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    1 前言

    電力系統是國民經濟的重要能源部門，而變電所的設計是電力工業建設中必不可少的一個項目。由于變電所的設計內容多、范圍廣、邏輯性強，因此要求設計者有較高的專業水平，并熟悉各種設計規程和設計原理，工作量比較大，探求用計算機實現變電所的輔助設計是非常必要的。

    為了給用戶提供一個使用方便、界面友好、簡單易學的軟件，我們采用VB6.0作為開發工具，VB是一種可視化、面向對象的Windows開發語言，具有強大的數據管理功能，使整個軟件的開發有一個良好環境。

    2 設計內容

    變電所一次部分的設計內容多、范圍廣，不同電壓等級、不同類型、不同性質負荷的變電所設計時所側重的方面是不一樣的。設計過程中要針對變電所的規模和形式，具體問題具體分析。本文所闡述的輔助設計系統主要完成變電所一次部分設計中涉及計算的主要內容，包括以下幾個方面：

    (1)主變壓器選擇

    主變壓器選擇包括容量、臺數和類型的選擇。

    主變壓器容量必須滿足網絡中各種可能運行方式時最大負荷的需要，考慮到負荷的發展，主變壓器的容量應根據電力系統5～10年的發展規劃進行選擇，并考慮變壓器允許的正常過負荷能力。因此首先計算變電所各用戶的計算負荷，然后計算變電所設計當年的計算負荷，最后計算計及負荷增長的變電所最大計算負荷，據此選擇變壓器的容量。

    主變壓器臺數的選擇可考慮如下：電力負荷季節性很強，適宜于采用經濟運行方式的變電所，可裝設兩臺等容量或不等容量的主變壓器；變電所有重要負荷，應采用兩臺變壓器；除上述兩種情況外，一般變電所設置一臺主變壓器。

    農村變電所一般多采用雙繞組三相變壓器。對于電壓偏移較大的變電所可采用有載調壓變壓器。容量較大的110kV及以上電壓等級的變電所，為滿足不同電壓等級用戶的要求，可采用三繞組變壓器。

    (2)主接線方案的擬定

    電氣主接線是變電所電氣設計的首要部分，根據設計任務書的要求，可擬定若干個主接線方案。因為對電源和出線回路數、電壓等級、變壓器臺數、容量及母線結構等考慮的不同，會出現多種接線方案（近期和遠期）。應根據對主接線的基本要求，從技術上論證各方案的優缺點，淘汰一些明顯不合理的方案，再進行可靠性定量分析計算比較，最后獲得技術上最優的2～3個主接線方案。

    (3)主接線經濟比較

    對符合設計要求和技術上先進的2～3個方案進行經濟計算，以確定最佳方案。經濟計算是計算各種主接線方案的費用，包括設備綜合投資和年運行費用兩部分，然后做經濟效益對比。其具體方法是：求出各方案的綜合投資Z和年運行費Fn之后，采用償還年限法（農村變電所的標準償還年限是5年）或最小費用法確定最佳方案。對于農村變電所，由于其建設工期較短，一般采用靜態比較法。

    (4)短路電流的計算

    在計算短路電流時，電力系統應處于最大運行方式，還要考慮到變電所計劃發展的最終容量，并合理地確定短路計算點和正確地估計短路時間。

    (5)電氣設備的選擇

    必須按正常運行條件即額定電壓和額定電流進行選擇，并且按短路條件校驗其熱穩定和動穩定。

    (6)配電裝置尺寸的確定和校驗

    配電裝置是按主接線要求由開關設備、保護電器、測量儀表、母線和必要的輔助設備等組成。配電裝置的整個結構尺寸，是綜合考慮設備外形尺寸、檢修和運輸的安全距離等因素而決定的，它必須滿足配電裝置安全凈距的要求。

    (7)防雷接地系統

    根據變電所規模和所處地理位置的雷電活動情況選擇避雷器和避雷針。在布置變電所接地裝置時，首先應保證無論施工或運行，在任何季節接地電阻都應不大于允許值；同時保證工作區域內電位分布較均勻，以使接觸電壓和跨步電壓在安全值以下；另外應充分利用自然接地體，以便降低工程造價。

    3 功能實現

    程序的設計采用窗口形式。分為主窗口和輔窗口，兩個窗口的結構形式類似，都采用菜單形式但功能不同。主窗口完成主變壓器選擇、主接線擬定、主接線經濟比較、短路電流計算和電氣設備選擇。輔窗口完成配電裝置尺寸的確定和校驗以及防雷接地系統設計。主窗口共有七個主菜單項，功能框圖如圖1所示。圖中"設備選擇"菜單項所含的子菜單項包括所有的電氣設備，如斷路器、隔離開關、電壓互感器、電流互感器等，具體選擇時前面所擬訂的主接線相對應。"匯總表"菜單項是對前面工作的總結，可完成主接線和設備參數表的打印輸出。"其它"菜單項是軟件說明及使用幫助等內容。由于變電所一次部分設計內容是逐次遞進的，所以各模塊的執行順序有一定的約束關系，即只有在前一項內容完成后才能進入下一項工作。例如只有主變壓器選擇菜單項所包含的全部子菜單項完成以后，才能進行主接線選擇菜單項的內容。

圖1　主窗口的功能框圖

    該系統根據用戶輸入的原始數據（包括負荷、負荷年遞增率、網損率、發展年限、同時系數和需用系數）求變電所的計算負荷，然后確定變壓器的容量，并在靜態數據庫中初選變壓器的型號（如果后面的計算結果不滿足設計規程的規定，還可重選變壓器），主變壓器的選擇界面如圖2所示。然后根據回路數和電壓等級以及負荷性質擬定主接線方案，并作可靠性分析，通過經濟比較最終確定主接線。進而根據主接線繪制等效網絡圖，選擇短路計算點，計算系統在最大和最小方式下的短路電流，按照正常工作條件和短路條件對主接線中的各個電氣設備進行選擇和校驗。如果校驗合格，則輸出結果；否則提示重新選擇。其程序框圖如圖3所示。

圖2　主變壓器選擇界面

圖3　主程序框圖

    該系統采用靜態數據庫和動態數據庫兩種形式。靜態數據庫用于存放各種電氣設備的技術參數，包括主變壓器型號庫、基本接線形式庫、開關設備庫、電壓互感器庫、電流互感器庫等。技術不斷進步，電氣設備的型號也不斷更新，因此用戶可以隨時增加和刪除記錄。動態數據庫用來記錄、傳送中間結果和存放設置信息，系統關閉后，動態數據庫的信息全部消失。

    4 結束語

    變電所設計工作是一項復雜、耗時的工作，涉及多方面的工程知識。計算機輔助設計系統，它為工程設計人員提供一個界面友好的設計環境，使用方便，計算結果準確，可以大大縮短設計周期。