枢纽变电站课程设计.doc

燕山大学课程设计说明书枢纽变电站电气主接线摘要： 电能作为一种二次能源，是一种不能储存的能量。电能的开发应用是人类征服自然过程中所取得的具有划时代意义的光辉成就，而现在，电能已成为工业生产不可缺少的动力，并广泛应用到生产部门和日常生活方面。 而电能的传输离不开变电站，电经过升压变电站、传输线路、降压变电站，然后才能到用户。这其中变电站担当着一个极其重要的枢纽。 而对于枢纽变电站，它位于电力系统的枢纽点，电压等级一般为330kV及以上，联系多个电源，出现回路多，变电容量大；全站停电后将造成大面积停电，或系统瓦解，枢纽变电站对电力系统运行的稳定和可靠性起到重要作用。 本次发电厂电气部分课程设计的题目正是枢纽变电站的电气主接线设计，按照老师上课所将设计步骤，首先分析原始资料，通过分析拟建变电站的进出线方向和负荷等原始资料，从可靠性、安全性、经济性等其他方面的考虑，确定电气主接线方式，主变压器的容量、数量的确定，负荷分析及计算，以及短路电流的计算和变电所主要电气设备的选择（包括断路器，隔离开关，互感器等），并在选择时对电气设备进行了必要的计算和校验。同时，针对本次设计，完成相应图纸的绘制。目 录摘 要1原始资料分析.11.1 负荷统计.12.2 负荷计算.22 电气主接线的拟定.33 主要设备选择.7 主变压器的选择.7 断路器的选择.8 隔离开关的选择.9 电流互感器的选择.10 电压互感器的选择.114.系统年运行费用.135短路计算.134.1 电抗计算.134.2 短路电流和短路容量.146电气设备的校验.16断路器的校验.16隔离开关的校验.18电流互感器的校验.20母线校验.227 站用变设计.248、心得体会.26参考文献.26附 录.271 分析原始资料：1. 资料分析1）最终容量和台数：4360MVA，利用小时数：6500小时/年2.）电压等级：500KV母线、220KV母线、110KV母线3.）接入系统及负荷情况：500KV电源进线4回，有2回联络线，；220KV母线上8回出线，最大负荷400MW,最小负荷300MW，功率因数为0.85，Tmax=4500小时/年；110KV母线上出线6回，110KV最大负荷200MW，最小负荷150MW，功率因数0.80，Tmax=4000小时/年。4. ）主保护动作时间0.1s，后备保护时间2.4s5. ）站用变2500KVA2.负荷统计及计算根据任务书，对变电站负荷统计和计算如下。线路中l4为500kV进线，56为500KV联络线，714为220KV出线，1520为110KV出线。2.1 负荷统计根据任务书对负荷统计，见表2.1回路序号回路名称最大负荷最小负荷功率因数l4500KV进线 56500KV联络线 714220KV出线400MW300MW0.851520110KV出线200MW150MW0.802.2 负荷计算110/220/500kv侧负荷计算（1）110kv侧负荷计算 （2）220kv侧负荷计算 （3）500kv侧负荷计算500kv侧为电源进线，没有馈线引出因此二 .电气主接线的拟定主接线简单介绍：电气主接线通常是根据变电站在电力系统中的地位和作用，首先满足电力系统的安全运行与经济调度的要求，然后根据规划容量、供电负荷、电力系统短路容量、线路回路数以及电气设备特点等条件确定，并具有相应的可靠性、灵活性和经济性。变电站电气主接线方式的选择，将直接影响着变电站电气设备的选择。因此，必须在合理选择确定变电站的主接线方案后，才能做到合理选择变电站的电气设备。1 单母线接线及单母线分段接线1.1 单母线接线单母线接线的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，操作方便、设备少、经济性好，并且母线便于向两端延伸，扩建方便。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，这样全厂或全站都得长期停电。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。综上所述，这种接线形式一般只用在出线回路少，并且没有重要负荷的发电厂和变电站中。1.2 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。这种接线广泛用于中、小容量发电厂和变电站610kV接线中。但是，由于这种接线对重要负荷必须采用两条出线供电，大大增加了出线数目，使整体母线系统可靠性受到限制，所以，在重要负荷出线回路较多、供电容量较大时，一般不予采用。1.3 单母线分段带旁路母线的接线单母线分段断路器带有专用旁路断路器母线接线极大地提高了可靠性，但这增加了一台旁路断路器，大大增加了投资。2 .双母线接线及双母分段接线2.1 双母线接线双母接线方式有主母线和副母线，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，可分别与两组母线接线连接。两组母线之间的联络，通过母线联络断路器来实现。其特点有：供电可靠、调度灵活、扩建方便等特点。