500KV变电所电气一次设计(详细,规范模板).pdf

500kv 变电站电气一次部分初步设计 500kV 变电站电气一次初步设计 摘要 随着近些年来我国经济的持续发展 能源的重要性日趋凸显 电力系统在整个行业 中所占的比例逐渐增大 现代电力系统是一个庞大且有领导性地位的整体 各类发电厂 变电站分工完成整个电力系统的发电 变电和配电任务 电力系统是国民经济的重要能 源部门 而变电站的设计是电力工业建设中必不可少的一个项目 设计的内容有 500kV 枢纽变电站的电气主接线的选择 主变压器的选择 母线 断 路器和隔离开关的选择 电流互感器及电压互感器的配置 500kV 220kV 35kV 线路 的选择和短路电流的计算 设计中还对主要高压电器设备进行了选择与计算 如断路器 隔离开关 电压互感器 电流互感器等 此外还进行了防雷保护的设计和计算 提高了 整个变电站的安全性 本设计书包括原始资料分析 设计说明书 计算书 关键词 变电站 主接线 短路电流 变压器 500kv 变电站电气一次部分初步设计 THE DESIGN OF THE FIRST PART ABOUT THE 500KV TRANSFORMER SUBSTATION ABSTRACT China s economy in recent years with the continued development of increasingly highlighted the importance of energy Power system in the industry increases the proportion of the modern power system is a large and the overall position of leadership Various types of power plants substations complete the power system division of power generation substation and distribution tasks Power system is an important national energy sector and substation design is essential for the construction of the power industry as a project The design of the book introduces the regional 500kV electrical substation design a part of the content and design The design of the contents of the electrical substation 500kV main regional cable choice the main transformer the transformer used in the choice of bus circuit breakers and isolation switch option the configuration of transformer 500kV 220kV 35kV line choice and short circuit current calculations The design of the main high pressure also had a choice of electrical equipment and computing such as circuit breakers isolating switches voltage transformers current transformers and so on In addition a lightning protection design and computing increased the safety of the entire substation The design of the book including the designing specification calculating and selecting book and the drawings Key words 500kV substation main connection short circuit current transformer 500kv 变电站电气一次部分初步设计 目目 录录 1 变电站原始资料 1 2 设计说明书 2 2 1 电气主接线选择 2 2 1 1 主接线基本要求 2 2 1 2 主接线设计原则及步骤 2 2 1 3 主接线基本接线形式及特点 4 2 1 4 主接线方案确定 7 2 2 站用电选择 10 2 2 1 站用变压器选择 10 2 2 2 站用电接线 10 2 3 无功补偿装置选择 11 2 3 1 无功补偿装置选择要求 11 2 3 2 无功补偿装置选择结果 12 2 4 主变压器选择 12 2 4 1 主变压器台数和容量确定 12 2 4 2 主变压器形式和结构选择原则 12 2 4 3 主变压器选择结果 13 2 5 短路电流计算 13 2 5 1 