500kv变电站课程设计

电力系统分析课程设计

题 目： 500KV变电站设计 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 学生姓名： 学 号： 指导老师： 完成时间：

摘 要

本文首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数，分析负荷发展趋势。从负荷增长方面阐明了建站的必要性，然后通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑，并通过对负荷资料的分析，安全，经济及可靠性方面考虑，确定了500kV，220kV，35kV以及站用电的主接线，然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数，容量及型号，同时也确定了站用变压器的容量及型号，最后，根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，对高压熔断器，隔离开关，母线，绝缘子和穿墙套管，电压互感器，电流互感器进行了选型，从而完成了500kV电气一次部分的设计

关键词：变电站；变压器；主接线

目 录

摘 要 .................................................................................................. 错误!未定义书签。 1、设计任务及要求 ......................................................................................... 错误!未定义书签。 2、设计原始资料 ............................................................................................. 错误!未定义书签。 3、主接线设计 ................................................................................................. 错误!未定义书签。

主接线的设计原则和步骤 ................................................................... 错误!未定义书签。

主接线的设计原则 ......................................................................... 错误!未定义书签。 主接线的设计步骤 ......................................................................... 错误!未定义书签。 主接线方案拟定 .................................................................................. 错误!未定义书签。

500KV侧电气主接线 ..................................................................... 错误!未定义书签。 220KV侧电气主接线 ..................................................................... 错误!未定义书签。 35KV侧电气主接线 ....................................................................... 错误!未定义书签。

4、负荷计算及主变压器选择 ......................................................................... 错误!未定义书签。

负荷计算 .............................................................................................. 错误!未定义书签。 主变选择 .............................................................................................. 错误!未定义书签。

变压器容量的选择 ........................................................................... 错误!未定义书签。 主变台数的选择 ............................................................................... 错误!未定义书签。 变压器型式的选择 ........................................................................... 错误!未定义书签。

5、短路电流计算 ............................................................................................. 错误!未定义书签。

短路电流计算的目的........................................................................... 错误!未定义书签。 短路电流计算结果............................................................................... 错误!未定义书签。 短路电流计算过程............................................................................... 错误!未定义书签。 6、电气设备选择 ............................................................................................. 错误!未定义书签。

选择电气设备的原则........................................................................... 错误!未定义书签。 高压断路器的选择............................................................................... 错误!未定义书签。 隔离开关的选择 .................................................................................. 错误!未定义书签。 各电压母线的选择............................................................................... 错误!未定义书签。 绝缘子和穿墙套的选择 ....................................................................... 错误!未定义书签。 电流互感器与电压互感器的选择 ....................................................... 错误!未定义书签。 各电气设备一览表............................................................................... 错误!未定义书签。 七、总结........................................................................................................... 错误!未定义书签。 参考文献........................................................................................................... 错误!未定义书签。 附录Ⅰ .............................................................................................................. 错误!未定义书签。

1、设计任务及要求

根据“电力系统分析”课程所学理论知识和电力系统规划设计的基本任务，在电源及负荷大小及其相对地理位置已确定的情况下，完成一个区域电力网络的设计。要求对多个方案进行技术经济比较和分析，选择出最优方案，并对所选方案进行必要的技术计算（如调压计算、稳定性计算），提出解决技术问题的措施。设计要求：

（1）用标准符号绘制电气主接线图 （2）撰写计算书（负荷计算与短路计算） （3）选择高压设备

2、设计原始资料

500KV变电站为枢纽变电所，有三个电压等级。其500KV双回路进线，220KV馈线2回，35KV馈线12回。电源距变电站距离300KM，两回路输电。

220kv负荷资料：最大负荷60000KW，功率因数，回路2回，距离变电站50KM；35KV负荷资料：分别为矿机厂、机械厂、汽车厂、电机厂、机车厂、煤矿厂回路各两回，功率因数都是，距离变电站均按60KM计算，重要负荷均是65%，前5个厂最大负荷均按2500KW计算，煤矿厂最大负荷25000KW。最大负荷时间分别是500kv侧为3000小时/年，220kv侧为3600小时/年，35kv侧为5000小时/年。500kV保护动作时间，220kV和35KV为，断路器灭弧时间按考虑。

