1、hanger大学本科方案设计书正文封 面作者：Pan Hongliang仅供个人学习引言500KV变电站是电力系统的一个重要组成部分，它起着电能的汇集和分配等重要作用，是全系统安全、可靠、经济运行的重要环节。本次我的设计题目为500KV区域变电站一次部分的设计，主要部分涉及到500KV变电站的电气主接线方案的确定、设备的选型以及500KV侧进出线配电系统设计。本变电站是枢纽变电站，由设计任务书可知本变电站一期工程：高压侧为2回500KV架空线与2600MW火电厂相连，其线路型号为4LGJ630/55长度为12km。另有3回500KV出线与其他500KV变电站相连接，线路型号为4LGJ400/5
2、0长度为72km,最大负荷利用小时数为4800小时。中压侧为负荷侧，10回出线，负荷容量为1500MW，其线路型号为2LGJ210/35长度为70km,最大负荷利用小时数为4800小时，cos=0。97。低压侧为35KV侧，变电站站用高压母线，最大负荷利用小时数为3800小时，站用负荷占0.8%。根据以上原始资料，我们主要应先考虑变电站的主变压器的容量、台数，电气主接线形式和高压电气设备的选型等。本变电站设计的最基本的要求：主接线可靠性、灵活性、经济性。安全可靠是电力系统运行的首要任务，保证供电可靠是变电站最基本的要求。其次是主接线的灵活性主要体现在正常运行或故障情况下都能迅速改变接线方式。最
3、后经济性事体现在满足接线可靠性和灵活性要求的前提下，进肯能地减少与接线方式有关的投资。因此，在本次设计中变电站可靠性和灵活性是十分重要的，我将以可靠性和灵活性作为选择主接线方案的首要原则。同时，根据电力系统发展的需要，经常对已投产的变电站加以扩建。所以，在设计主接线时应留有发展扩建的余地。不仅要考虑最初的接线方案，还要考虑到从初期接线过渡到二期和三期接线的可行方案。本设计共分三章：第一章为电气主接线设计，介绍了根据原始资料确定电气主接线、主变及所用变的选择； 第二章为短路电流计算， 计算不同短路点的短路故障参数为选择电气设备做校验的准备；第三章为电气设备的选择及校验介绍了变电站各种高压设备的选
4、择及校验的原则方法，第四章500KV进出线配电系统设计，它是按500KV进出线主接线的要求，由母线、开关设备、保护电器、测量电器和必要的辅助设备组成的总体装置。其作用是在正常运行情况下用来接收和分配电能；发生故障时候，迅速切断故障部分，恢复正常运行。在开始设计之初，老师针对每一过程步骤的任务量制定了相关的工作内容、要求及进程。同时我也会本着仔细、严谨的态度按时完成设计内容，并达到最终的目标！本次我们所设计的变电所是区域变电所，由设计任务书可以知道本变电所高压侧接收功率，中压侧为负荷侧和低压侧为站用电。根据以上内容我们要考虑变电站的主变压器的类型、容量和台数，电气主接线方案和高压电气设备选择，设
5、计出500KV侧进出线配电系统图。 本变电所设计的最基本的要求：设备无油化，小型化，高参数，不检修等，具有较高的供电可靠性和运行安全性。安全可靠是电力系统运行的最重要的任务，保证供电可靠是变电所最基本的要求。停电不仅给电力系统造成损失，而且对国民经济各部门带来的损失将更加严重。所以，在本次设计中变电所可靠性运行是十分重要的。同时，根据电力系统发展的需要，经常对已投产的变电所加以扩建。所以，从变压器一直到馈线回路数均要有扩建的可能，在设计主接线时应留有发展扩建的余地。不仅仅要考虑最终接线的实现，还要考虑它的经济性、运行灵活性等因素。根据变电所所在系统的地位，可分为以下几类：1、枢纽变电站 该变电
