对象为包括企业、学校、医院的重要一类负荷，对供电质量有很高的要求，而且要保证其可扩建性，综合考虑，采用单母分段带旁路的接线方式。因此，拟定采用如下两种主接线方案：1、220kV电压等级该电压等级配电网络连接着变电站的电源端，供电的可靠性十分重要。鉴于该侧共有两回进线并连接两台主变压器高压侧，可以考虑采用供电可靠性较高的双母线接线或一台半接线。2、110kV电压等级该电压等级配电网络承担着为本站主要负荷供电的任务（110kV负荷最大为本占全容量），共有四回出线，室外布置，应在保证供电可靠性的同时，采用简洁的接线方式，以减少土地占用量，节约建设投资。可以考虑采用双母线接线或单母线分段接线，以减小故障停电范围。3、10kV电压等级该电压等级配电网络通常采用室内布置，出线回路数较多（七回出线与两回备用线），为了缩小故障停电的影响范围，宜采用带有分段的接线形式。本设计中考虑采用单母线分段接线。表1-1列出了变电站电气主接线拟采用的两种方案。表1-1长风小区220kV变电站电气主接线备选方案项目方案A方案B220kV电压等级双母线接线一台半断路器接线110kV电压等级双母线接线单母线分段接线10kV电压等级单母分段接线单母线分段接线主变压器三绕组变压器自耦变压器五、电气主接线方案比较从主接线的可靠性、灵活性和经济性对方案A方案B做定性比较。1、220kV电压等级方案一优点：有两组母线，可以互为备用，供电可靠性较高；各电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，灵活适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要；扩建方便，向左右任何方向扩建均不会影响两组母线的电源和负荷自由分配，在施工中不会造成原有回路停电。缺点：所使用设备数量较多，占地面积较大，建设成本较高。方案二优点：它具有较高的供电可靠性和运行灵活性，任一母线故障或检修均不致停电，但是它使用的设备较多。缺点：但是它使用的设备较多，占地面积较大，增加了二次控制回路的接线和继电保护的复杂性，且投资大。2、110kV电压等级方案一优点及缺点与220kV电压等级方案A相同，故不再赘述。方案二优点：接线简单，操作方便，占用土地面积小，建设成本低。缺点：可靠性较方案A差，一组母线发生故障将导致与该组母线连接的所有负荷回路断电，将对单回路供电负荷造成很大影响。3、10kV电压等级方案一优点：具有双母线接线的各种优点，并且任何时候都有备用母线，可靠性和灵活性较高。缺点：使用断路器数量较多，配电装置投资较大。方案二优缺点同上第三节电气主接线方案确定在对方按A与方案B从可靠性、灵活性和经济性各方面进行比较后，确定变电站电气主接线方案。一、220kV电压等级拟采用双母线接线，正常运行时两组母线同时工作，各连接一回路进线和主变压器；当单回线路容量足够大时，也可以采取单回路供电方式，另一回路和母线备用。为了限制短路电流，便于选择价格较低廉的电气设备，母联断路器应断开。二、110kV电压等级拟采用双母线接线，正常运行时两组母线同时工作；一组母线发生故障时，可将该母线所带重要负荷移至另一母线上。为了限制短路电流，便于选择价格较低廉的电气设备，母联断路器应断开三、10kV电压等级拟采用双母线分段接线。正常运行时分段断路器断开，用于限制变电站内部故障及馈线故障时的短路电流，以便选用轻型断路器。当在220kV及110kV电压等级配电装置中使用高可靠性的六氟化硫（SF6）断路器及全封闭组合电器（GIS）时，可以不设置旁路母线。这样做虽然会增加断路器的投资，但在保障供电可靠性的前提下，减少了母线设施及其占用土地面积，降低了建设和运行维护成本。10kV配电装置采用手车式成套开关柜时，可不设旁路设施。所以主接线设计图可设计为图1-8图1-8

第二章短路电流的计算第一节系统等值网络图及标幺值计算将系统简化后为图2-1系统简化图220KV侧系统容量为3000MW，功率因数取为cosφ=0.95，则容量为=3000÷0.95=3157.89MVA。选取基准容量为=3000MVA，为各级电压平均值（230，115，10.5KV)根据题意，所给出的1号线和2号线的参数均是1、2号线路全长的电阻、电抗值，而不是每公里的电阻电抗值，无需再乘以线路长度。故：1号线X=4.60ΩR=0.74Ω2号线X=4.42ΩR=1.01Ω归算到=3000MVA下的标么值为X1=Z1=4.6×=0.264X2=Z2=4.42×=0.257计算变压器各绕组电抗标么值阻抗电压百分数高——中高——低中——低14239各绕组等值电抗计算：=14%，=23%，=9%高、中、低压侧各绕组短路电压为=（＋－）=×（14＋23－9）%=14%=（＋－）=×（14＋9－23）%=0=（＋－）=×（23＋9－14）%=9%变压器各绕组等值电抗标么值为：===

第二节各点短路电流的计算一、D1点短路时（220KV侧短路）图2-2.220kV系统图10KV侧无法向短路点提供短路电流，可略去不计。当断路器外侧短路时，由110KV侧提供的短路电流显然远小于断路器内侧短路时由220KV侧提供的短路电流。220KV分裂运行故等值电路可画为下图：图2-3化简图计算电抗X1js=0.257=2.70查运算曲线可知,=3.89t=2s时=3.95t=4s时=3.95则点短路电流标么值为I=3.89×=29.945KAI=I=3.953=30.41KA短路冲击电流I=（1.8～1.9）I=1.8××29.954=76.25KA二、D2点短路时（110KV侧短路）图2-4110kV系统图10KV侧无法向短路点提供短路电流，可略去不计110KV分裂运行故等值电路可画为下图：等值电路可画为下图：图2-5化简图=++=0.257+2.25=2.507X2js=2.507则点短路电流标么值为t=2s时=0.40t=4s时=0.40短路电流有名值：I=I=0.40=6.02KA短路冲击电流I=（1.8～1.9）I=1.8××6.01=15.29KA三、D3点短路时（10KV侧短路）图2-610kV系统图10KV分裂运行故等值电路可画为下图图2-7化简图则点短路电流标么值为t=2s时=0.245t=4s时=0.245短路电流有名值：短路冲击电流I=（1.8～1.9）I=1.8××40.41=102.86KA