根据任务书，对变电站负荷统计和计算如下。线路中l～2为500kV进线，3~4为220kV馈线，5~16为35KV馈线。 根据任务书对负荷统计。

表2-1 负荷统计表

回路序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 回路名称 500KV进线甲线 500KV进线乙线 220KV馈线甲线 220KV馈线乙线 35KV煤矿厂甲线 35KV煤矿厂乙线 35KV矿机厂甲线 35KV矿机厂乙线 35KV机械厂甲线 35KV机械厂乙线 35KV汽车厂甲线 35KV汽车厂乙线 35KV电机厂甲线 35KV电机厂乙线 35KV机车厂甲线 35KV机车厂乙线 最大负荷 60000kw 60000kw 25000kw 25000kw 2500kw 2500kw 2500kw 2500kw 2500kw 2500kw 2500kw 2500kw 2500kw 2500kw 功率因数 线长 300km 300km 50km 50km 60km 60km 60km 60km 60km 60km 60km 60km 60km 60km 60km 60km 供电回路 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3、主接线设计

主接线的设计原则和步骤

主接线的设计原则

电气主接线设计的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、、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，尽可能的节省投资，就近取材，力争设备元件的设计先进性和可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。结合主接线设计的基本原则，所设计的主接线应满足供电可靠性、灵活、经济，留有扩建和发展的余地。在进行论证分析时，更应辩证地统一供电可靠性和经济性的关系，方能做到先进性和可行性。 主接线的设计步骤

（1）对设计依据和原始资料进行综合分析

（2）拟定可能采用的主接线形式 （3）确定主变的容量和台数 （4）厂用电源的引接方式

（5）论证是否需要短路电流，并采取什么措施

（6）对拟定的方案进行技术、经济比较，确定最佳方案 （7）选择断路器、隔离开关等电气设备 主接线方案拟定

电气主接线是根据电力系统和发电厂（变电站）具体条件决定的，它以电源和出线为主体，当只有两台变压器和两条输电线路时，采用桥行接线，所用断路器数目最少。在进线数目较多时，为方便电能汇集和分配，设置母线作为中间环节，使接线简单清晰，运行方便，有利于安装和扩建。但有母线后，配电装置占用面积较大，使断路器等设备数增加，因而有事也采用无母线的接线方式。

在对原始资料分析的基础上，结合对电气主接线的可靠性、灵活性等基本要求的综合考虑，初步拟定以下不同电压等级主接线形式。 500KV侧电气主接线

500KV变电站在电网中的地位非常重要，尤其是随着三峡工程的建设，全国“西电东送，南北互供”大电网的逐步建成，它的安全可靠运行直接影响到大电网的安全稳定运行。因此对500KV变电站一次设备主接线的要求较高。结合各主接线特点，根据以上分析，选取下面两种可能的接线方案。如图及图 所示。

图 一台半断路器（3/2）接线

图 双母线单分段带旁路母线接线

对图及图所示方案Ⅰ、Ⅱ综合比较，见表3-1。

表3-1 500KV主接线方案比较表

项目 方案 技 术 经 济 方案Ⅰ 方案Ⅱ ① 运行可靠、运行方式灵① 运行可靠、运行方式灵活、活、便于事故处理,多环便于事故处理、易扩建 供电。接线复杂 ② 母联断路器可代替需检修② 隔离开关不作为操作电的出线断路器工作 源，避免误操作能，进行③ 倒闸操作复杂，容易误操不停电检修任何断路器，作，供电可靠性不高 保证供电可靠性 ① 占地大、设备多、一次投资大，每串增加联络断路器 ② 适用于330~500配电装置 ① 设备少、投资小 ② 母联断路器兼作旁路断路器节省投资 ③ 适用于220~500KV配电装置 在技术上（可靠性、灵活性）第Ⅰ种方案明显合理，在经济上则方案Ⅱ占优势。鉴于此站为地区变电站应具有较高的可靠性和灵活性。经综合分析，决定选第Ⅰ种方案为设计的最终方案。 220KV侧电气主接线

结合本电站的实习情况，以及变电站通行运行规程，拟定以下两种主接线方案。如图和图所示。

图 双母线单分段接线

图 单母线分段带旁母线接线

对图及图所示方案Ⅰ、Ⅱ综合比较，见表3-2。

表3-2 220KV主接线方案比较表

方案 项目 方案I 双母线单分段接线 方案II 单母分段带旁母接线 用断路器把母线分段后,对重要用户可从不同段引出两个回路,保证不间断供电，可靠性相对Ⅰ要差一些 相对于母线不分段而言，当其中可 一条母线故障，仅仅跳开该母线上的靠 开关，可以将停电范围压缩在最小范性 围内；；检修出线断路器，可以不停电检修，供电可靠性高 灵 活 性 经 济 性 当一回线路故障时,分段断路器自动将故障段隔离,保证正常段母线不间断供电,不致使重要用户停电 倒闸操作较简可靠，接线简单，增加了设备,投资较方案Ⅱ高 当一回线路故障时,分段断路器自动将故障段隔离,保证正常段母线不间断供电,不致使重要用户停电 接线简单,运行设备少，投资少，年运行费用少 由以上比较结果知，这两种方案都有较好的可靠性和灵活性。由于本变电站在整个系统中占有较重要的地位，要求保证某些重要的用户不可中断供电，故要求系统有更好的供电可靠性，综合考虑，220KV侧宜采用方案Ⅰ。 35KV侧电气主接线