由于双母线有较高的可靠性，广泛用于：出线带电抗器的610kV配电装置；3560kV出线数超过8回，或连接电源较大、负荷较大时；双母线分段接线110220kV出线数为5回及以上时。为了缩小母线故障的停电范围，可采用双母分段接线，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。双母接线分段接线比双母接线的可靠性更高，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切换到备用母线上，即可恢复供电。这样，只是部分短时停电，而不必长期停电。双母线分段接线被广泛用于发电厂的发电机电压配置中，同时在220550kV大容量配电装置中，不仅常采用双母分段接线，也有采用双母线分四段接线。2.3 双母线带旁路母线的接线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。2.4 3/2断路器主接线一个半断路接线，每2回路经3台断路器接至2组母线上，又称3/2接线。两个回路共用3台断路器，正常运行时，所有断路器都接通，两组母线保持同时工作状态。当任何一组母线检修，或任何一台断路器检修时，各回路任然可以按照原接线方式运行，不需要切换任何回路，避免了大量通过隔离开关进行的倒闸操作。当任一母线检修时，只有与故障母线相连的断路器自动分开闸，任何回路不会停电。甚至当一组母线检修，另一组母线故障时，功率能继续保持输送；只有在联络断路器发生故障时，与其相连的两回线路短时停电。所以这种接线操作简单，运行灵活，可靠性高，适合作为500kv电气主接线。其它接线还有桥型、角行等接线。主接线方案拟定：主接线是根据发电厂或变电所的设计任务书，原始资料以及设计要求来进行设计的，在保证满足技术要求条件下，力求经济性。现初步选择两个方案进行可靠性、灵活性及经济性比较，确定最佳主接线方案。1. 500KV母线的电气主接线：方案一：采用双母线接线：和单母线相比，它的优点是供电可靠性大，可以在不切断电源的情况下实现母线的轮流检修，当一组母线故障时，只要将故障母线上的回路倒换到另一组母线上，就可迅速恢复供电，还具有调度、扩建、检修方便的优势；其缺点是每一回路都增加了一组隔离开关，使配电装置的占地面积和投资费用都有了相应的增加；同时配电装置也变得复杂，在改变运行方式倒闸操作时容易发生误操作，而且不宜实现自动化；特别是当母线故障时，要在短时间内切除较多的电源和线路，这在特别重要的大型发电厂和变电站是不允许的。方案二：采用3/2断路器主接线具有很高的可靠性，其主要特点是，任一母线故障或检修，均不致停电；任一断路器检修也不引起停电；甚至两组母线同时故障的极端情况下，功率任能继续输送。确定：由于500KV主接线担负着所有后续负荷，以其重要的作用是绝对不允许出现任何停电的，所以此接线必须具有很高的可靠性，而且从书上以及设计手册上，在500KV这个电压等级上都常用的是一台半接线，。综合上述比较可以看出，3/2断路器接线比双母线在可靠性、灵活性更有优势，虽然经济投入比较大，但与一旦造成系统重大事故的经济损失相比，也是合适的。所以本设计中500千伏侧采用一个半断路器主图3.2 一个半短路器主接线2. 220KV和110KV侧主接线拟定由于电压等级大于110KV不适宜用单母线接线，所以在双母线、双母线分段、双母线带旁路接线中选择。方案一：双母线接线110220kV出线数为5回及以上时可以使用双母线接线。方案二：双母线带旁路接线具有更高的可靠性，可以在检修断路器时不用停电，但它需要更高的成本。确定：在110KV电压等级上，一共6回出线，最大200MW负荷，在因此采用双母接线，不带旁路，既满足了供电可靠与调度灵活，而且也减少了占地面积，同时也便于今后的扩建与发展。由规程易知，对于变电站的电气主接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽量采用断路器较少或不用断路器的接线。由于110kV专用旁路短路器价格昂贵，而本站110kV侧进出线回路又不多。因此，综合考虑经济性和可靠性，根据规程110kV侧选用双母接线在220KV电压等级上，一共8回出线，最大负荷为400MW，同样考虑到经济性，使用双母线接线即可。 图3.1 双母线接线最后确定主接线如图：25第 1 页三主要设备的选择一） 主变压器的选择 1.绕组数量的确定原则在具有三种电压的变电站中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上或低压侧虽无负荷，但在变电站内需设无功补偿设备时，主变压器宜采用三绕组变压器。变压器台数原始数据已经给出，最终为4台主变压器。 2.变压器容量和型号确定主变压器容量一般按照变电站建成后五到十年规划负荷选择，并适当考虑到远期 十到二十年的负荷发展。 3.绕组连接方式的确定原则变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能进行并列运行。我国110kV及以上电压，变压器都采用Y0连接；根据选择原则可确定所选择变压器绕组接线方式为Y0/ Y0/Y0接线。