枢纽变电站电气主接线系统设计书.docx
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枢纽变电站电气主接线系统设计书
枢纽变电站电气主接线系统设计书
第一章分析原始资料
此次课程设计的题目是设计枢纽变电站电气主接线，，利用小时数为6500小时/年，按照规划要求该枢纽变电站包括500KV、220KV、110KV三个电压等级，其中：
1、500KV：
进线4回，与其他变电所的联络线2回，基准容量为
100MVA，此时系统归算到500KV母线上系统电抗标幺值为0.11。
2、220KV：
出线8回，最大负荷为400MW，最小负荷为300MW，=0.85，=4500h/a。
3、35KV：
出线6回，最大负荷为200MW，最小负荷为150MW，=0.80=4000h/a。
4、后备保护时间，主动保护时间0.1s
5、站用变按2考虑。
第二章电气接线方案设计
2.1概述
变电站电气主接线指的是变电站中汇集、分配电能的电路，通常称为变电站一次接线，是由变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线、避雷器等电气设备按照一定顺序连接而成的。
电气主接线是整个变电站电气部分的主干，电气主接线方案的选定对变电站电气设备的选择、现场布置、保护与控制所采取的方式，运行的可靠性、灵活性、经济性，检修、运行维护的安全性等，都有直接影响。
因此，选择优化的电气接线方式，具有特别重要的意义。
2.2变电站各电压等级主接线选择
1、500KV电压等级主接线基本形式选择
采用一台半断路器接线方式：
500KV枢纽变电站在电力系统中的地位极为重要，其安全可靠运行将直接影响整个系统的安全稳定运行，因此对500KV变电站可靠性要求较高。
根据原始资料分析，查阅相关资料，目前我国500KV变电站的电气接线广泛参用一台半断路器接线方式，一台半断路器接线方式采用多环路供电，可靠性高，为了使500KV变电站可靠性更高，本设计采用一台半断路器接线方式。
2、220KV电压等级主接线基本形式选择
采用双母线带专用旁路断路器的旁路母线接线方式：
根据原始资料分析，查阅相关资料，220KV出线8回可参用的主接线方式有：
双母线接线、双母线分段带旁路接线、双母线带旁路接线，分析三种接线方式，双母线接线可靠性较低，故方案一采用双母线分段带旁路接线；方案二采用双母线带旁路接线。
进行比较。
3、110KV电压等级主接线基本形式选择
根据原始资料分析，查阅相关资料，110KV电压等级是本枢纽变电站最低的电压等级，一般将厂用电接在这一电压等级上，此电压等级对供电可靠性相比其他电压等级较低，又因为具有6回出线。
所以方案一采用双母线分段，方案二采用双母线接线。
2.3站用电的接线选择
枢纽变电站站用电较发电厂厂用电负荷小，用电要求较低，变电站主要用电设备包括：
变压器、高压开关、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、高压开关柜、低压开关柜、直流蓄电池、充电器、各种保护和控制装置、测量仪表以及采暖、通风、照明、供水设备等。
采用380/220V电压等级供电，使用两台容量为500KVA站用变压器，从变电站35KV电压等级配电电压上引接，站用低压母线采用单母线分段接线方式。
2.4电气主接线方案和站用电原则接线方案
主接线方案一:
主接线方案二：
方案分析：
双母线分段接线较双母线接线可靠性和灵活性更高，投资有所增加；双母线带旁路母线的接线，检修回路断路器工作时可以使回路不致停电，增加了可靠性，倒闸操作更方便灵活，但增加了投资。
由于本枢纽变电站电压等级高、输送功率大、送电距离较远，停电影响很大，因而不允许因检修断路器而长期停电，220KV出线较多，选择双母线分段带旁路母线接线，进而为了确保供电可靠性，采用双母线分段带专用旁路断路器的旁路母线接线方式。
故方案一优于方案二。
第三章主变压器的选择
3.1选择主变压器