电压等级为35kV～60kV，出线为4～8回，可采用单母线分段接线，也可采用双母线接线。为保证线路检修时不中断对用户的供电，采用单母线分段接线和双母线接线时，可增设旁路母线。但由于设置旁路母线的条件所限，所以，35kV～60kV采用双母线接线时，不宜设置旁路母线，有条件时可设置旁路隔离开关。

据上述分析、组合，筛选出以下两种方案。如图及图所示。

图单母线分段带旁路母线接线 图 双母线分段接线

对图及图所示方案Ⅰ、Ⅱ综合比较。见表3-3

表3-3 35KV主接线方案比较表 项目 方案 方案Ⅰ单母线分段 方案Ⅱ双母线分段 技 术 ①简单清晰、操作方便、易于发展 ②可靠性、灵活性差 ③旁路断路器还可以代替出线断路器，进行不停电检修出线断路器，保证重要用户供电 ①设备少、投资小 ②用母线分段断路器兼作旁路断路器节省投资 ① 供电可靠 ② 调度灵活 ③ 扩建方便 ④ 便于试验 ⑤ 易误操作 ① 设备多、配电装置复杂 ② 投资和占地面大 经 济 经比较两种方案都具有易扩建这一特性。虽然方案Ⅰ可靠性、灵活性不如方案Ⅱ，但其具有良好的经济性。鉴于此电压等级不高，可选用投资小的方案Ⅰ。

4、负荷计算及主变压器选择

负荷计算

要选择主变压器容量，确定变压器各出线侧的最大持续工作电流。首先必须要计算各侧的负荷。

npSK由公式 c t    1   %  （4-1） cosi1 式中

sC-----某电压等级的计算负荷

k-----同时系数（35kV取、10kV取、35kV各负荷与10kV各负荷之间取、

t站用负荷取）

a%-----该电压等级电网的线损率，一般取5% P、cos-----各用户的负荷和功率因数

由题意根据《电力工程电气设计手册》，取SC=，a%=5%；则该变电站的总负荷：SMAX=×[(60000×2+25000×2+2500×6)/]×(1+5%) = 主变选择

变压器是变电所中最重要的和最贵重的是设备，变压器的选择在变电所中是比较重要的。它是变电站中关键的一次设备，其主要功能是升高或降低电压，以利于电能的合理输送，分配和利用。

变压器的分类方法比较多，按功能分有升压变压器和降压变压器，按相数分

有单相和三相变压器，按绕组导体的材质分有铜绕组和铝绕组变压器，按冷却方式和绕组绝缘分有油浸式，干式两大类，其中油浸式变压器又有油浸自冷式，油浸风冷式，油浸水冷式和强迫油循环冷却式等。而干式变压器又有浇注式，开启式，充气压（SF6）等。按用途又可分为普通变压器和特种变压器，按调压方式分有无载调压变压器和有载调压变压器。

在选择变压器时，应选用低损耗节能型变压器，如S9系列或S10系列。高损耗变压器已被淘汰，不在采用，在多尘或有腐蚀性气体严重影响变压器安全的场所，应选择密闭型变压器或防腐型变压器，供电系统中没有特殊要求和民用建筑变电所常采用三相油浸自冷电力变压器 （S9，S10-M，S11，S11-M等）；对于高建筑，地下建筑，发电厂化工等单位对消防要求较高的场所，宜采用干式电力变压器（SC，SCZ，SG3，SG10，SC6等）；对电网电压波动较大的，为改善电能质量应采用有载调压电力变压器（SZ7，SFSZ。SGZ3等）降压变电所主变压器台数和容量的确定。

选择主变压器台数时应考率下列原则：

应满足用电负荷对供电可靠性的要求,对供有大量一、二级负荷的变电所,应采用两台变压器,以便当一台变压器发生故障或检修时,另一台变压器对一二级负荷继续供电.对只有二级负荷而无一级负荷的变电所,也可以只采一台变压器,但必须在低压侧敷设与其他变电所相连的联络线作为备用电源或另有自备电源。

