500kV降压变电所电气一次部分设计完整版.docx
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500kV降压变电所电气一次部分设计完整版
CHANGSHAUNIVERSITYOFSCIENCE&TECHNOLOGY
发电厂课程设计
题目：
500kV降压变电所电气一次部分设计
学生姓名：
周明
学号：
200924050226
班级：
电气0902班
专业：
电气工程及其自动化
指导教师：
粟时平蒋陆萍
2012年5月28日—6月8日
一、程任
1.1内容（原始料）⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2
1.2任要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4
二、气主接
主接基本要求与原⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.5
2.2主接方案的取取⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6
三、荷算及器
3.1主台数、容量和型式的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.10
3.2所用器的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.⋯⋯⋯⋯14四、短路算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..15五、主要气
5.1断路器及隔走开关的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯16
5.2母的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.17
5.3各主要气果一表⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..⋯18
六、算
七、心得
八、附1：
500KV所气主接原理
附2：
500KV所气配置
一、课程设计任务书
1.1课题内容（原始资料）
1、建所目的：
因为地区负荷中心，电力系统的发展和负荷增添很快，故在该地区拟建一个
500kv降压变电所，向该负荷中心用220kv和35kv电压供电。
2、拟建变电所联网状况以以下图1所示：
S1
S2
750MVA
Se=
Xd*''
Xxi=0
500kV
500kV
LGJQ-4*300
450KM
LGJQ-4*300
400KM
拟建
变电所
220kV35kV
变电所联网图
3、地区环境条件：
年最高气温：
42℃；年最低气温：
-4℃；海拔600米；污秽程度轻级；年雷
暴日小于30天
4、负荷资料：
（1）220kv线路6回，最大负荷利用时间为4200h，详尽状况以下表1所示：
表1-1
220kv线路负荷状况
名称
最大负荷（MW）
功率因数
回路数
线路（架空）
甲变
200
1
150km
乙变
400
2
200km
丙变
400
3
250km
上述各负荷间的同时系数为
（2）所用电负荷统计以下表2所示
表1-2
所用电负荷统计
名称
容量（kW）
功率因数
台数
备注
主变风扇
60
连续常常
主充电机
25
1
周期性
浮充电机
5
1
连续常常
蓄电池进风
1
连续常常
蓄电池排风
1
连续常常
锅炉房水泵
2
连续常常
空压机
24
1
短时常常
载波室
1
连续常常
500kv配电装置电源
20
1
1
短时不常常
220kv配电装置电源
15
1
1
短时不常常
500kv断路器冬季加热
1
1
连续
220kv断路器冬季加热
1
1
1
连续
室外配电装置照明
15
1
连续
室内照明
25
1
连续
（3）保护：
各电器主要保护动作时间为0，后备保护动作时间为3.5秒。
1.2课题任务要求：
依据所学的知识，参照文件和给定的课题内容（原始资料）对500kv降压变
电所的电气一次部分进行设计。
详尽为：
1.确立变电所电气主接线（进行3~4种方案比较论证）
2.确立变电所主变压器的台数和容量
3.确立所用的点接线（进行2~3种方案比较论证）
4.确立所用变压器的台数和容量
5.确立各电压级配电装置
6.确立各电压级各主要的电气设备
7.确立电压互感器和电流互感器的配置
8.准时独立完成设计任务书规定的内容，对设计中所出现的问题进行综合解析并加以解决；
9.按设计要求撰写课程设计论文报告书，文字通畅，排版合理，图纸吻合国家规范。
二、电气主接线设计
2.1主接线设计基本要求与设计原则
（1）保证必需的供电靠谱性、要充分考虑一次设备和二次设备的大故障率及其对供电的影响。