6、站的主要特点是高压侧连接区域电网并与多个大电源相连接，高压侧有大量电力转送。变电所装有多台大容量降压变压器，从区域电网中下载电力，为地区的中间变电所提供电源。该类变电所的负荷侧，往往是地区电网的主要电源点。对这类变电所电气主接线的可靠性、灵活性、要求都很高。因此，往往采用可靠性和灵活性都高的接线方式。2、区域变电所 这类变电所主要作用是从地区电网中下载电力，为地区配电网供电或为用户直接供电。变电所内有三种电压或两种电压等级。这类变电所因地区的电网结构不同，对其接线的要求也不同。对变电所接线可靠性的要求相对较低。3、企业专用变电所 这类变电所主要是为某一企业供电的变电所，对其接线可靠性的要求与企
7、业的性质有关。对于重要企业如大型钢厂、化工厂，任何情况下不允许停电。除了接线可靠性外，企业还设有自备电厂。在设计企业专用变电所主接线时还要考虑是否有自备电源的情况。 本次任务是设计降压变电所，属于区域变电所。主要任务是电气主接线，所用电设计、短路计算、主要设备的选择和校验、500KV进出线配电系统的设计。第一章 电气主接线的设计1.1 电气主接线1.1.1 电气主接线发电厂和变电站的电气主接线是为满足电能的产生、输送和分配的需要，按照一定的方式和顺序，用规定的图形符号和文字代号将一次设备（发电机、变压器、高压开关电器等）连接起来的电路图。 绘制电气主接线必须遵守以下规则：（1） 一次设备或元件
8、规定的图形符号和文字代号来表示，电器专业人员应熟记，并掌握一次设备的性能和用途。（2） 断路器和隔离开关等高压开关设备都按断开位置画出，但挂在控制室的主接线模拟板上的设备状态则按随实际运行状态变换的，以帮助运行人员正确地进行倒闸操作、分析和处理。（3） 因为三厢交流电气设备的各相接线是相同的，所以电气主接线图一般都采用单线图（即一相电路图）。单线图较为清晰。如遇到各相设备配置不对称（如有的回路只在两相配置电流互感器），则可在局部绘制三线图；如果装置有中性或零线，则可将它在图上用虚线表示。1.1.2 对电气主接线的基本要求对电气主接线的基本要求，概括地说包括可靠性、灵活性、经济性。具体的来说为以
9、下几点： 1、供电可靠性 由于电能很难大量贮存，如何保证可靠地（不间断）向用户供给符合质量的电能是发电厂和变电站的首要任务。供电中断不仅使电力企业的经济效益降低，更使用户蒙受巨额损失，甚至发生人身事故。因此，电气主接线应满足的第一个基本要求是供电可靠性。2、灵活性 灵活性的含义是电气主接线能适应各种运行方式（包括正常、事故和检修运行方式），并能方便地通过操作实现运行方式的变换，而且在某一回路检修时，不影响其他回路继续运行。灵活性还应包括将来扩建的可能性。 主接线还应简明清晰，布置对称明朗；运行维护方便，使设备切换所需的操作步骤最少；尽量避免隔离开关操作电气；在接线方面杜绝误操作的可能性。3、
10、经济性 即在满足可靠性，灵活性的基本前提条件下，应力求投资节省、占地面积小、电能损失少、运行维护费用低。电气数量少，选用轻型电气是节约投资的重要措施。1.1.3 对各类电气主接线的介绍1、单母线接线 这种接线的特点是设一条回流母线，电源线和负荷线均通过一台断路器接到母线上。它是母线制接线种最简单的一种接线形式。（1）优点： 接线简单、清晰、采用设备少、造价低、操作方便、扩建容易。（2）缺点：可靠性不高，当任一连接元件故障，断路器拒动或母线故障，都将造成整个配电装置全停。母线或母线隔离开关检修，整个配电装置亦将全停。 单母接线可作为最终接线，也可作为过渡接线。只要在布置上留有位置，单母接线可过渡
11、到单母分段接线、双母分段接线、双母接线等等。 2、双母线接线为克服单母接分段接线在母线和母线隔离开关检修时，该段母线上连接的元件都要在检修期间停电的缺点而发展出双母接线。这种接线，每一元件通过一台断路器和两组隔离开关连接到两组母线上，两组母线间通过母联断路器连接。（1） 双母线接线的优点： 1) 优越的可靠性：线路故障断路器拒动或母线故障只停一条母线及所连接的元件。将非永久性故障元件切换到无故障母线，可迅速恢复供电。2) 调度与检修灵活： 可在任何元件部停电的情况下轮流检修母线，只需将检修的母线上的全部元件切换到另一条母线即可或根据系统运行的需要，各元件可灵活地连接到任一母线上，实现系统的合理