第三章电气设备的选择第一节概述导体和电器的选择是变电所设计的主要内容之一，正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济的重要条件。在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。电气设备的选择同时必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需要。电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定后选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。一、一般原则(一)应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要；(二)应按当地环境条件校核；(三)应力求技术先进和经济合理；(四)选择导体时应尽量减少品种；(五)扩建工程应尽量使新老电器的型号一致；(六)选用的新品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。二、技术条件(一)按正常工作条件选择导体和电气1.电压：所选电器和电缆允许最高工作电压Vymax不得低于回路所接电网的最高运行电压Vgmax即Vymax≥Vgmax一般电缆和电器允许的最高工作电压，当额定电压在220KV及以下时为1.15Ve，而实际电网运行的Vgmax一般不超过1.1Ve。2.电流导体和电器的额定电流是指在额定周围环境温度Q0下，导体和电器的长期允许电流Iy应不小于该回路的最大持续工作电流Igmax即Iy≥Igmax由于变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的Igmax=1.05Ie（Ie为电器额定电流）。3.按当地环境条件校核当周围环境温度Q和导体额定环境温度Q0不等时，其长期允许电流IyQ可按下式修正IyQ=IyEQEQ\R(\F(θy-θ,θy-θ。))=Kiy基中K—修正系数Qy—导体或电气设备正常发热允许最高温度我国目前生产的电气设备的额定环境温度Q。=40℃，裸导体的额定环境温度为+25℃。(二)按短路情况校验电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验，一般校验取三相短路时的短路电流，如用熔断器保护的电器可不验算热稳定。当熔断器有限流作用时，可不验算动稳定，用熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定。1.短路热稳定校验Qd≤Qr满足热稳定条件为Ir2tdz≤Ir2tQd—短路电流产生的热效应Qr—短路时导体和电器允许的热效应Ir—t秒内允许通过的短时热电流验算热稳定所用的计算时间：tdz=tb+toLtb—断电保护动作时间110KV以下导体和电缆一般采用主保护时间110KV以上导体电器和充油电缆采用后备保护动作时间toL—相应断路器的全开断时间2.短路的动稳定校验满足动稳定条件为：ich≤idfIch≤IdfIch—短路冲击直流峰值（KA）Ich—短路冲击电流有效值（KA）idf、Idf—电器允许的极限通过电流峰值及有效值（KA）第二节断路器隔离开关的选择一、概述变电所中，高压断路器是重要的电气设备之一，它具有完善的灭弧性能，正常运行时，用来接通和开断负荷电流，在某所电气主接线中，还担任改变主接线的运行方式的任务，故障时，断路器通常继电保护的配合使用，断开短路电流，切除故障线路，保证非故障线路的正常供电及系统的稳定性。高压断路器应根据断路器安装地点，环境和使用技术条件等要求选择其种类及型式，由于真空断路器、SF6断路器比少油断路器，可靠性更好，维护工作量更少，灭弧性能更高，目前得到普遍推广，故35～220KV一般采用SF6断路器。真空断路器只适应于10KV电压等级，10KV采用真空断路器。(一)按开断电流选择高压断路器的额定开断电流Iekd应不小于其触头开始分离瞬间（td）的短路电流的有效值Ie(td)即：Iekd≥Iz（KA）Iekd—高压断路器额定开断电流（KA）Iz—短路电流的有效值（KA）(二)短路关合电流的选择在断路器合闸之前，若线路上已存在短路故障，则在断路器合闸过程中，触头间在未接触时即有巨大的短路电流通过（预击穿），更易发生触头熔焊和遭受电动力的损坏，且断路器在关合短路电流时，不可避免地接通后又自动跳闸，此时要求能切断短路电流，为了保证断路器在关合短路时的安全，断路器额定关合电流ieg不应小于短路电流最大冲击值。即：ieg≥icj或idw≥icjieg—断路器额定关合电流idw—额定动稳定电流icj—短路冲击电流(三)关于开合时间的选择对于110KV及以上的电网，当电力系统稳定要求快速切除故障时，分闸时间不宜大于0.045s，用于电气制动回路的断路器，其合闸时间大于0.04~0.06s。其选择具体过程见计算说明书隔离开关，配制在主接线上时，保证了线路及设备检修形成明显的断口，与带电部分隔离，由于隔离开关没有灭弧装置及开断能力低，所以操作隔离开关时，必须遵循倒闸操作顺序。隔离开关的配置：①断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时形成明显的断口，与电源侧隔离；②中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地；③接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关，为了保证电器和母线的检修安全，每段母上宜装设1—2组接地刀闸或接地器。63KV及以上断路器两侧的隔离开关和线路的隔离开关，宜装设接地刀闸。应尽量选用一侧或两侧带接地刀闸的隔离开关；④按在变压器引出线或中性点上的避雷器可不装设隔离开关；⑥当馈电线的用户侧设有电源时，断路器通往用户的那一侧，可以不装设隔离开关，但如费用不大，为了防止雷电产生的过电压，也可以装设。二、各电压等级的选择(一)220KV侧合理运行方式下，最大持续工作电流I==484.97A最大冲击电流I=76.25KA短路电流计算时间取为4s周期分量热效应：Q=(I+10I+I)t=(29.945+1030.41+30.41)=3689.71(KA·S)因为t＞1s，故不计非周期分量热效应根据U、I及安装在屋外的要求，查电力工程设计手册可初步选出表3-1断路器、隔离开关选择结果表断路器选择比较结果隔离开关选择比较结果计算数据LW1-220/2000计算数据GW4-220/1250220KV220KV220KV220KV484.97A2000A484.97A125029.954KA31.5KA29.954KA76.25KA80KA76.25KA3689.71=31.5²×4=39693689.71=31.5²×4=396976.25KA=80KA76.25KA=80KA(二)110KV侧合理运行方式下，最大持续工作电流I==948.86A最大冲击电流I=15.29KA短路电流计算时间取为4s周期分量热效应：Q=(I+10I+I)t=(6.01+10×6.02+6.02)=144.48(KA·S)因为t＞1s，故不计非周期分量热效应