主变压器的确定除了要根据基本原始资料外，还要根据电力系统5-10年发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级等因素，进行综合分析和合理选择。
对于本设计的枢纽变电站，应当考虑一台主变压器停运时，其余变压器容量应满足全部负荷的70%-80%。
根据原始资料得，220KV电压等级最大负荷400MW，,110KV电压等级最大负荷为200MW，。
110KV:
三台均摊=95（MVA）
一台发生故障：
=87.5（MVA）
220KV:
110KV:
三台均摊=172.5（MVA）
一台发生故障：
=164（MVA）
500KV:
S=172+95=267
根据以上条件，查《电气工程电气设备手册》选择主变压器，选择型号为OSFPSZ-360000/500的变压器，变压器的主要参数为：
型号
OSFPSZ-360000/500
额定容量（KVA）
360000/360000/40000
额定电压（KV）
高
550
中
246
低
110
空载损耗（KW）
190
负载损耗（KW）
高-中
800
高-低
1060
中-低
188
阻抗电压（%）
高-中
10
高-低
26
中-低
41
连接组号
YN,a0,d11
3.2站用变压器
题中要求站用变压器为2*500kvA，所以我们选择两台变比为110kv/10kv的变压器（变压器高压侧选择从110kv出线，是考虑从220和500kv出线的变压器的绕组多，变压器质量大，造价也高）。
选择两台变压器的原因时，500kv的变电站的站用电应有两台变压器，互为备用。
型号
容量/KVA
变比
高压侧额定电压/kv
低压侧额定电压/kv
短路阻抗标幺值
空载损耗/kw
负载损耗/kw
Sfl7-6300/110
6300
110
110（121）
10.5
10.5
11.6
41
3.3主变压器阻抗计算
三绕组变压器与双绕组变压器相同，三绕组变压器等值电路中的参数也必须折算到同一侧。
三绕组变压器的电阻和漏抗比双绕组复杂，由于每相有三个绕组，在等值电路中相应的有三个阻抗，因此需要在两两绕组之间分别做短路试验，才能得出这三个阻抗。
1、变压器各侧绕组电抗电压降百分数
2、变压器各绕组漏电抗
一次侧漏电抗为
二次侧漏电抗为
三次侧漏电抗为
3、等效电路图
4、折算后变压器漏电抗
第四章短路计算
4.1概述
变电站设计中必须考虑到可能发生的各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是各种型式的短路，各种故障中又以三相短路时的短路电流最大，危害最大。
因此，需要采用三相短路计算来计算短路电流，并检验电气设备的稳定性。
4.2系统等效电路图
4.3短路电流计算
1、在500KV等级母线处短路时
稳态短路电流标幺值：
稳态短路电流基准值：
稳态短路电流：
起始次暂态电流：
短路冲击电流：
1.9
短路冲击电流有效值：
2、在220KV等级母线处短路时
稳态短路电流标幺值为：
稳态短路电流基准值：
稳态短路电流：
起始次暂态电流：
短路冲击电流：
1.9
短路冲击电流有效值：
3、在110KV等级母线处短路时
稳态短路电流标幺值：
34.36
稳态短路电流基准值：
稳态短路电流：
起始次暂态电流：
短路冲击电流：
1.9
短路冲击电流有效值：
第五章电气设备的选择
5.1各电压等级母线最大工作电流
1、500KV母线最大工作电流
2、220KV母线上
（1）出线和旁路最大工作电流
（2）进线和分段最大工作电流
（3）母联最大工作电流
3、110KV母线上
（1）出线最大工作电流
（2）进线和分段最大工作电流
（3）母联最大工作电流
5.2断路器的选择
断路器的主要功能是：
正常运行时倒换运行方式，把设备或线路接入电路或退出运行起控制作用；当线路或设备发生故障时，能快速切除故障回路、保障无故障部分正常运行，起保护作用，其最大特点是能断开电气设备中负荷电流和短路电流。
断路器种类和形式的选择：
考虑500KV高压断路器电压等级高，需要的性能好，可靠性高，宜选择
断路器，
断路器运行可靠性高，维护工作量少，特别在220KV及以上配电装置中得到广泛运用；对于220KV母线进出侧断路器或母联断路器其电压等级较高，需要的可靠性相对较高也考虑采用
