变电所一次部分计算机辅助设计系统

    1　前言

    电力系统是国民经济的重要能源部门，而变电所的设计是电力工业建设中必不可少的一个项目。由于变电所的设计内容多、范围广、逻辑性强，因此要求设计者有较高的专业水平，并熟悉各种设计规程和设计原理，工作量比较大，探求用计算机实现变电所的辅助设计是非常必要的。

    为了给用户提供一个使用方便、界面友好、简单易学的软件，我们采用VB6.0作为开发工具，VB是一种可视化、面向对象的Windows开发语言，具有强大的数据管理功能，使整个软件的开发有一个良好环境。

    2　设计内容

    变电所一次部分的设计内容多、范围广，不同电压等级、不同类型、不同性质负荷的变电所设计时所侧重的方面是不一样的。设计过程中要针对变电所的规模和形式，具体问题具体分析。本文所阐述的辅助设计系统主要完成变电所一次部分设计中涉及计算的主要内容，包括以下几个方面：

    (1)主变压器选择：

    主变压器选择包括容量、台数和类型的选择。

    主变压器容量必须满足网络中各种可能运行方式时最大负荷的需要，考虑到负荷的发展，主变压器的容量应根据电力系统5～10年的发展规划进行选择，并考虑变压器允许的正常过负荷能力。因此首先计算变电所各用户的计算负荷，然后计算变电所设计当年的计算负荷，最后计算计及负荷增长的变电所最大计算负荷，据此选择变压器的容量。

    主变压器台数的选择可考虑如下：电力负荷季节性很强，适宜于采用经济运行方式的变电所，可装设两台等容量或不等容量的主变压器；变电所有重要负荷，应采用两台变压器；除上述两种情况外，一般变电所设置一台主变压器。

    农村变电所一般多采用双绕组三相变压器。对于电压偏移较大的变电所可采用有载调压变压器。容量较大的110kV及以上电压等级的变电所，为满足不同电压等级用户的要求，可采用三绕组变压器。

    （2）主接线方案的拟定：

    电气主接线是变电所电气设计的首要部分，根据设计任务书的要求，可拟定若干个主接线方案。因为对电源和出线回路数、电压等级、变压器台数、容量及母线结构等考虑的不同，会出现多种接线方案（近期和远期）。应根据对主接线的基本要求，从技术上论证各方案的优缺点，淘汰一些明显不合理的方案，再进行可靠性定量分析计算比较，最后获得技术上最优的2～3个主接线方案。

    （3）主接线经济比较：

    对符合设计要求和技术上先进的2～3个方案进行经济计算，以确定最佳方案。经济计算是计算各种主接线方案的费用，包括设备综合投资和年运行费用两部分，然后做经济效益对比。其具体方法是：求出各方案的综合投资Z和年运行费Fn之后，采用偿还年限法（农村变电所的标准偿还年限是5年）或最小费用法确定最佳方案。对于农村变电所，由于其建设工期较短，一般采用静态比较法。

    （4）短路电流的计算：

    在计算短路电流时，电力系统应处于最大运行方式，还要考虑到变电所计划发展的最终容量，并合理地确定短路计算点和正确地估计短路时间。

   （5）电气设备的选择：

    必须按正常运行条件即额定电压和额定电流进行选择，并且按短路条件校验其热稳定和动稳定。

   （6）配电装置尺寸的确定和校验：

    配电装置是按主接线要求由开关设备、保护电器、测量仪表、母线和必要的辅助设备等组成。配电装置的整个结构尺寸，是综合考虑设备外形尺寸、检修和运输的安全距离等因素而决定的，它必须满足配电装置安全净距的要求。

    （7）防雷接地系统：

    根据变电所规模和所处地理位置的雷电活动情况选择避雷器和避雷针。在布置变电所接地装置时，首先应保证无论施工或运行，在任何季节接地电阻都应不大于允许值；同时保证工作区域内电位分布较均匀，以使接触电压和跨步电压在安全值以下；另外应充分利用自然接地体，以便降低工程造价。

    3　功能实现

    程序的设计采用窗口形式。分为主窗口和辅窗口，两个窗口的结构形式类似，都采用菜单形式但功能不同。主窗口完成主变压器选择、主接线拟定、主接线经济比较、短路电流计算和电气设备选择。辅窗口完成配电装置尺寸的确定和校验以及防雷接地系统设计。主窗口共有七个主菜单项，功能框图如图1所示。图中"设备选择"菜单项所含的子菜单项包括所有的电气设备，如断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等，具体选择时前面所拟订的主接线相对应。"汇总表"菜单项是对前面工作的总结，可完成主接线和设备参数表的打印输出。"其它"菜单项是软件说明及使用帮助等内容。由于变电所一次部分设计内容是逐次递进的，所以各模块的执行顺序有一定的约束关系，即只有在前一项内容完成后才能进入下一项工作。例如只有主变压器选择菜单项所包含的全部子菜单项完成以后，才能进行主接线选择菜单项的内容。

    图1　主窗口的功能框图

    该系统根据用户输入的原始数据（包括负荷、负荷年递增率、网损率、发展年限、同时系数和需用系数）求变电所的计算负荷，然后确定变压器的容量，并在静态数据库中初选变压器的型号（如果后面的计算结果不满足设计规程的规定，还可重选变压器），主变压器的选择界面如图2所示。然后根据回路数和电压等级以及负荷性质拟定主接线方案，并作可靠性分析，通过经济比较最终确定主接线。进而根据主接线绘制等效网络图，选择短路计算点，计算系统在最大和最小方式下的短路电流，按照正常工作条件和短路条件对主接线中的各个电气设备进行选择和校验。如果校验合格，则输出结果；否则提示重新选择。其程序框图如图3所示。

    图2　主变压器选择界面

    图3　主程序框图

    该系统采用静态数据库和动态数据库两种形式。静态数据库用于存放各种电气设备的技术参数，包括主变压器型号库、基本接线形式库、开关设备库、电压互感器库、电流互感器库等。技术不断进步，电气设备的型号也不断更新，因此用户可以随时增加和删除记录。动态数据库用来记录、传送中间结果和存放设置信息，系统关闭后，动态数据库的信息全部消失。

    4　结束语

    变电所设计工作是一项复杂、耗时的工作，涉及多方面的工程知识。计算机辅助设计系统，它为工程设计人员提供一个界面友好的设计环境，使用方便，计算结果准确，可以大大缩短设计周期。