根据U、I及安装在屋外的要求，查电力工程设计手册可初步选出表3-2断路器、隔离开关选择结果表断路器选择比较结果隔离开关选择比较结果计算数据SW4-110/1250计算数据GW5-110/1250110KV110KV110KV110KV948.86A1000A948.86A12506.01KA18.4KA6.01KA15.29KA55KA15.29KA134.44=212×4=1764134.44=202×4=160015.29KA=55KA15.29KA=50KA（三）10KV侧合理运行方式下，最大持续工作电流I==4330.13A最大冲击电流I=102.86KA短路电流计算时间取为4s周期分量热效应：Q=(I+10I+I)t=(40.41+10×40.41+40.41)=144.48(KA·S)因为t＞1s，故不计非周期分量热效应根据U、I及安装在屋外的要求，查电力工程设计手册可初步选出表3-3断路器、隔离开关选择结果表断路器选择比较结果隔离开关选择比较结果计算数据VS1-12/T4000-50计算数据GN10-10T/500010KV10KV10KV10KV4330.13A5000A4330.13A500040.41KA105KA40.41KA102.86KA300KA102.86KA6001.02=1202×4=576006001.02=1002×4=40000102.86KA=300KA102.86KA=200KA第二节电流互感器的选择一、概论互感器包括电压互感器和电流互感器，是一次系统和二次系统间的联络元件，用以分别向测量仪表、继电器的电压线圈和电流线圈供电，正确反映电气设备的正常运行和故障情况，其作用有：1.将一次回路的高电压和电流变为二次回路标准的低电压和小电流，使测量仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构轻巧、价格便宜，便于屏内安装。2.使二次设备与高电压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安全。电流互感器的特点：1.一次绕组串联在电路中，并且匝数很少，故一次绕组中的电流完全取决于被测量电路的负荷，而与二次电流大小无关；2.电流互感器二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路状态下运行。电压互感器的特点：1.容量很小，类似于一台小容量变压器，但结构上需要有较高的安全系数；2.二次侧所接测量仪表和继电器电压线圈阻抗很大，互感器近似于空载状态运行，即开路状态。互感器的配置：1.为满足测量和保护装置的需要，在变压器、出线、母线分段及所有断路器回路中均装设电流互感器；2.在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器，如：发电机和变压器的中性点；3.对直接接地系统，一般按三相配制。对三相直接接地系统，依其要求按两相或三相配制；4.6－220KV电压等级的每组主母线的三相上应装设电压互感器；5.当需要监视和检测线路有关电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。二、电流互感器的选择规则1.电流互感器由于本身存在励磁损耗和磁饱和的影响，使一次电流I1与-I′2在数值和相位上都有差异，即测量结果有误差，所以选择电流互感器应根据测量时误差的大小和准确度来选择。2.电流互感器10%误差曲线：是对保护级（BlQ）电流互感器的要求与测量级电流互感器有所不同。对测量级电流互感器的要求是在正常工作范围内有较高的准确级，而当其通过故障电流时则希望早已饱和，以便保护仪表不受短路电流的损害，保护级电流互感器主要在系统短路时工作，因此准确级要求不高，在可能出现短路电流范围内误差限制不超过-10%。电流互感器的10%误差曲线就是在保证电流互感器误差不超过-10%的条件下，一次电流的倍数入与电流互感器允许最大二次负载阻抗Z2f关系曲线。3.额定容量为保证互感器的准确级，其二次侧所接负荷S2应不大于该准确级所规定的额定容量Se2。即：Se2≥S2=Ie22z2fz2f=Vy+Vj+Vd+Vc（Ω）Vy—测量仪表电流线圈电阻Vj—继电器电阻Vd—连接导线电阻Vc—接触电阻一般取0.1Ω4.按一次回路额定电压和电流选择电流互感器用于测量时，其一次额定电流应尽量选择得比回路中正常工作电流大1/3左右以保证测量仪表的最佳工作电流互感器的一次额定电压和电流选择必须满足：Ve≤VewIe1≥Igmax，为了确保所供仪表的准确度，互感器的一次工作电流应尽量接近额定电流Vew—电流互感器所在电网的额定电压VeIe1—电流互感器的一次额定电压和电流Igmax—电流互感器一次回路最大工作电流5.种类和型式的选择选择电流互感器种类和形式时，应满足继电保护、自动装置和测量仪表的要求，再根据安装地点（屋内、屋外）和安装方式（穿墙、支持式、装入式等）来选择。6.热稳定检验电流互感器热稳定能力常以1s允许通过一次额定电流Ie1的倍数Kr来表示，即：（KrIe1）2≥I2tdz（或≥Qd）7动稳定校验电流互感器常以允许通过一次额定电流最大值（EQ\A()\R(,2)Ie1）的倍数kd—动稳定电流倍数，表示其内部动稳定能力，故内部动稳定可用下式校验：EQ\A()\R(,2)Ie1kd≥icj短路电流不仅在电流互感器内部产生作用力，而且由于其邻相之间电流的相互作用使绝缘帽上受到外力的作用。