（1） 对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所也可以考虑采用两台变压器。

（2） 除上述两种情况外,一般车间变电所宜采用一台变压器.但是负荷集中且容量相当大的变电所,虽为三级负荷,也可以采用两台变压器。

（3） 在确定变电所主要变压器台数时,应适当考虑负荷的发展留有一定的余地。

变压器容量的选择

主变容量选择应考虑：（参考《电力工程电气设计手册》书中的第五章） （1）主变容量选择一般应按变电所建成后5-10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期几年发展，对城郊变电所，主变容量应与城市规划相结合。 （2）根据变电所带负荷性质和电网结构来确定主变容量，对有重要负荷的变

电站应考虑一台主变压器停运时，其余主变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一、二级负荷；对一般性变电站，当一台主变停运时，其余主变压器应能保证全部负荷的60％-70%。

(3)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。（主要考虑备用品，备件及维修方便。）

根据S总=，由于上述条件所。所以，两台主变压器应各自承担。当一台停运时，另一台则承担70%为。故选两台750MVA的主变压器就可满足负荷需求。 主变台数的选择

（1）对大城市的一次变，在中、低压侧构成环网情况下，装两台主变为宜。 （2）对地区性孤立的一次变或大型的工业专用变电所，设计时应考虑装三台的可能性。

（3）对规划只装两台主变的变电所，其主变基础宜大于变压器容量的1-2级设计，以便负荷发展时更换主变。

由以上分析知应选择两台主变。 变压器型式的选择 （1）相数的选择

由相应规程规定，若站址地势开阔，交通运输方便，也不是由于容量过大而无法解决制造问题宜采用三相变压器，结合以上分析，此变电所应采用三相变压器。

（2）绕组数和绕组连接方式的选择

参考《电力工程电气设计手册》和相应的规程中指出：在具有三种电压的变电所中，如果通过主变各绕组的功率达到该变压器容量的15％以上，或在低压侧虽没有负荷，但是在变电所的实际情况，由主变容量选择部分的计算数据，明显满足上述情况。故该市郊变电所主变选择三绕组变压器。

参考《电力工程电气设计手册》和相应规程指出：变压器绕组的连接方式必须和系统电压一致，否则不能并列运行。电力系统中变压器绕组采用的连接方式有Y和△型两种，而且为保证消除三次谐波的影响，必须有一个绕组是△型的，我国110KV及以上的电压等级均为大电流接地系统，为取得中型点，所以都需要选择Y0的连接方式。而6-10KV侧采用△型的连接方式。

故该市郊变电所主变应采用的绕组连接方式为：YN..YN0.d11 故主变参数如下：

表4-1 主变压器型号

型号 ODFPS -750000/500 电压（KV） 损耗（KW） 空载额定容量 阻抗电压电流（KV·A） 高压 中压 低压 空载 负载 （%） （%） 750000 500±2×% 220 35 362 （3）主变阻抗和调压方式的选择

参考《电力系统电气设计手册》和相应规程中指出：变压器各侧阻抗值的选择必须从电力系统稳定，潮流方向，无功分配，继电保护，短路电流，系统内的调压手段和并列运行等的方面进行综合考虑，并应以对工程起决定性作用的因素来确定。

变压器的阻抗选择实际上是指三个绕组在变压器铁心中缠绕的位置，由此变压器可以分为升压结构和降压结构两种类型。

调压方式是指采用有载（带负荷）调压还是手动（不带负荷）调压方式。规程规定：在能满足电压正常波动情况下可以采用手动调压方式（手动调压方式的变压器便宜、维修方便）。近年来随着对电压质量的要求的提高和有载调压变压器的质量的提高，作为城市变电站，一般也都用有载调压方式。

综合以上分析本设计中此变电站的主变宜采用降压变压器有载调压方式。 （4）主变的冷却方式选择

根据型号有：自然风冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷、强迫导向油循环等。按一般情况，500KV变电站宜选用自然风冷式。 （5）绝缘方式的选择

在110KV及以上的中型点直接接地系统中，为了减小单相接地时的短路电流，有一部分变压器的中性点采用不接地的方式，因而需要考虑中性点绝缘的保护问题。500KV，220KV侧采用分级绝缘的经济效益比较显著，并且选用与中性点绝缘等级相当的避雷器加以保护。35KV侧为中性点不直接接地系统中的变压器，其中性点都采用全绝缘。

5、短路电流计算

供电系统要求正常的不间断对用电负荷供电，以保证生产和生活的正常进行。然而，由于各种原因也难免出现故障，而使系统的正常运行遭到破坏。电力系统中出现最多的故障形式是短路。所谓短路既是指载流导体相与相之间发生非正常接触情况，在中性点直接接地的系统中还有各相与地之间的短路。同时论述了短路电流的计算及电气设备的选择与校验。

