500KV变电站毕业设计的设计正文

500KV变电站毕业设计的设计正文长春工程学院毕业设计（论文）I长春工程学院毕业设计（论文）摘要本毕业设计是500kV（500/220/35）变电站工程电气部分初步设计。其中500kV、220kV侧采用GIS方案，为了保证供电的可靠性和一次性满足远期负荷的要求，按照远期负荷规划进行设计建设，从而保证变电站能够长期可靠供电。根据毕业设计任务书的要求，综合所学专业知识及变电站设计相关书籍的有关内容，设计过程中完成了主变选择、电气主接线的拟定、短路计算、电气设备选择、配电装置的规划、继电保护和自动装置的规划和防雷保护的规划等主要工作。并且绘制了一套电气图纸（电气主接线图、平面布置图、配电装置断面图）。关键词500kV变电站GIS方案电气主接线配电装置AbstractThisgraduatedesignthesisisa(500/220/35)kVadecliningtopresstochangetogiveorgetanelectricshockanelectricitypartsoffirststepsdesign.Forthesakeofdependablethatguaranteethepowersupplywitharequestthatcontentedlong-termburthen,carriesaccordingtotheforwardtheprogrammingproceedingdesigndevelopments,frombutguaranteetochangetogiveorgetanelectricshockcanlong-termdependablepowersupply.Accordingtorequirementsofdesigntask,comprehensiveknowledgelearnedandthe"SubstationDesign"andrelatedbooks,thedesignprocesstocompletethemainliningselection,thedevelopmentofmainpower,shortcircuitcalculations,electricalequipmentselection,powerdistributionequipmentplanning,relayprotectionandautomaticprotectiondevicesandmineplanningforplanningmajorwork.Anddrawasetofelectricaldrawings(electricalmainwiringdiagram,withatotalfloorplan,powerdistributionunitcrosssection).Keywords：500kVsubstationGISschememainelectricalconnectionpowerdistributionequipment1引言近年来，电力在世界各国能源和经济发展中的作用日益增长，它已成为现代社会实用最广、需要最快的能源。变电站的合理设计与建设是一个极其重要的组成部分。毕业设计是大学几年整个教学环节的重要组成部分，是反应学生对所学知识的掌握程度。是在走向工作岗位前对所学知识进行的一次系统、全面的总结；同时将所学的专业理论应用于实践，用它解决实际问题，树立工程观念，结合工程特点，提高分析问题、解决问题的能力，并力争有所创新。针对自己的专业和工作单位情况选择本毕业设计课题：南平500kV变电站工程电气部分初步设计，为自己以后的工作打下一定的专业基础，让自己以后能尽快地适应工作，融入工作环境中，更加得心应手的工作，，为以后的工作打下必需的基础。鉴于所学的专业知识有限，只是对变电站电气部分进行初步的设计，初步设计将宏观勾画出工程概貌，控制工程投资，初步设计是工程设计中的主要阶段。设计应基本达到实际工程设计的要求，具有一定的可实践性。此次设计是在多方面查阅有关资料的基础上，综合运用所学理论知识，根据设计任务书提供的资料，结合电力工程设计手册、设计规程、规范等资料进行设计的。主要内容包括有电气主接线方案的确定、电气设备的配置和选择、高压配电装置的设计、还有相关图纸的绘制。南平500kV变电站的配电装置采用的是GIS，是一种新型的配电装置，所以得更加需要看关于GIS的资料。通过此次毕业设计树立工程观点，了解现代变电站的电能变换过程及其特点，掌握变电站电气主系统的设计方法，并在分析、计算和解决实际工程能力等方面得到锻炼。同时还进一步熟悉了AutoCAD等一些绘图软件的应用，为以后从事电气设计，运用管理和科研工作，奠定必要的理论基础。在为期13周的毕业设计中，我学会了很多书本上没有的东西，本着塌实严谨的态度去做毕业设计，查阅相关的资料，在指导老师方老师的指导下，独立了完成所有规定的设计内容。但由于本人水平有限，经验不足，难免有错误，恳请各位老师同学的指导，以便在今后的学习工作中改正。变电站原始资料分析2.1设计的原始资料设计题目:南平500kV变电站工程电气部分初步设计建设地点:福建省南平建瓯市项目概况:站址概况：位于南平市建瓯市小松镇湖头村陈田自然村西侧的山坡上，南距建瓯市城关9.1km，地势平坦宽阔。