12、接线。3) 扩建方便：一般情况下，双母线接线配电装置在一期工程中就将母线构架一次建成，近期扩建的母线也安装好。在扩建元件施工时，对原有元件没有影响。 （2）双母线接线的缺点：1)增加了一条母线和母线隔离开关，增加了设备及相应的构支架，加大了配电装置的占地和工程投资。 2) 当母线或母线隔离开关故障检修时，倒闸操作复杂，容易发生误操作。3）隔离开关操作闭锁接线复杂。4）保护和测量装置的电压取自母线电压互感器二次侧，需经过切换。电压回路接线复杂。5）母线联络断路器故障，整个配电装将全停。3、 一台半断路器接线 3/2断路器接线方式一般运用在两条主母线之间，组成一个完整串，每串中两台断路器之间引出一
13、回线路或一组变压器（通称一个元件）。每一元件占有3/2台断路器。在每串内还配有检修断路器用的隔离开关、接地开关、保护、测量用的电流互感器，在各元件回路配有三相电压互感器、避雷器，母线上配有单相电压互感器、避雷器等。3/2断路器接线的优点： 1)有较高的可靠性 2）有高度的运行灵活性：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。只需操作断路器，而不需操作隔离开关。 3）运行操作方便：所有隔离开关均为检修用，没有倒闸作用隔离开关。隔离开关操作程序简单。安全操作闭锁回路接线简单，操作引起故障几率少。 4）设备检修方便。任何设备或母线检修，都不会影响
14、供电。被检修设备的隔离操作方便、简单。1.2 500KV变电站主接线设计1.2.1 设计原则1、本次设计的500KV区域性变电站的主接线，应根据变电站在系统中中的地位、作用以及本工程建设的目的，必要性。它们用来确定对变电所主接线可靠性、灵活性、和经济性的要求。变电站根据5-20年的总体规划，提出本工程近期和远景的建设规模，具体包括以下内容： （1）各电压等级近期及远期的出线回路数，每回出线的输送量，导线截面面积，出线的方向。 （2）近期和远期主变压器的台数、容量、型式、各侧额定电压值、调压方式、调压范围、变压器短路阻抗，各种运行方式下通过变压器的功率潮流。 （3）无功补偿：近期和远期高压侧和低
15、压侧装设的无功补偿设备种类，装设位置。 a.高低压并联电抗器的形式、组数、单机容量、投切方式、额定参数。 b.并联电容的组数、单组容量、投切方式、额定参数。 c.其他型式补偿装置的容量、额定参数。 （4）变电所供电负荷的性质。对于、类供电负荷在接线设计上考虑要有两个独立电源供电。当任一电源断开后，另一电源应能保证对全部负荷的供电。对于类负荷一般只考虑提供一个电源。 （5）在设计年限内，系统最大、最小运行方式下的短路容量或等值阻抗，包括正序阻抗、负序阻抗和零序阻抗（归算值）。 （6）各侧电网中性点的接地方式以及对本工程变压器中性点接地方式的要求。 （7）各侧母线的最大穿越功率。它用来计算各侧母线
16、载流导体的截面积。 （8）本工程各侧的同期点，系统电能计量的关口点，以便确定电流、电压互感器的配置以及对精度的要求。 （9）电力系统通信的要求，微波、载波和光纤通道的规划，高频加工设备置（阻波器、耦合电容、结合滤波器）的配置及技术参数 （10）系统内过电压的数值，对变电所主接线可靠性指标的要求以及其他特殊要求。1.2.2 本变电站设计方案 这次我所设计的变电站是一个十分重要的500KV区域变电站。高压侧为2回500KV架空线与2600MW火电厂相连，另有3回500KV出线与其他500KV变电站相连接，最大负荷利用小时数为4800小时。中压侧为负荷侧，10回出线，负荷容量为1500MW，最大负荷
