发电厂课程设计--500kV降压变电所电气一次部分设计

1、发电厂课程设计题目：500kV 降压变电所电气一次部分设计20122012 年 5 5 月 2828 日一 6 6 月 8 8 日1目录一、课程设计任务书1.11.1 课题内容（原始资料）. 2 21.21.2 课题任务要求. 4 4二、电气主接线设计2.12.1 主接线设计基本要求与设计原则 . .5.52.22.2 主接线方案的选取取 .6 6三、负荷计算及变压器选择择3.13.1 主变台数、容量和型式的确定 . .10.103.23.2 所用变压器的选择.1414四、 短路计算.15.15五、 主要电气设备选择5.15.1 断路器及隔离开关的选择.16 65.25.2 母线的选择.17.

2、175.35.3 各主要电气设备选择结果一览表 . .1818六 、计算书七 、心得八、 附录 1 1：500KV500KV 变电所电气主接线原理图附录 2 2：500KV500KV 变电所电气配置图2一、课程设计任务书1.11.1 课题内容(原始资料)1 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500kv500kv 降压变电所，向该负荷中心用 220kv220kv 和 35kv35kv 电压供电。2 2、拟建变电所联网情况如下图 1 1 所示：LGJQ-4*300拟建变电所220kV变电所联网图3 3、地区环境条件：年最高气温：4242 C ;年最低气

3、温：-4-4C ;海拔 600600 米；污秽程度轻级；年雷 暴日小于3030 天500kV35kV450KM34 4、负荷资料：(1)(1) 220kv220kv 线路 6 6 回，最大负荷利用时间为 4200h,4200h,具体情况如下表 1 1 所示：4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上述各负荷间的同时系数为 0.85（2 2）所用电负荷统计如下表 2 2 所示表 1-21-2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

4、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1.10.751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 3）保护：各电器主要保护动作时间为0 0,后备保护动作时间为 3.53.5 秒表 1-11-1220kv220kv 线路负荷情况51.21.2 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

5、资料）对 500kv500kv 降压变 电所的电气一次部分进行设计。具体为：1.1. 确定变电所电气主接线（进行 3434 种方案比较论证）2.2. 确定变电所主变压器的台数和容量3.3. 确定所用的点接线（进行 2323 种方案比较论证）4.4. 确定所用变压器的台数和容量5.5. 确定各电压级配电装置6.6. 确定各电压级各主要的电气设备7.7. 确定电压互感器和电流互感器的配置8.8. 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；9.9. 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。6电气主接线设计2.12.1 主接线设

6、计基本要求与设计原则（1 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 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 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 4）应能容易地从初期过度到最终接线，并在扩建过度时，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 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 6）在 35kV35k

7、V 配电装置中，当线路为 3 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 7）220kV220kV 配电装置中，线路在 4 4 回以上时一般采用双母线接线。（8 8）500kV500kV 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 6 个及以上时，通常都采用一台半断路器接线或双母线分段带旁母的接 线方式。（9 9）当采用 SF6SF6 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。2.22.2 主接线方案的选取2.22.2 1 1500kV500kV 侧主接线方案

8、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7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WL2T2WL1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 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

9、形接线方式不适用T18方案：双母线分段带旁路接线优点：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 4回，双母线分段接线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1 1L 11 JI_9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%80%的元件不停电，这是其他任何接

10、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 500kV500kV 高压变电站，进出线为 4 4 回, 用断路器数目为 6 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，500kV500kV 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 500kV500kV 高压侧的最终接线方式。222222 220kV220kV 侧主接线方案的选取

11、220kV220kV 为本变电站的中间电压等级， 具有重要作用， 且有 2 2 回进线， 负 荷线路 6 6（一回备用线）回，为保证其可靠性，备选方案有以下 3 3 种：单母线 带旁路接线，双母线接线，双母线带旁路接线。10方案：单母线带旁路接线优点：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220kV220kV，处于负荷中心,对供电可靠性要求较高，故该接线方

12、式不满足要求。方案：双母线接线WLWL2 WL3WL4!WL51 1 1WL6JL i11T T U U T T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

13、。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。220kV220kV 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。ii方案：双母线带旁路接线W11W2 WJ3W14 W11115T1JWL&穽用T111X1XJV 优点：除具有双线线接线的优点外，因其采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，极大地提高了供电可靠性。缺点：旁路

14、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。220kV220kV 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。1-T T1 1J1 J1I1 11| Q Q 口 厂 口口 厂 C12三、负荷计算及变压器选择3.13.1 主变台数、容量和型式的确定3.1.13.1.1 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 5 51010 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

15、料和所要设计变电站的自身特点，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。3.1.23.1.2 主变压器容量的确定(1) 选择原则a.a. 主变压器容量一般按变电站建成后5 51010 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.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

