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1、摘要本设计为500kv超高压变电站，为枢纽变电所。500kv电压等级在我国电力网中是一个重要的等级。伴随着能源需求的不断增大，500kv超高压变电站在我国的电力网中有着重要的地位。本设计以佳木斯电业局提供的负荷资料及相关要求为设计依据，目的是构建稳定的500kv电力网，实现北电南送，进而缓解南方用电压力。本设计介绍了变电站的发展形势及针对不同主接线方式进行比较选择。变电站为500kv输电工程的首端变电站。500kv变电所控制系统的特点是可靠性要求高，被控制的对象多，控制对象距离远，控制电缆用量大，要求自动化水平高和抗干扰问题突出。本设计十分注重运用我国电气设计的新技术和新的设备，实用性及强，考
2、虑到是实际工程的应用，便以通俗易懂的语言进行阐述。AbstractThe transformer substation that is design this time is the key position transformer substation of 500kv . It is the hub of Substation . The grade of 500kv voltage is an important EHV substation power network in China has an important role. The Jiamusi Elertric Power
3、Bureau designed to provide information and the load requirement for the design basis Aim is to build a strong 500kv power grid , nortel to achieve Southern delivery, and ease the pressure on the South Side. Introduced the situation of the development of substantion and the main connection for differ
4、ent ways to compare option. 500kv substation control system is characterized by higher reliability requirements the object of control, and require a high level of automation and anti-jamming problems.The design is very close attention to the use of our electrical design of the new technology and new
5、 equipment, practical and strong, Taking into account the actual application, in a user-friendly language to describe it. 前言经济的迅速发展，科学技术的不断进步促使社会中各行各业都在不断地发展壮大，特别是各种高、新、尖、精的技术应用，而所有的一切都离不开电，而电的中枢变电所更是必不可少，起到至关重要的作用。电力系统是国民经济的重要能源部门，与民生息息相关。电网是根据不同地区，不同电压等级而形成的高压和超高压网络，起着重要作用。在我国很多地区现已形成以500kv为骨干的主网，
6、能将电力资源更充分的利用。随着国民经济的发展以及大型发电厂和更高等级电压的出现，在不久的将来，我国会出现跨几个大区的联合大电网。500kv超高压变电站的容量大，电压高，出线回路多，在电力系统中一般都是电力输送的枢纽性变电站。因此兴建500kv超高压变电站能够更好的利用资源，实现最大利用。北方的充足资源，也将通过枢纽变电站实现“北电南送”。500kv超高压变电站设备要求高，进而推动了国内电气设备新的改革，实现了优化能源的进程。第一章 变电站概述电是一个广义的范畴，伴随负荷的不同，对电的要求也会随之改变。500kv超高压变电站的容量大，电压高，出线回路多，在电力系统中一般都是电力输送的枢纽性变电站
7、。因此兴建500kv超高压变电站能够更好的利用资源，实现最大利用。1.1 变电站发展形势自1974年建成了第一条330kv输电线路，由甘肃刘家峡水电站厂到陕西关中地区开始，变电站发展迅速。1981年建成了第一条500kv输电线路，由河南姚孟火电厂到武汉，500kv超高压变电站走入人们的视野，其中，超高压变电站的建立成功，使国内各省电网形成连接，华北，东北，华东，华中，南方等电网都已建成500kv大容量输电线路和跨省联络线，并将逐步形成跨大区域互联的骨干网络。正在建设中的750kv输电工程，标志着我国电网输电电压等级由目前的500kv即将升级为750kv甚至更高，实现历史性跨越。在日趋建设的超高