因此需要外部动稳定校验，即：Fy≥0.5×1.73icy2×EQ\F(L,α)×10-7N对于瓷绝缘的母线型电流互感器（如LMC型）可按下式校验Fy≥1.73×iy2EQ\F(Ljs,α)×10-7N在满足额定容量的条件下，选择二次连接导线的允许最小截面为：S≥EQ\F(PLjs,Ze2-(Vy+Vj+Vc))m2第三节各级电流互感器的选择电流互感器的负荷统计和回路接线如下：aba三相配置b两相配置图3-1表3-4电流互感器的负荷仪表电流线圈名称A相B相C相电流表46L1-A0.350.35功率表46D1-W0.60.6电能表DS10.50.50.5总计1.450.851.1220KV侧由表可知最大负荷为1.45VA，根据额定电压UN=220KV，最大持续工作电流I=484.97A，I=76.25KA,可以选择电流互感器LCLW-220，电流互感器变比为4×300／5，选电流互感器准确级为0.5,Z=2，动稳定倍数Kes=60,热稳定系数Kt=60，绝缘瓷瓶帽的允许荷种75公斤，出线相间距离a=0.4，电流互感器与测量仪表相距40m。最大项负荷阻抗ra===0.058Ω电流互感器为不完全星型，连接线的计算长度为LC=L接触点RC=0.1Ω,则S≥ρL／(Z-r-R)=1.75（2-0.058-0.1）=0.658mm选用标准截面为1.5mm的铜线热稳定校验：(K)=(601.2)=5184>3689.71KA﹒S内部动稳定检验：IK=×1.2×60=101.82>76.25KA外部动稳定校验：0.5×1.73×10-7×L／9.8a=0.5×1.7×10-7×1×(7625)／(9.8×0.4)=1.28<75Kg110KV侧由表可知最大负荷为1.45VA，根据额定电压UN=110KV，最大持续工作电流I=948.86A，I=15.29KA,可以选择电流互感器LCWDL-110，电流互感器变比为2×600／5，选电流互感器准确级为0.5,Z=2，动稳定倍数Kes=135,热稳定系数Kt=75，绝缘瓷瓶帽的允许荷种75公斤，出线相间距离a=0.4，电流互感器与测量仪表相距40m。最大项负荷阻抗ra===0.058Ω电流互感器为不完全星型，连接线的计算长度为LC=L接触点RC=0.1Ω,则S≥ρL／(Z-r-R)=1.75（2-0.058-0.1）=0.658mm选用标准截面为1.5mm的铜线热稳定校验：(K)=(751.2)=8100>134.44KA﹒S内部动稳定检验：IK=×1.2×135=229.10>15.29KA外部动稳定校验：0.5×1.73×10-7×L／9.8a=0.5×1.7×10-7×1×(15290)／(9.8×0.4)=5.15<75Kg10KV侧由表可知最大负荷为1.45VA，根据额定电压UN=10KV，最大持续工作电流I=4330.13A，I=102.86KA,可以选择电流互感器LBJ-6000，电流互感器变比为6000／5，选电流互感器准确级为0.5,Z=2.4，动稳定倍数Kes=90,热稳定系数Kt=50，绝缘瓷瓶帽的允许荷种300公斤，出线相间距离a=0.4，电流互感器与测量仪表相距40m。最大项负荷阻抗ra===0.058Ω电流互感器为不完全星型，连接线的计算长度为LC=L接触点RC=0.1Ω,则S≥ρL／(Z-r-R)=1.75（2.4-0.058-0.1）=0.54mm选用标准截面为1.5mm的铜线热稳定校验：(K)=(506)=90000>6001.0197KA﹒S内部动稳定检验：IK=×6×90=763.6>102.86KA外部动稳定校验：0.5×1.73×10-7×L／9.8a=0.5×1.7×10-7×1×(102860)／(9.8×0.4)=233.4<300Kg第四节电压互感器的选择规则1.电压互感器的准确级和容量电压互感器的准确级是指在规定的一次电压和二次负荷变化范围内，负荷功率因数为额定值时，电压误差最大值。由于电压互感器本身有励磁电流和内阻抗，导致测量结果的大小和相位有误差，而电压互感器的误差与负荷有关，所以用一台电压互感器对于不同的准确级有不同的容量，通常额定容量是指对应于最高准确级的容量。2.按一次回路电压选择为了保证电压互感器安全和在规定的准确级下运行，电压互感器一次绕组所接电网电压应在（1.1~0.9）Ve范围内变动，即应满足：1.1Ve1>V1>0.9Ve13.按二次回路电压选择电压互感器的二次侧额定电压应满足保护和测量使用标准仪表的要求，电压互感器二次侧额定电压可按下表选择接线型式电网电压（KV）型式二次绕组电压（V）接成开口三角形辅助绕组电压IV一台PT不完全符形接线方式3~35单相式100无此绕组Yo/Yo/□110J~500J单相式100/EQ\R(,3)1003~60单相式100/EQ\R(,3)100/33~15三相五柱式100100/3（相）4.电压互感器及型式的选择电压互感器的种类和型式应根据安装地点和使用条件进行选择，在6～35KV屋内配电装置中一般采用油浸式或浇注式电压互感器。110～220KV配电装置中一般采用半级式电磁式电压互感器。220KV及以上配电装置，当容量和准确级满足要求时，一般采用电容式电压互感器。5.按容量的选择互感器的额定二次容量（对应于所要求的准确级），Se2应不小于互感器的二次负荷S2，即：Se2≥S2S2=EQ\R(,(∑po)2+(∑Qo)2)Po、Qo—仪表的有功功率和无功功率第五节各级电压互感器的选择根据上述配置原则和长风小区220kV变电站的具体情况，站内电流互感器配置如下：各电压等级断路器出线侧和变压器侧，供测量和保护装置使用。一、母联和分段断路器侧，主要供保护装置使用。二、220kV及110kV中性点直接接地系统，电流互感器为三相配置，接线形式见图；对于10kV中性点非直接接地系统，电流互感器为两项配置，接线形式见图3-3。图3-2电压互感器与测量仪表连接图表3-5电压互感器的负荷和回路接线图如下：仪表名称型号每线圈消耗功率仪表电压线圈仪表数目AB相BC相有功功率表46D1-W0.610.92610.62.778/8.3/11.10.61.014/3.42/5.9无功功率表46D1-VAR0.5110.50.5有功电能表DS11.50.382/6/81.104/3.42/4.561.04/3.42/4.56频率表46L1-Hz1.2111.2电压表46L1-V0.3110.3总计3.314/5.7/6.82.414/4.8/5.9220KV侧侧两回进线，主变两台，有功电能表两只，有功功率表一只，无功功率表一只，母线电压及频率表一只，短路电流=29.954KA,220KV侧为中性点直接接地系统，电压互感器除测量仪表外，还用来做交流电网绝缘监视。查表选用单项串联式电压互感器，其额定电压原绕组为220／，副绕组为0.1／，副主绕组为0.1。