站区总用地9.30hm2，其中站区围墙内用地6.57hm2，进站道路用地1.1hm2，围墙外用地1.63hm;土石方挖填总量为31.86万m3(松方，下同)，其中挖方量15.93万m3，表层土量2.12万m3，填方量13.81万m3，土石方基本平衡，不设弃渣场。变电站规划：分两期建设：本期1*750MVA（采用3台单相三绕组自耦无载调压变压器），500kV出现2回，分别为至宁德1回、至三明1回；220kV出线7回；最终规模4*750MVA，500kV出线8回，220kV出线16回。无功补偿方案：500kV电压级：为1组高压电抗器，其容量为150Mvar；35kV电压级：为1组电抗器,容量为60Mvar；2组电容器，容量为60Mvar。各级电压的短路电流水平：500kV短路电流水平按63kA考虑；220kV短路电流水平按50kA考虑；35kV短路电流水平按40kA考虑；设备和导体选择，以及间隔宽度等，均按上述短路电流水平进行校核。工程总投资25310万元，其中土建投资3532万元。500kV和220kV侧采用GIS方案2.2原始资料具体分析由于本设计是500kV变电站GIS方案，我们首先得对GIS设备有一定的了解。2.2.1GIS设备概述GIS(gasinsulatedsubstation)是气体绝缘全封闭组合电器的英文简称。GIS由断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线、连接件和出线终端等组成，这些设备或部件全部封闭在金属接地的外壳中，在其内部充有一定压力的SF6绝缘气体，故也称SF6全封闭组合电器。GIS设备自20世纪60年代实用化以来，已广泛运行于世界各地。GIS不仅在高压、超高压领域被广泛应用，而且在特高压领域也被使用。与常规敞开式变电站相比，GIS的优点在于结构紧凑、占地面积小、可靠性高、配置灵活、安装方便、安全性强、环境适应能力强，维护工作量很小，其主要部件的维修间隔不小于20年。目前，GIS国外生产厂家主要有ABB、东芝、三菱、日立、西门子、阿尔斯通等，国内生产厂家有西开、沈高、平高等。我国通过技术引进，消化吸收，目前已掌握500千伏GIS的设计制造技术。自主研发的1000千伏GIS(包括核心部件灭弧室和操动机构)将完全自主设计制造，预计2009年6月可提供产品。GIS制造技术在不断进步和发展，40多年来，各GIS生产厂家围绕着提高经济性和可靠性这两个主要目标，在元件结构、组合形式、制造工艺以及使用和维护方面进行了大量研究、开发。随着大容量单压式SF6断路器的研制成功和氧化锌避雷器的应用，GIS的技术性能与参数已超过常规开关设备，并且使结构大大简化，可靠性大大提高，为GIS进一步小型化创造了十分有利的条件。本设计选择的GIS型号为ABB公司的设备。2.2.2设计初步分析设计中站区总用地9.30hm2，其中站区围墙内用地6.57hm2，进站道路用地1.1hm2，围墙外用地1.63hm，工程总投资25310万元，其中土建投资3532万元。由此可见本变电站设计占地面积较小，从资金上考虑可满足和先进性上的要求，而采用GIS设备。根据原始资料可知本变电站规划中本期1台750MVA，500kV出现2回，220kV出线7回，远景为4台750MVA，500kV出线8回，220kV出线16回。因此本设计的电气主接线为500kV侧一台半断路器接线，220kV侧双母线接线，而35kV电压级：为1组电抗器,容量为60Mvar；2组电容器，容量为60Mvar，可选用单母线接线。3变电各电压等级站电气主接线选择3.1概述变电站电气主接线是多种主要电气设备（如变压器、隔离开关、断路器、互感器、母线、避雷器等）按一定顺序要求连接而成的，是变换和分配电能的电路，称为变电站一次接线。将电路中各种电气设备统一规定的图形符号和文字符号绘制成的电气连结图，称为电气主接线图。变电站的电气主接线是电力系统接线的主要部分。主接线的确定对变电所的安全、稳定、灵活、经济运行以及对电气设备选择、配电装置布置、继电保护拟定等都有着密切的关系。由于发电、变电、输配电和用电是同时完成的，所以主接线设计的好坏不仅影响电力系统和变电站本身，同时也影响到工农业生产和人民生活。因此，主接线设计是一个综合性问题。3.2主接线的设计原则及基本要求3.2.1主接线的设计原则根据[4]《220500KV变电站设计技术规程》（DL／T5218-2005）规定，变电站电气主接线应根据该变电站在电力系统中的地位、电压等级、回路数、所选设备特点、负荷性质等因素确定，满足运行可靠性，简单灵活，操作方便，节约投资等要求。变电站在电力系统中的地位和作用变电站在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素，变电站是枢纽变电所、地区变电所、终端变电站、企业变电站还是分支变电站，由于他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、经济性的技术要求也不同。1）考虑近期和远期的发展规模变电站主接线设计应根据5-10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。2）考虑负荷的重要性分布和出线回数多少对主界线的影响对一级负荷必须布两个独立的电源供电，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。