短路电流计算原则 13 2 5 2 短路电流计算结果 14 2 6 主要电气设备选择 14 2 6 1 断路器选择 15 2 6 2 隔离开关选择 16 2 6 3 电流互感器选择 17 2 6 4 电压互感器选择 19 2 6 5 导体选择 21 500kv 变电站电气一次部分初步设计 2 7 限流电抗器选择 23 2 8 绝缘子和绝缘套管选择 23 2 9 防雷设计 24 2 9 1 避雷针设计 24 2 9 2 避雷器设计 25 2 10 配电装置及电气平面布置 26 2 10 1 配电装置 26 2 10 2 电气平面布置 27 3 设计计算书 28 3 1 短路电流计算 28 3 1 1 等值网络图化简 28 3 1 2 变压器各绕组电抗标幺值计算 29 3 1 3 各电压等级短路电流计算 29 3 2 无功补偿装置选择计算 32 3 3 电气设备选择计算 33 3 3 1 500KV 侧电气设备选择 33 3 3 2 220KV 侧电气设备选择 37 3 3 3 35KV 侧电气设备选择 40 3 4 导体选择 44 3 4 1 500KV 侧母线选择 44 3 4 2 220KV 侧母线选择 45 3 4 3 35KV 侧母线选择 46 3 5 避雷针保护范围 44 总结 48 参考文献 49 致谢 50 500kv 变电站电气一次部分初步设计 第 1 页 共 50 页 1 变电站原始资料 该变电站为系统枢纽变电站 在系统中承担着连接 500kV 和 220kV 两个电压等级 的作用 其主要任务是将经 500kV 超高压线路送来的电能降低后送入 220kV 电力系统 变电站的原始资料如下 1 建设规模 该变电站主变压器采用 2 750MVA 其电压等级为 500 220 35kV 的 变压器 500kV 进出线两回 220kV 进出线八回 35kV 无进出线 其中 35kV 作为站用 电源和无功补偿 2 系统情况归算到 500kV 接入点系统电抗标幺值 SB 100MVA 为 002 0 2 1 ss xx 005 0 0 s x 3 站用负荷有 包括主控制室照明 主建筑物和辅助建筑物照明以及相关的站用 电 综合负荷为 500KW 4 变电站地理位置 站址在系统中的地理位置适中 站区地势平坦 出线方向不受限制 500kv 变电站电气一次部分初步设计 第 2 页 共 50 页 2 设计说明书 2 1 电气主接线选择 发电厂和变电站的电气主接线是指由发电机 变压器 断路器 隔离开关 互感器 母线和电缆等电气设备 按一定顺序连接的 用以表示生产 汇集和分配电能的电路 电气主接线又称为一次接线或电气主系统 代表了发电厂和变电站电气部分的主体结 构 直接影响着配电装置的布置 继电保护配置 自动装置和控制方式的选择 对运行 的可靠性 灵活性和经济性起决定性的作用 2 1 1 主接线基本要求 1 电气主接线应根据系统和用户的要求 保证供电的可靠性和电能质量 断路 器检修时能否不影响供电 断路器或母线故障以及母线检修时 尽量减少停运的回路数 和停运时间 并要保证对重要用户的供电 尽量避免变电站全部停运的可能性 大机组 超高压电气主接线应满足可靠性的特殊要求 电压和频率是电能质量的基本指标 在确定电气主接线时应保证电能质量在允许的 变动范围之内 2 电气主接线应具有一定得灵活性和方便性 以适应电气装置的各种运行状态 当需要进行检修时 应能够很方便使断路器 母线及继电保护设备退出运行进行检修 而不致影响电力网的运行或停止对用户供电 3 电气主接线应在满足上述要求的前提下 尽可能经济 应尽量减少设备投资 费用和运行费用 并尽量减少占地面积 同时注意搬迁费用 安装费用和外汇费用 4 具有发展和扩建的可能性 电气主接线在设计时应尽量留有发展余地 不仅 要考虑最终接线的实现 同时还要兼顾到从初期接线过渡到最终接线的可能和分阶段施 工的可行方案 使其尽可能的不影响连续供电或在停电时间最短的情况下完成过渡方案 的实施 2 1 2 主接线设计原则及步骤 a 主接线设计原则 变电站主接线的设计必须满足上述四个基本要求 以设计任务书为依据 以国家经 济建设的方针 政策 技术规定 标准为准绳 结合工程实际情况 在保证供电可靠 调度灵活 满足各项技术要求的前提下 兼顾运行 维护方便 尽可能地节省投资 就 500kv 变电站电气一次部分初步设计 第 3 页 共 50 页 近取材 力争设备元件和设计的先进性与可靠性 坚持可靠 先进 适用 经济 美观 的原则 在工程设计中 经上级主管部门批准设计任务书或委托书是必不可少的 它将根据 国家经济发展 给出所设计的变电站的容量 电压等级 出线回路数 主要是负荷要求 电力系统参数和对变电站具体要求 以及设计的内容和范围 这些原始资料是设计的依 据 必须进行详细的分析和研究 从而可以初步拟定一些主接线方案 国家方针政策 技术规范和标准是根据国家实际状况 结合电力工业的技术特点而制定的准则 设计时 必须严格遵循 结合对主接线的基本要求 设计的主接线应供电可靠 灵活 经济 留 有扩建和发展的余地 设计时 在进行论证分析阶段 更应该辩证的统一供电可靠性与 经济性的关系 以使设计的主接线具有先进性和可行性 我国 变电站设计技术规程 对主接线设计作了如下规定 在满足运行要求时 变电站高压侧应尽量采用断路器较少的或不用断路器的接线 在 200 500kV 枢纽变电站中 当 500kV 