断路器；对于35KV电压等级断路器其电压等级较低，考虑选用真空断路器，真空断路器具有灭弧时间快、低噪声、高寿命、可频繁操作的优点，已在35KV及以下配电装置中获得广泛的应用。
额定电压额定电流选择：
≧
≧
（式中：
、
分别为断路器和电网的额定电压—KV；
、
分别为断路器的额定电流和电网的最大负荷电流—A）
开端电流的选择：
≧
（式中：
为高压断路器的额定开断电流—KA；
为起始暂态电流/短路稳态电流—KA）
短路关合电流的选择：
≧
（式中：
为额定短路开合电流—KA；
为短路冲击电流）
根据前边各回路最大正常工作持续电流、短路电流、短路冲击电流的计算从额定电压、额定电流、额定开断电流、短路关合电流满足条件的基础上查阅《电力工程电器设备手册》上册选取合适的断路器，具体参数如下表：
型号
额定
电压
额定
电流
额定开断电流
额定关合电流峰值
动稳定电流峰值
3s热稳定电流
全开断时间
SFM-500
500KV
2000A
40KA
100KA
100KA
40KA
0.06s
型号
额定
电压
额定
电流
额定开断电流
额定关合电流峰值
动稳定电流峰值
3s热稳定电流
全开断时间
LW-220
220KV
1600A
40KA
100KA
100KA
40KA
0.06s
型号
额定
电压
额定
电流
额定开断电流
额定关合电流峰值
动稳定电流峰值
3s热稳定电流
全开断时间
LW14-110
110KV
2000A
31.5KA
80KA
80KA
31.5KA
0.06s
5.3隔离开关的选择
隔离开关无灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流和短路电流，其工作特点是在有电压、无负荷电流情况下分、合线路。
隔离开关的主要功能为：
隔离电压
倒闸操作
分、合小电流。
与断路器相比，选择隔离开关只需考虑额定电压、额定电流及短路动热稳定校验。
额定电压、额定电流的选择：
≧
≧
（式中：
、
分别为隔离开关和电网的额定电压—KV；
、
分别为隔离开关的额定电流和电网的最大负荷电流—A）
根据《电力工程电器设备手册》上册选取合适的隔离开关，具体参数如下表：
型号
额定电压
额定电流
动稳定
电流峰值
3s
热稳定电流
GW6-500（DW）
500KV
2500KA
80KA
40KA
型号
额定电压
额定电流
动稳定
电流峰值
3s
热稳定电流
GW6-220（DW）
220KV
2000KA
100KA
40KA
型号
额定电压
额定电流
动稳定
电流峰值
3s
热稳定电流
GW6-110（DW）
110KV
1600KA
80KA
40KA
5.4电流互感器的选择
选择500KV220KV110KV电压等级母线侧电流互感器需要满足以下条件：
（1）电流互感器的额定电压
（2）电流互感器的额定电流
型号
二次电流比
准确级
热
稳定电流
动稳定电流
LB2-500
1200/5
0.2
40（3s）KA
50KA
型号
二次电流比
准确级
短时热
稳定电流
动稳定电流
LCWB-220（W）3952（W）
2/5
0.5
40（3s）KA
1OOKA
型号
二次电流比
准确级
短时热
稳定电流
动稳定电流
LB6-110
2750/5
0.5
40（3s）KA
100KA
5.5电压互感器的选择
选择500KV，220KV,110KV电压等级母线侧电压互感器需要满足以下条件：
（1）电压互感器的一次侧额定电压，应大于或等于所接电网的额定电压
（2）在满足二次电压和负荷要求条件下电压互感器应尽量采用简单接线
（3）对测量精度要求较高的大容量变压器和系统干线宜用0.2—0.5级
（4）电压互感器无需进行动热稳定校验
型号
额定电压（KV）
初级绕组
次级绕组
剩余电压绕组
型号
额定电压（KV）
初级绕组
次级绕组
剩余电压绕组
型号
额定电压（KV）
初级绕组
次级绕组
剩余电压绕组
5.6母线的选择
母线选择的原理是，按照电压和正常工作电流选择，即U
选择完毕之后，再用短路电流进行动热稳定校验