17、利用小时数为4800小时，cos=0。97。低压侧为35KV侧，变电站站用高压母线，最大负荷利用小时数为3800小时，站用负荷占0.8%。由于500KV侧为系统电源侧，因此考虑到其重要地位及其和其他500KV变电站相连接的扩建性，故其母线接线方式为双母接线，断路器接线方式选用3/2接线方式。对于220KV侧由于有10回架空线，考虑变电站运行的可靠性和方便扩建选用了双母单分段线的接线形式。 35KV侧接线为站用电，考虑到其投资的经济性问题，因此接线方式选择单母接线方式。 本变电站500KV侧采用的是一台半断路器接线方式。其目的是便于在回路上分组，方便设计和运行维护，减少接线的失误。具有较高的可靠
18、性和调度灵活性。即使两组母线同时故障或一组检修另一组故障的极端情况下，功率仍能经3/2断路器继续输送，任何回路均不停电，操作检修方便。200KV侧采用双母单分段接线。此种接线方式是为了克服双母接线存在全停电可能性的缺点，缩小了停电范围，提高了接线的可靠性。这种接线在系统运行中也非常灵活，可通过分段断路器将系统分割成几个互不相连接部分，达到限制短路电流、控制潮流、缩小故障停电范围等目的。35KV为站用电，考虑到本工程设计其站用电容量较小、出线回路较少、对供电可靠性要求较低因此采用单母接线方式，而且考虑其潮流的分布的问题，在母线侧接补偿器。依据以上接线方案的考虑，本次设计的主接线图设计为下图所示：
19、图 1-1 变电站主接线图1.3主变压器台数、容量、型号的选择主变压器在电气主接线的地位和作用尤甚重要而且设备投资中所占比例较大，因此主变压器的选择对变电站的技术和经济性影响很大。1.3.1 选择原则主变压器的台数和容量，应根据地区供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等综合考虑确定。1、主变压器容量选择：一般按变电所、建成后510年的规划负荷选择，并适当考虑到远期1020年负荷的发展，对城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。在有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。装有两台及以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变压器的容量不应小于
20、60%的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。在主变压器容量选择时按以下原则确定（1） 在电力系统正常运行与检修状态下，以具有一定持续时间的日负荷选择主变压器的额定容量，日负荷中持续时间很短的部分，可由变压器过载满足。（2） 并联运行的主变压器以备用形式相互作为事故备用，只要求短路时保持原来的总传输容量并应计及变压器短路时过负荷能力。（3） 变压器检修时间间隔很长，检修时间较短，合理作好检修与运行调度。且不因检修并联变压器而增加其选择容量。1.3.2 型号、台数、容量选择1、主变压器容量的确定1）变电所主变压器的容量一般按变电所建成后510年的规划负荷选择，并适当考虑远期1020年的负荷发展。
21、对于城郊变电所，主变压器应与城市规划相结合。2）根据变电所所带的负荷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所，应考虑当一台主变压器停运时，应保证用户的一级和二级负荷；对一般性变电所，当一台主变停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的60%70%（35110KV变电所为60%，220500KV变电所为70%）或全部重要负荷（当、类负荷超过上述比例时）选择，即每台变压器的额定容量通常按下式（根据发电厂电气部分式（4-6）进行初选： （MVA） （1-1） 式中n-变电所主变压器台数 -变电所的最大计算负荷由设计任务书可以得知466.67MVA，故2、主变压器台数的确定 1）对大城