3）考虑主变台数对主接线的影响变电站主变的容量和台数，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，基于传输容量大，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，对住接线的可靠性、灵活性要求低。4）考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增，设备检修，故障停运情况下的应急要求。电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同，例如：当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时，允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式。3.2.2主接线设计的基本要求1.可靠性1)研究主接线可靠性应注意的问题：a、应重视国内外长期运行实践经验及其可靠性的定性分析；b、主接线的可靠性包括一次部分和二次部分在运行中的可靠性的综合；c、主接线的可靠性在很大程度上取决于设备的可靠性程度，采用可靠性能高的电气设备可以简化接线。2)可靠性的具体要求：a、断路器检修时，不影响对系统的供电；b、断路器或母线故障及母线检修时，尽量减少可停运回路数和停用时间，并且保证一级负荷及全部或大部分二级负荷供电；c、尽量避免全部停运的可能性。2.灵活性主接线的灵活性有以下几方面的要求：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，可以方便地停运断路器，母线及其继电保护设备进行安全检修且不致于影响对用户的供电。3.经济性:1）投资省a.主接线力求简单，以节省断路器、隔离开关、互感器、避雷器等一次设备。b.要能使断电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆。c.要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器。d.如能满足系统安全运行及继电保护要求，110kV及以下终端或分支变电所可采用简易电器。2）占地面积小主接线设计要为配电装置创造条件，尽量使占地面积减少。3）电能损失小经济合理的选择主变压器的种类、容量和数量，要避免因两次变压而增加电能损失。3.3电气主接线的选择3.3.1主接线的预定方案变电站电压等级为500/220/35kV。500kV部分8回出线；220kV部分16回出线；35kV部分2组电容器。根据主接线设计必须满足供电可靠性、保证电能质量、满足灵活性和方便性、保证经济性的原则，初步拟定两种主接线方案。3.3.2对500kV侧接线方式的论证我国330～500kV超高压配电装置采用的接线有：双母线三分段（或四分段）接线、一台半断路器接线、变压器—母线接线和3～5角形接线。本设计500kV侧拟采用双母线四分段（如图1-2所示）和一台半断路器接线两种接线的比较如下：1.双母线接线：双母线三分段（或四分段）接线330～500kV超高压配电装置接线的可靠性要求比较高，为限制故障范围，当进出线为6回及以上时，一般采用双母线三分段（或四分段）的接线。(1)故障停电范围当一段母线故障或连接在母线的进出线断路器故障时，停电范围不超过整个母线的三分之一或四分之一；当一段母线故障并且分段或母联断路器拒动时，停电范围不超过整个母线的三分之二或二分之一。采用双母线三或四分段接线时，要注意解决分段后母线保护的复杂性问题。(2)分段原则330～500kV双母线线接线按下列原则分段；为保证供电可靠，每段母线接2～3个回路。1)当最终进出线回路数为6～7回时，宜采用双母线三分段接线，并装设两台母联路断路器；当回路数为8回及以上时，宜采用双母线四分段接线。图3-1500kV双母线四分段接线2.一台半断路器接线一台半断路器接线是一种设有多回路集结点、一个回路由两台断路器供电的双重连接的多环形接线，是现代国内外大型电厂和变电所超高压配电装置广泛应用的一种接线。(1)一台半断路器接线的特点1)有高度可靠性。每一回路由两台断路器供电，发生母线故障时，只跳开与此母线相连的所有断路器，任何回路不停电。在事故与检修相重合情况下的停电回路不会多于两回。2)运行调度灵活性。正常时两组母线和全部断路器都投入工作，从而形成多环形供电，运行调度灵活。3)操作检修方便。隔离开关仅供检修使用，避免了将隔离开关作操作用时的倒闸操作。检修断路器时，不需要带旁路的倒闸操作。检修母线时，不需切换回路。图3-2一台半断路器接线3.主接线方案的比较为了确定出技术上合理，经济上可行的最终方案，现将双母线四分段接线与一台半断路器接线的优缺点进整理，并逐项比较，如表3-4所示。