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    1 前言

    電力系統(tǒng)是國民經(jīng)濟(jì)的重要能源部門，而變電所的設(shè)計(jì)是電力工業(yè)建設(shè)中必不可少的一個(gè)項(xiàng)目。由于變電所的設(shè)計(jì)內(nèi)容多、范圍廣、邏輯性強(qiáng)，因此要求設(shè)計(jì)者有較高的專業(yè)水平，并熟悉各種設(shè)計(jì)規(guī)程和設(shè)計(jì)原理，工作量比較大，探求用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)變電所的輔助設(shè)計(jì)是非常必要的。

    為了給用戶提供一個(gè)使用方便、界面友好、簡單易學(xué)的軟件，我們采用VB6.0作為開發(fā)工具，VB是一種可視化、面向?qū)ο蟮腤indows開發(fā)語言，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理功能，使整個(gè)軟件的開發(fā)有一個(gè)良好環(huán)境。

    2 設(shè)計(jì)內(nèi)容

    變電所一次部分的設(shè)計(jì)內(nèi)容多、范圍廣，不同電壓等級、不同類型、不同性質(zhì)負(fù)荷的變電所設(shè)計(jì)時(shí)所側(cè)重的方面是不一樣的。設(shè)計(jì)過程中要針對變電所的規(guī)模和形式，具體問題具體分析。本文所闡述的輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要完成變電所一次部分設(shè)計(jì)中涉及計(jì)算的主要內(nèi)容，包括以下幾個(gè)方面：

    (1)主變壓器選擇

    主變壓器選擇包括容量、臺數(shù)和類型的選擇。

    主變壓器容量必須滿足網(wǎng)絡(luò)中各種可能運(yùn)行方式時(shí)最大負(fù)荷的需要，考慮到負(fù)荷的發(fā)展，主變壓器的容量應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)5～10年的發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行選擇，并考慮變壓器允許的正常過負(fù)荷能力。因此首先計(jì)算變電所各用戶的計(jì)算負(fù)荷，然后計(jì)算變電所設(shè)計(jì)當(dāng)年的計(jì)算負(fù)荷，最后計(jì)算計(jì)及負(fù)荷增長的變電所最大計(jì)算負(fù)荷，據(jù)此選擇變壓器的容量。

    主變壓器臺數(shù)的選擇可考慮如下：電力負(fù)荷季節(jié)性很強(qiáng)，適宜于采用經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的變電所，可裝設(shè)兩臺等容量或不等容量的主變壓器；變電所有重要負(fù)荷，應(yīng)采用兩臺變壓器；除上述兩種情況外，一般變電所設(shè)置一臺主變壓器。

    農(nóng)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(diào)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(shè)計(jì)的首要部分，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，可擬定若干個(gè)主接線方案。因?yàn)閷﹄娫春统鼍€回路數(shù)、電壓等級、變壓器臺數(shù)、容量及母線結(jié)構(gòu)等考慮的不同，會(huì)出現(xiàn)多種接線方案（近期和遠(yuǎn)期）。應(yīng)根據(jù)對主接線的基本要求，從技術(shù)上論證各方案的優(yōu)缺點(diǎn)，淘汰一些明顯不合理的方案，再進(jìn)行可靠性定量分析計(jì)算比較，最后獲得技術(shù)上最優(yōu)的2～3個(gè)主接線方案。

    (3)主接線經(jīng)濟(jì)比較

    對符合設(shè)計(jì)要求和技術(shù)上先進(jìn)的2～3個(gè)方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)計(jì)算，以確定最佳方案。經(jīng)濟(jì)計(jì)算是計(jì)算各種主接線方案的費(fèi)用，包括設(shè)備綜合投資和年運(yùn)行費(fèi)用兩部分，然后做經(jīng)濟(jì)效益對比。其具體方法是：求出各方案的綜合投資Z和年運(yùn)行費(fèi)Fn之后，采用償還年限法（農(nóng)村變電所的標(biāo)準(zhǔn)償還年限是5年）或最小費(fèi)用法確定最佳方案。對于農(nóng)村變電所，由于其建設(shè)工期較短，一般采用靜態(tài)比較法。

    (4)短路電流的計(jì)算

    在計(jì)算短路電流時(shí)，電力系統(tǒng)應(yīng)處于最大運(yùn)行方式，還要考慮到變電所計(jì)劃發(fā)展的最終容量，并合理地確定短路計(jì)算點(diǎn)和正確地估計(jì)短路時(shí)間。