造成短路的主要原因，是电气设备载流部分的绝缘损坏。这种损坏可能是设备长期运行，绝缘自然老化或由于设备本身质量低劣，绝缘强度不够而被正常电压击穿，或设备质量合格，绝缘合乎要求而被过电压（包括雷电过电压）击穿，或者是设备绝缘受到外力损坏而造成短路。

工作人员由于违反安全操作规程而发生误操作，或者误将低电压设备接入较高的电压的电路中，也可能造成短路。

短路后，系统中出现的短路电流比正常负荷电流大的多。在大电力系统中，短路电流可达几万安甚至几千万安。如此大的短路电流可对供电系统产生极大的危害：

1） 短路时要产生很大的电动力和很高的温度，而使故障元件和短路电路中的其它元件受到损害和破坏，甚至引发火灾事故。

2） 短路时电路的电压骤降，严重影响电气设备的正常运行。

3） 短路时保护装置动作，将故障电路切除，从而造成停电，而且短路电越靠近电源，停电范围越大，造成的损失也越大。

4） 严重的短路要影响电力系统运行的稳定性，可使并列运行的发电机组失去同步，造成系统解列。

5） 不对称短路包括单相短路和两相短路，其短路电流将产生较强的不平衡交变电磁场，对附近的通信线路、电子设备等产生电磁干扰，影响其正常运行，甚至使之发生误动作。

由此可见，短路的后果十分严重，因此必须尽力设法消除可能引起短路的一切因素；同时需要进行短路电流的计算，以便正确的选择电气设备，使设备具有足够的动稳定性和热稳定性，以保证在发生可能有的最大短路电流时不至损坏。 为了选择切除短路故障的开关电器、整定短路保护的继电保护装

置和选择短路电流的元件等，也必须计算短路电流。

在三相系统中，短路的形式有三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路等， 其中两相接地短路实质是两相短路。按短路电路得对称性来分，三相短路属对称性短路其他形式为不对称性短路。电力系统中，发生单相短路的可能性最大，而发生三相短路的可能性最小。但一般情况下特别是远离电源的供电系统中，三相短路地短路电流最大，因此造成的危害也最为严重。为了是电力系统中的电气设备在最严重的短路状态下也能可靠的工作，因此，作为选择和校验电气设备用的短路计算中，以三相短路计算为主。实际上，不对称短路也可以按对称分量发将不对称的短路电流分解为对称的正序、负序和零序分量，然后按对称量来分析和计算，所以对称的三相短路分析计算也是不对称短路分析计算的基础。因此，本文的短路电流计算都以三相短路为例。

短路电流计算的目的

计算短路电流的目的是为了正确选择和校验电器设备，避免在短路电流作用下损坏电气设备，如果短路电流太大，必须采用限流措施，以及进行继电保护装置的整定计算。

为了达到上述目的，须计算出下列各短路参数：

I ----短路电流有名值，用来做为继电保护的整定计算和校验断路器额定断

'流容量。应采用（电力系统在最大运行方式下）继电保护安装处发生短路时的次暂态短路电流来计算保护装置的整定值。

ich ---- 三相短路冲击电流，用来检验电器和母线的动稳定。

I---- 三相短路电流有效值，用来检验电器和母线的热稳定。

chS ---- 三相短路容量，用来检验断路器的遮断容量和判断母线短路容量是

否超过规定值，作为选择限流电抗器的依据。 短路电流计算结果

表5-1 短路点电流计算结果 ' 类别 短路点 K1 I'(KA) ich(KA) Ich(KA) S(MVA) '78 K2 K3 短路电流计算过程

132 65 根据本变电站可能发生最大短路电流的短路电流计算点有3个，即500KV母线短路（K1点），220KV母线短路（K2）点，35KV母线短路（K3点）。一般短路电流在两台变压器并联时处于最大值，因此我们这里主要介绍在两台变压器并联情况下的短路电流。如图所示，图为该变电站系统的等值电路图。