由于回路中有计费用电能表，故电压互感器选用0.5级为准确级，JDCF-220WB互感器的三项总额定容量为150VA，电压互互感器接线为Y,，。由表求出不完全星型部分负荷为：S===4.324VAS===3.68VAφ=P／S=3.314／4.324=0.369φ=39.96°φ=P／S=2.414／3.68=0.656φ=49°由于没相上接有绝缘监视电压表，A相负荷有公式计算得;P=S(φ-30°)=×4.324×(39.96°-30°)=2.45WP=×Ssin(φ-30°)=×3.68×sin(49°-30°)=0.367VarB相负荷为:P=×〔S(φ-30°)+S(φ+30°)〕=×〔4.324cos(39.96°-30°)+3.68cos(49°+30°)〕=2.68WQ=×〔Ssin(φ-30°)+Ssin(φ+30°)〕=×〔4.324sin(39.96°+30°)+3.68sin(49°-30°)〕=3.037Var故B相负荷大，因此按B相负荷进行校验：S==4.171<VA110KV侧侧两五回出线，主变两台，有功电能表六只，有功功率表一只，无功功率表一只，母线电压及频率表一只，短路电流=6.01KA,，电压互感器除测量仪表外，还用来做交流电网绝缘监视。查表选用单项串联式电压互感器，其额定电压原绕组为110／，副绕组为0.1／，副主绕组为0.1。由于回路中有计费用电能表，故电压互感器选用0.5级为准确级，可用JDCF-110WB型电压互感器，互感器的三项总额定容量为150VA，电压互互感器接线为Y,，。由表求出不完全星型部分负荷为：S===10.08VAS===9.59VAφ=P／S=5.7／10.08=0.56φ=55.56°φ=P／S=5.7／9.59=0.50φ=59.96°由于没相上接有绝缘监视电压表，A相负荷有公式计算得;P=S(φ-30°)=×10.08×(55.56°-30°)=5.25WP=×Ssin(φ-30°)=×10.08×sin(55.56°-30°)=2.51VarB相负荷为:P=×〔S(φ-30°)+S(φ+30°)〕=×〔10.08cos(55.56°-30°)+9.59cos(59.96°+30°)〕=5.25WQ=×〔Ssin(φ-30°)+Ssin(φ+30°)〕=×〔10.08sin(55.56°+30°)+9.59sin(49°-30°)〕=8.57Var故B相负荷大，因此按B相负荷进行校验：S==10.05<VA10KV侧侧七回进线，主变两台，有功电能表八只，有功功率表一只，无功功率表一只，母线电压及频率表一只，短路电流=40.41,，电压互感器除测量仪表外，还用来做交流电网绝缘监视。查表选用单项串联式电压互感器，其额定电压原绕组为10／，副绕组为0.1／，副主绕组为0.1。由于回路中有计费用电能表，故电压互感器选用0.5级为准确级，可用JDZJ1-10型电压互感器，互感器的三项总额定容量为150VA，电压互互感器接线为Y,，。由表求出不完全星型部分负荷为：S===13.02VAS===12.57VAφ=P／S=6.8／13.02=0.522φ=58.51°φ=P／S=5.9／12.57=0.464φ=62°由于没相上接有绝缘监视电压表，A相负荷有公式计算得;P=S(φ-30°)=×13.02×(58.51°-30°)=6.6WP=×Ssin(φ-30°)=×13.02×sin(58.51°-30°)=3.59VarB相负荷为:P=×〔S(φ-30°)+S(φ+30°)〕=×〔13.02cos(58.51°-30°)+12.57cos(62°+30°)〕=6.35WQ=×〔Ssin(φ-30°)+Ssin(φ+30°)〕=×〔13.02sin(58.51°+30°)+12.57sin(62°-30°)〕=11.36Var故B相负荷大，因此按B相负荷进行校验：S==13.01<VA所选互感器符合要求第六节母线的选择母线在电力系统中主要担任传输功率的重要任务，电力系统的主接线也需要用母线来汇集和分散电功率，在发电厂、变电所及输电线路中，所用导体有裸导体，硬铝母线及电力电缆等，由于电压等级及要求不同，所使用导体的类型也不相同。敞露母线一般按导体材料、类型和敷设方式、导体截面、电晕、短路稳定、共振频率等各项进行选择和校验。1.裸导体应根据具体使用情况按下列条件选择和校验（1）型式：载流导体一般采用铝质材料，对于持续工作电流较大且位置特别狭窄的发电机，变压器出线端部，以及对铝有较严重腐蚀场所，可选用铜质材料的硬裸导体。回路正常工作电流在400A及以下时，一般选用矩形导体。在400～8000A时，一般选用槽形导体。（2）配电装置中软导线的选择，应根据环境条件和回路负荷电流、电晕、无线电干扰等条件，确定导体的截面和导体的结构型式。（3）当负荷电流较大时，应根据负荷电流选择导线的截面积，对220KV及以下配电装置，电晕对选择导体一般不起决定作用，故可采用负荷电流选择导体截面。2.母线及电缆截面的选择除配电装置的汇流母线及较短导体按导体长期发热允许电流选择外，其余导体截面，一般按经济电流密度选择。（1）按导体长期发热允许电流选择，导体能在电路中最大持续工作电流Igmax应不大于导体长期发热的允许电流Iy即：Igmax≤kIy（2）按经济电流密度选择，按经济电流密度选择导体截面可使年计算费用最低，对应不同种类的导体和不同的最大负荷年利用小时数Tmax将有一个年计算费用最低的电流密度—经济电流密度（J），导体的经济截面可由下式：S=EQ\F(Igmax,J)J取0.9A/MM2（3）热稳定校验：按上述情况选择的导体截面S，还应校验其在短路条件下的热稳定。S≥Smm=EQ\F(I∞,C)EQ\R(,tdz)（mm2）C—热稳定系数取I∞—稳态短路电流（KA）tdz—短路等值时间S（4）动稳定校验：动稳定必须满足下列条件即：δmax≤δyδy—母线材料的允许应力（硬铅δy为69×106P∞硬铜137×106Pa，铜为157×106Pa）提供电源，以获得较高的可靠性。一、220KV侧按经济电流密度选择1.按经济电流密度选择导体截面可使年计算密度最低。不同种类的导体和不同的最大符合利用小时数,将有一个计算费用最低的电流密度，成为经济电流密度J。=4392，查参考书，得：经济电流密度J=1.16A／∴故选钢芯铝绞线软母线2.按导体长期发热允许电流选择当环境温度为38℃时，综合校正系数K=0.89，查参考书，得，=545（环境温度为38℃，最高允许温度为80℃）3.