出线 2 回及以上时 一般采用双母线分段带旁 路或者 3 2 断路器接线 当 200kV 出线超过 8 回时 一般采用双母线分段接线 双母线 接线或者双母线带旁路 在 500kV 变电站中 35kV 配电装置所连接的元件总数不超过 8 个时 一般采用单母线分段或单母线接线 出线回路数和电源数较多的污秽环境中的 变电站 可采用双母线接线 在 6 10kv 变电站中 一般采用单母线接线或单母线分段 接线 b 主接线设计步骤 电气主接线的设计伴随着发电厂或变电站的整体设计 即按照工程基本建设程序 经历可行性研究阶段 初步设计阶段 技术设计阶段和施工设计等四个阶段 在各阶段 中随要求 任务的不同 其深度 广度也有所差异 但总的设计思路 方法和步骤相同 1 对原始资料进行综合分析 1 变电站的情况 包括变电站的类型 在电力系统中的地位和作用 近期及远 景规划容量 近期和远景与电力系统的连接方式和各级电压中性点接地方式及可能的运 行方式等 2 负荷情况 包括负荷的性质及其地理位置 输电电压等级 出线回路数及输 送容量等 电力负荷的原始资料室设计主接线的基础数据 应在电力负荷预测的基础上 确定 其准确性直接影响主接线的设计质量 3 环境条件 包括当地的气温 湿度 污秽 覆冰 风向 水文 地质 海拔 500kv 变电站电气一次部分初步设计 第 4 页 共 50 页 高度及地震等因素 这些对主接线中电器的选择和配电装置的实施均有影响 必须予以 重视 此外 对重型设备的运输 也应充分考虑 4 设备情况 为使所设计的主接线可行 必须对各主要电器的性能 制造能力 供货情况和价格等资料汇集并进行分析比较 保证设计具有先进性 经济性和可行性 2 确定主变压器的容量和台数 变电站主变压器的容量 一般应按 5 10 年规划负荷来选择 根据城市规划 负荷 性质 电网结构等综合考虑确定 对重要变电站 应考虑当 1 台主变压器停运时 其余 变压器容量在记及过负荷能力允许时间内 应满足 类及 类负荷的供电 对一般性变 电站 当 1 台主变压器停运时 其余变压器容量应能满足全部负荷的 70 至 80 变电站主变压器的台数 对于枢纽变电站在中 低压侧已形成环网的情况下 以设 置 2 台主变压器为宜 对地区性孤立的一次变电站或大型工业专用变电站 可设 3 台主 变压器 以提高供电可靠性 3 主接线方案的拟定与选择 根据设计任务书的要求 在原始资料分析的基础上 根据对电源盒出线回路数 电 压等级 变压器台数 容量以及母线结构等 可拟定出若干个主接线方案 依据对主接 线的基本要求 从技术上论证并淘汰一些明显不合理的方案 最终保留 2 3 个技术上 相当 又都能满足任务书要求的方案 在进行经济比较 对于在系统中占有重要地位的 大容量变电站的主接线 还应进行可靠性定量分析计算比较 最终确定出在技术上合理 经济上可行的最终方案 4 站用电源的引接方式 5 短路电流计算和主要电气选择 对所选的电气主接线进行短路电流计算 并选择合理的电气设备 6 绘制电气主接线图 对最终确定的主接线 按工程要求绘制工程图 2 1 3 主接线基本接线形式及特点 电气主接线的型式是多种多样的 按有无母线可分为有母线型的主接线和无母线型 的主接线两大类 a 有母线型电气主接线 1 单母线接线及单母线分段接线 1 单母线接线 500kv 变电站电气一次部分初步设计 第 5 页 共 50 页 单母线接线供电电源在变电站是变压器或高压进线回路 母线既可保证电源并列工 作 又能使任一条出线都可以从任一个电源获得电能 各出线回路输入功率不一定相等 应尽可能使负荷均衡地分配在各出线上 以减少功率在母线上的传输 单母接线的优点 接线简单清晰 设备少 操作方便 经济性好 并且母线便于向 两端延伸 扩建方便和采用成套配电装置 缺点 可靠性差 母线或母线隔离开关检修或故障时 所有回路都要停止工作 也就成了全厂或全站长期停电 调度不方便 电源只能并列运行 不能分列运行 并 且线路侧发生短路时 有较大的短路电流 适用范围 一般只适用于一台发电机或一台主变压器的以下三种情况 6 10kV 配电装置的出线回路数不超过 5 回 35 63kV 配电装置的出线回路数不超过 3 回 110 220kV 配电装置的出线回路数不超过两回 2 单母分段接线 单母线用分段断路器进行分段 可以提高供电可靠性和灵活性 对重要用户可以从 不同段引出两回馈电线路 由两个电源供电 当一段母线发生故障 分段断路器自动将 用户停电 两段母线同时故障的几率甚小 可以不予考虑 在可靠性要求不高时 亦可 用隔离开关分段 任一母线故障时 将造成两段母线同时停电 在判别故障后 拉开分 段隔离开关 完成即可恢复供电 单母线分段接线的缺点是当一段母线或母线隔离开关故障或检修时 该段母线的回 路都要在检修期间内停电 当出线为双回路时 常使架空线路出现交叉跨越 扩建时需 向两个方向均衡扩建 3 单母线带旁路母线的接线 为了检修出线断路器 但不中断对该出线的供电 可增设旁路母线 当检修电源回 路断路器期间不允许断开电源时 旁路母线还可以与电源回路连接 此时还需在电源回 路加装旁路隔离开关 有了旁路母线 提高了供电的可靠性 但旁路系统造价昂贵 同 时使配电装置运行复杂化 另外检修母线或母线故障期间中断供电 2 双母线接线及双母线分段接线 1 双母线接线 双母接线有两组母线 并且可以互为备用 每一个电源和出线的回路 都装有一台 