16、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足70%70%以上的负荷的电力需求。根据指导书指出，220kV220kV 侧最大总负荷为 1000MW1000MW。两台变压器同时运行时每台承担的容量：1S= k PL/ cos =476 MV A2单台运行时，要满足总最大负荷的 70%70%，需要变压器的容量为：13S=0.7k PLcos =665 MV A故选择两台容量为 750MVA750MVA 的主变压器3.1.33.1.3 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 500500 k

17、vkv 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500kv500kv、 220kv220kv 共 2 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。3.1.43.1.4 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 3 次谐波对电源的影响等因 素，联结组号

18、选用 YNYN ，a0a0，d11d11 常规接线。普通型的变压器调压范围很小，仅 为5%5%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，一般在15%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 3-13-1 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14ODFPSZ

19、-250000/500250000/250000/60000500/73230/313.5%3514454011.838.224.8YN,ao,d113.23.2 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。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

20、/cos =1963 kVA故两台所用变压器特性参数如表 2-22-2表 2-22-2 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 no四、短路计算4.14.1 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 500kV500kV、220kV220kV、35k35kV V15和

21、 0.4kV0.4kV 母线上，4 4 个可能发生最大短路电 流的短路电流计算点分别为 k1k1、k2k2、k3k3 和 k4k4。短路计算结果如表 4.14.1 所示。4.1短路计算结果、计算参数基准电压短路瞬时短路 1.8s1.8s短路 3.6s3.6s冲击电流短路点(kVkV)电流(kA)(kA)电流(kA)(kA)电流(kA)(kA)(kA)(kA)K1K15255253.6463.6463.623.623.7623.7629.809.80K2K22302307.1557.1557.3067.3067.5897.58919.26619.266K3K3373711.71511.71511

22、.59811.59811.59811.59831.47731.477K4K40.40.44.444.444.444.444.444.4411.93011.93016五、主要电气设备选择 5.15.1 断路器及隔离开关的选择及校验5.1.15.1.1 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 2kV2kV 电网，可选用 SF6SF6 或空气断路器断路器选择的具体技术条件如下：3 3）开断电流：ies- 断路器极限通过电流峰值ish- 三相短路电流冲击值22I tkItt1 1 ）电压：UN

23、USNUSN-电网工作电压2 2）电流: :INImaxImax-最大持续工作电流IkI当tk0.1s0.1s0.1s 时，III-断路器实际开断时间IIk-断路器额定开断电流Nbr；I INbrt t 秒的短路电流周期分量（ t1st1s）4 4）动稳定：ishish estk短路电流发热等值时间It- 断路器 t t 秒热稳定电流5 5）热稳定：175.1.25.1.2 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：5.25.2 母线的选择及校验 母线应根据具体使

24、用情况按下列条件选择和校验：（1 1）型式：载流导体一般采用铝质材料，回路正常工作电流在4000A4000A 及以下时，一般选用矩形导体。在 400040008000A8000A 时，一般选用槽形导体。110KV110KV 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 2）按最大持续工作电流选择导线载面 S S,即I KImax al式中Ial相应于某一母线布置方式和环境温度为 +25+25C 时的导体长期允许 载流量。K K 综合修正系数（3 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。1 1）电压：UNUSNUSN-电

25、网工作电压2）电流:INImaxmax-最大持续工作电流4 4）动稳定：5 5）热稳定：ishies22I2tkIt2t18母线的校验公式为:1 _S Smin= = .QkK Kf( (mm2) ) C C式中Smin根据稳定决定的导体最小允许截面(mm2mm2);C C热稳定系数；(4 4) 动态稳定校验：phal式中al母线材料的相间允许应力(硬铝al为 6969x 106Pa106Pa 硬铜为 157157X106106)；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。5.35.3 电气设备选择一览表

26、表 5-15-1 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)SFM500550200040100401004020断 路器LW-15-220220252 :200031.580:31.58060P 30LW4-220220252315040100401006545ZN-35/1250-163540.51250164016(2s)40-60隔 离开 关GW7-500500550 :250040(4s)100GW7-22

27、0/60022025260016(4s)55GW7-220D(W)220252200033(4s)86GW7-220DW220252 :3150r 501125GN2-35/6003540.560020(4s)5019表 5-25-2 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10.235.51.722631220kV圆 管形铝锰合金130/1163511单条79.05137.38270535kV矩形铝63 81038单条平放注：载流量系按导体最高允许工

28、作温度70 C，环温度为25 C条件下的数据六、计算书计算书四短路电流计算发电机计算电抗：Xgs0.57XS0.329421421 k1k1 点（500KV500KV 侧）短路电流计算2040.339201BSB0.825KA、3UBt0s 时 1G*=1.80IIIG1.8 0.8251.485t1.8s 时 IG*= 1.78IG1.78 0.8251.4685t3.6s 时1G*=1.94IG1.94 0.8251.6005II11IS*2.619Xs0.392II1SII1B1S*0.8252.6192.161IIIIIII1S1G2.1611.4853.646I1.8IG1.8IS1

