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：粟时平将陆萍2012年5月28日一6月8日一、 课程设计任务书1.1课题内容（原始资料） 21.2课题任务要求 4二、 电气主接线设计2.1主接线设计基本要求与设计原则 .52.2主接线方案的选取取 6三、 负荷计算及变压器选择择3.1主变台数、容量和型式的确定 .103.2所用变压器的选择 14四、 短路计算 .
2、15五、 主要电气设备选择5.1断路器及隔离开关的选择 1 65.2母线的选择 .175.3各主要电气设备选择结果一览表 .186、计算书7、心得八、 附录 1：500KV 变电所电气主接线原理图附录 2：500KV 变电所电气配置图一、课程设计任务书1.1课题内容(原始资料)1、 建所目的:由于地区负荷中心，电力系统的发展和负荷增长很快，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、 拟建变电所联网情况如下图1所示：变电所联网图3、地区环境条件：年最高气温：42 C ;年最低气温：-4C ;海拔600米；污秽程度轻级；年雷暴日小于30天 4、负荷资
3、料:(1) 220kv线路6回，最大负荷利用时间为4200h,具体情况如下表1所示:名称最大负何（MW）功率因数回路数线路（架空）甲变2000.891150km乙变4000.92200km丙变4000.893250km表1-1220kv线路负荷情况上述各负荷间的同时系数为0.85（2）所用电负荷统计如下表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0.200.7360连续经常主充电机250.891周期性浮充电机50.861连续经常蓄电池进风1.50.881连续经常畜电池排风1.60.881连续经常锅炉房水泵1.70.892连续经常空压机240.851短时经常载波室1.
4、10.751连续经常500kv配电装置电源2011短时不经常220kv配电装置电源1511短时不经常500kv断路器冬天加热1.511连续220kv断路器冬天加热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：根据所学的知识，参考文献和给定的课题内容（原始资料）对 500kv 降压变 电所的电气一次部分进行设计。具体为：1.确定变电所电气主接线（进行 34 种方案比较论证）2.确定变电所主变压器的台数和容量3.确定所用的点接线（进行 23 种方案比较论证）4.确定所用变压器的台数和容量5.确定各电压
5、级配电装置6.确定各电压级各主要的电气设备7.确定电压互感器和电流互感器的配置8.按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 行综合分析并加以解决；9.按设计要求撰写课程设计论文报告书，文字通顺，排版合理，图 纸符合国家规范。电气主接线设计2.1 主接线设计基本要求与设计原则（1） 保证必要的供电可靠性、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） 具有调度灵活，操作方便，能满足系统在事故、检修及特殊方式下调 整要求。（3） 主接线应力求简单清晰，尽量节约一次设备的投资，节约占地面积， 减少电能损失，即具有经济性。（4） 应能容易地从初期过度到最终接线，并在
6、扩建过度时，一次和二次设 备所需的改造最小，即具有发展和扩建的可能性。（5） 变电所的高压侧接线，应尽量采用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用分支接线，但在系统 主干网上不得采用分支接线。（6） 在 35kV 配电装置中，当线路为 3 回及以上时，一般采用单母线或 单母线分段接线，若连接电源较多、出线较多、负荷较大或处于污秽地区， 可采用双母线接线。（7） 220kV 配电装置中，线路在 4 回以上时一般采用双母线接线。（8） 500kV 配电装置中，对可靠性要求较高。当配电装置连接元件总数 在 6 个及以上时，通常都采用一台半断路器接线或双母线分
7、段带旁母的接 线方式。（9）当采用 SF6 等性能可靠、检修周期长的断路器以及更换迅速的手车式 断路器时，均可不设旁路设施。2.2主接线方案的选取221 500kV侧主接线方案的选取该变电所为系统中的枢纽变，在系统中有较重要的地位，对可靠性要 求高。且根据任务书要求，本电压等级负荷容量大，亦需要有较高的可靠 性。经考虑，采用的主接线方案有：一台半断路器接线，角形接线，双母 线分段带旁路接线。方案：角形接线优点：所用断路器数目少，却具备较高的可靠性，任意一台断路器检修时，不会引起任何回路停电，不存在母线故障所产生的影响 ，一条回路发生故障时，不影响其它回路正常供电，且不会发生带负荷断开隔离开关的