表3-1双母线四分段接线与一台半断路器接线技术经济比较双母线四分段接线一台半断路器接线可靠性(1)任何断路器检修，影响用户的供电；(2)任何一台断路器检修和另一台断路器故障或拒动时，切除两回以上的线路；(3)任一母线故障，1/4电源和负荷停电，分段或母联断路器故障，有1/2电源和负荷停电(1)任何断路器检修，不影响用户的供电；(2)任何一台断路器检修和另一台断路器故障或拒动时，不切除两回以上的的线路；(3)任一段母线故障，不影响进出线的供电灵活性(1)不形成多环供电，一个回路由一台断路器供电，调度较不方便；(2)隔离开关作为操作电器，需要进行倒换操作，易造成误操作；(3)在没有旁路设施时，检修断路器，要向调度部门报告；(4)成对双回线路可能要交叉；(5)扩建较方便(1)形成多环状供电，一个回路由两台断路器供电，调度灵活，但增加了断路器维护工作量；(2)隔离开关只作为检修电器，不需要进行倒换操作；(3)检修断路器时，可任意停下检修；(4)成对双回线路可按地理位置布置在不同串上，减少交叉；(5)扩建同样方便经济性(1)进出线共8回及以上时，双母线四分段接线较便宜（进出线8回时，共需16台断路器）；(2)占地面积较大(1)进出线共8回及以上时，一台半断路器接线较贵（进出线8回时，共需18台断路器）；(2)占地面积较小由于500kV侧有8回出线，采用双母线四分段时要用到的断路器台数为16台；采用一台半断路器时要用到的断路器台数为18台；断路器台数相差2台，而一台半断路器接线的可靠性远远大于双母线四分段接线，综上所述，500kV侧采用一台半断路器接线方式。3.3.3对220kV侧接线方式的选择220KV侧拟采用双母线分段接线。1.双母线分段接线优点：双母线分段接线中，每个回路均通过一台断路器和两组隔离开关，连接到两组母线上，电源和出线可均匀地分布在两组母线上，普遍适用于6—220KV电压等级的配电装置中，此接线有以下几个优点：（1）可以轮流检修母线而不影响供电，只需将要检修的那组母线上所连接的电源和线路通过两组母线隔离开关的倒闸操作，全部切换到另一组母线上。（2）检修任一母线的隔离开关时，只停该回路。当某一回路的一组母线隔离开关发生故障时，只要将该隔离开关所在的回路和所连接的母线停电，就可以对该隔离开关进行检修，不影响其它回路。（3）一组母线故障后，能迅速恢复该母线所连接回路的供电，即被切除回路可迅速恢复送电。（4）运行高度灵活。电源和线路可以任意分配在某一组母线上，能够灵活地适应系统中各种运行方式和潮流变化的要求。（5）扩建方便。双母线接线方式可以沿着预备的扩建端向左右扩建，而不影响两组母线的电源和负荷均匀分配，也不会引起原有回路的停电。（6）便于实验。在个别回路需单独进行实验时，可将该回路单独接至一组母线上。2.双母线分段接线也有自己的缺点：（1）任一台断路器拒动，将造成与该断路器相连母线上其它回路的停电。（2）一组母线检修时，全部电源及线路都集中在另一组母线上，若该母线再故障，将造成全停事故。（3）母联断路器故障，将造成配电装置全停。（4）当母线故障或检修时，隔离开关作为切换电器，容易发生误操作。（5）在检修任一进出线回路的断路器时，将使该回路停电。3.当220kV进出线回路甚多时，根据[1]电力工程电气设计手册1(电气一次部分)母线分段原则：（1）当进出线回路数为10～14回时，在一组母线上用断路器分段（三分段接线）。（2）当进出线回路数为15回及以上时，两组母线上均用断路器分段（四分段接线）。（3）在双母线分段接线中，均装设两台母联兼断路器。图3-3220kv双母线四分段接线本变电站220kV配电装置出线回数为16回，主要从可靠性和灵活性考虑可以采用双母线四分段接线方式。综合以上分析，本变电所220KV侧选用双母线四分段接线方式3.3.4对35kV千伏侧接线方式的论证当330～500kV变电站低压侧无功补偿设备为并联电容器、电抗器时，可采用单母线，各变压器低压侧母线之间不作连接。本设计中低压侧35kV采用单母线接线方式，接线简单清晰、设备少，布置简单，经济，便于扩建和采用成套配电装置。综上所述：该变电所500kV侧采用一台半断路器接线方式；220kV侧采用双母线四分段接线方式35kV侧采用单母线接线方式4主变压器的选择4.1主变压器选择的有关规定及原则在各级电压等级的变电站中，变压器是主要电气设备之一，担负着变换网络电压进行电力传输的重要任务，确定合理的变压器容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。特别是我国当前的能源政策是开发与节约并重，近期以节约为主。因此，在确保安全可靠供电的基础上，确定变压器的经济容量，提高网络的经济运行素质将具有明显的经济意义。为保证供电的可靠性和经济性，变电站一般装设三台主变压器。故本变电站选择三台主变。1主变压器容量和台数的选择，应根据[3]220-500KV变电所设计技术规程（DL/T5218-2005）有关规定和审批的电力系统规划设计决定。凡装有两台(组)及以上主变压器的变电站，其中一台(组)事故停运后，其余主变压器的容量应保证该所全部负荷的70%，在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷。如变电站有其他电源能保证变压器停运后用户的一级负荷，则可装设一台主变压器。2与电力系统连接的220～330kV变压器，若不受运输条件的限制，应选用三相变压器。500kV主变压器选用三相或单相，应根据该变电站在系统中的地位、作用、可靠性要求和制造条件、运输条件等，经技术经济比较确定。当选用单相变压器组时，可根据系统和设备情况确定是否装设备用相；此时，也可根据变压器参数、运输条件和系统情况，在一个地区设置一台备用相。3条根据电力负荷发展及潮流变化，结合系统短路电流、系统稳定、系统继电保护、对通信线路的危险影响、调相调压和设备制造等具体条件允许时，应采用自耦变压器。当自耦变压器第三绕组接有无功补偿设备时，应根据无功功率潮流，校核公用绕组的容量。