负荷计算及主变压器的选择

第二章负荷计算及主变压器的选择2.1 负荷的原始资料变电所为110kV城郊变电所，有三个电压等级，高压为110kV，中压为35kV，低压为10kV。

变电所建成后主要对本地区的工业和生活供电，并同其他地区连成环网。

为选择主变压器，确定变压器各电压等级出线侧的最大持续电流，首先计算各电压等级侧的负荷，包括站用电负荷（动力负荷和照明负荷）、10kV侧负荷、35kV侧负荷和110kV侧负荷。

其中，ⅠⅡ类用户占60﹪。

2.1.1110kV侧负荷资料110kV侧有2回出线，最大一回出线负荷为30000KV A，每回出线长度为10km，负荷功率因数cosϕ取0.8。

110kV侧最大负荷为41.8MW，则110kV侧用户负荷为41.8/0.8=52.25MV A。

2.1.235kV侧负荷资料35kV侧有4回出线，最大一回出线负荷为5000KV A，负荷功率因数cosϕ取0.9。

35kV 侧最大负荷为12.40MW，则35kV侧用户负荷为12.40/0.9=13.8MV A。

2.1.310kV侧负荷资料10kV侧有16回出线，最大一回出线负荷为5000KV A，负荷功率因数cosϕ取0.85。

10kV侧最大负荷为26.3MW，则10kV侧用户负荷为26.3/0.85=30.9MV A。

2.1.4变电站的气候与地理条件该地区最高气温42 o C，最低气温-15 o C，平均气温20 o C，最高月平均气温为30o C，最低月平均气温为-8o C，覆冰5mm，海拔高度小于1000m，最多风向为西南、西北，地耐力为2kg/cm，地震级8级以下，周围环境无易燃及明显污秽。

2.2 变电所计算负荷的确定计算负荷是供电设计计算的基本依据，计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。

如计算负荷确定过大，将使电器和导线选得过大，造成投资和有色金属的消耗浪费，如计算负荷确定过小又将使电器和导线电缆处子过早老化甚至烧毁，造成重大损失，由此可见正确确定计算负荷重要性。

2.2.1 负荷计算的要求电力系统设计时，必须具备确定的电力负荷水平，电力负荷发展水平，一般以今后5-10年中的某一年的负荷作为设计水平，而今后10-15年中的某一年的负荷作为远景水平年。

本次设计考虑5-10年规划。

2.2.2 负荷计算的方法目前负荷计算的常用方法有需要系数法、二项式法和利用系数法。

需要系数法比较简单因而广泛使用，但当用电设备台数少而功率相差悬殊时，需要系数法的计算结果往往偏小，较适用于计算变、配电所的负荷；二项式法是考虑用电设备和大容量用电设备对计算负荷影响的经验公式，它适用于确定台数较少而容量差别较大的低干线和分支线的计算负荷；利用系数法以概率论为理论基础，分析所用用电设备在工作时的功率叠加曲线而得到的参数为依据来确定计算负荷，计算结果接近实际负荷，但计算方法复杂。

本文选择负荷计算的方法为需要系数法。

需要系数法负荷计算公式： 1.有功计算负荷为js d e P K P =∑ （公式2-1） 式中 js P ——有功计算负荷，单位为kW ；∑e P ——所有用电设备组的设备额定容量之和，但不包括备用设备容量，单位为kW ；d K ——用电设备组的需要系数（110kV 侧d K 取0.9，35kV 侧取0.85，10kV 侧取0.8） 。

2.无功计算负荷为js Q =js P tan ϕ （公式2-2） 式中 js Q ——无功计算负荷，单位为kvar ；tan ϕ ——对应于用电设备组功率因数cos ϕ的正切值。

3.视在计算负荷为js S =js P cos ϕ（公式2-3）式中 js S ——视在计算负荷，单位为kV A 。

4.计算电流为js I =S （公式2-4）式中 js I ——计算电流，单位为A ；N U ——用电设备额定电压，单位为kV 。

2.2.3 110kV 侧的计算负荷 110kV 侧的总计算负荷为:52200kV A 即：js110S =52.2MV A 2.2.4 35kV 侧的计算负荷 35kV 侧的总计算负荷为:13800kV A 即：js35S =13.82 MV A 2.2.5 10kV 侧的计算负荷10kV 侧的总计算负荷为:30900kV A即：js10S =30.9 MV A2.2.6 变电所的最大计算负荷S js = S js35+ S js10=13.82+30.9=44.72MV A 110kV 城郊变电所负荷计算表如下：表2.1 110kV 城郊变电所负荷计算表2.3 主变压器的选择在各级电压等级的变电站中，变压器是变电站中的主要电气设备之一，其担任着向用户输送功率，或者两种电压等级之间交换功率的重要任务，同时兼顾电力系统负荷增长情况，合理选择，否则，将造成经济技术上的不合理。

主变压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。

它的确定除依据传递容量基本原始资料外，还应根据电力系统5～10年发展规划，输送功率大小，馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。

2.3.1 变压器类型的选择一般正常环境的变电所，可选油浸式变压器，企鹅应优先选用SL11等系列低损耗电力变压器。

在多尘或有腐蚀性气体严重影响变压器安全运行的场所，应选用防尘型或着防腐型变压器。

供电电压偏低或电压波动严重而用电设备对电压质量又要求较高的场所，可选用有载调压型变压器，如SZ系列配有载调压开关的变压器。

2.3.2 主变压器的选择原则1）相数容量为300MW及以下机组单元接线的变压器和330kv及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。