8、 事故。缺点：检修任何一台断路器时，多角形就开环运行，容易造成供电紊 乱，运行方式变化大，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适用。方案：双母线分段带旁路接线|711I1 T 1 I ,r ,1.1 A vi-.I_ I 1 I I I I_优点：除具备双母线分段接线的优点外，在双母线分段接线的基础上， 增加了一条旁路母线，可保证当线路断路器检修时不停电，极大的提高了 供电可靠性。缺点：旁路的倒换操作比较复杂，增加了误操作的机会，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目多，投资费用较大。 本高压变电站进出线为4回，双母线分段接线
9、相对于其它接线方式需要更 多的断路器，投资大，故不适合选用该接线方式。方案：一台半断路器接线优点：有很高的可靠性，运行经验表明，在双重故障情况下，一台半 接线都可以保护80%的元件不停电，这是其他任何接线方式不可比的。有 较高的运行灵活性，任何一个元件可根据运行的需要接在不同的母线系统 中，母线系统之间的元件可任意分配，其操作程序简单，操作引起故障的 几率小。运行操作方便，设备检修方便，总体上说，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, 用断路器数目为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，费用不高。综合各方面因素，500kV
10、高压侧选用一台半断路器接线 方式。综上所述，确定方案为本变电站500kV高压侧的最终接线方式。22 2 220kV侧主接线方案的选取220kV为本变电站的中间电压等级，具有重要作用，且有 2回进线，负荷线路6 （一回备用线）回，为保证其可靠性，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WL1W12 WI3L W也 wp1151WL61TI1 J1 V J优点：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， 相比于单母线接线提高了供电可靠性。缺点：这样的接线较单母线接线方式相比，增加了一台旁路断路器的投资， 前期投资增大，当出线回路为双
11、回路时，常使母线出现交叉跨越。当母线发生 故障时，全部负荷停电，供电可靠性不高，本变电站为 220kV，处于负荷中心,对供电可靠性要求较高，故该接线方式不满足要求。方案：双母线接线W1 WL2 W WL4 WL5 WL6优点：供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组导线 而不致使供电中断，一组母线故障后，能迅速恢复供电，检修任一母线 隔离开关，只停该回路。调度灵活，各个电源和各个回路负荷可任意切 换，分配到任一母线上工作，能够灵活地适应系统中各种运行方式调度 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均匀分配，不会引起原有
12、回路的停 电。当有双回架空线路时，可以顺序布置，以致连接不同的母线时，不 会如单母线分段那样导致出线交叉跨越。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。缺点：增加一组母线和每回路就需要增加一组母线隔离开关。当母线故障或检 修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。出现断路器检修时， 须停止向该回路供电，供电可靠性有限。220kV侧由于负荷功率大，停电 引起停电范围广，影响大，故需要带专用旁路，故该接线方式不适用本 变电站。方案：双母线带旁路接线W1Wf2WL3WI4WI51WL6备用11111J X j.j1 j优点：除具有双线线接线的优点外，因其采用旁路
13、断路器替代检修中的回路断 路器工作，使该回路不致停电，极大地提高了供电可靠性。缺点：旁路母线、旁路断路器及在各回路的旁路隔离开关，增加了配电设备， 增加了占地，也增加了投资，而且倒闸操作复杂，容易产生误操作酿成 事故。220kV线路更加注重其供电可靠性，综上所述，选用方案作为最终方案。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3.1.1概述选择变压器时，须根据负荷情况，同时兼顾电力系统负荷增长情况，并根 据电力系统510年发展规划综合分析，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， 要根据原始资料和所要设计变电站的自身
14、特点，在满足可靠性的前提下，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 后的扩建情况来选择主变压器的台数及容量。3.1.2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，并应考虑变压器正常工作和事故时的过负荷能力。b.根据变电站所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对于有重 要负荷的变电站，应考虑当一台变压器停运时，其余变压器容量在计及过负 荷能力后的允许时间内应保证对一、二级负荷的供电。(2)容量确定根据选择原则和已确定选用两台主变压器，且考虑采用暗备用方式，即当一台变压器出现故障，另一台变压器单独运行时能满