8、压变电所中，超高压等级500kv的变电站占有重要地位。1.2 变电站设计目的及意义本次毕业设计是以500kV群林输变电工程初步设计审核意见和佳木斯电业局提供的负荷资料及相关要求为设计依据，以加强电网的网架结构，提高该地区的供电质量、减少电能损失，满足该地区负荷增长的需要为目的而开发设计的500kV超高压变电站。变电站在设计基础上，力求更加实用化。作为枢纽位置的变电站，具有高度可靠性和灵活性的主接线，将保证500kV电网的安全运行，满足各类重要负荷1.3设计变电站简介3.1变电站类型及地质条件 该变电站为500kV大型枢纽变电站，500kV采用一个半断路铝接线，220kV采用双母线带旁路接线，1
9、0kV采用单母线分段接线。500kV配电装置采用GIS配电装置。本所选分层分布式综合自动化系统。主变压器及线路控保屏、电度表屏、直流屏、电池屏、交流屏均布置在主控室内。为有人值班变电站，部分站区设立无人值班室，用计算机进行监控。 变电所所址位于佳木斯市郊区西格木乡群林村北侧，地势平坦、进出线走廊便于架空线路的引入和引出，因此配电装置的布置不必考虑特殊方式。所址的标高海拔450m.经调查有被洪水浸淹的历史，不必选用高海拔的电气设备。所址位于负荷中心，交通便利、通讯畅通。有铁路和公路经过变电所附近，不必过多考虑设各的运输问题。早捞期，附近河流对变电姑无影响。该地区夏季最高气温在+32 C，冬季最低
10、气温为-39C,年平均气温为+14C，电气设备均可正常工作，最大风速为2. 0m/s,夏秋季节不受强风影响，所以不必考虑架空线路的机械强度及对屋外配电装置的影响；该地区全年只有短暂的霜冻(不足2天)和结冰现象(不足1天)，覆冰厚度仅为2mm，因此不必考虑覆冰问题;无冻土情况发生，接地装置地下部分不必过深即可保证可靠接地；地震强度很小，不必设置防震保护，可以采用半高型或高型布置；土壤电阻率为100欧，可考虑采用构架式避雷针；年雷纂日数为33.7天，防雷装置的选取应加以考虑;当地四季存在溶雪溶冰、毛毛雨、雨加雪、凝露等对污秽绝缘子极为不利的气象条件，突发性的污秽与湿润可能同时建立，为防止污闪，所以
11、对绝缘子串和变电设各外绝缘的影响应予以考虑。 (以上分析均参照高压配电装置设计技术规程)第二章 负荷统计及计算2.1 负荷统计表线路中18为500kV出线，912为220kV出线，13-Is为IOkV出线根据统计负荷如表2-1所示.2.2 变电站负荷计算本设计为500kV超高压变电所，负荷计算采用需用系数法。其优点是:公式简单，计算方便，对于不同性质的供电朋户的需用系数值是经过几十年的统计积累，数值比较完整和准确，为供电设计创造了很好的条件。由于各供电区域电性质相差不大，考虑功率因数相同，则视在功率可表示为有功功率。采用需用系数法求各用户的计算负荷： （21）每条出线路的负荷： 变电所设计当年
12、的计算负荷可由式（22）计算： （22） 第三章 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。在输配电系统中，变压器起到桥梁作用，变压器是借助电磁感应原理，以相同的频率，交换交流电压和电流而传输交流电能的一种静止电器。3.1 变电所变压器容量台数型号选择3.11 变压器容量变压器空载运行时需用较大的无功功率，这些无功功率需由供电系统供给，变压器容量如选的过大，不但增加投资，而且使变压器长期处于轻载运行，出现“大马拉小车”现象，使空载的损耗增加，功率因数降低，网络损耗增加。若容量选的小，会使变压器长期过负载，易损坏设备。变压器的最佳负载率在40%-70%之
13、间，负载过高，损耗明显增加，另一方面，由于变压器容量裕度小，负载稍有增长，便需要增容，更换大容量的变压器，势必增加投资，且影响供电。总之选择变压器的容量，要以现有的负荷为依据，按照5-10年的发展计划来确定，按照辽宁工学院综合楼变电所的设计选用的变压器容量为1000kVA。3.1.2主变压器台数和型号1台数变压器的台数应根据负荷的特点和经济运行进行选择，要由负荷大小，对供电的可靠性和电能质量的要求来决定，并兼顾节约电能、降低运行造价、维护设备等因素，确定变压器台数应综合考虑，进行认真的技术经济比较。按负荷的等级和大小来说，对于带一、二级负荷的变电所，当一、二级负荷较多时，应选两台或两台以上变压
14、器，如只有少量的一、二级负荷并能从相邻的变电所取得低压备用电源，可以只采用一台变压器。2型号主变压器的型号选择主要考虑以下因素：1）.变电所的所址选择；2）.建筑物的防火等级；3）.建筑物的使用功能；4）.主要用电设备对供电的要求；5）.当地供电部门对变电所的管理体制等。设置在一类高、低压主体建筑中的变压器，应选择干式、气体绝缘或非可燃性液体绝缘的变压器；二类高、低压主体建筑也宜如此，否则应采取相应的防火措施。3.2 主变压器台数确定及容量计算变压器容量的选择至关重要，容量选择小了，不满足负荷增长的要求。容量选择大了，变压器空载损耗大，起不到降低损耗、同网同价的要求。因此，变电所主变压器的容量
15、一按变电所建成后510年的规划负荷考虑，并应按照其中一台停用时其余变压器能满足变电所最大负荷的60%70%选择，故500kV变电所取70%。在500kV及以上的发电厂和变电所中，应按容量、可靠性要求、制造水平、运输条件、负荷和系统情况等，经技术经济比较后确定变压器相数。当一台主变压器运行时，可保证60%的负荷供电，考虑变压器的事故负荷能力为40%，所以供电的保证率为84%。为简化电压等级或减少重复降压容量采用双绕组变压器。由于变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列进行，所以变压器绕组的连线方式选Y型连接。 装设两台主变压器的变电站，根据我国变电压器运行的实践经验，并参考经验，