综上所述，装设四台主变压器并列运行的变电站，根据我国变电站运行实际经验，并参考经验，每台主变的额定容量：综上所述，并考虑到本次设计的三个电压等级，查500kV三相三绕组电力变压器技术时数据表，只需容量大于负荷统计计算容量168.137KW即可，为了更经济的原则，我选用了250000KVA容量的变压器，选择变压器的型号为：表3.1 变压器的参数型号额定容量（KVA）DFPS1-250000/500250000/250000/80000额定电压（KV）阻抗电压（%）空载损耗（KW）负载损耗KW高压中压低压高中高-低中-低 195高 中高- 低中- 低11015.53717.56601451302） 断路器QF的选择首先计算额定电流和：公式：220KV出线： 220KV进线：110KV出线：110KV进线：500KV由于是一台半断路器，每一串断路器都一样，所以应选择电流较大的一侧做选择标准：220KV母联断路器侧：110KV母联断路器侧：然后可算出它的最大负荷电流，然后以此选择断路器， 电气设备的额定电流应不小于实际通过它的最大负荷电流（或计算电流），即：或者。表5.1 所选断路器参数电压等级型号额定开断电流（kA）额定闭合流峰值（kA）热稳定电流（kA）动稳定电流（kA）额定电流(A)固有分闸时间（s）500kV SFM4010040(3s)100160031500.02220kVLW-2204010040(3s)10016000.04110kVLW11-11031.58031.5（3s）10020000.043） 隔离开关的选择：同样根据电压等级和最大负荷电流，与断路器配套选择隔离开关。隔离开关没有灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流和短路电流。隔离开关型式的选择，其技术条件与断路器大致相同。表5.5 所选隔离开关参数电压等级型号额定电流（A）额定电压（V）动稳定电流（kA）热稳定电流有效值（kA）500kVGW7-5002500500K5540220KV进线GW4-220W2000220KV10040220KV出线GW4-220600220K5014220KV母联GW-220W2000220K10040110KV出线GW4-110W600110K5016110KV进线GW4-110DW1600110K10031.5110KV母联GW4-110DW1600110K10031.54) 电流互感器的选择选用要点：（1）一次侧额定电流应为线路正常运行时负载电流的1.01.3倍。 （2）电流互感器的额定电压不低于所在电网的额定电压 （3）保证测量仪表的准确度，互感器的准确级不低于所供测量仪表的准确级。 （4）根据需要确定变比与匝数。 （5）型号规格选择。先根据供电线路一次负荷电流确定变比，然后再根据实际情况确定需要安装的型号。 （6） 额定容量的选择。电流互感器二次额定容量应大于实际二次负载，实际二次负荷应为额定二次容量的25%到100%。表5.9 各电压等级电流互感器选择参数安装位置型号额定电压（kV）额定电流比（A）1s热稳定电流（kA）动稳定电流（kA）500K母线LB2-50050021250/150(3s)62.5220K进线出线LCLWD-220（W）3936(W)2203006001200/53075220K母联LCWB-220(W)3952(W)220K2750/550(3s)125110K进线母联LCWB-110(W)3987(W)110K21000/545115110K出线LCWB-110(W)3982(W)110K150300600/5451155） 电压互感器的选择电压互感器的选择原则（1）按所选工作的电网额定电压选择。为了保证电压互感器安全和在规定的准确等级下运行，电压互感器一次绕组所接电网电压UNS应在（0.91.1）UN1范围内，即。（2）按准确等级选择。选择电压互感器准确级要根据二次负荷的需要。如果二次负荷为电能计量，应采用0.5级电压互感器；精密测量用0.2级；发电厂中的功率和电压继电器可用1级；一般显示采用3级。如果几种准确级要求不同的负荷接在同一只互感器上，则按负荷要求最高等级考虑。表 5.13 各电压等级电压互感器选择参数装设地点型号额定电压（KV）二次负荷原边副边辅助0.20.51.03.0500kV0.1150300220kv0.1300110kV1503006） 母线导体的选择110KV母线导体： 由发电厂电气部分图6-17可查出，选择21008矩形铝导体220KV母线导体： 选择21008矩形铝导体500KV母线导体： 选择210010矩形铝导体4、 系统运行期的年运行费用年运行费用主要包括一年中变压器的损耗电能费用及其检修、维护、折旧费等，按投资百分率计算，计算式为5、 短路计算 在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。短路电流计算中，容量和接线均按最终规模计算，短路种类按系统最大运行方式下三相短路较验。本设计设备选择的短路电流是按变电所最终规模及500千伏、220千伏、110千伏系统阻抗进行计算的。