图 系统等效电路图 图 系统等值电路图

（1）选Sb=100MVA 取 U=500KV

b1则

Ib1=100=（KA） 3500取 U=220KV

b2则

I=b2100=（KA） 3220取 U=35KV

b3则

Ib3=100=（KA） 335 （2）计算系统各元件阻抗的标幺值。

Uk3-1%=，Uk1-2%=，Uk3-2%=

系 统 S：

XX0.279300100=

125002主变压器 T1、T2：

1%UK1216.459.0910.75=

U%110.759.0916.45= K22

UK31%10.7516.459.09=

22 XX0.074500=

34750 XX0.017500=

78750 XX0.0905500=

56750220KV架空线路 L9、L10: XX0.32501002=

910500220KV架空线路 L11、L12、 L13、L14、L15、L16、L17、L18： X:X0.43601002=

1118500（3）网络化简，求电源点至短路点总阻抗。如图： XXPX0.030.03=

19120.03+0.03 X20

X32.77= 2222X22X70.0567= 223.02=

20.000.00= 0.00+0.00 XX5212

X23X9PX10 XXPXPX:X10.0103=

24111213188

图 化简后等值电路图

图（a）K1点短路 图（b）K2点短路 图（c）K3点短路

K1点短路时 由图（a）可知

0.015

XX119K2点短路时 对图（b）化简为图（d）

图（d）化简后K2点短路 图（e）化简后K3点短路

X25X19+X200.015+1.385=

X26X21+X241.51+0.0283=

X27X22+X230.0283+0.0032=

由图（d）可知：

XX2PX25X26221.41.0.0283=

1.41.K3点短路时 对图（c）化简为图（e） 由图（e）可知：

XX3PX25X27211.40.0311.51=

1.40.031 （4）求K1点短路电流的周期分量，冲击电流及短路容量

I*11= X10.0015 I'I*Ib1=0.117666.7=78（KA）

ich=2.55I2.5578=(KA)

'Ich1.51I'1.5178=(KA)

S'I*Sb=666.7100=（MVA）

（5）求K2点短路电流的周期分量，冲击电流及短路容量

I*1X21=

0.76 I'I*Ib2=1.320.267=(KA) ich=2.55I'2.550.35=(KA)

Ich1.51I'1.510.35=(KA)

*bSIS'=1.32100=132(MVA)

（5）求K3点短路电流的周期分量，冲击电流及短路容量

I*11= X31. I'I*Ib3=1.321.68=(KA)

ich=2.55I2.552.21=(KA)

' Ich1.51I'1.512.21=(KA)

S'I*Sb=0.65100=65(MVA)

6、电气设备选择

选择电气设备的原则

由于电气设备和载流导体得用途及工作条件各异,因此它们的选择校验项目和方法也都完全不相同。但是，电气设备和载留导体在正常运行和短路时都必须可靠地工作，为此，它们的选择都有一个共同的原则。 电气设备选择的一般原则为：

1.应满足正常运行检修短路和过电压情况下的要求并考虑远景发展。 2.应满足安装地点和当地环境条件校核。 3.应力求技术先进和经济合理。 4.同类设备应尽量减少品种。 5.与整个工程的建设标准协调一致。

6.选用的新产品均应具有可靠的试验数据并经正式签订合格的特殊情况下选用未经正式鉴定的新产品应经上级批准。

技术条件：

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。 1.电压

选用的电器允许最高工作电压Umax不得低于该回路的最高运行电压Ug,即，Umax>Ug 2.电流

选用的电器额定电流Ie不得低于 所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电流Ig ，即Ie>Ig 校验的一般原则：

1.电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动热稳定校验，校验的短路电流一般取最严重情况的短路电流。 2.用熔断器保护的电器可不校验热稳定。 3.短路的热稳定条件

td12IrtQd

2QdQI\"210Itd/2Itd22Qdt——在计算时间ts内，短路电流的热效应（KA2S） It——t秒内设备允许通过的热稳定电流有效值（KA2S） T——设备允许通过的热稳定电流时间（s） 校验短路热稳定所用的计算时间Ts按下式计算 t=td+tkd式中td ——继电保护装置动作时间内（S）