电晕电压校验对110KV级以上裸导体，需要按晴天不发生全面电晕条件校验，即裸导体的临界电压应大于最高工作电压=δ,(相对粗糙系数=0.9，气象系数=1.0，空气相对密度δ=1.0，导线场距=680.33mm,导线半径R=8.97mm)=δ=49.30.91.01.08.97(680.33/8.97)=748.2由于>(220KV),故所选母线满足要求。二、110KV侧1.按经济电流密度选择=4392，查参考书，得：经济电流密度J=1.16A／∴2.按导体长期发热允许电流选择当环境温度为38℃时，综合校正系数K=0.89，查参考书，得，=545（环境温度为38℃，最高允许温度为80℃）根据《发电厂电气部分》和《电力系统课程设计参考书》，不比进行电晕电压校验。三、10KV侧1.按经济电流密度选择=4392，查参考书，得：经济电流密度J=1.16A／∴2.按导体长期发热允许电流选择当环境温度为38℃时，综合校正系数K=0.89，查参考书，得，=545（环境温度为38℃，最高允许温度为80℃）根据《发电厂电气部分》和《电力系统课程设计参考书》，不比进行电晕电压校验。

第四章变电站直流系统的设计第一节概述直流系统为变电站的继电保护，控制系统、信号系统自动控制UPS和事故照明等提供电源，近年来直流系统的技术和设备发展迅速，阀控铅酸蓄电池，智能型高频开关充电装置，微机型绝缘监控装置等，具有安全可靠，技术和性能优越等特点，促进了直流系统的发展。一、直流系统接线根据《火力发电厂和变电所直流系统设计技术规定》，发电厂和变电站的直流系统应采用单母线或单母线分段接线，单母线接线简单清晰，但可靠性和灵活性差，一般用在110KV以下的变电站：单母分段接线可靠性较高，任一段母线出现故障或需要检修都不影响供电，建议110KV、220KV、500KV、变电站采用单母线分段接线。二、直流系统额定电压在确定变电站直流系统额定电压时，应根据变电站的具体情况，找出影响直流电源系统额定电压选择的主要因素。以往设计的220KV及以下电压等级的变电站，大多数为带电磁操作机构的断路器，需要直流动力合闸电源，在这种情况下满足直流动力回路电压的要求，降低直流动力电缆的投资，成为影响直流电源系统额定电压选择的主要因素，因此，以往设计的变电站中多数采用了220V的直流电源系统。一般来说，当直流电压为220V时，若控制电缆在500m以内，电缆截面面积不大于4mm2;就不会给电缆的接线带来困难。当直流电压为110V时，若电缆长度超过250m，就要选用截面积为6mm2或10mm2的电缆，一般端子排只能连接截面面积不超过6mm的电缆芯，要连接截面积大的电缆芯就必须采取特殊的连接方式，这就给施工和维护带来困难；另外500KV变电站的控制对象多，距离远，电缆用量大，直流电压采用110V加大了控制电缆的截面面积，必须大幅度增加有色金属的消耗，增加了在控制电缆方面的投资。基于上述技术和经济上的考虑，在220～500KV变电站采用集中控制的情况下，直流电源的额定电压宜选220v若220KV变电站的规模小，控制电缆的单根长度较短和控制电缆的总量较小，或为全户内的220KV变电站的情况下，直流电源系统的额定电压采用110v是合理的。若500KV变电站采用500KV变电站在配电装置上设分控室，二次设备分散布置，在主控室和分控室中都设有独立的直流系统电源，则控制电缆的长度可大大缩短，满足控制回路电缆电压的要求不存在任何问题。此时，由于变电站的蓄电池组数多，所以降低每组蓄电池及其辅助设施的造价就显得尤为突出。在这种情况下变电站的直流电源系统的额定电压宜选110KV。根据本变电站的设计要求，本直流系统额定电压选用220KV。三、蓄电池充电设备选择变电站中广泛使用的充电装置主要为晶闸管整流充电装置和高频开关充电装置。表4-1列出了两类充电装置的技术指标。表4-1晶闸管整流充电装置与高频开关充电装置技术指标参数高频开关充电装置晶闸管整流充电装置交流电源电压(V)(1±10%)×380(1±10%)×380直流输出电压(V)（额定电压110V/220V）90～160/180～32080～160/180～320输出电流(A)5～3005～400工作频率(Hz)20000～50000050纹波系数(%)0.1～0.52稳压精度(%)±0.5±2稳流精度(%)±0.5±2动态响应(Ps)≦200≧100000噪音(dB)40～5060效率(%)90～9560～70功率因数0.90～0.950.7质量比0.11体积比0.21此外，模块化的高频开关充电装置还具有模块可独立运行、自动均流、自动限流、增容简单和维护方便等优点。第二节直流馈电网络发电厂（变电所）中，直流网络的供电原则如下：1、主控室，就地操作的主配电装置，各级电压的厂用配电装置和技术控制屏的控制信号回路，各自构成单独的双回路型网供电，正常时开环运行。2、各级电压配电装置的断路器合闸线圈，应单回路的环形供电。正常时开环运行。合闸电缆的截面和计算长度有关，对合闸电流较大的断路器的大型屋外配电装置的供电数量可加倍增加。3、事故照明网络由设在主控室的专用事故照明屏供电。对于只装有一组蓄电池的发电厂（变电所）设置一块事故照明屏，装有两组蓄电池的发电厂（变电所）。则设置两组事故照明屏。事故照明网络正常时由交流，事故时则自动切换至直流供电。4、其他直流用电设备，如通信备用电源，主控室经常照明及其电气试验室等负荷，一般用单回路供电。第三节直流系统方案拟定根据上述两节关于直流系统的概述及设计要求，确定长风小区220kV变电站直流系统方案如下：1、直流系统额定电压。由于该变电站220kV及110kV配电装置为室外布置，控制距离较长，为选用截面积较小的控制电缆以减少投资，直流系统额定电压采用220V。2、直流系统接线方式。采用单母线分段接线方式，正常运行时分段开关断开，以避免蓄电池组并列运行；系统中不设置端电池。3、蓄电池型式及组数。采用两组全容量GFM系列阀控式密闭铅酸蓄电池组，每段母线各配置一组，保证当一组蓄电池组因任何原因退出运行时，由另一组全容量蓄电池组承担全站直流负荷；另外，设置两组全容量蓄电池组使对蓄电池组的充放电试验不影响直流母线的正常工作，在很大程度上提高了系统的可靠性。4、充电装置型式及数量。采用模块化高频开关充电装置，每段母线各配置一台，共两台。5、通信电源。不设置专用的48V直流通信电源。故障期间不允许停电的通信设备由站用UPS供电，其余由交流市电供电，以简化直流系统，减少设备投资和维护成本。其余内容不在本设计考虑范围之内，故不列出。根据所确定的直流系统方案绘出长风小区220kV变电站直流系统接线图，见附图《长风小区220kV变电站直流系统图》。