4、220～330kV具有三种电压的变电所中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器额定容量的15%以上，或者第三绕组需要装设无功补偿设备时，均宜采用三绕组变压器。4.2本设计主变压器的选择根据以上主变选择的一般原则，选择本变电站的主变压器：本变电站为地方一次变电站，有4台750MW自耦变压器,根据容量可以选择出主变压器。表4-1变压器参数主变型号ODFPS-250000/500额定容量250/250/80MVA额定电压536/QUOTE33/（230/QUOTE/36kV短路阻抗电压%U1-2%=12,U2-3%=30,U1-3%=42型式单相、三绕组自耦、无载调压连接组别YNa0d115短路电流水平概述5.1概述在电力系统可能发生的各种故障中，危害较大且发生概率较高的是短路故障。短路故障分为三相短路、两相短路、单相接地短路及两相接地短路。发生短路对电力系统的正常运行和电力设备有很大危害。主要表现在以下几个方面：1、发生短路时，短路回路中的电流大大增加。若在发电机发生短路时，流过定子绕组的短路电流最大值可达发电机额定电流的10～15倍。过大的短路电流，其热效应会引起导体或绝缘的损坏；同时电动力效应也可能使导体变形或损坏；2、短路引起电网中电压降低，结果可能使部分用户的供电受到破坏，用电设备不能正常工作；3、不对称短路引起的不平衡电流，将产生不平衡磁通，会在附近的平行通信线路内感应出电动势，造成对通信系统的干扰，威胁人身和设备安全；4、短路可能造成最严重的后果是破坏系统的为定性。5.2限制短路电流水平的措施短路是电力系统中比较常发生的故障。短路电流直接影响电器的安全，危害主接线的运行，特别是高压系统中，短路电流可以达到几万安至几十万安。为使电气设备能承受短路电流的冲击，合理的选择电气设备，在主接线设计时，因考虑采取限制短路电流的措施。1.装设限流电抗器装设限流电抗器限制短路电流，常用于发电厂和变电站6～10kV配电装置。2.采用低压分裂绕组变压器当发电机容量较大时，采用采用低压分裂绕组变压器组成扩大单元接线，以限制短路电流。本设计是变电站设计且采用单相三绕组自耦变压器。3.采用不同的主接线形式和运行方式为减小短路电流，可选用计算阻抗较大的接线形式和运行方式。在降压变电站中可采用变压器低压侧分裂运行方式，即所谓”母线硬分段”接线方式。5.3短路电流水平根据本设计的规定各级电压水平：500kV短路电流水平按63kA考虑；220kV短路电流水平按50kA考虑；35kV短路电流水平按40kA考虑；6电气设备和导体的选择6.1电气设备选择的一般要求6.1.1一般原则1、应该满足正常运行、检修、断路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展；2、应当按当地环境条件校验；3、应力求技术先进和经济合理；4、与整个工程的建设标准应协调一致；5、同类设备应尽量减少品种；6、选用的新产品均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。在特殊条件情况下，6.1.2技术条件长期工作的条件1.额定电压通常，规定一般电气设备允许的最高工作电压为设备额定电压的1.1～1.5倍，而电气设备所在电网的运行电压波动，一般不超过电网的额定电压的1.5倍。因此，在选择电气设备时，一般可按照电气设备的额定电压QUOTEUNUN不低于装置地点电网额定电压QUOTEUNSUNS的条件选择，即：2.额定电流电气设备的额定电流QUOTEININ是指在额定环境温度下，电气设备的长期允许电流QUOTEININ应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流QUOTEImaxImax，即 应为发电机、调相机和变压器的额定电流的1.05倍；若变压器有可能过负荷运行时，应按负荷确定（1.3～2倍变压器额定电流）。回路的最大持续工作电流按下式计算：=1.05 ——母线最大流通容量；——变压器出口侧额定电压(KV)。3.开断电流的选择主变压器高压侧断路器额定开断电流满足：当断路器较系统短路电流大很多时，简化计算可用进行选择——高压断路器的额定电流；——开断瞬间的短路电流周期分量；——断路电流值。4.断路器关合电流的选择主变压器高压侧断路器额定关合电流满足：QUOTE =QUOTEQUOTEiNcliNcl——断路器的额定关合 ——短路电流最大冲击电流值QUOTEit--it--短路稳定条件1.校验的一般原则（1）电器再选定后应该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三相短路时的短路电流。（2）用熔断器保护的电器可不验算热稳定。2.短路热稳定校验短路电流通过电器时，电气设备各部件温度（或发热效应）应不超过允许值。满足热稳定条件为：—短路电流产生的热效应；、—电器允许通过的热稳定电流和时间。短路电流周期分量引起的热效应QUOTEQkQk按下式计算：=——短路电流在0秒时的周期分量有效值（kA）；——短路电流在2秒时的周期分量有效值（kA）；——短路电流在4秒时的周期分量有效值（kA）；——短路持续时间。当为多支路向短路点供给短路电流时，不能采用先算出每个支路的热效应QUOTEQkQk然后在相加的叠加法则。而应先求出电流和，再求总的热效应。在利用式时，、、分别为各个支路短路电流之和，即：=3.