tkd——断路的全分闸时间（s）

4.动稳定校验

电动力稳定是导体和电器承受短时电流机械效应的能力，称动稳定。满足动稳定的条件是：

i上式中

chidw

IchI

dwiI

chch

——短路冲击电流幅值及其有效值

iIdwdw ——允许通过动稳定电流的幅值和有效值

5.绝缘水平：

在工作电压的作用下，电器的内外绝缘应保证必要的可靠性。接口的绝缘水平应按电网中出现的各种过电压和保护设备相应的保护水平来确定。

由于变压器短时过载能力很大，双回路出线的工作电流变化幅度也较大，故其计算工作电流应根据实际需要确定。

高压电器没有明确的过载能力，所以在选择其额定电流时，应满足各种可能方式下回路持续工作电流的要求。 高压断路器的选择

高压断路器在高压回路中起着控制和保护的作用，是高压电路中最重要的电器设备。

型式选择：

本次在选择断路器，考虑了产品的系列化，既尽可能采用同一型号断路器，以便减少备用件的种类，方便设备的运行和检修。 选择断路器时应满足以下基本要求：

1.在合闸运行时应为良导体，不但能长期通过负荷电流，即使通过短路电流，也应该具有足够的热稳定性和动稳定性。

2.在跳闸状态下应具有良好的绝缘性。 3.应有足够的断路能力和尽可能短的分段时间。

4.应有尽可能长的机械寿命和电气寿命，并要求结构简单、体积小、重量轻、安装维护方便。

考虑到可靠性和经济性，方便运行维护和实现变电站设备的无由化目标，且由于SF6断路器以成为超高压和特高压唯一有发展前途的断路器。故在500KV侧和220KV侧采用六氟化硫断路器，其灭弧能力强、绝缘性能强、不燃烧、体积小、使用寿命和检修周期长而且使用可靠，不存在不安全问题。真空断路器由于其噪音小、不爆炸、体积小、无污染、可频繁操作、使用寿命和检修周期长、开距短，灭弧室小巧精确，所须的操作功小，动作快，燃弧时间短、且于开断电源大小无关，熄弧后触头间隙介质恢复速度快，开断近区故障性能好，且适于开断容性负荷电流等特点。因而被大量使用于35KV及以下的电压等级中。所以，35KV侧采用真空断路器。故各电压等级断路器选择如下表：

表 断路器的型号

电压型号 等级 500kV LW6-500/3150 220kv LW1-220/2000 35kV ZN23-35 隔离开关的选择

额定额定额定开断电压 电流 电流 500KV 3150A 40,50 220KV 2500A 40 35KV 1600A 25 热稳定电流 40,50(2S) 40(4S) 50(3S) 隔离开关是高压开关设备的一种，它主要是用来隔离电源，进行倒闸操作的，还可以拉、合小电流电路。 选择隔离开关时应满足以下基本要求：

（1）隔离开关分开后应具有明显的断开点，易于鉴别设备是否与电网隔开。 （2）隔离开关断开点之间应有足够的绝缘距离，以保证过电压及相间闪络的情况下，不致引起击穿而危及工作人员的安全。

（3）隔离开关应具有足够的热稳定性、动稳定性、机械强度和绝缘强度。 （4）隔离开关在跳、合闸时的同期性要好，要有最佳的跳、合闸速度，以尽可能降低操作时的过电压。

（5）隔离开关的结构简单，动作要可靠。

（6）带有接地刀闸的隔离开关，必须装设连锁机构，以保证隔离开关的正

确操作。

根据计算所的的短路电流，对各电压等级的隔离开关选择如下表：

表 隔离开关的型号

电压等级 500kV 型号 额定电压(KV) 额定电流(A) 极限通过热稳定电电流（KA） 流（KA） 125 125 50 50(3S) 50(3S) 20(4S) GW10-500/3150 220kv GW7-220/2500 35kV GW4-35/1250 500 3150 220 35 2500 1250 各电压母线的选择

参考《导体和电器的选择设计技术规定》

第条: 选用的电器允许最高工作电压不得低于该回路的最高运行电压。 即： Ual.mUsm

其中， Ual.m1.15UN Usm1.1UsN 一般按照UNUsN选择电气设备的额定电压。

第条: 选用导体的长期允许电流不得小于该回路的持续工作电流，由于高压开路电器没有连续过载能力，在选择其额定电流时，应满足各中可能运行方式下回路持续工作电流的要求。在断路器、隔离开关、空气自然冷却限流电抗器等电器各部分的最大允许发热温度，不超过《交流高压电器在长期工作时的发热》GB763-74所规定的数值情况下，当这些电器使用在环境温度高于+40℃（但不高于+60℃）时，环境温度每增加1℃，减少额定电流的%；当使用在环境温度低于+40℃时，环境温度每降低1℃，增加额定电流的%，但其最大过负荷不得超过额定电流的20%。

即： 对于导体：IalImax 对于电器：INImax * Imax的计算方法 1．汇流主母线

① 220KV主母线：按实际功率分布进行计算 ② 110KV主母线：Imax1.05IN(110KV) ③ 10kV主母线：Imax1.05IN(10KV) 2．旁路母线回路

定电流或最大持续工作电流 Imax需要旁路回路的最大额 3．主变的引下线

Imax1.05IN对应电压侧 4．出线

单回线：Imax最大负荷电流 双回线：Imax（1.2-2)I单回线路最大负荷电流 5．母联回路

的Imax Imax母线上最大一台变压器 6．分段回路

Imax1.05ITNK （K=～ TN变压器额定电流）

根据本电站的要求，以及所计算的短路电流，对各电压等级母线选择如下表：

表 母线的型号

电压等级 500kV 220kv 35kV 绝缘子和穿墙套的选择

导线型号 LGJ-120/25 LGJ-300/40 LGJ-800/70 r1 X1 在发电厂变电站的各级电压配电装置中，高压电器的连接、固定和绝缘，是由导电体、绝缘子和金具来实现的。所以，绝缘子必须有足够的绝缘强度和机械强度，耐热、耐潮湿。500KV采用ZS-330,220KV采用ZS-220,35KV采用ZS-35.