第四节直流系统的负荷统计直流系统的负荷按其供电特性可分为：经常负荷、事故负荷和冲击负荷。一、概念1、经常负荷：系指在所有运行状态下，由直流母线不间断供电的负荷。包括有：经常接入的继电器，信号灯，位置指示器和经常直流照明灯。一般来说，经常负荷在整个电流系统中的比重较小，且统计繁杂而又不准确，为简化计算，根据调查系统统计资料，将不同容量，不同机组及不同控制方式的变电站的经常负荷列表15-1,15-2（参见《电力工程设计手册2》），共设计参考。2、事故负荷：系指变电所失去交流电源，全所停电状态下，必须由直流系统供电的负荷，包括有：事故照明，汽机润滑油泵等。事故照明负荷的数值应根据机电台数，容量及整个变电所的具体情况而定，进行估算3、冲击负荷：断路器合闸电流，应考虑全所中合闸最大的一台断路器，或考虑常用备用电源自动投入时实际同时合闸的断路器的合闸电流总和，以大则作为计算值二、直流负荷统计1、经常负荷：根据变电所设计的类型及其总量，经查《电力工程设计手册2》得知本设计直流负荷为：2、事故负荷：系指发电厂或变电站失去交流电源，全厂或全所停电的情况下必须由直流系统供电的负荷。（1）事故照明负荷。参考《电力工程电气设计手册2》292页表24-9，事故照明负荷统计见表4-2。表4-2事故照明负荷统计照明场所计算功率(kW)主控制室2～3计算机室0.810kV室内配电装置2110kV室外配电装置1.5220kV室外配电装置2总计功率(kW)8.3～9.3电流(A)37.7～42.3（2）交流不间断电源。变电站专用交流不间断电源系统（UPS）主要用于电子计算机和微处理机、巡回检测装置、重要仪表、自动控制装置和通信系统中不允许交流电源中断的负荷。该UPS系统并不设置自己独立的蓄电池组，由站用交流系统和直流系统分别提供交流和直流电源，以便系统的统一管理和维护。系统中设置主、从两套UPS装置，正常工作时由主UPS向负荷供电；主UPS退出运行时由从UPS接替工作，主、从装置不考虑并列运行。参考《电力工程电气设计手册2》291页表24-7，交流不间断电源负荷统计见表4-3。表4-3交流不间断电源负荷统计负荷名称计算功率(kW)微处理机2～3调度通信负荷2总计功率(kW)4～5电流(A)18～22.83、冲击负荷系指断路器合闸时的短期冲击电流及此时母线所承受的负荷电流（包括经常与事故负荷）的总和。冲击负荷中的断路器合闸电流应考虑全厂（所）中合闸电流最大的一台断路器或考虑厂用备用电源自动投入时实际同时合闸的断路器合闸电流之和，以较大者作为计算值。当断路器合闸时间相差在0.25秒以上时，可不按同时合闸考虑。如只有线路自动重合闸的变电所只需考虑最大一台断路器的合闸电流。由于本变电站断路器采用液压或弹簧操作机构，分、合闸电流均较小，故冲击负荷主要考虑站内所有断路器同时分闸时的总电流。各电压等级断路器及其操作机构型号，分、合闸电流见表4-4：

表4-4断路器操作机构分、合闸电流断路器型号数量操作机构分闸线圈合闸线圈电流允许电压电流允许电压LW1-220/200220kV线路断路器5液压机构×32A65%～120%2.5A85%～110%SW4-110/1250110kV线路断路器34CT19BW/N1.75A65%～120%1.75A85%～110%VS1-12/T4000-5010kV馈线断路器39CT321.76A65%～120%1.76A80%～110%说明：操作机构工作电压通常有交、直流110V和220V等，但鉴于本设计直流系统额定电流为220V，上表所列分、合闸电流均为工作在直流220V时的电流。断路器分闸冲击电流Ifz=2×3×5+1.75×7+1.76×12=63.4(A)。三、事故负荷计算时间事故负荷的计算时间按以下原则考虑：（1）事故照明、氢冷发电机密封油泵、载波通信备用电源等负荷，对于与系统连接的发电厂，按一小时计算；对于孤立发电厂，按两小时计算。（2）汽机润滑油泵，对于高温、高压机组的发电厂按一小时计算；对于中温、中压机组的发电厂按半小时计算。（3）汽动油泵的润滑油泵和火焰监察冷却器按0.2小时计算。（4）交流不停电电源负荷按0.5小时计算。由于该变电站为市区内有人值守变电站，事故负荷均按1小时计算。

第五节直流系统的设备选择一、常用蓄电池的分类及其特点目前，常用的蓄电池主要分为三类，分别是普通蓄电池、干电池、免维护蓄电池三种1电池：普通蓄电池的极板是有铅和铅的氧化物构成，电解液是硫酸的水溶液。它的主要优点是电压稳定、价格便宜；缺点是比能低（既每公斤蓄电池储存的电能）、使用寿命和日常维护频繁。2蓄电池：它的全称是干式荷电铅酸蓄电池，它的主要特点是负极板有较高的储电能力，在完全干燥的情况下，能在两年保存所得到的电量，使用时，只需加入电解液，等过20-30分钟就可使用3护蓄电池：免维护蓄电池由于自身结构上的优势，电解液的消耗量非常小，在使用寿命内基本不需要补充蒸馏水。它还具有耐震、耐高温、体积小、自放电小的特点。使用寿命一般为普通蓄电池的两倍。市场上的免维护蓄电池也有两种：第一种在购买时一次性加电解液以后使用中不需要维护；另一种是电池本身出厂时就已经加好电解液并封死，用户根本就不能加补充液。由于免维护蓄电池采用铅钙合金栅架，充电时产生的分解量少，水分蒸发量低，加上外壳采用密封结构，释放出来的硫酸气体也很少，所以它与传统蓄电池相比，具有不需添加任何液体，对接线桩头，电线腐蚀少，抗过充电能力强，启动电流大，电量储存时间长等优点。小结：目前广泛应用的有铅酸维护蓄电池、普通铅酸蓄电池和碱性镍镉蓄电池三种。国内目前主要使用铅酸免维护蓄电池，因为其固有的免维护特性及对环境较少污染的特点，很适合用于性能可靠地太阳能电源系统，特别是无人值守的工作站。普通铅酸蓄电池由于经常维护及对环境污染较大，所以主要适用于有维护能力或抵挡场合使用。碱性镍镉蓄电池具有维护量及体积小等优点，寿命约7~10年。不过虽然他有较好的低温，过充、过放性能，但由于其价格较高，仅适用于较为特殊的场合。总体看，密封式铅酸蓄电池组，价格便宜，不需端电池，并且他在正常充放电运行时，处于密封状态，不会泄露电解液也不排放任何气体，不需要定期加水加酸，只需要定期中放电一次，基本上就是免维护了，目前使用最为广泛，因此在设计中我选择了密封式铅酸蓄电池。