断路器 有两组母线隔离开关 可分别与两组母线连接 两组母线之间的联络 通过母 500kv 变电站电气一次部分初步设计 第 6 页 共 50 页 线联络断路器来实现 由于有了两组母线 运行的可靠性和灵活性大为提高 其优点主要有 检修母线时不影响正常供电 检修任一组母线隔离开关时 只 需断开此隔离开关所属回路和与此隔离开关相连的该组母线 其他回路均可通过另一组 母线继续运行 工作母线发生故障后 所有回路能迅速恢复供电 检修任一出线断 路器时 可用母联断路器代替检修的断路器 回路只需短时停电 调度灵活 扩建 方便等特点 缺点 在倒母线的操作过程中 隔离开关作为操作电器 容易发生误操作 检 修任一回路的断路器或母线故障时 仍将短时停电 所使用的设备多 母线隔离开关 的数目多 并且使配电装置结构复杂 所以经济性能差 2 双母线分段接线 为了缩小母线故障的停电范围 可采用双母线分段接线 用分段断路器将工作母线 分为两段 每段工作母线用各自的母联断路器与备用母线相连 电源和出线回路均匀地 分布在两段工作母线上 这种接线具有单母线分段和双母线的特点 较双母线接线具有 更高的可靠性和灵活性 正常运行时工作母线工作 备用母线不工作 它是单母线分段 接线方式 当一段工作母线发生故障后 在继电保护作用下 分段断路器先自动跳开 而后将故障段母线所连的电源回路的断路器跳开 该段母线所连的出线回路停电 随后 将故障段母线所连的电源回路和出线回路倒至备用母线上 即可恢复供电 这样 只是 部分短时停电 而不必短期停电 仍是单母线分段运行方式 双母线分段接线主要用于大容量进出线较多的配电装置中 如 220KV 进出线达 10 14 回时 就可采用双母线三分段的接线 在 330 500KV 的配电装置中 也有采用 双母线四分段的 3 双母线带旁路母线的接线 为了不停电检修出线断路器 双母线可以带旁路母线 用旁路断路器替代检修中的 回路断路器工作 使该回路不致停电 这种接线运行操作方便 不影响双母线正常运行 但多装了一组断路器和隔离开关 增加了投资和配电装置的占地面积 然而这对于接于 旁路母线的线路回数较多 并且对供电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的 4 3 2 断路器接线 每两个元件 出线 电源 用 3 台断路器构成一串接至两组母线 称为一台半断路 器接线 又称 3 2 接线 在一串中 两个元件各自经一台断路器接至不同母线 而两回 路之间的断路器称为联络断路器 500kv 变电站电气一次部分初步设计 第 7 页 共 50 页 3 2 断路器接线的优点 较高的可靠性 高度的运行灵活性 运行操作方便 设备 检修方便 3 2 断路器接线具有上述优点 但选用时应注意 3 2 断路器接线断路器接线各元件 之间联系比较紧密 各元件之间可通过中间断路器 母线断路器沟通 如在系统发生故 障时 为保障系统的稳定安全运行 要将系统分成几个互不连接的部分 则在接线上不 容易实现 不如双母线分段接线可通过母联或分段断路器 方便地实现系统接线的分割 采用 3 2 断路器接线 当回路数较多时 根据系统运行的需要 可在母线上装设分 段断路器 清除上述的欠缺 b 无母线型电气主接线 无母线型的电气主接线在电源与引出线之间或接线中各元件之间没有母线连接 常 用的有桥型接线 多角形接线和单元接线 1 桥型接线适用于仅有两台变压器和两条引出线的发电厂和变电站中 因此 它不适合本设计中对主接线进出线的要求 2 多角形接线没有集中地母线 相当于将单母线用断路器按电源和引出线的数 目分段 且连接成环形的接线 这种接线一般适用于最终规模已确定的 110kV 及以上的 配电装置中 且以不超过六角形为宜 多角形接线的缺点之一就是扩建困难 因此 此 接线型式亦不适合本设计的要求 2 1 4 主接线方案确定 根据对原始资料的分析以及对主接线的认识 现列出以下三种主接线方案 方案一 500kV 侧 3 2 断路器接线 220kV 侧双母线接线 35kV 侧单母线接线 500kV 出线两回 而 3 2 断路器接线使用范围是出线数为 2 回及以上时 满足主接 线的要求 且具备供电可靠 调度灵活 扩建方便等特点 220kV 出线八回 220KV 配电装置的接线变化较大 由经验得出采用双母线接线 35kV 进出线两回 接无功补偿装置和站用变压器 没有供电线路引出 在 500KV 变电站中 每台主变压器的 35KV 配电装置互不连接 可考虑选择单母线接线方式 方案主接线图如图 2 1 所示 500kv 变电站电气一次部分初步设计 第 8 页 共 50 页 图 2 1 方案一电气主接线 方案二 500kV 侧 3 2 断路器接线 220kV 侧双母线带旁路接线 35kV 侧单母线接 线 220kV 出线八回 由于本回路为重要负荷停电对其影响很大 因而选用双母带旁路 接线方式 双母线带旁路母线 用旁路断路器替代检修中的回路断路器工作 使该回路 不致停电 这样多装了价高的断路器和隔离开关 增加了投资 然而这对于接于旁路母 线的线路回数较多 并且对供电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的 主接线如图 2 2 所示 图 2 2 方案二电气主接线 方案三 500kV 侧双母线分段带旁路接线 220kV 侧双母线带旁路接线 35kV 