500kV降压变电所电气一次部分设计完整版.docx

1、500kV降压变电所电气一次部分设计完整版CHANGSHA UNIVERSITY OF SCIENCE & 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） 21.2 任 要求 4二、 气主接 主接 基本要求与 原 .52.2 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 .103.2 所用 器的 . 14 四、 短路 算 .

2、15 五、主要 气 5.1 断路器及隔走开关的 1 65.2 母 的 .175.3 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：S1S2750MV ASe=X d*X xi =0500kV500kVLGJQ-4*300450KMLGJQ-4*300400KM拟建变电所220kV

3、35kV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 1-1220kv 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2001150km乙变4002200km丙变4003250km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251周期性浮充电机51连续常常蓄电池进风1连续常常蓄电池排风

4、1连续常常锅炉房水泵2连续常常空压机241短时常常载波室1连续常常500kv 配电装置电源2011短时不常常220kv 配电装置电源1511短时不常常500kv 断路器冬季加热11连续220kv 断路器冬季加热111连续室外配电装置照明151连续室内照明251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 34 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 23 种方案比

5、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

6、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，

7、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2.2.1 500kV 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：角形接线WL2T1 T2WL1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

8、，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：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

9、资大，故不合适采纳该接线方式。方案：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

10、所述， 确立方案为本变电站 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：单母线带旁路接线1234WL6WLWLWLWLWL5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

11、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：双母线接线123WL4 WL5WL6WLWLWL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

12、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：双母线带旁路接线WL1WL2 WL3WL45WL6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

13、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 510 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

14、。 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 510 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：1S= k PL / c

15、os =476 MV A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=0.7k PL cos =665 MV A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 500 kv 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

16、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

17、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-250000/3230/35 14454011.838.224.8 YN,ao,d250000/50500/311250000/06000013.5%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

18、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 =1963 kVA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S7-200/320035Y,yno5四、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

19、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)K1525K2230K337K4五、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

20、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：U NU SNU SN-电网工作电压（2）电流 : I NI maxIm a -x 最大连续工作电流（3）开断电流：当 t k0.1s 时， I I NbrI -断路器实质开断时间 t 秒的短路电流周期重量（ t1s）I k-断路器额定开断电流（4）动稳固：ishi esi es-断路器极限经过电流峰值i sh -三相短路电流冲击值（5）热稳固： I2tk It2tI- 稳态三相短路电流t k - 短路电流发热等值时间I t - 断路器 t 秒热稳固电流隔走开关的选择隔走

21、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：U NU SNU SN-电网工作电压（ 2）电流 :I NI maxI m a x-最大连续工作电流（4）动稳固： i shi es（5）热稳固： I 2 t kI 2t t 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 40008000A 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

22、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I max KI al式中 I al 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 = 1Qk K f ( mm2 )C式中Sm i 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： phal式中al 母线资料的相间同意应力（硬铝al 为 69106Pa,硬铜为 157106）；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。

23、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)SFM500550200040100401004020断LW-15-220220252200080806030路LW4-220220252315040100401006545器ZN-35/1250-16351250164016(2s)40-60隔GW7-5005005502500-40(4s)100-离GW7-220/600220252600-16(4s)55-开GW7-220D(W)2202522000-33(4s)86-关GW7-220DW2202523150-50125-GN2-35/60035600-20(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 ）（ cm 4 ）（ kg/m）截面量（A）圆铝锰70/ 64500kV管合金1413单条631形圆铝锰130/116220kV管合金3511单条5132705形