短路电流的计算步骤短路故障选取基准值选择与系统电抗标幺值计算； 各短路电流值计算公式； 变压器电阻标幺值、电抗标幺值计算；各故障点短路电流计算。1.计算变压器的电抗值：根据变压器相关参数可求得：则各绕组标幺值：而由原始资料已知系统归算到500KV侧电抗标幺值为0.011根据四个变压器并联可把系统简化网络图如图：当110KV侧三相短路时：A当220KV侧三相短路时：A当500KV侧三相短路时：A再有所以求得结果：表4.1 三相短路电流计算结果短路点(kA)(kA)(kA)500kv10.49626.76510.496220kv9.2123.499.21110kv10.5526.910.55六、电气设备的校验一）断路器校验1、500KV母线侧热稳定校验： 可忽略非周期分量由于系统是无限大系统，所以动稳定校验：列出500KV断路器的有关参数，并于计算数据比较。由表5.1可见，所选SFM合格。 表5.1 500kV断路器选择结果表计算数据SFM500kV500kV404.145A2000A10.496KA40kA28.2KA100kA271KA4800KA2、 220KV母线侧同理可求出220KV侧 列出220kV断路器的有关参数，并于计算数据比较。由表5.2可见，所选LW-220合格。 表5.2 220kV断路器选择结果表计算数据LW-220220kV220kV1296.72A1600A,2500A9.21kA40kA24.75kA100kA212.06kA2s4800KA3、110KV母线侧同理 列出110kV断路器的有关参数，并于计算数据比较。由表5.3可见，所选LW11-110合格。 表5.3 110kV断路器选择结果表计算数据LW11-110110kv110kV1377.77A1600A,2500A10.551kA31.5kA28.35kA80kA276.0302kA2s2976.75KA2） 隔离开关校验对隔离开关校验的计算同断路器类似，这里就不把计算列出来了，各电压等级下隔离开关校验结果校验如表5.4、5.5、5.6、所示表5.4 500kV侧隔离开关选择结果表计算数据GW7-500500kV500kV404.145A2500A271KA4024=6400kA2s28.2KA55kA由上表可知：500kV侧隔离开关选择满足要求。表5.5 220kV侧隔离开关选择结果表计算数据 GW4-220W220kV220kV进线：688.88A2000A母联：1296.72A212.06kA2s4024=6400kA2s24.75kA100kA由上表可知：220kV侧进线和母联隔离开关选择满足要求。计算数据 GW4-220220kV220kV185.24A600A212.06kA2s1424=784kA2s24.75kA50KA由上表可知：220kV侧出线隔离开关选择满足要求。 表5.6 110kV侧隔离开关选择结果表计算数据 GW4-110DW110kV110kV母联：1377.76A1600A进线：1377.77A276.0302kA2s31.524=3969kA2s28.35kA100kA由上表可知：110kV侧进线和母联隔离开关选择满足要求。计算数据 GW4-110W110kV110kV275.55A600A276.0302kA2s1624=1024kA2s28.35kA50kA由上表可知：110kV侧出线隔离开关选择满足要求。三）电流互感器的校验动稳定和热稳定校验各电压等级电流互感器校验如表5.7、5.8、5.9所示表5.7 500KV侧电流互感器选择结果表计算数据LB2-500500kV500kV404.145A2500A271KA5023=7500kA2s28.2KA62.5kA由上表可知，500kV侧电流互感器选择满足要求。表5.8 220KV侧电流互感器选择结果表计算数据LCLWD-220(W)3936（W）220kV220kV出线：185.24A300A600900A进线：688.88A212.06kA2s302=900kA2s24.75kA75kA由上表可知，220kV侧进线出线电流互感器选择满足要求。计算数据LCLWD-220(W)3952（W）220kV220kV1296.72A1500A212.06kA2s5023=7500kA2s24.75kA125kA由上表可知，220kV侧母联电流互感器选择满足要求。表5.9 110KV侧电流互感器选择结果表计算数据LCWB-110(W)3987（W）110kV110kV进线：1377.77A2000A母联：1377.76A276.0302kA2s452=2025kA2s28.35kA115kA由上表可知，110kV侧进线和母联电流互感器选择满足要求。计算数据LWB-110(W)3952（W）110kV110kV275.55A150300600A276.0302kA2s452=2025kA2s28.35kA115kA由上表可知，110kV侧出线电流互感器选择满足要求。 四）母线校验500KV母线热稳定校验选择的是210010矩形铝导体，竖放2796A 平放2558A =1.42满足热稳定要求。动稳定校验：设计支柱绝