1、500KV电压等级母线的选择
500kv母线，年平均使用时间为6500h>5000h,按经济密度选择
（1）母线最大工作电流：
查经济电流密度曲线得J=0.63（A/mm
）则，S=
查《发电厂电气部分》附录表1，选取2条80mm*10mm的矩形铝导体，K
=1.30，竖放最大允许电流为2.373kA，温度修正系数（环境温度设为35摄氏度）K
=0.88
则有：
其数据参数如下：
导体尺寸）
单条竖放
竖放载流量
集肤效应系数
2373A
1.30
2、220KV电压等级母线的选择
220kv母线，年平均使用时间为4500h>5000h,按最大允许电流选择
（1）母线最大工作电流：
查《发电厂电气部分》附录表1，选取125*10mm的矩形铝导体，K
=1.12，竖放最大允许电流为2.177kA，温度修正系数（环境温度设为35摄氏度）K
=0.88
则有：
其数据参数如下：
导体尺寸）
单条竖放
竖放载流量
集肤效应系数
2177A
1.12
3、110KV电压等级母线的选择
110kv母线，年平均使用时间为4500h<5000h,按最大允许电流选择
（1）母线最大工作电流：
查《发电厂电气部分》附录表1，选取125*10mm的矩形铝导体，K
=1.12，竖放最大允许电流为2.177kA，温度修正系数（环境温度设为35摄氏度）K
=0.88
则有：
其数据参数如下：
导体尺寸）
单条竖放
竖放载流量
集肤效应系数
2177A
1.12
符合要求
第六章电气设备的校验
6.1断路器的校验
型号
额定
电压
额定
电流
额定开断电流
额定关合电流峰值
动稳定电流峰值
3s热稳定电流
全开断时间
SFM-500
500KV
2000A
40KA
100KA
100KA
40KA
0.06s
型号
额定
电压
额定
电流
额定开断电流
额定关合电流峰值
动稳定电流峰值
3s热稳定电流
全开断时间
LW-220
220KV
1600A
40KA
100KA
100KA
40KA
0.06s
型号
额定
电压
额定
电流
额定开断电流
额定关合电流峰值
动稳定电流峰值
3s热稳定电流
全开断时间
LW14-110
110KV
2000A
31.5KA
80KA
80KA
31.5KA
0.06s
将系统视为无穷大系统
1、500KV母线侧断路器
短路时间：
，
=271
①热稳定校验
t，满足要求
②动稳定校验
，满足要求
2、220KV母线侧断路器
短路时间：
，
=586
①热稳定校验
t，满足要求
②动稳定校验
，满足要求
3、110KV母线侧断路器
短路时间：
，
=798
①热稳定校验
t，满足要求
②动稳定校验
，满足要求
6.2隔离开关的校验
型号
额定电压
额定电流
动稳定
电流峰值
3s
热稳定电流
GW6-500（DW）
500KV
2500KA
80KA
40KA
型号
额定电压
额定电流
动稳定
电流峰值
3s
热稳定电流
GW6-220（DW）
220KV
2000KA
100KA
40KA
型号
额定电压
额定电流
动稳定
电流峰值
3s
热稳定电流
GW6-110（DW）
110KV
1600KA
80KA
40KA
1、500KV母线处隔离开关
①热稳定校验
t，满足要求
②动稳定校验
，满足要求
2、220KV母线处隔离开关
①热稳定校验
t，满足要求
②动稳定校验
，满足要求
3、110KV母线处隔离开关
①热稳定校验
t，满足要求
②动稳定校验
，满足要求
6.3电流互感器的校验
型号
二次电流比
准确级
热
稳定电流
动稳定电流
LB2-500
1200/5
0.2
40（3s）KA
50KA
型号
二次电流比
准确级
短时热
稳定电流
动稳定电流
LCWB-220（W）3952（W）
2/5
0.5
40（3s）KA
1OOKA
型号
二次电流比
准确级
短时热
稳定电流
动稳定电流
LB6-110
2750/5
0.5
40（3s）KA
100KA
1、500KV母线处电流互感器
①热稳定校验
t=满足要求
②动稳定校验
，满足要求
2、220KV母线处电流互感器
①热稳定校验
t=满足要求