（2）拥有调换灵巧，操作方便，能满足系统在事故、检修及特别方式下调整要求。
（3）主接线应力求简单清楚，尽量节约一次设备的投资，节约占地面积，
减少电能损失，即拥有经济性。
（4）应能简单地从早期过分到最后接线，并在扩建过分时，一次和二次设备所需的改造最小，即拥有发展和扩建的可能性。
（5）变电所的高压侧接线，应尽量采纳断路器较少或不用断路器的接线方式，在满足继电保护的要求下，也可以在区线路上采纳分支接线，但在系统骨干网上不得采纳分支接线。
（6）在35kV配电装置中，当线路为3回及以上时，一般采纳单母线或单母线分段接线，若连接电源许多、出线许多、负荷较大或处于污秽地区，可采纳双母线接线。
（7）220kV配电装置中，线路在4回以上时一般采纳双母线接线。
（8）500kV配电装置中，对靠谱性要求较高。
当配电装置连接元件总数
在6个及以上时，平时都采纳一台半断路器接线或双母线分段带旁母的接线方式。
（9）当采纳SF6等性能靠谱、检修周期长的断路器以及更换迅速的手车式断路器时，均可不设旁路设备。
2.2主接线方案的采纳
2..2.1500kV侧主接线方案的采纳
该变电所为系统中的枢纽变，在系统中有较重要的地位，对靠谱性要求高。
且依据任务书要求，本电压等级负荷容量大，亦需要有较高的靠谱性。
经考虑，采纳的主接线方案有：
一台半断路器接线，角形接线，双母线分段带旁路接线。
方案①：
角形接线
WL2
T1T2
WL1
长处：
所用断路器数量少，却具备较高的靠谱性，任意一台断路器检
修时，不会惹起任何回路停电，不存在母线故障所产生的影响,一条回路发生故障时，不影响其余回路正常供电，且不会发生带负荷断开隔走开关的事故。
弊端：
检修任何一台断路器时，多角形就开环运转，简单造成供电杂乱，运转方式变化大，继电保护装置复杂，不便于扩建。
本变电站位于负荷中心，发展迅速，故多角形接线方式不合用。
方案②：
双母线分段带旁路接线
长处：
除具备双母线分段接线的长处外，在双母线分段接线的基础上，增添了一条旁路母线，可保证当线路断路器检修时不断电，极大的提高了供电靠谱性。
弊端：
旁路的倒换操作比较复杂，增添了误操作的机遇，也使保护及自动化系统复杂化，双母线分段断路器所需断路器数量多，投资花费较大。
本高压变电站进出线为4回，双母线分段接线相对于其余接线方式需要更多的断路器，投资大，故不合适采纳该接线方式。
方案③：
一台半断路器接线
长处：
有很高的靠谱性，运转经验表示，在两重故障状况下，一台半接线都可以保护80%的元件不断电，这是其余任何接线方式不行比的。
有较高的运转灵巧性，任何一个元件可依据运转的需要接在不一样的母线系统中，母线系统之间的元件可任意分配，其操作程序简单，操作惹起故障的几率小。
运转操作方便，设备检修方便，整体上说，在保护及二次回路接
线方面不比母线制接线复杂。
对于本500kV高压变电站，进出线为4回，用断路器数量为6台，只比双母线接线多一台，比双母线分段的断路器少一台，花费不高。
综合各方面要素，500kV高压侧采纳一台半断路器接线方式。
综上所述，确立方案③为本变电站500kV高压侧的最后接线方式。
220kV侧主接线方案的采纳
220kV
为本变电站的中间电压等级，拥有重要作用，且有
2回进线，负
荷线路
6（一回备用线）回，为保证其靠谱性，备选方案有以下
3种：
单母线
带旁路接线，双母线接线，双母线带旁路接线。
方案①：
单母线带旁路接线
1
2
3
4
WL6
WL
WL
WL
WL
WL5
长处：
带有的专用旁路母线，出线断路器检修时，不会造成该线路停电，
对比于单母线接线提高了供电靠谱性。
弊端：
这样的接线较单母线接线方式对比，增添了一台旁路断路器的投资，
先期投资增大，当出线回路为双回路时，常使母线出现交织超越。
当母线发生
故障时，所有负荷停电，供电靠谱性不高，本变电站为220kV，处于负荷中心，
对供电靠谱性要求较高，故该接线方式不满足要求。
方案②：
双母线接线
1
2
3
WL4WL
5
WL6
WL
WL
WL
长处：
供电靠谱，经过两组母线隔走开关的倒换操作，可以轮番检修一组导线而不以致供电中断，一组母线故障后，能迅速恢复供电，检修任一母线隔走开关，只停该回路。
调换灵巧，各个电源和各个回路负荷可任意切换，分配就任一母线上工作，可以灵巧地适应系统中各种运转方式调换和系统潮流变化的的需要。
扩建方便，向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷平均分配，不会惹起原有回路的停电。
当有双回架空线路时，可以序次部署，以致连接不一样的母线时，不会如单母线分段那样以致出线交织超越。
便于实验，当个别回路需要单独进行实验时，可将该回路分开，单独接至一组母线上。
弊端：
增添一组母线和每回路就需要增添一组母线隔走开关。
当母线故障或检修时，隔走开关作为倒换操作电器，简单误操作。
出现断路器检修时，