16、每台主变的额定容量：主变压器可选择ODFPS250000/500单相自藕无励磁调压变压器，三台为一组，主要性能参数为：额定容量250/250/80MVA；额定电流3150A；空载损耗80KW；负载损耗445KW。其中绝缘件中的含水量降低到0.5%以下。达到了变压器局部放电量国际IEC标准。其技术数据如表3-1所示。 第四章 变电所电气主接线电气主接线是由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。用规定的设备文字和图形符号并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图，称为主接线电路图
17、。电气主接线是变电所电气设计的首要部分，也是构成电力系统的首要环节。对电气主接线的基本要求概括地说应包括电力系统整体及变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性。4.1 电气主接线的基本要求和原则4.1.1 电气主接线的基本要求1可靠性所谓可靠性是指主接线能可靠的工作，以保证对用户不间断的供电。衡量可靠性的客观标准是运行实践。经过长期运行实践的考验，对变电所采用的主接线经过优选，现今采用主接线的类型并不多。主接线的可靠性不仅要考虑次设备对供电可靠性的影响，还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。同时，可靠性不是绝对的，而是相对的。一种主接线对某些变电所是可靠的，而对另一些变电所可能是不可
18、靠的。2灵活性 主接线的灵活性有以下几方面要求； 1)调度要求。可以灵活的投入和切除变压器、线路、调配电源和负荷，能够满足系统在事故运行方式下、检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求。 2)检修要求。可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修，且不致影响对用户的供电。 3)扩建要求。可以容易的从初期过渡到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备改建量最小。3经济性经济性主要是投资省、占地面积小、能量损失小。4.1.2 电气主接线的原则1考虑变电所在电力系统中的地位和作用变电所在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素。变电所不管是枢纽变电所、地区变电所、终端变电所、企业变电所
19、还是分支变电所，由于它们在电力系统中的地位和作用不同，对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。2考虑近期和远期的发展规模变电所主接线设计应根据510年电力系统发展规划进行。应根据负荷的大小和分布、负荷增长速度以及地区网络情况和潮流分布，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线的形式以及所连接电源数和出线回数。3考虑负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响对一级负荷，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一级负荷不间断供电；对二级负荷，一般要有两个电源供电，且当一个电源失去后，能保证大部分二级负荷供电。三级负荷一般只需一个电源供电。4考虑主变台数对主接线的影响变电所主变的
20、容量和台数，对变电所主接线的选择将产生直接的影响。通常对大型变电所，由于其传输容量大，对供电可靠性要求高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高。而容量小的变电所，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性要求低。4.2 电气主接线设计程序1、电气主接线的设计程序电气主接线的设计伴随着变电所的整体设计，即按照工程基本建设程序，历经可行性研究阶段、初步设计阶段、技术设计阶段和施工设计阶段等四个阶段。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)对原始资料进行分析，具体内容如下： 1)本工程情况。主要包括：变电所类型；设计规划容量；变压器容量及台数；