22、市郊区的一次变电所，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台变压器为宜。 2）对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，在设计时应考虑装设3 4台主变压器的可能性。 3）对于规划只装设两台变压器的变电所，应结合远期负荷的发展，研究其变压器基础是否需要按大于变压的要求，以便负荷发展时，有调换更大容量的变压器的可能性。因此有以上三点依据再结合任务书可以设计本站主变压器台数选择：本站应配三个电压等级，为了保证供电的可靠性，变电所装设2台主变压器。3、主变型号的选择：通过以上计算及选择原则，本站选择2台型号为OSFPSZ360000/500容量为360MVA的三相自耦有载调压变压器。主变压
23、器的型号及参数如下（表1.1）表 1.1 主变压器型号及参数制造厂保定天威保变电气股份有限公司型号OSFPSZ360000/500额定容量（KVA）360000/360000/40000额定电压（KV）高压550中压低压35空载损耗（KW）190负载损耗（KW）高中800阻抗电压（%）高中10高低26中低41接线组别Ia0.I0型式强迫油导向循环风冷有载调压三绕组自耦变1.4.3 无功补偿的考虑电能质量好坏的主要指标是频率和电压是否稳定。维持电力系统的频率和电压在允许的范围之内变动，对保障电力负荷的正常运行和电力系统自身的安全至关重要。 在电力系统中无功电源发出的功率直接影响着电力系统的稳定。
24、无功电源补足，既发出的无功功率补能满足无功负荷的需要，无功电源和无功负荷处于低电压平衡状态。由于电力系统运行电压水平低，给电力系统带了一系列危害。例如：设备出力不足、电力系统损耗增加、设备损坏、电力系统稳定度降低等等。无功电源充裕，但运行管理不当和调相调压手段不足，均能引起电压过高的危害。诸如，设备绝缘轻则降低寿命，重则击穿烧毁；引起设备过激磁，电流增大产生谐波和引起设备温升；照明设备寿命骤减。因此通过调解无功功率使系统的无功功率处在平衡状态是电力系统安全运行的首要条件。在降压变电站中设置的无功功率补偿装置和有载调压变压器，是实现无功功率的就地平衡和保证电压质量的主要手段。无功功率补偿装置一般
25、都在降压变压器的低压侧。在500KV变电所中，由于经济、维护和安装上的优点，多采用电力电容器、电抗器、静止补偿装置作为无功功率补偿。通过对有载调压变压器的变比和无功功率补偿装置输出无功功率的控制，可以调节电力系统电压和无功功率潮流第二章 短路电流计算2.1 短路电流的形成原因及短路电流计算的目的短路故障是电力系统最常见的故障。短路，是指一切不正常的相间短路和相对地的短路。2.1.1 短路形成的原因1、设备绝缘损坏：正常运行时电力系统各部分绝缘是足以承受所带电压的，且具有一定的裕度。但电气设备在制造时可能存在某些缺陷；在运输、保管和安装的过程中，绝缘可能受到机械损伤；长期低电压过电流运行的设备绝
26、缘会迅速老化等原因，使电气设备的绝缘受到削弱或损坏，造成带电部分的相与相或相与地形成通路。2、恶劣的自然条件，大气过电压（雷击）引起闪络，大风和覆冰引起倒杆和短线等造成短路。3、工作人员误操作如设备检修未拆除地线就加电压、运行人员带负荷拉刀闸等。2.1. 短路计算目的和内容电力系统短路电流计算的主要目的是：1） 选择断路器的遮断电流，并对今后高压断路器等设备的制造提出短路电流方面的要求以及研究限制系统短路电流水平的措施；2） 为确定送电线路对附近通信线电磁危险的影响提供计算资料；3） 电网接线和电厂、变电所电气主接线的比选。在电力系统规划设计阶段，一般是计算今后10年左右最大运行方式时三相短路