因为单相变压器组相对投资大，占地多，运行损耗也较大。

同时配电装置结构复杂，也增加了维修工作量。

2）绕组数与结构电力变压器按每相的绕组数为双绕组、三绕组或更多绕组等型式；按电磁结构分为普通双绕组、三绕组、自耦式及低压绕组分裂式等型式。

在发电厂或变电站中采用三绕组变压器一般不多于3台，以免由于增加了中压侧引线的构架，造成布置的复杂和困难。

3）绕组接线组别变压器三绕组的接线组别必须和系统电压相位一致。

否则，不能并列运行。

电力系统采用的绕组连接有星形“Y”和三角形“D”。

在发电厂和变电站中，一般考虑系统或机组的同步并列以要求限制3次谐波对电源等因素。

根据以上原则，主变一般是Y，D11常规接线。

4）调压方式为了保证发电厂或变电站的供电质量，电压必须维持在允许范围内，通过主变的分接开关切换，改变变压器高压侧绕组匝数。

从而改变其变比，实现电压调整。

切换方式有两种：一种是不带电切换，称为无激磁调压。

另一种是带负荷切换，称为有载调压。

通常，发电厂主变压器中很少采用有载调压。

因为可以通过调节发电机励磁来实现调节电压，对于220kv及以上的降压变压器也仅在电网电压有较大变化的情况时使用，一般均采用无激磁调压，分接头的选择依据具体情况定。

5）冷却方式电力变压器的冷却方式随变压器型式和容量不同而异，一般有自然风冷却、强迫风冷却、强迫油循环水冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却。

2.3.3 主变压器的选择原则变压器台数要依据以下原则选择：（1）为满足负荷对供电可靠性的要求，根据负荷等级确定变压器台数，对具有大量一、二级负荷或只有大量二级负荷，宜采用两台及以上变压器，当一台故障或检修时，另一台仍能正常工作。

（2）负荷容量大而集中时，虽然负荷只为三级负荷，也可采用两台及以上变压器。

（3）对于季节负荷或昼夜负荷变化比较大时，从供电的经济性角度考虑；为了方便、灵活地投切变压器，也可以选择两台变压器。

2.3.4 主变压器的选择原则主变压器容量必须满足电网中各种可能的运行方式时的最大负荷的需要，并且要考虑到负荷的发展规划，使所选变压器容量切合实际的需要。

如果主变压器容量造的过大，台数过多，不仅增加投资，扩大占地面积，而且会增加损耗，给运行和检修带来不便，设备亦未能充分发挥效益；若容量选得过小，可能使变压器长期在过负荷中运行，影响主变压器的寿命和电力系统的稳定性。

因此，确定合理的变压器的容量是变电站安全可靠供电和网络经济运行的保证。

根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变的容量，对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台主变停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷，对一般变电所，当一主变停运时，其他变电器容量应能保证全部负荷的70％-80％。

所以，这里应该选择两台容量略小于最大计算负荷的变压器。

根据我国变压器运行的实际条件、实践经验，并参考国外的实践经验，Se按下式进行选择较为合适：S≥0.70×Sjs （公式2-5）变压器的额定容量：NS——主变压器的额定容量，KV AN即：S≥0.70×44.72MV A= 31.23MV A=31230KV AN主变压器选用具有低损耗、低噪音、检修周期长等性能的产品。

可选择SFPS7-180000/2200(kV A)型变压器技术数据见下表2-2：当一台主变不能正常工作时，只有一台主变工作且满载则，S=31500KVA,占总负荷的1百分比为31.5/44.72=70.4%，满足要求。

第三章主接线设计方案变电所电气主接线设计是依据变电所的最高电压等级和变电所的性质，选择出一种与变电所在系统中的地位和作用相适应的接线方式。

变电所的电气主接线是电力系统接线的重要组成部分。

它表明变电所内的变压器、各电压等级的线路、无功补偿设备最优化的接线方式与电力系统连接，同时也表明在变电所内各种电气设备之间的连接方式。

一个变电所的电气主接线包括高压侧、中压侧、低压侧以及变压器的接线。

因各侧所接的系统情况不同，进出线回路数不同，其接线方式也不同。

应本着具体问题具体分析的原则，根据变电站在电力系统中的地位和作用、负荷性质、出线回路数、设备特点、周围环境及变电站规划容量等条件和具体情况，在满足供电可靠性、功能性、具有一定灵活性、拥有一定发展裕度的前提下，尽量选择经济、简单实用的电气主接线。

电力网络的复杂性和多样性决定了我们不能教条地选择。

3.1 电气主接线设计的基本要求一、可靠性：安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠和电能质量是对主接线最基本要求，而且也是电力生产和分配的首要要求。

主接线可靠性的具体要求：1.断路器检修时，不宜影响对系统的供电。

2.断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要求保证对一级负荷全部和大部分二级负荷的供电。

3.尽量避免变电所全部停运的可靠性。

二、灵活性：主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。

1.为了调度的目的，可以灵活地操作，投入或切除某些变压器及线路，调配电源和负荷能够满足系统在事故运行方式，检修方式以及特殊运行方式下的调度要求。