二、蓄电池组选择（一）蓄电池的放电容量统计蓄电池的放电容量及其放电电流与放电时间有关，放电时间长，则允许输出电流小，而允许放电容量大；反之，则输出容量小，允许放电电流大。掌握这个规律就可根据不同的放电电流和时间来正确选择蓄电池的容量。一下所叙述的计算方法是按蓄电池组为浮充电运行方式考虑的。表4-5装有两组蓄电池容量为2×180MV变电站的直流负荷统计序号负荷名称负荷容量(KW)负荷电流（A）蓄电池容量经常负荷（A）事故负荷（A）最大冲击负荷（A）事故放电时间（A）事故放电容量（A）1经常负荷3.4615.715.715.7115.72事故照明9.342.32.3125.43UPS522.822.80.511.44断路器合闸电流63.463.4总计15.780.863.452.3（二）蓄电池组的容量应按下列两个条件确定；1．满足变电所事故全停电状态时的放电容量，实用上按下式计算；36(4-1)式中:———蓄电池的10小时放电容量（Ah）;———事故负荷电流(A)———单位容量蓄电池在放电假想时间内所允许的放电电流(A)==(4-2)式中：———事故负荷计算容量（Ah）;———可靠系数。一般取1.1。于是:=80.8A停电1小时:=80.8×1=80.8Ah∴==1.1h查《电力工程设计手册2》有关的曲线得=1.1h——→=16.6A将=16.6A代入（4-1）式，得36=175.23Ah(4-3)2．满足最大允许冲击电流:0.78(+)Ah式中———断电器最大合闸冲击电流0.78(80.8+63.4)=112.48Ah按上述两条件计算结果取其最大者作为蓄电池的选择容量，故选择方案按满足最大允许冲击电流来选选蓄电池容量根据计算结果；第一组蓄电池可选择GG——216(Ah)型或GGF——200(Ah)型蓄电池。GG——216(Ah)型蓄电池10小时放电容量为216AH(四)蓄电池数量n的确定蓄电池数量的选择，应保证直流母线电压在事故放电终了和充电末期维护在比受电设备电压高出5%的水平，对于220和110直流系统，u=230和115v对于变电所，事故放电末期每个电池电压u按1.95v计算=118个基本电池数由充电末期确定，在充电末期每个电池电压u为2.7v（发电厂与变电所相同）基本电池数为端电池数对于变电所=118-88=30个浮充电是连续在直流母线上的蓄电池数=107个式中；每个蓄电池在浮充电状态时的电压，取为2.15v故本直流电池系统设计蓄电池数量n取为107个三、充电装置容量选择直流输出容量是所有模块容量之和。各厂生产的模块不尽相同，但模块输出容量目前有以下几种规格：110V模块输出电流有10、20、30、40A；220V模块输出电流有5、10、20、25A。配置模块数量(n)按下式计算：n=经常负荷+0.1C10+1式中：C10——蓄电池额定容量。经常负荷+0.1C10=15.7+25.4+0.1×200=61.1(A)，采用额定输出直流电压为220V、电流15A的XPRM-22015型充电模块时，所需数量n=61.1/15=4；考虑冗余模块1个，共需5个模块。充电装置采用GZDW40-90/220高频开关型电力电源柜，其接线方式为单母线分段接线，控制、合闸母线合一；输出电流为90A，满配置6个XPRM-22015型充电模块，可配置300Ah蓄电池组两组。其它主要技术参数如下：交流输入输入交流电压380V±15%，无相序要求。直流输出输出直流电压：198V～286V；稳压精度：≦±0.5%；稳流精度：≦±0.5%；效率：≧94%；纹波系数：≦±0.1%；噪声：≦50dB（自冷），≦55dB（风冷）；充电模块间均流不平衡度：≦3%。保护功能交流输入空开过流保护；充电模块交流输入过流保护，过、欠压保护，直流输出限流保护；馈线输出空开过流保护；电池过流熔断保护。工作环境海拔高度不超过2000m；环境温度不低于-5℃，不高于+40℃。环境温度变化率不超过5℃/h。环境最大相对湿度不超过90%（相当于环境温度为20±5℃时）。其余技术参数略。第六节变电站直流系统运行及注意事项一、直流系统的运行方式1．原则要求《国家电网公司十八项电网重大反事故措施（试行）2005》第522条直流母线应采用分段运行方式，每段母线分别由独立的蓄电池组供电，并在两端直流母线之间设置联络开关，正常运行时该开关处于断开位置。第1331条；新，扩建或改造变电所直流系统的馈出网络应采用辐射状供电方式，不应采用环状供电方式。再用设备如采用环状供电方式的，应尽快改造成辐射状供电方式。2．在设计过程中应注意的几个相关问题A具有两组跳闸线圈的断路器（主要用于220千伏及以上系统），跳闸回路的电源来自不同的电流母线B具有保护双重化配置的出线，母线及变压器，保护电源应取自不同的直流母线C对于只有一套保护和断路器只有一个跳闸线圈的单元（一般用于110千伏及以电压等级变电所），其保护电源和断路器控制电源取应自同一直流母线。在这种情况下，高压断路器操作电源和保护工作电源可以共用一对熔断器，从而简化二次接线，提高可靠性D对于装设单套保护和单跳闸线圈断路器的控制保护单元，上级断路器和保护与下一级断路器和保护的电源应取自不同的直流母线。二、在变电所应注意的几个问题1直流母线在正常运行和改变运行方式中，严禁脱开蓄电池组。2分裂运行的两条直流母线并列前，应检查两条母线电压基本一致（有效值差小于1v）3整流装置的检查结束恢复运行时，应先合交流则开关，再带直流负荷。4两组蓄电池的直流系统，不得长期并列运行。由一组蓄电池通过并解裂接带另一组蓄电池的直流负荷时，禁止在两侧系统都存在接地故障下进行。5分裂运行的两条直流并列后，应将其中一个直流绝缘监察装置的固定接地点断开。三、结论本章主要研究了二个问题1.电所直流电源系统的主要构成，对各部分构成的特点进行详细的阐述；2.系统工作原理作了简要说明;3.重点说明了整个系统的设计原则，对系统设计原则从直流操作回路设计规则及其他相关的设计规则进行了深入阐述，对变电所直流电源系统从整体的角度进行说明;

结论在各位老师的悉心指导下，经过几个月的努力，我终于完成了长风校区变电站的毕业任务。本所的设计包括电气一次系统和电气二次系统中的主要部分。变电站设计以实际工程技术水平为基础，以虚拟的变电站资料为背景，从原始资料的分析做起，内容涵盖《发电厂电气部分》、《电力系统分析》、《继电保护原理》等电气工程自动化本科教育期间的主要专业课。通过设计，使我们将书本上的知识融入到工程设计的实际应用中去。拉近了理论与实际的距离，同时也为今后走向工作岗位奠定了基础。这次设计中，我们主要是围绕220KV枢纽变电站进行设计的。开始，我们对变电站的属性进行，拟定主接线方案；接着，对所选方案进行分析，选出最佳者。通过短路电流计算，选出合适的电气设配。最后