    (5)電氣設(shè)備的選擇

    必須按正常運(yùn)行條件即額定電壓和額定電流進(jìn)行選擇，并且按短路條件校驗(yàn)其熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定。

    (6)配電裝置尺寸的確定和校驗(yàn)

    配電裝置是按主接線要求由開關(guān)設(shè)備、保護(hù)電器、測量儀表、母線和必要的輔助設(shè)備等組成。配電裝置的整個(gè)結(jié)構(gòu)尺寸，是綜合考慮設(shè)備外形尺寸、檢修和運(yùn)輸?shù)陌踩嚯x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(tǒng)

    根據(jù)變電所規(guī)模和所處地理位置的雷電活動(dòng)情況選擇避雷器和避雷針。在布置變電所接地裝置時(shí)，首先應(yīng)保證無論施工或運(yùn)行，在任何季節(jié)接地電阻都應(yīng)不大于允許值；同時(shí)保證工作區(qū)域內(nèi)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(yīng)充分利用自然接地體，以便降低工程造價(jià)。

    3 功能實(shí)現(xiàn)

    程序的設(shè)計(jì)采用窗口形式。分為主窗口和輔窗口，兩個(gè)窗口的結(jié)構(gòu)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(jīng)濟(jì)比較、短路電流計(jì)算和電氣設(shè)備選擇。輔窗口完成配電裝置尺寸的確定和校驗(yàn)以及防雷接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)。主窗口共有七個(gè)主菜單項(xiàng)，功能框圖如圖1所示。圖中"設(shè)備選擇"菜單項(xiàng)所含的子菜單項(xiàng)包括所有的電氣設(shè)備，如斷路器、隔離開關(guān)、電壓互感器、電流互感器等，具體選擇時(shí)前面所擬訂的主接線相對應(yīng)。"匯總表"菜單項(xiàng)是對前面工作的總結(jié)，可完成主接線和設(shè)備參數(shù)表的打印輸出。"其它"菜單項(xiàng)是軟件說明及使用幫助等內(nèi)容。由于變電所一次部分設(shè)計(jì)內(nèi)容是逐次遞進(jìn)的，所以各模塊的執(zhí)行順序有一定的約束關(guān)系，即只有在前一項(xiàng)內(nèi)容完成后才能進(jìn)入下一項(xiàng)工作。例如只有主變壓器選擇菜單項(xiàng)所包含的全部子菜單項(xiàng)完成以后，才能進(jìn)行主接線選擇菜單項(xiàng)的內(nèi)容。

圖1　主窗口的功能框圖

    該系統(tǒng)根據(jù)用戶輸入的原始數(shù)據(jù)（包括負(fù)荷、負(fù)荷年遞增率、網(wǎng)損率、發(fā)展年限、同時(shí)系數(shù)和需用系數(shù)）求變電所的計(jì)算負(fù)荷，然后確定變壓器的容量，并在靜態(tài)數(shù)據(jù)庫中初選變壓器的型號（如果后面的計(jì)算結(jié)果不滿足設(shè)計(jì)規(guī)程的規(guī)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(jù)回路數(shù)和電壓等級以及負(fù)荷性質(zhì)擬定主接線方案，并作可靠性分析，通過經(jīng)濟(jì)比較最終確定主接線。進(jìn)而根據(jù)主接線繪制等效網(wǎng)絡(luò)圖，選擇短路計(jì)算點(diǎn)，計(jì)算系統(tǒng)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(gè)電氣設(shè)備進(jìn)行選擇和校驗(yàn)。如果校驗(yàn)合格，則輸出結(jié)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(tǒng)采用靜態(tài)數(shù)據(jù)庫和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫兩種形式。靜態(tài)數(shù)據(jù)庫用于存放各種電氣設(shè)備的技術(shù)參數(shù)，包括主變壓器型號庫、基本接線形式庫、開關(guān)設(shè)備庫、電壓互感器庫、電流互感器庫等。技術(shù)不斷進(jìn)步，電氣設(shè)備的型號也不斷更新，因此用戶可以隨時(shí)增加和刪除記錄。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫用來記錄、傳送中間結(jié)果和存放設(shè)置信息，系統(tǒng)關(guān)閉后，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫的信息全部消失。

    4 結(jié)束語

    變電所設(shè)計(jì)工作是一項(xiàng)復(fù)雜、耗時(shí)的工作，涉及多方面的工程知識。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，它為工程設(shè)計(jì)人員提供一個(gè)界面友好的設(shè)計(jì)環(huán)境，使用方便，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確，可以大大縮短設(shè)計(jì)周期。