须停止向该回路供电，供电靠谱性有限。
220kV侧因为负荷功率大，停电惹起停电范围广，影响大，故需要带专用旁路，故该接线方式不合用本
变电站。
方案③：
双母线带旁路接线
WL1
WL2WL3
WL4
5
WL6备用
WL
长处：
除拥有双线线接线的长处外，因其采纳旁路断路器代替检修中的回路断
路器工作，使该回路不致停电，极大地提高了供电靠谱性。
弊端：
旁路母线、旁路断路器及在各回路的旁路隔走开关，增添了配电设备，增添了占地，也增添了投资，并且倒闸操作复杂，简单产生误操作酿成事故。
220kV线路更加侧重其供电靠谱性，综上所述，采纳方案③作为最后方案。
三、负荷计算及变压器选择
3.1主变台数、容量和型式的确定
归纳
选择变压器时，须依据负荷状况，同时兼备电力系统负荷增添状况，并根
据电力系统5～10年发展规划综合解析，合理选择。
在生产上电力变压器制成
有单相、三相、双绕组、三绕组、自耦以及分裂变压器等，在选择主变压器时，
要依据原始资料和所要设计变电站的自己特色，在满足靠谱性的前提下，要考
虑到经济性来选择主变压器。
选择主变压器的容量，同时要考虑到该变电站以
后的扩建状况来选择主变压器的台数及容量。
主变压器容量的确定
（1）选择原则
a.主变压器容量一般按变电站建成后5～10年的规划负荷选择，并应试虑
变压器正常工作和事故时的过负荷能力。
b.依据变电站所带负荷的性质和电网结构来确立主变压器的容量。
对于有重
要负荷的变电站，应试虑当一台变压器停运时，其余变压器容量在计及过负
荷能力后的同意时间内应保证对一、二级负荷的供电。
（2）容量确立
依据选择原则和已确立采纳两台主变压器，且考虑采纳暗备用方式，即当
一台变压器出现故障，另一台变压器单独运转时能满足70%以上的负荷的电力
需求。
依据指导书指出，220kV侧最大总负荷为1000MW。
两台变压器同时运转时每台肩负的容量：
1
S=kPL/cos=476MVA
单台运转时，要满足总最大负荷的70%，需要变压器的容量为：
S=0.7kPLcos=665MVA
应选择两台容量为750MVA的主变压器
主变压器型式选择
变压器采纳三相或单相，主要考虑变压器的制造条件、靠谱性及运输条件
等要素，本次设计的变电站，不受运输的条件限制，并且500kv电力系统中的
主变压器应综合考虑运输和制造条件，经技术比较，可采纳三台单相构成三相
变压器。
同时，考虑到同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应从
全网出发，实行系列化、标准化。
考虑到本变电所有500kv、220kv共2个电
压等级，且从价格、消耗来说，也应当采纳消耗小，价格低的自耦变压器。
绕组连接方式选择
变压器绕组的连接方式一定和系统电压相位一致，不然，不可以并列运转，电力系统采纳的绕组连接方式只有星形和三角形，如何组合要依据详尽工程来
确立。
考虑到系统或机组的同步并列要求以及限制3次谐波对电源的影响等要素，联系组号采纳YN，a0，d11惯例接线。
一般型的变压器调压范围很小，仅为±5%并且当调压要求的变化趋向与实质相反（如逆调压）时，仅靠调整一般变压
器的分接头就没法满足要求，有载调压的调整范围较大，一般在15%以上，并且，既要向系统传输功率，又可能从系统倒送功率，要求母线电压恒定保证供
电质量的状况下，有载调压变压器可以实现，所以采纳有载调压变压器。
依据以上方式的选择，采纳主变压器的特征参数如表：
表3-1主变压器特征参数
主变型号
额定容
额定电压（KV）
空载
负载消耗
阻抗电压%
连接组
量
消耗
（KW）
标号
（KVA
高
中
低
高
高中高中
高低
中
）
中
低低
低
ODFPSZ-
250000/
3
230/
35144
540
11.838.224.8YN,ao,d
250000/50
500/
3
11
250000/
0
60000
13.5%
3.2所用变压器的选择
一般变电所装设一台所用变压器，对于枢纽变电所，装有两台或以上主变
压器的变电所中应装设两台容量相等的所用变压器，互为备用。
假如能从变电
所外引入一个靠谱的低压备用电源时，也可装设一台所用变压器。
依据以上规
定，本变电所采纳两台容量相等的所用变压器。
每台所用变压器应能担负本段
负荷的正常供电。
当一台所用变压器故障或检修停电时，工作着的所用变压器
还可以担负另一段母线上的重要负荷甚至所有负荷，以保证变电所正常运转。
S=PL/cos=1963kVA
故两台所用变压器特征参数如表2-2
表2-2所用变压器参数特征
型号
额定容量
额定电压（KV）空载损
负载消耗
阻
抗
电
连接组
（KVA）
高
低
耗（kw）（KW）
压%
标号
S7-200/3
200
35
Y,yno
5
四、短路计算
4.1短路电流计算点的确定
短路电流计算的目的是为了选择导体和电器，并进行有关的校验。