侧 单母线接线 500kV 两回进线 由于本电压等级对系统及其重要 因而选用双母带旁路接线方式 双母线带旁路母线 用旁路断路器替代检修中的回路断路器工作 使该回路不致停电 这样多装了价高的断路器和隔离开关 增加了投资 然而这对于接于旁路母线的线路回 500kv 变电站电气一次部分初步设计 第 9 页 共 50 页 数较多 并且对供电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的 主接线如图 2 3 所示 图 2 3 方案三电气主接线 现对三种方案列表 2 1 比较如下 表表 2 1 电气主接线方案比较电气主接线方案比较 方案 项目 可靠性 灵活性 经济性 方案一 500KV 侧 3 2 断路器接 线 220KV 侧双 母线分段接线 35KV侧单母线接 线 1 可靠性高 2 保护及二次回路接 线不比母线制接线复 杂 1 灵活性高 2 在检修母线或回路 断路器时不必用隔离 开关进行大量的倒闸 操作 并且调度和扩 建方便 1 设备相对多 投资较大 特 别是断路器和电流互感器 投 资费用大 保护接线复杂 2 对供电可靠性的特殊性是 必要的 方案二 500KV 侧 3 2 断路器接 线 220KV 侧双 母 线 带 旁 路 接 线 35KV 侧单母 线接线 1 可靠性较高 2 保护及二次回路 复杂 1 灵活性较好 2 扩建方便 1 设备相对多 投资较大 2 旁路系统造价昂贵 同时 使配电装置运行复杂化 方案三 500KV 侧双母线分段带 旁路接线 220KV 侧双母线带旁路 接线 35KV 侧单 母线接线 1 可靠性高 1 各电压级接线方式 灵活性都好 2 各种电压级接线 都便于扩建和发展 1 设备相对多 配电装置复 杂 旁路系统造价昂贵 投资 较大 2 母线采用双母线分段带旁 路 占地面积增加而且造价 高 500kv 变电站电气一次部分初步设计 第 10 页 共 50 页 综合考虑三种电气主接线的可靠性 灵活性和经济性 结合实际情况 确定第一种 方案为设计的最终方案 2 2 站用电选择 2 2 1 站用变压器选择 考虑到站用变电站主要电气设备的需要 照明以及有关的继电保护装置的用电等负 荷 因此将站用变建在 35kV 侧 由于已知站用电为 500kW 功率因数为 0 8 则所用变压器容量为 6258 0 500KWS 综合以上数据 查 电力工程设计手册 选择35 3159 SC型电 力变压器作为站用变压器 SC9 315 35 型电力变压器技术参数见表 2 2 表表 2 2 2 2 SC9 315 35 型电力变压器技术数据表型电力变压器技术数据表 型号 额定容量 KVA 额定电压 KV 联接组标号 35 3159 SC 800 高压 低压 D yn11 5 2235 0 4 空载损耗 w 负载损耗 w 空载电流 阻抗电压 1300 4800 2 0 6 2 2 2 站用电接线 本变电站的主要站用电负荷是二次交流电源 变压器冷却装置 通信电源 远动电 源 对于枢纽变电站 通常都装设 2 台站用变压器 分别接在变电站低压母线的不同分 段上 380V 站用电母线采用低压断路器进行分段 并以低压成套配电装置供电 本设 计两台站用变压器分别接于 35kV 母线的 段和 段 互为备用 当一台故障时 另一 台能够承担变电所的全部负荷 接线如下图 2 4 所示 500kv 变电站电气一次部分初步设计 第 11 页 共 50 页 图 2 4 站用电接线 2 3 无功补偿装置选择 电压是电能质量的重要指标之一 电压质量对电网稳定及电力设备安全运行 线路 损失 供农业安全生产 产品质量 用电单位和人民生活用电都有直接影响 无功电力 是影响电压质量的一个重要因素 电压质量与无功是密不可分的 无功功率从电源端经 线路和变压器向负荷端输送 要产生电压损耗 高压线路和变压器的电压损耗主要取决 于通过无功功率 输送的距离越远 中间环节越多 引起电压降也就越大 负荷端得电 压也就越低 合理配置无功电源 使无功功率就近平衡 不仅可以提高电压水平 而且 可以减少电网中有功功率的损耗 2 3 1 无功补偿装置选择要求 并联电抗器用于吸收超高压长距离架空线和电缆线的过剩无功功率 防止正常运行 时有过多的无功功率注入负荷 并联电抗器吸收的无功功率 L Q与所在母线电压 U 平方 成正比即LUQL 2 式中的 L X为并联电抗器感抗 并联电抗器一般以直接接到超高 压线路或母线 或经主变三次侧或较低电压母线两种接线设置方式接入电网 若采用并 联电抗器直接接到超高压线路上 优点是可以限制高压线路的过电压 与中性点小电抗 配合 有利于超高压长距离输电线路单相重合闸过程中故障相的消弧 从而保证单相重 合闸的成功 不足是造价过高 若接到主变三次侧或较低电压母线上 优点是造价低 操作简便 对于此 500kV 变电站采取低压并联电抗器进行无功补偿 500kv 变电站电气一次部分初步设计 第 12 页 共 50 页 2 3 2 无功补偿装置选择结果 查 电力工程设计手册 选 BL OF3 45 型电抗器组 其技术参数见表 2 3 表表 2 2 3 3 BLBL OF3OF3 4545 电抗器参数电抗器参数 型号 额定电压 KV 额定容量 Mvar 额定电抗 mH 5C BK40 500 5N 35 45 126 3 2 4 主变压器选择 在发电厂和变电站中 