27、和单相接地短路非周期分量电流和冲击电流。2.2 短路电流计算的假定条件及计算步骤2.2.1 短路电流计算的基本条件1、故障前为空载，既负荷略去不计，只计算短路电流的故障分量；2、故障前所有节点电压均等于平均额定电压，其标幺值等于1；3、系统各元件的电阻略去不计；4、只计算短路电流基频的周期分量；2.2.2 计算步骤1、根据变电所或电厂的接线和设备，查出短路电流的计算参数，绘制阻抗图。2、对各设备的阻抗进行换算，即进行网络变换。3、三相短路电流周期分量计算。4、三相短路电流非周期分量计算。5、冲击电流和全电流计算。6、不对称短路计算。提供正序网络、负序网络和零序网络的阻抗，进行三相短路、两相短路
28、、单相接地短路和两相接地短路及合成电流计算。7、短路电流的热效应计算。8、厂用电短路电流计算，要考虑电动机反馈电流影响。2.2.3 短路计算过程1、参数计算：设基准值: (MVA) (KV)变电站主变: （21） = =2.5 = =12.5 = =28.5主变参数标幺值: （22） 2、短路计算过程：图 21 系统等值电抗图1） 当主变500KV侧点短路时系统等值电抗图为：图 22系统等值电抗化简图 图23系统等值电抗化简图 图24系统等值电抗化简图转移电抗: 当500KV侧连接为无穷大系统时，则可认为其周期分量不衰减，此时：计算电抗： =0.08 短路电流标幺值： （23）因为500KV侧
29、连接为无穷大系统，因此其周期分量不衰减，此时：其有名值：= （KA） （24）所以 （500KV）（KA） （25）三相短路电流的冲击值和全电流最大有效值的计算： （500KV）（KA） （26） （500KV）（KA） （27） （500KV）（MVA） （28） 2） 当主变500KV出线侧侧点短路时转移电抗: 当500KV侧连接为无穷大系统时，则可认为其周期分量不衰减，此时：计算电抗： =0.152 短路电流标幺值： （23）因为500KV侧连接为无穷大系统，因此其周期分量不衰减，此时：其有名值：= （KA） （24）所以 （500KV）（KA） （25）三相短路电流的冲击值和全电流最大
30、有效值的计算： （500KV）（KA） （26） （500KV）（KA） （27） （500KV）（MVA） （28）3）当主变220KV侧点短路时系统等值电抗图为：图25系统等值电抗化简图图 26系统等值电抗化简图 转移电抗： 计算电抗： 短路电流：() () 当供电电源为无限大容量时，则可认为其周期分量不衰减，此时：其有名值：= （KA） 所以 （500KV）（KA） （220KV）（KA） 三相短路电流的冲击值和全电流最大有效值的计算： （500KV）（KA） （220KV）（KA） （500KV）（KA） （220KV）（KA）（500KV）（MVA） （220KV）（MVA）4）当中
31、压220KV出线侧点短路时5）当主变低压侧35KV低压侧点短路时系统等值电抗图为：图 27系统等值电抗化简图图 28系统等值电抗化简图图 210系统等值电抗化简图转移电抗: 当500KV侧连接为无穷大系统时，则可认为其周期分量不衰减，此时：计算电抗： =0.941 短路电流标幺值： （23）因为500KV侧连接为无穷大系统，因此其周期分量不衰减，此时：其有名值：= （KA） （24）所以 （35KV）（KA） （25）三相短路电流的冲击值和全电流最大有效值的计算： （35KV）（KA） （26） （35KV）（KA） （27） （35KV）（MVA） （28） 根据以上计算得出短路电流计算结果表（见附录B）第三章 电气设备选择设备的选择设计，必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发