②动稳定校验
，满足要求
3、110KV母线处电流互感器
①热稳定校验
t=满足要求
②动稳定校验
，满足要求
6.4母线的校验
1、500KV母线校验
热稳定校验
2）动稳定校验（取档距为1.3m）
自振频率：
不用考虑共振影响
相间距离按最小安全净距A2选择
a=A2=4.3m,
最大相间应力：
截面距：
母线同相之间应力：
查表可得K
=0.48
临界的垫片之间的距离：
因此，取不同相之间的垫片的距离为0.6m
综上，选择两条80*10mm的矩形铝导体竖放，绝缘子之间的距离为1.2m，不同相之间的垫片的距离为0.6m。
2、220KV母线校验
（2）热稳定校验：
查表知C=93（A
S）
（3）动稳定校验（取档距为1.3m）
自振频率：
不用考虑共振影响
相间距离按最小安全净距A2选择
a=A2=1.1m,
最大相间应力：
得矩形铝导体可以满足要求动稳定校验要求
综上，选择125mm*10mm的矩形铝导体，绝缘子距离选择1.2m
3、110KV母线校验
（1）热稳定校验：
查表知C=94（A
S）
（2）动稳定校验（取档距为1.2m）
自振频率：
不用考虑共振影响
相间距离按最小安全净距A2选择
a=A2=1.1m,
最大相间应力：
得矩形铝导体可以满足要求动稳定校验要求
综上，选择125mm*10mm的矩形铝导体，绝缘子距离选择1.2m
第七章年运行费用计算
该枢纽变电站三绕组变压器年运行费用主要包括一年中变压器的损耗电能费及检修、折旧、维护费等，年运行费，其中为损耗电能的电价；为变压器年损耗电能
该枢纽变电站的年运行费用为一千五百万左右，相比其他方案来说，性价比较高，比较合理。
500KV的高电压等级对于主变压器的要求比较高，设备大各项参数要求一般均需采用三台单相式变压器组成一台，采用自耦主变压器消耗材料少，成本低，损耗少效益高，便于运输和安装，占地面积小，但其会使系统短路电流增加，造成调压上的一些困难，使绕组的过电压保护复杂。
与其他变压器将比，比较适合，综合考虑，此方案比较好。
总结体会
通过了这次将近十天的发电厂课程设计，在老师和同学们的帮助下，我顺利完成500KV枢纽变电站的设计。
在这几天的时间里，有喜悦也有收获，学会自己去思考问题，学会用实际的工程眼光去思考问题，其间遇到了许多问题，从刚开始不知道从何入手，到后来跟同学们讨论更加经济和安全的方案，从以前只是听老师讲课到真实的自动动手去查阅资料，每一步都感觉走的很真实，很开心。
课程设计的时光是美好的，并短暂的，已经学会了去喜欢工程，喜欢设计小的工程项目却发现课程设计快要结束了。
课程设计很有意思，不像平时上课那么枯燥无味，可以真切的接触到平时学的东西，学着去用课本上的知识。
发电厂课程设计是综合我们专业课程的实践训练，是我们理论联系实际的机会，同时也是我们迈向社会的一个桥梁。
通过这次课程设计，我受益匪浅，最开始是崇拜知识渊博、实践经验丰富的老师，到后来自己逐渐喜欢动手去实践，在这个过程中锻炼了我的自学能力，锻炼了我把查阅资料的能力，同时也使我思考问题更加全面，学会了在多个方案中选择最优的、最经济的、最适合社会发展的。
在课程设计过程中，深刻的感觉到不懂就要问，要做一个爱学习肯学习的人，要善于并大胆的说出自己的看法，并且要能够以正确端正的态度对待实践课，要学会与同学交流，在与同学交流的过程中开拓了思路，也能发现自己的不足，加深自己对理论知识的理解和掌握。
感谢学院和老师们给我们提供一个实践的平台，简短的十天的课程设计将会是我人生中难忘宝贵的回忆，也是我们个人的宝贵财富，它会激励我更加努力学习，注重实践，开拓创新，以饱满的姿态去迎接未来美好的生活！
真切的期待下一个实践的机会！
参考文献
1、发电厂电气部分（第四版）中国电力出版社熊信银主编
2、发电厂电气部分课程设计中国电力出版社郭林主编
3、电力系统分析（第二版）中国电力出版社夏道止主编
4、电力工程电气设备手册—电气一次设备上册中国电力出版社
5、电力工程电气设备手册—电气一次设备下册中国电力出版社
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