用来向电力系统或用户输送功率的变压器 称为主变压器 用于两种电压等级之间交换功率的变压器 称为联络变压器 只供本所 厂 用的变压 器 称为站 所 用变压器或自用变压器 本章是对变电站主变压器的选择 2 4 1 主变压器台数和容量确定 在发电厂和变电站中 用来向电力系统或者用户输送功率的变压器 称为主变压 器 用于两种电压等级之间交换功率的变压器 称为联络变压器 只供本厂 站 用电 的变压器 称为厂 站 用变压器或称自用变压器 主变压器的台数选择原则为 1 变电站主变压器容量一般应按 5 10 年规划负荷来选择 根据城市规划 负 荷性质 电网结构等综合考虑确定其容量 对重要变电站 需考虑当一台主变压器停运 时 其余变压器容量在计及过负荷能力允许时间内 应满足 I 类及 II 类负荷的供电 对 一般性变电站 当一台主变压器停运时 其余变压器容量应能满足全部负荷的 70 80 2 当采用自藕变压器在自藕变压器第三绕组接有无功补偿设备时 应根据无 功补偿潮流校核公共绕组的容量 3 对大城市郊区的一次变电站 在中 低压侧已构成环网的情况下 变电站 以装设两台主变压器为宜 对地区性孤立的一次变电站或大型工业专用变电站 在设计 时应考虑装设三台主变压器的可能性 根据以上主变压器台数的选择原则以及本设计的要求 该变电站装设两台 750MVA 主变压器 2 4 2 主变压器形式和结构选择原则 1 相数 容量为 300MW 及以下机组单元连接的主变压器和 330kV 及以下电力系统中 一 般都应选用三相变压器 因为单相变压器组相对投资大 占地多 运行损耗也较大 同 时配电装置结构复杂 也增加了维修工作量 因为单相变压器组相对投资大 占地多 500kv 变电站电气一次部分初步设计 第 13 页 共 50 页 运行损耗也较大 同时配电装置结构复杂 也增加了维修工作量 而对于容量为 750MW 及以下机组单元连接的主变压器和 500kV 及以下电力系统中 一般都应选用三相自藕 变压器 因为单相变压器组相对投资大 占地多 运行损耗也较大 同时配电装置结构 复杂 也增加了维修工作量 2 绕组接线组别 变压器三相绕组的接线组别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 Y 和三角形 d 两种 因此 变压器三相绕组的 连接方式应根据具体工程来确定 在发电厂和变压器中 一般考虑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 主变压器联结组号一般都选用 Ynd11 常规接线 2 4 3 主变压器选择结果 主变型号 OSFPSZ 750000 500 额定容量 750MVA 容量比 750 750 240MVA 电压比 525 5 22230 36kV 短路阻抗 Uk1 2 12 Uk1 3 48 Uk2 3 35 连接组别 YN a0 d11 调压方式 有载调压 表表 2 2 4 4 OSOSFPSZFPSZ 750000 500750000 500 主变压器主变压器参数参数 OSFPSZ 750000 500 高 中 低 X 0 035 0 019 0 165 X 97 53 28 454 阻抗电压 28 84 14 84 50 84 高 中 高 低 中 低 阻抗电压 12 48 35 2 5 短路电流计算 短路电流计算的目的是进行合理的电气设备选择和确定中性点接地方式 2 5 1 短路电流计算原则 高压短路电流计算一般只计及各元件 即发电机 变压器 电抗器 线路等 的电 抗 采用标幺值计算 在为选择电气设备而进行的短路电流计算中 如果系统阻抗 即等值电源阻抗 不 超过短路回路总阻抗的 5 10 就可以不考虑系统阻抗 将系统作为 无限大 电力 500kv 变电站电气一次部分初步设计 第 14 页 共 50 页 系统处理 按这种假设所求得的短路电流虽较实际值偏大一些 但不会引起显著误差以 致影响所选电气设备的型式 另外 由于按无限大电力系统计算得到的短路电流是电气 装置所通过的最大短路电流 因此在初步估算通过的最大短路电流或缺乏必需的系统参 数时 都可认为短路回路所接的电源容量是无限大电力系统 系统等值电抗图 图 2 5 500kV 等值简化图 2 5 2 短路电流计算结果 短路电流计算结果如表 2 5 表表 2 2 5 5 短路电流计算短路电流计算结果结果 三相短路 f I KA ch i KA 500KV 母线 3 66KA 9 333KA 220KV 母线 6 57KA 16 75KA 35KV 母线 13 95KA 35 57KA 2 6 主要电气设备选择 正确选择电气设备是电气主接线和配电装置达到安全 经济运行的重要条件 在进 行电器选择时 应根据工程实际情况 在保证安全 可靠的前提下 积极采用新技术 并注意节省投资 选择合适的电气设备 虽然电力系统中各种设备的作用和工作条件并 不一样 具体选择方法也不完全相同 但对它们的基本要求确是一致的 电气设备要可 靠地工作 必须按正常工作条件进行选择 并按短路状态来校验动稳定和热稳定 电气设备选择的一般原则 1 应满足正常运行 检修 断路和过电压情况的要求 并考虑远景发展的需要 2 应按当地环境条件校验 500kv 变电站电气一次部分初步设计 第 15 页 共 50 页 3 应力求技术先进与经济合理 4 选择导体时应尽量减少品种 5 