动稳定校验电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定。满足动稳定条件为：或式中：、—短路冲击电流幅值及其有效值；、—电器允许通过的动稳定电流的幅值及其有效值。6.2断路器的选择 500kVGIS方案中母线电流按暂定电流4000A考虑，220kV电流按暂定电流4000A考虑，35kV无功补偿侧电流也按暂定电流2500A考虑。6.2.1断路器选择的技术条件1.断路器种类和型式的选择本次设计的变电站为500/220/35kV变电站，有500kV，220kV和35kV三个电压等级，根据规程规定：在220kV-500kV电压等级的配电装置中，主要选用少油断路器、SF6断路器和真空断路器。下面主要在结构特点，技术性能特点和运行维护特点三个方面对这三种断路器进行了比较。表6-1断路器比较类别结构特点技术性能特点运行维护特点少油式断路器油量少，油主要用作灭弧介质，对地绝缘主要依靠固体介质，结构简单制造方便；可配用电磁操作机构、液压操作机构或弹簧操作机构；积木式结构，可制成各种电压等级产品开断电流大，对35kV以下可采用并联回路以提高额定电流；35kV以上为积木式结构；全开断时间短运行经验丰富，易于维护；噪声低；油量少；易劣化，需配备一套油处理装置压缩空气断路器结构较复杂，工艺和材料要求高；以压缩空气作为灭弧介质以及弧隙绝缘介质；操作机构和断路器合为一体；体积和重量比较小额定电流和开断能力都可以做得较大，适于开断大容量电路；动作快、开断时间短噪声较大；维修周期长，无火灾危险，需要一套压缩空气装置作为气源；价格较高SF6断路器结构简单，但工艺及密封要求严格，对材料要求高；体积小、重量轻；有屋外敞开式及屋内落地罐式之别，更多用于GIS封闭式组合电器额定电流和开断能力都可以做得较大；开断性能好，可适于各种工况开断；SF6气体灭弧、绝缘性能好，故断口电压较高；断口开距小噪声低，维护工作量小；不检修间隔期长；价格较高；运行稳定安全可靠，寿命长高压断路器的操动机构，大多数是由制造厂配套供应，仅部分少油断路器有电磁式、弹簧式或液压式等几种形式的操作机构的可供选择。一般电磁式操动机构需配专用的直流合闸电源，但其结构简单可靠；弹簧式结构比较复杂，调整需求较高；液压操动机构加工精度要求较高，操动机构的形式，可根据安装调试方便和运行可靠性进行选择。由于本设计为500kV变电站GIS方案要求运行的可靠性高，并且短路时间内不能检修，SF6断路器满足以上的要求，因此选定SF6断路器。6.2.2额定电压和额定电流的选择变电站主变压器高压侧断路器：电网的额定电压：电气设备的额定电压：，即额定电流：QUOTE电网的最大负荷电流按暂定电流考虑：变电站主变压器中压侧断路器：额定电压：电气设备的额定电压：，即电网的最大负荷电流按暂定电流考虑：电气设备的额定电流：即：变电站主变压器低压侧断路器：额定电压电气设备的额定电压：，即电网的最大负荷按暂定电流考虑电流：=2500A电气设备的额定电流：即：INQUOTE2500A6.2.3开断电流的选择主变压器高压侧断路器额定开断电流满足：当断路器较系统短路电流大很多时，简化计算可用进行选择——高压断路器的额定开断电流；——开断瞬间的短路电流周期分量；——断路电流值。500kV220kV35kV6.2.4断路器关合电流的选择主变压器高压侧断路器额定关合电流满足：QUOTEiNcliNcl——断路器的额定关合电流 ——短路电流最大冲击电流值500kV侧： =QUOTE220kV侧： =QUOTE350kV侧： =QUOTE500kV220kV35kV表6-2断路器参数：设备名称安装地点额定电压额定电流I2s热稳定电流(kA)动稳定电流峰值(kA)隔离开关线路主变550400063160线路252400050125分段母联主变电抗40.5250040100电容6.2.5短路热稳定校验主变压器高压侧断路器短路热稳定校验满足：500kV侧QUOTE220kV侧QUOTE6.2.6动稳定校验主变压器高压侧断路器短路动稳定校验满足：500kVQUOTE220kVQUOTE35kVQUOTE满足条件综上可知：所选断路器满足要求。6.3隔离开关的选择隔离开关的选择，除了不校验开断能力外，其余与断路器的选择相同，因为隔离开关与断路器串联在回路中，网络出现短路故障时，对隔离开关的影响完全取决于断路器的开断时间，故计算数据与断路器选择时的计算数据完全相同。（1）隔离开关额定电压QUOTEUNUN大于电网电压QUOTEUNsUNs，QUOTE（2）隔离开关的额定电流QUOTEININ应大于或等于它的最大持续工作电流QUOTEImaxImax，QUOTEIN鈮maxIN鈮（3）型式和结构（4）动稳定校验隔离开关的极限通过电流峰值QUOTEiesies应不小于三相短路时通过断路器的冲击电流QUOTEishish即QUOTE（5）热稳定校验隔离开关的短时允许发热量应不小于短路期内短路电流发出的热量：

6.3.1隔离开关安装位置及应用的形式500kV、220kV采用GIS设备，隔离开关在GIS内部不考虑安装位置。35kV：母线隔离开关采用双柱水平开启式隔离开关单接地和双接地表6-3隔离开关技术参数设备名称安装地点额定定电压额定的电流I2s热稳定电流（kA）动稳定电流峰值（kA）隔离开关线路主变550400063160线路252400050125分段母联主变电抗40.5250040100电容6.3.2动稳定校验隔离开关的极限通过电流峰值QUOTEiesies应不小于三相短路时通过断路器的冲击电流QUOTEishish即QUOTE动稳定校验：500kV侧QUOTEkA220kV侧QUOTEkA35kV侧QUOTEkA满足条件6.3.3热稳定校验隔离开关的短时允许发热量应不小于短路期内短路电流发出的热量：