29、.46852.1613.6295III3.6IG3.6IS1.60052.1613.7615冲击电流：ish19、2l9.80KA422422 k2k2 点（220KV220KV 侧）短路电流计算(%K12110.200.57340.370.339GSiJfsyy141512 0.3290.7310.422y130.059_-_9-0.221 -0.221/X11=X1X30.570.3390.339Xi2=X2X40.32921发电机计算电抗:冲击电流:Xi3=(X5X6)20.059Xi4=X11X13X11X130.731X12Xi5=X12X13$12X130.422X11XGfX14

30、0.731XsfX150.422XGjs0.731II11s1S1.81S3.62.3700.422II1G1.43IG1.81.51IG3.61.667501SBIGB-1.883 KAV3 230II1G1.43 1.8832.692 KA1G1.81.51 1.8832.843 KA1G3.61.66 1.8833.126 KAIIIsIs1.8Is3.62.370 1.883 4.463 KAIIIIGIS7.155 KAI1.8IG1.8IS1.87.306 KA13.6IG3.6IS3.67.589KAish1.9,2 l1.92 7.15519.226KA1423423 k3k3

31、 点（35kV35kV 侧）短路电流计算22G SG Gi0.23110.57120.329142.748S S151.5860.370.33950.33980.339130.797I1.254101.25423X11X1X30.570X12X2X40.392X131(0.3391.254) 0.797X14X11X13X11X132.748X12X15XX1213X12X131.586X11XGfX142.748XsfX151.586发电机计算电抗：XGjs2.748IG0.371s,1.81s,3.60.6311.586IGB75011.703KA337ISB75011.703KAJ337

32、I(IsIG) IGB11.715KAI1.8I3.6(0.631 0.36) 11.703 11.598KA1G,1.831.477KA(KM1.9)24IG,3.60.36冲击电流ishKMX 2 1.9 11.71525424424 k4k4 点（ 0.4k0.4k V V 侧）短路电流计算IB(IG*IS*)0.00410.0041冲击电流：i ish= = 1919 可五、主要电气设备选择5.1.15.1.1500kV500kV 高压断路器的校验I 3.65KA1=82.63KAI3.63.76KAtktpr2tinta3.5 0.02 0.03 3.55s由于 tk1s 不计非周期

33、热效应。短路电流的热效应 Qk等与非周期分量热效应 Qp,即tk垢 0.02s 0.1s/-jk314 0.02lk:12Pt(2l eTa)23.65 1 2 (e12.5)4.8KA lNbrish19219.8KA ies100KAXT40.0650.065X XT4b0.0650.065750243.75243.750.20.2X X160.570.57244.547244.547244. .547. .57=668.8=668.8X X170.3290.329244.547244.5470.3290.329329 244. .547386.027386.0270.570.57IG1.

34、8*IG3.6*668.8668.80.00150.0015386.027386.027SB0.00260.002633UB75075031153 A热稳定校验：正常运行时导体的温度1211532=o+(ai-o)嶂=42+(70-42)=65.5。I；1257.62查表得C=89，满足短路时发热的最小导体截面为Smin、QkKf/C= J28.6 1061/89=60.1mm2160HZ1L2 m 1.22、1.722可见，对该母线可不计共振影响ish=1.9/2l =9.8KA母线相间应力计算：相间距a取0.35mfph=1.73 10-7ish2/a=47.5N/m按所采用的放置母线的方

35、式，抗弯距为:W=3 3.8 10-6m3故所选母线满足要求PhLmaxfphL210W47.5 1.2210 10.2 10-610acWPh6 6=0.67 10 pa1335.3.25.3.2 220kV220kV 高压母线的校验综合修正系数K= /70-42=0.79 Val-0V70-25=KI , =0.79 351仁3124.8 A2495.7 Aal42Cal25 C热稳定校验：正常运行时导体的温度查表得C=89,满足短路时发热的最小导体截面为SminQkKf/C=-190.4 1061/89=155mm2160HZ1.227.38可见，对该母线可不计共振影响ish=1.92I

36、=19.23KA母线相间应力计算：相间距a取0.35mfph=1.73 10-7ish2/a=182.8N/m按所采用的放置母线的方式，抗弯 距为:W=79 10-6m3=0+(al-0)max2_al=42+(70-42)2495.723124.82=59.9。Ph10W182.8 1.2210 79 10-6=0.33 106pa1.2mNfL234故所选母线满足要求。355353 3 3 35kV35kV 母线的校验al综合修正系数K=70-42=0.79al-070-25Ial42 C=KIal25 C=0.79热稳定校验：正常运行时导体的温度I2=0+（al-0）导=42+（70-42）Ial1038=818.8 A246 A24622=44.5 C818.8查表得C=97.2，满足短路时发热的最小导体截面为,QkKf/C= J481.9 1061.03 /97.2=229.2mm2135HZ 1.2；1.36可见，对该母线可不计共振影响。ish= 192l =31.48KA母线相间应力计算：相间距a取0.75mfph=1.73 10-7ish2/a=228.6 N/m按所采用的放置母线的方式，抗弯距为：1212-63w= b