扩建工程应尽量使新老电气设备型号一致 选择的高压电器 应能在长期工作条件下和发生过电压 过电流的情况下保持正常 运行 同时 所选择导线和电气设备应按短路条件下进行动 热稳定校验 本次电气 设备的选择包括 断路器 隔离开关 电流互感器 电压互感器 避雷器和导线 各种高压电气设备的一般技术条件如下表 2 6 所示 表表 2 6 高压电气设备技术条件高压电气设备技术条件 序号 设备名称 额定 电压 kA 额定 电流 A 额定 容量 kVA 机械 荷载 N 额定开 断电流 kA 短路稳定性 绝缘 水平 热稳定 动稳定 1 断路器 2 隔离开关 3 电流互感器 4 电压互感器 5 电抗器 6 消弧线圈 7 避雷器 8 封闭电器 9 穿墙套管 10 绝缘子 11 组合电器 12 负荷开关 13 熔断器 2 6 1 断路器选择 A 断路器选择要求 断路器的选择 除满足各项技术条件和环境条件外 还应考虑到要便于安装调试和 运行维护 并经济技术方面都比较后才能确定 根据目前我国情况 电压等级在 220KV 500KV 的电网一般选用选用 6 SF 断路器 断路器选择的具体技术条件如下 额定电压校验 NNS UU 2 1 额定电流校验 maxNf II 2 2 Nbr II 2 3 500kv 变电站电气一次部分初步设计 第 16 页 共 50 页 动稳定 essh ii 2 4 热稳定 2 tK I tQ 2 5 B 断路器选择结果 500kV 断路器选用 5QF A 3150 50 型断路器 其具体参数如表 2 7 所示 表表 2 7 5QF A 3150 50 型断路器参数型断路器参数对照对照表表 计算数据 5QF A 3150 50 Ns U 500KV N U 500KV max I 909 4A N I 3150A I 9 333KA Nbr I 50KA sh i 25 07KA es i 125KA K Q sKA 2 50 138 2 t I t sKA 2 7500 220kV 断路器选用 2QF A 2500 40 型断路器 其具体参数如表 2 8 所示 表表 2 8 2QF A 2500 40 型断路器参数型断路器参数对照对照表表 计算数据 2QF A 2500 40 Ns U 220KV N U 252KV max I 2066 7A N I 3150A I 16 75KA Nbr I 40KA sh i 42 7KA es i 125KA K Q sKA 2 9 448 2 t I t 2 7500 KA S 35KV 断路器选用 ZN12 35 型真空断路器 其具体参数如表 2 9 所示 表表 2 9 ZN12 35 型断路器参数型断路器参数对照对照表表 计算数据 ZN12 35 Ns U 35KV N U 40 5KV max I 4157A N I 31 5KA I 35 57KA Nbr I 80KA sh i 90KA es i 300KA K Q sKA 2 53 2163 2 t I t 2 72000 KA S 2 6 2 隔离开关选择 A 隔离开关选择要求 500kv 变电站电气一次部分初步设计 第 17 页 共 50 页 隔离开关也是变电站中常用的开关电器 它需与断路器配套使用 但隔离开关无灭 弧装置 不能用来接通和切断负荷电流和短路电流 隔离开关与断路器相比 额定电压 额定电流的选择及短路动 热稳定校验的项目 相同 但由于隔离开关不用来接通和切断短路电流 故无需进行开断电流和短路关合电 流的校验 B 隔离开关选择结果 500kV 隔离开关选用 SSBIII AM 550 3150 型户外式隔离开关 其技术参数如表 2 10 所示 表表 2 10 SSBIII AM 550 3150 隔离开关参数隔离开关参数对照对照表表 计算数据 SSBIII AM 550 3150 Ns U 500KV N U 550KV max I 909 4A N I 3150A k Q sKA 2 50 138 2 t I t sKA2980 sh i 25 07KA es i KA50 220kV 隔离开关选用 2QS 1A 2500 50 型隔离开关 其技术参数如表 2 11 所示 表表 2 11 2QS 1A 2500 50 隔离开关参数隔离开关参数对照对照表表 计算数据 2QS 1A 2500 50 Ns U 220KV N U 252KV max I 2066 7A N I 2500A k Q sKA 2 9 448 2 t I t 7500KA 2S sh i 42 7KA es i 100KA 35kV 隔离开关选用 GN4 35W 型隔离开关 其技术数据如表 2 12 所示 表表 2 12 GN4 35W 隔离开关参数隔离开关参数对照对照表表 计算数据 GN4 35W Ns U 35KV N U 40 5KV max I 4157A N I 6000A k Q sKA 2 53 2163 2 t I t 2 72000 KA S sh i 90KA es i 104KA 2 6 3 电流互感器选择 A 电流互感器选择原则 为了满足测量和保护装置的需要 在发电机 变压器 出线 母线分段及母联断路 器 旁路断路器等回路中均设有电流互感器同时为了确保工作人员在接触测量仪表和继 电保护装置时的安全 互感器的每一个二次绕组必须有一可靠的接地 以防绕组间绝缘 500kv 