为此，联合本设计任务书只要求对一次主设备选择和校验计算，而不必进行继电保护装置选择和进行整定计算等其余任务。
本设计只按三相短路进行短路电流计算，并选择在500kV、220kV、35kV和0.4kV母线上，4个可能发生最大短路电流的短路电流计算点分别为k1、k2、k3和k4。
短路计算结果如表所示。
4.1短路计算结果
计算参数
基准电压
短路刹时
短路
短路
冲击电流
短路点
（kV）
电流（kA）
电流（kA）
电流（kA）
（kA）
K1
525
K2
230
K3
37
K4
五、主要电气设备选择
断路器及隔走开关的选择及校验
断路器的选择
断路器型式的选择：
除需满足各项技术条件和环境条件外，还考虑便于安
装调试和运转保护，并经技术经济比较后才能确立。
依据我国当前制造状况，
电压2kV电网，可采纳SF6或空气断路器断路器选择的详尽技术条件以下：
（1）电压：
UN
USN
USN
---电网工作电压
（2）电流:
IN
Imax
Ima---x最大连续工作电流
（3）开断电流：
当tk'
<0.1s时，Ik'
INbr
；
当tk'
>0.1s时，I''
INbr
I''
---断路器实质开断时间t秒的短路电流周期重量（t>1s）
Ik'
---断路器额定开断电流
（4）动稳固：
ishies
ies
---断路器极限经过电流峰值
ish---三相短路电流冲击值
（5）热稳固：
I2
tkIt2
t
I---稳态三相短路电流
tk-----短路电流发热等值时间
It---断路器t秒热稳固电流
隔走开关的选择
隔走开关形式的选择，应依据配电装置的部署特色和使用要求等要素，进
行综合的技术经济比较而后确立。
参数的选摘要综合考虑技术条件和环境条件。
选择的详尽技术条件以下：
（1）电压：
UN
USN
USN
---电网工作电压
（2）电流:
IN
Imax
Imax
---最大连续工作电流
（4）动稳固：
ishies
（5）热稳固：
I2tkI2tt
母线的选择及校验
母线应依据详尽使用状况按以下条件选择和校验：
（1）型式：
载流导体一般采纳铝质资料，回路正常工作电流在4000A及以下时，一般采纳矩形导体。
在4000～8000A时，一般采纳槽形导体。
110KV及以上高压配电装置，一般采纳软导线。
当采纳硬导体时，宜用铝锰合金管形导体。
（2）按最大连续工作电流选择导线载面S，即
ImaxKIal
式中Ial——相应于某一母线部署方式和环境温度为+25℃时的导体长久同意载流量。
K——综合修正系数
（3）热稳固校验：
按上述状况选择的导体截面S，还应校验其在短路条件下的
热稳固。
母线的校验公式为：
Smin=1
QkKf（mm2）
C
式中
Smi——n依据稳固决定的导体最小同意截面（
mm2）；
C——热稳固系数；
（4）动向稳固校验：
ph
al
式中
al——母线资料的相间同意应力（硬铝al为69×106Pa,硬铜为157×
106）；
ph——作用在母线上的最大计算应力。
对于输电线路应校验线路电压损失。
对于变电所内的导体，因为相对距离较短，电压损失不严重，所以可不较验。
电气设备选择一览表
表5-1断路器和隔走开关参数表
型号
额定
最高
额定
额定
额定
3s热
额定动
额定
固有
电压
工作
电流
开断
关合
稳固
稳固电
开断
分闸
（kV）
电压
（A）
电流
电流
电流
流峰值
时间
时间
（kV）
（kA）
（kA）
（kA）
（kA）
（ms）
（ms）
SFM
500
550
2000
40
100
40
100
40
20
断
LW-15-220
220
252
2000
80
80
60
30
路
LW4-220
220
252
3150
40
100
40
100
65
45
器
ZN-35/1250-16
35
1250
16
40
16（2s）
40
--
60
隔
GW7-500
500
550
2500
----
----
40（4s）
100
----
----
离
GW7-220/600
220
252
600
----
----
16（4s）
55
----
----
开
GW7-220D（W）
220
252
2000
----
----
33（4s）
86
----
----
关
GW7-220DW
220
252
3150
----
----
50
125
----
----
GN2-35/600
35
600
----
----
20（4s）
50
----
----
表5-2
母线参数表
形
导体
导体形状
放置
截面系数
惯性矩
质量
导体
电压等级
状
资料
（mm）
载流
条数
方式
（
cm3）
（cm4）
（kg/m）
截面
量（A
）
圆
铝锰
70/64
500kV
管
合金
1413
单条
631
形
圆
铝锰
130/116
220kV
管
合金
3511
单条
513
2705
形
升级会员 