选择户外式绝缘子可以增长沿面放电距离，并能在雨天阻断水流，以保证绝缘子在恶劣的气候环境中可靠的工作。

穿墙套管用于母线在屋内穿过墙壁和天花板以及从屋内向屋外穿墙时使用，6～35KV为瓷绝缘，60～220KV为油浸纸绝缘电容式。500KV采用CRQ-330,220KV采用CR-220，35KV采用CMWF1-35。 电流互感器与电压互感器的选择

根据《导体和电器选择设计技术规定》第条：

3～20KV屋内配电装置的电流互感器，应根据安装使用条件及产品情况，采

用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构。

35KV及以上配电装置的电流互感器，宜采用油浸瓷箱式绝缘结构的式电流互感器，在有条件时，应采用套管式电流互感器。

根据《电力工程电气设计手册》（电气一次部分）第2—8节： a. 凡装有断路器的回路均应装设电流互感器。

b. 发电机和变压器的中性点、发电机和变压器的出口、桥形接线的跨条上等也应装设电流互感器。

c. 对直接接地系统，按三相配置；对非直接接地系统，依具体要求按两相或三相装配。

根据本变电站的要求，和所计算出来的短路电流数据，对各电压等级的电压互感器和电流互感器选择如下。500KV段采用JCC2-500，LCLWD2-220;220KV段采用JCC2-220，LCWB7—220;35KV段采用JDJJ-35，LCWB7—35。 各电气设备一览表

表6-1 电气设备一览表

电压等级 电气设备 500kV LW6-500/3150 GW10-500/3150 LCLWD2-220 JCC2-500 ZS-330 CRQ-330 LGJ-120/25 220kV LW1-220/2000 GW7-220/2500 LCWB7—220 35kV ZN23-35 GW4-35/1250 LCWB7—35 高压断路器 隔离开关 电流互感器 电压互感器 绝缘子 绝缘套管 母线 主变压器 JCC2-220 ZS-220 CR-220 LGJ-300/40 JDJJ ZS-35 CMWF1-35 LGJ-800/70 ODFPS-750000/500

七、总结

本次设计建设一座500KV降压变电站，运用所学到的理论知识，通过对原始资料的分析和短路计算，掌握变电所的电气主接线方案的选择，主要电气设备的选型。主变压器台数、容量及型号的选择，以及各种保护的确定等。确定最终该500KV变电所电气主接线方案，完成对500KV变电所的初步设计。 经过半个多月的时间，我顺利的完成了这次课程设计。从总体上来说，我对自己的成果还是比较满意的，也基本上达到了老师的要求。这段时间我翻阅了许多的书籍，从对变电站的生疏，到了解，再到深入研究，第一次完成了一件实际应用的设计。不过由于本人经历、阅历、实际操作能力有限。难免存在一些不近人意的地方，请老师指点。

通过本次设计，不仅丰富了我的专业知识，还让我深深体会到了认识事物的过程。从拿到题目，再查阅资料，对题目进行分析、设计、论证、修改到设计的完成。体现了理论联系实际的重要性。更重要的是这次设计让我学会了让自己完成一件事情，为将来参加工作做好基础。本设计的顺利完成，自己付出了许多劳动，我在设计过程中不但学会了勤奋求实的工作精神，更懂得了待人的品质。这一切将在我以后的工作生涯中起着重要的作用。借此机会，向帮助过我的老师和同学，表示衷心的谢意！

在此过程中，我还要特别感谢给予我帮助的同学、朋友们，在他们的鼓励、支持下我才会有今天的成绩。

参考文献

[1]于永源,杨绮雯合编.电力系统分析.北京：中国电力出版社,2007 [2]温步瀛,唐巍合编.电力工程基础.北京：中国电力出版社,2006

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[4]电力工业部西北电力设计院. 电气工程设计手册电气一次部分[M]. 中国电力出版社,1998.

[5]胡仁喜 刘昌丽 林双燕.精通Autocad2011中文版电气设计.化学工业出版社. [6] 刘吉来、黄瑞梅. 高电压技术[M]. 中国水利水电出版社 ,2004.

附录Ⅰ