变电站电气一次部分初步设计 第 18 页 共 50 页 损坏而使二次部分长期存在高电压 互感器包括电流互感器和电压互感器两大类 结构上主要是电磁式的 其中电流互 感器的选择和配置应按下列条件 型式 电流互感器的型式应根据使用环境条件和产品情况选择 对于 6 20kV 屋 内配电装置 可采用瓷绝缘结构和树脂浇注绝缘结构的电流互感器 对于 35kV 及以上 配电装置 一般采用油浸式瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器 有条件时 应尽量采 用套管式电流互感器 一次回路电压 gn uu 2 6 式中 g u 为一次回路工作电压 n u 为一次回路额定电压 一次回路电流 maxgm II 2 7 式中 m a xg I 为一次回路最大工作电流 m I 为原边额定电流 准确等级 要先知道电流互感器二次回路所接测量仪表的类型及对准确等级的要 求 并按准确等级要求高的表计来选择 二次负荷 22 nnn SIZVA 2 8 式中 22 nnn SIZVA 2 9 2 222 nn SIZVA 2 10 动稳定 2 s hmd w iI K 2 11 式中 dw K为电流互感器动稳定倍数 热稳定 22 dzmt I tI K 2 12 t K为电流互感器的 1s 热稳定倍数 B 电流互感器选择结果 500KV 侧电流互感器选用 LCLWD2 500 户外独立式电流互感器 其参数如表 2 13 所示 500kv 变电站电气一次部分初步设计 第 19 页 共 50 页 表表 2 13 LCLWD2LCLWD2 500500 参数参数 型号 额定电流 A 级次 组合 准 确 级 次 二次负荷 10 倍数 1S 热 稳定 动稳定 准确等级 0 2V A 0 5 1 3 5P 10P 二 次 负 荷 倍 数 电 流 倍 数 电 流 倍 数 V A LCLWD2 500 2 600 1 0 5 D D D 0 5 D 1 2 2 1 2 30 75 135 220KV 侧电流互感器选用 LCW 220 户外独立式电流互感器 其参数如表 2 14 所示 表表 2 14 LCWLCW 220220 参数参数 型号 额定电流 A 级次 组合 准 确 级 次 二次负荷 10 倍 数 1S 热 稳定 动稳定 准确等级 0 2V A 0 5 1 3 5P 10P 二 次 负 荷 倍 数 电 流 倍 数 电 流 倍 数 V A LCW 220 4 300 5 D D 0 5 D 0 5 1 2 2 4 30 60 60 35kV 侧电流互感器选用 LQZ 35 户外独立式电流互感器 其参数如表 2 15 所示 表表 2 15 LQZLQZ 3535 参数参数 型号 额定电 流 A 级次 组合 准 确 级 次 二次负荷 10 倍数 1S 热 稳定 动稳定 准确等级 0 2 V A 0 5 1 3 5P 10P 二 次 负 荷 倍 数 电 流 倍 数 电 流 倍 数 V A LQZ 35 4000 5 0 5 D 0 5 2 0 8 35 50 90 2 6 4 电压互感器选择 500kv 变电站电气一次部分初步设计 第 20 页 共 50 页 A 电压互感器选择要求 电压互感器的选择和配置应按下列条件 35kV 110kV 配电装置一般采用油浸式结构的电压互感器 6 20kV 屋内互感器的型式 应根据使用条件可以采用树脂胶主绝缘 220kV 级以上的配电装置 当容量和准确等级 满足要求 一般采用电容式电压互感器 在需要检查和监视一次回路单相接地时 应选 用三相五柱式电压互感器或具有第三绕组的单相电压互感器 一次电压 1 u 电压互感器额定一次线电压 n u 1 0 9 nn uuu 2 13 220KV 侧二次电压 按表 2 16 所示选用所需二次额定电压 2n u 表表 2 2 16 16 220kV 侧侧二次额定电压二次额定电压 绕组 主二次绕组 附加二次绕组 高压侧接入方式 接于线电压 上 接于相电压 上 用于中性点 直接接地系 统中 用于中性点 不直接接地 或经消弧线 圈接地系统 二次额定电压 100 100 3 100 100 3 准确等级 电压互感器在哪一准确等级下工作 需根据接入的测量仪表 继电器和 自动装置等设备对准确等级的要求确定 规定如下 1 用于发电机 变压器 调相机 厂用馈线 出线等回路中的电度表 及所有计 算的电度表 其准确等级要求为 0 5 级 2 供监视估算电能的电度表 功率表和电压继电器等 其准确等级 要求一般为 1 级 3 用于估计被测量数值的标记 如电压表等 其准确等级要求较低 要求一般为 3 级即可 4 在电压互感器二次回路 同一回路接有几种不同型式和用途的表计时 应按要 求准确等级高的仪表 确定为电压互感器工作的最高准确度等级 负荷 2 S 2n SS B 电压互感器选择结果 500KV 侧电压互感器选择 型式 采用串联绝缘瓷箱式电压互感器 作电压 电能测量及继电保护用 电压 额定一次电压 3 500 1 N U 额定二次电压 3 2 0 2 N U 500kv 变电站电气一次部分初步设计 第 21 页 共 50 页 准确等级 用于保护 测量 计量用 其准确等级为 0 5 级 查相关设计手册 选择 PT 的型号 500 JVQT 额定变比 1 0 3 2 0 3 500 220KV 侧电压互感器选择 型式 采用