热稳定校验：500kV侧QUOTE220kV侧QUOTE35kV侧QUOTE满足条件6.4互感器选择互感器的作用:1.一次回路的高电压和大电流变为二次回路标准的低电压（100V）和小电流（5A或1A2.二次设备与高压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安全。6.4.1确度等级和副边负荷选择规定如下：1．装设在发电机、电力变压器、调相机、厂用馈线、出线等回路中的电度表及所有用于计算电费的电度表用电流互感器，其准确度等级为0.5级。2．供运行、监视、估算电能的电度表、功率表和电流表用电流互感器，其准确度等级为1。3．供指示被测数值是否存在或大致估计被监视数值的表计用的电流互感器，其准确度等级为3或10级。4.保护用电流互感器按用途可分为稳态保护用（P）和暂态保护用（TP）两类：稳态保护用电流互感器的准确级常用有5P和10P，暂态保护用电流互感器的准确级分为TPX、TPY、TPZ三个级别。500kV高压线路负荷很大，为确保系统稳定，需要快速切除故障，其准确级选TPZ。6.4.2电流互感器的选择电流互感器应按下列技术条件选择：1．按一次额定电流和额定电压选择：,QUOTE式中、为电流互感器的一次额定电压和额定电流2.二次额定电流的选择电流互感器的二次额定电流有5A和1A两种，一般弱电系统用1A，强电系统用5A。3.电流互感器种类和型式的选择

在选择互感器时，应根据安装地点（如屋内、屋外）和安装方式（如穿墙式、支持式、装入式等）选择其形式。4.电流互感器准确级和额定容量的选择为了保证互感器的准确性，互感器二次侧所接负荷容量QUOTES2NS2N大于该准确级所规定的额定容量QUOTEI22NZ2LI22NQUOTEI22NZ2L=5.热稳定和动稳定校验QUOTEI2tI2t≥QUOTEQkQk表6-4电流互感器的参数:设备名称安装地点额定定电压额定的电流I1s热稳定电流kA动稳定电流峰值kA电流互感器线路主变500400063160线路220250050125分段母联4000主变4000电抗3525004063电容6.4.3电流互感器热稳定校验（热稳定以1s允许通过热稳定电流QUOTEItIt）QUOTEI2tI2t≥QUOTEQkQk500kVQUOTE220kVQUOTE35kVQUOTE满足条件6.4.4电流互感器动稳定校验500kVQUOTEies=163kAies220kVQUOTE35kVQUOTE满足条件电压互感器的选电压感器应按下列技术条件选择1.装置种类和形式的选择电压互感器的形式和种类应根据安装地点和使用条件进行选择。6-35KV配电装置一般采用油浸绝缘结构电磁式电压互感器，110-220KV及以上配电装置，当容量和准确度等级满足需求时，一般采用电容式电压互感器。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等三绕组的单相电压互感器组。对500kV采用的3/2接线，应在每条母线上装设一组单相电压互感器，每回出线上装设一组三相电压互感器；由于500kV配电装置中，通常配有双套主保护，并考虑到后备保护、自动装置和测量的要求，电压互感器应具有三个二次绕组，即两个主二次绕组和一个辅助二次绕组；另外500kV系统广泛采用电容式电压互感器。2.一次额定电压和二次额定电压的选择(1)为保证测量的准确性，电压互感器一次额定电压应在所安装电网额定电压的90%～110%之间。如果用相电压，则为电网额定电压的1/QUOTE，即

QUOTE或QUOTE/QUOTE(2)二次额定电压。对单相电压互感器，一次绕组接于电网线电压时，二次绕组额定电压为100V；一次绕组接于电网相电压时，二次绕组额定电压为100/V；在电网中性点直接接地系统中，互感器开口三角形辅助绕组额定电压为100V。3.按准确级和容量选择在选择时，首先根据仪表和继电器的接线要求选择电压互感器的接线方式，并尽可能将负荷均匀分布在各相上，然后计算各项负荷大小，再按所接仪表的准确级和容量选择电压互感器的准确级和额定容量。对应于测量仪表所要求的最高准确级的电压互感器的额定二次容量QUOTES2NS2N应不小于电压互感器的二次负荷容量即：QUOTE。6-5电压互感器参数：设备名称额定电压最高工作电压额定电压比电容分压器总额定电容值pF外绝缘最小有效爬电距离mm500kV电容式电压互感器500/QUOTE33kV550/QUOTE33kV(500/QUOTE33)/(0.1/QUOTE33)/(0.1/QUOTE33)/0.15000137500220kV电容式电压互感器220/QUOTE33kV252/QUOTE33kV(220/QUOTE33)/(0.1/QUOTE33)/0V电容式电压互感器35/QUOTE33kV40.5/QUOTE33kV(35/QUOTE33)/(0.1/QUOTE33)/(0.1/QUOTE33)50001250电压互感器不必校验其热稳定和动稳定，故以上所选各个型号电压互感器合格。