21、运行方式等。 2)电力系统情况。电力系统近期及远景发展规划(510年)；变电所在电力系统中的位置(地理位置和容量位置)和作用；本期工程和远景规划与电力系统连接方式以及各级电压中性点接地方式等。待添加的隐藏文字内容2 3)负荷情况。负荷的性质及地理位置、电压等级、出线回路数及输送容量等。电力负荷在原始资料中虽已提供，但设计时应该认真地辩证地分析。因为负荷的发展和增长速度受政治、经济、工业水平和自然条件等方面影响。如果设计时，只依据负荷计划数字，而投产时实际负荷小了，就等于积压资金，否则电量供应不足，就会影响其他工业的发展。 4)环境条件。当地的气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质、海拔、地震
22、等因素对主接线中电器的选择和配电装置的实施均有影响。特别是我国土地辽阔，各地气象、地理条件相差甚大，应子以重视。对重型设备的运输条件也应充分考虑。 5)设备制造情况。为使所设计的主接线具有可行性，必须对各主要电器的性能、制造能力和供货情况、价格等资料汇集并分析比较，保证设计的先进性、经济性和可行性。(2)拟定主接线方案。根据设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，可拟定若干个主接线方案。因为对电源和出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等考虑的不同，会出现多种接线方案(近期和远期)。应依据对主接线的基本要求，从技术上论证各方案的优缺点，淘汰一些明显不合理的方案，最终保留23个技术
23、上相当，又都能满足任务书要求的方案，再进行可靠性定量分析计算比较，最后获得技术合理、经济可行的主接线方案。 (3)主接线经济比较。 (4)短路电流计算。对拟定的电气主接线，为了选择合理的电器，需进行短路电流计算。 (5)电器设备的选择。 (6)绘制电气主接线图及其他必要的图纸。(7)工程概算。包括：主要设备器材费；安装工程费；其他费用。4.3 主接线方案确定 主接线是权据发电厂或变电所的设计任务书，原始资料以及设计要求和原则来进行设计的，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，确定出最佳主接线方案。方案1:电气主接线采用双母线双分段带旁路接线方案
24、2:电气主接线采用3/2断路器主接线 可靠性比较：500kV超高压变电站进出线为8回，为了限制设备故障影响范围，在双母线接线中采用双母线双分段带旁路母线，将各元件分别接在各段母线上；对3/2断路器接线则采用两个断路器控制一个元件的多环形接线。双母线双分段带旁路接线见图31，3/2断路器接线见图32。两种电气土接线自身设齐的故障停电范围比较(按8个元科考虑)分别见表31，表32。表3-1双母线双分段带旁路母线接线故障停电范围表32 3/2断路器接线故障停电范围比较表3-1,表3-2可以看出，3/2断路器接线无论是在无设备检修方式下，还是在检修与故障重叠方式下，停电元件最多只有两个;当母线故障时没
25、有元件停电。而双母线双分段接线在无设各检修方式下，出线断路器故障或母线故障时有两个元件停电；当母联或分段断路器故障时，停电元件为4个，停电元件站50%；在检修与事故相重叠方式下，停电元件占75%。由此可见，3/2断路器接线能将各种设各自身故障引起的停电元件限制在最小范围内，从而提高招个电力系统运行的安全可靠性，所以方案2优于方案1 经济性比较：从设备投资分析，在8个元件时两种主接线是一样的；当元件总数达10个，双母线双分段加专用旁路母线断路器时，两种主接线也是一样的。当元件多于10个时，3/2断路器接线投资大；元件少于6个时，双母线双分段带旁路接线投资大。从占地面积分析，3/2断路器接线采用常
26、规的三列式布置方式比双母线双分段带旁路接线节省占地面积40%,若采用其它布置方式时如单列式等)，两种主接线是一样的。综合上述比较可以看出，3/2断路器接线在最严重的故障方式下，停电元件最多为两个，当一组母线发生故障时，没有元件停电，即使是在一组母线检修，另一组母线故障的情况下，也没有元件停电，隔离开关操作简单，调度运行灵活。在投资方面，当元件数在610时，与双母线双分段带旁路接线相比是经济的；当元件多于10个，3/2断路器接线投资增大，但是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500kV超高压变电站应选用方案2。第五章 短路计算选择电气设备、整定继电保护、确定电气主接线方
27、案、考虑限制短路电流的措施及分析电力系统是短路计算的最终目的。所谓短路是指不同电位导电部分之间的不正常短接，既有相与相之间导体的金属性短接或者经小阻抗的短接，也有中性点直接接地系统或三相四线制系统中单相或多相接地。5.1 短路概述选择电气设备、整定继电保护、确定电气主接线方案、考虑限制短路电流的措施及分电力系统是短路计算的最终目的。所谓短路是指不同电位导电部分之间的不正常短接，既有相与相之间导体的金属性短接或者经小阻抗的短接，也有中性点直接接地系统或三相四线制系统中单相或多相接地。电气设备载流部分绝缘损坏是产生短路的主要原因。发生短路时，由于系统中总阻抗大大减少，因而短路电流可能达到很大数值几万安至十几万安)，故短路电流为主要计算对象。计算的目的是 1)选择导体和电器设备: 2)电网接线和发电厂、变电所电气主接线的比较、选择 3)选择继电保护装置和整定计算 4)验算接地装置的接触电压和跨步电压;5)为确定送电线路对附近通信电磁危险的影响提供计算资料 5.2