15、足 70%以上的负荷的电力需求。根据指导书指出，220kV侧最大总负荷为1000MW。两台变压器同时运行时每台承担的容量：1s=展 Pl/cos =476 MV A2单台运行时，要满足总最大负荷的70%，需要变压器的容量为：S=0.7k瓦 PLcos =665 MV A故选择两台容量为750MVA的主变压器3.1.3主变压器型式选择变压器采用三相或单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性及运输条件 等因素，本次设计的变电站，不受运输的条件限制，而且 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，可采用三台单相组成三相 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
16、不宜太多，应从 全网出发，推行系列化、标准化。考虑到本变电所有 500kv、220kv共2个电压等级，且从价格、损耗来说，也应该选用损耗小，价格低的自耦变压器。3.1.4绕组连接方式选择变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则，不能并列运行， 电力系统采用的绕组连接方式只有星形和三角形，如何组合要根据具体工程来 确定。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因素，联结组号选用 YN , aO, d11常规接线。普通型的变压器调压范围很小，仅 为去而且当调压要求的变化趋势与实际相反（如逆调压）时，仅靠调整普通变压 器的分接头就无法满足要求，有载调压的调整范围较大，一
17、般在 15%以上，而且，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 电质量的情况下，有载调压变压器可以实现， 因此选用有载调压变压器。根据以上方式的选择，选用主变压器的特性参数如表:表3-1主变压器特性参数主变型号额定容量（KVA）额定电压（KV）空载 损耗负载损耗（KW）阻抗电压%连接组标号高中低高 中高 低中 低咼中高低中 低ODFPSZ-250000/500250000/250000/60000500/73230/733.5%3514454011.838.224.8YN,ao,d113.2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
18、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。如果能从变电 所外引入一个可靠的低压备用电源时，也可装设一台所用变压器。根据以上规 定，本变电所选用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 还能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行。S= R/coS=1963 kA故两台所用变压器特性参数如表2-2表2-2所用变压器参数特性型号额定容量（KVA）额定电压（KV）空载损 耗（kw）负载损耗（KW）阻抗电压%连接组标号高低S7-200/35200350.40.553.76.5Y,y
19、no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， 结合本设计任务书只要求对一次主设备选择和校验计算，而无须进行继电保护 装置选择和进行整定计算等其它任务。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4.1所示。4.1短路计算结果计算参数基准电压短路瞬时短路1.8s短路3.6s冲击电流(kV)电流(kA)电流(kA)电流(kA)(kA)K15253.6463.623.7629.80K22307.1
20、557.3067.58919.266K33711.71511.59811.59831.477K40.44.444.444.4411.930五、主要电气设备选择51断路器及隔离开关的选择及校验5.1.1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行维护，并经技术经济比较后才能确定。根据我国当前制造情况,电压2kV电网，可选用SF6或空气断路器断路器选择的具体技术条件如下:(3)开断电流:Ik-断路器额定开断电流(4)动稳定:ish匕lesies -断路器极限通过电流峰值ish -三相短路电流冲击值2 2(5)热稳定:tk汕t1 ：-稳态三相短路电流tk
21、-短路电流发热等值时间It -断路器t秒热稳定电流5.1.2隔离开关的选择隔离开关形式的选择，应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素，进 行综合的技术经济比较然后确定。参数的选择要综合考虑技术条件和环境条件。选择的具体技术条件如下：（1） 电压：Un_Usn UsN-电网工作电压I I （2） 电流：N max Ima-最大持续工作电流1 i（4） 动稳定:7ies22（5） 热稳定:人士 h t5.2 母线的选择及校验母线应根据具体使用情况按下列条件选择和校验：（1） 型式：载流导体一般采用铝质材料，回路正常工作电流在 4000A及以 下时，一般选用矩形导体。在 40008000A时，一般
22、选用槽形导体。110KV及 以上高压配电装置，一般采用软导线。当采用硬导体时，宜用铝锰合金管形导体。（2） 按最大持续工作电流选择导线载面 S,即I KImax al式中1 al 相应于某一母线布置方式和环境温度为 +25C时的导体长期允许载流量。K综合修正系数（3）热稳定校验：按上述情况选择的导体截面 S,还应校验其在短路条件下的 热稳定。母线的校验公式为:Smin = QkKf ( mm2) Cmm2);式中 Sm i 根据稳定决定的导体最小允许截面(C热稳定系数;(4)动态稳定校验：匚ph爲式中 c al 母线材料的相间允许应力(硬铝c al为69X 106Pa硬铜为157X106);二
23、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，由于相对距离较短，电压损失不严重，所以可不较验。5.3电气设备选择一览表表5-1断路器和隔离开关参数表型号额定 电压(kV)最咼 工作 电压(kV)额定 电流(A)额定 开断 电流(kA)额定 关合 电流(kA)3s热 稳定 电流(kA)额疋动 稳定电 流峰值(kA)额定 开断 时间(ms)固有 分闸 时间(ms)断 路 器SFM500550200040100401004020LW-15-220220252 :200031.580:31.58060P 30LW4-22022025231504010040100
24、6545ZN-35/1250-163540.51250164016(2s)40-60隔 离 开 关GW7-500500550250040(4s)100GW7-220/60022025260016(4s)55GW7-220D(W)220252200033(4s)86GW7-220DW220252 :3150r 501125GN2-35/6003540.560020(4s) 150表5-2母线参数表电压等级形 状导体 材料导体形状（mm）载流 量（A）条数放置 方式截面系数（cm3）惯性矩（cm4）质量（kg/m）导体 截面500kV圆 管 形铝锰 合金70/641413单条10.235.51.7
25、22631220kV圆 管 形铝锰 合金*130/1163511单条79.05137.38270535kV矩 形铝63x81038单条平放注：载流量系按导体最高允许工作温度 70 C，环温度为25 C条件下的数据六、计算书短路电流计算:4.2.1 0点（500KV侧）短路电流计算20.3394Sb =750MVAXs =0.329I s = Ib Is* =0.825 2.619 = 2.161I =1； lG =2.161 1.485 =3.646G =IG1.8 +ls =1.4685+2.161 =3.6295I3.6 =IG3.6 +ls =1.6005+2.161 =3.7615冲击
26、电流：ish =1.9 2I = 9.80KA4.2.2 k2点（220KV侧）短路电流计算30.3710.250.33980.33940.33920110.57130.059发电机计算电抗:120.3290.731150.4229-0.2216-0.221X11=X1 X3 =0.57Xi2=X2 X4 =0.3291X13=3（X5 X6）“059X11 X13Xu 1314= X11X12X 12 X 13XI2 1315一 X1211XGf =Xi4 =0.731Xsf =Xi5 =0.422X Gjs = 0731X13Xi3= 0.731二 0.422I = S1. = 1 S3.
27、6Ig 叮.43I G1.8 二51I G3.6 =匸66Isb =Igb 750 -1.883 KA丁3 汉 230Ig =1.43 1.883 =2.692KAIg1.8 =1.51 .883=2.843KAIg3.6 =1.66x1.883 =3.126KAI s = I si.8 = I S3.6 = 2.37 汉 1.883 = 4.463KAl “G I； =7.155KA11.8 = 1 G1.8 + 1 S1.8 = 7.306 KA1 3.6 = 1 G 3.6 + 1 S3.6 = 7.589 KA冲击电流：ish=1.9 迈 l=1.9 2 7.155 “9.226KA4.2.3*3点（35kV侧）短路电流计算GS120.20340.370.339850.3390.33911057I