6.5电抗器的选择在变电站中，通常在高压母线上并联电抗器，以补偿高压输电网的电容和吸收其无功功率，解决高压母线电压偏高问题，并能提高线路的功率因数，降低超高压输电线路的电能损耗和有利于自动重合闸。并联电抗器是超高压电网中普遍采用的重要电气设备。6.5.1电抗器应按下列技术条件选择1）种类和型式的选择超高压并联电抗器按结构可分为油浸电抗器和干式空芯电抗器，且每种电抗器又分三相电抗器和由单相组成的三相电抗器。目前，超高压系统并联电抗器采用油浸式较多。2）额定电压的选择并联电抗器的额定电压应不低于装置点电网的额定电压，即6-6电抗器技术参数设备名称型式额定电压最高工作电压额定电流爬电距离500kV并联电抗器户外单相油浸式500/QUOTE33kV550/QUOTE33kV160A13750mm附套电流互感器35kV串联电抗器户外单相，干式空心35/QUOTE33kV40.5/QUOTE33kV100A1250mm中性点电抗器户外油浸式72.572.530A（暂定）2175mm附套电流互感器6.5.3电流互感器热稳定校验QUOTEI2t脳tI2t脳t≥QUOTEQk500kV35kvQUOTEQUOTE满足条件6.5.4电流互感器动稳定校验500kV35kvQUOTEQUOTEQUOTEQUOTE满足条件6.6电容器的选择6.6.135kV高压并联电容器作用与组成1.电容器主要作用是补偿电力系统的无功功率，提高负荷功率因素，减少线路的无功输送，提高电网的输送功率，减少功率损耗，降低电能损耗和改善电压质量以及提高设备利用率.2.串联电抗器用来改善供电系统的功率因数，在无功补偿装置投入电网时，可限制其合闸瞬时的涌流和操作过电压，当供电系统中存在高次谐波时，选择适当电抗值的电抗器，可抑制、吸收高次谐波电流。对电力电容器的安全运行，改善系统的电压波形和供电质量有重要的作用。3.主要由电容、内置熔丝、串联电抗器等组成。每组电容器容量为60000KVar，采用双星形接线方式。6.6.235kV电容器的选择如下图所示表6-7电容器参数35千伏高压并联电容器成套装置总容量：60MAvar，单台电容器单元容量为334kVar或500kVar接线方式：双/星型接线外绝缘最小有效爬电距离;1250mm6.7导体的选择6.7.1导体选择原则（1）导体选型1）导体通常由铜、铝、铝合金制成。载流导体一般使用铝或铝合金。纯铝导体一般为矩形、槽形和管形；铝合金导体有铝锰合金和铝镁合金两种，形状均为管形，铝锰合金载流量大，但强度较差，而铝镁合金载流量小，但机械强度大，其缺点是焊接困难；铜导体只用在持续工作电流大，且出线位置特别窄或污秽对铝有严重腐蚀的场所。2）硬导体截面常用矩形、槽形和管形。单条矩形导体截面最大不超过1250mm2，以减小集肤效应，使用大电流时可将2-4条矩形导体并列使用，矩形导体一般只用在35kv及以下、电流在4000A及以下的配电装置中，槽形导体机械强度好，载流量大，集肤效应系数较小，一般用在4000-8000A的配电装置中；管形导体集肤效应系数较小、机械强度高，用在8000A以上的大电流母线或要求点晕发电电压的110kV及以上的配电装置。3）软导体常用的有钢芯铝绞线、组合导线、分裂导线和扩径导线，后者多用于330kV及以上配电装置。6.7.2导体截面选择1.按导体长期发热允许电流选择计算式为:1）本设计中母线的载流量按系统规划要求的最大流通量考虑，按发热条件选择导体截面。（系统对工程规划要求：本工程500kV母线通过的最大暂定电流为4000A,220kV母线通过最大暂定电流为4000A）。2）各电压等级设备引线按回路通过的最大电流电流选择导线截面。2.按经济电流密度选择（1）对于全年平均负荷较大，母线较长，传输容量也较大的回路，均应按经济电流密度选择。（2）S=S：经济截面Ig；工作电流AJ：经济电流密度（3）查1995年电力部颁发的经济电流密度表按短路热稳定检验S其中S:所选导体截面mm2C:热稳定系数Kf:集肤效应系数3.500kV导线截面需要进行电晕及无线电干扰校验。4.管型母线同时还考虑挠度校验。本变电站500kV侧选择母线型式为铝合金管硬母线。参数如下表所示6-8导线技术参数电压kV回路名称暂定回路电流（A）选用导体控制条件导线型号载流量（A）500出线51326063-Φ250/230～5500由载流量控制主变压器引线11262×LGKK-6001980由电晕控制220出线2×NAHLGJQ1161由载流量控制变压器引线25592×NAHLGJQ～5500由载流量控制35母线2673LDRE-170/156～4700由载流量控制和挠度控制变压器进线22862×NAHLGLQ-800/55～3000由载流量控制电抗器回路989.82×NAHLGJQ-800/55～1500由载流量控制电容器回路13362×NAHLGJQ-880/55～1500由载流量控制7绝缘配合及过电压保护7.1500kV电气设备的绝缘配合参照电力行业标准[16]《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》DL/T620-1997确定的原则进行。（1）500kV工频过电压的标幺值如下：1）工频过电压的1.0p.u=Um/=550/=317.5kV2）雷电过电压和操作过电压：1.0p.u=QUOTEUm/(2)工频过压1）线路断路器的变电站侧为1.3p.u。2）线路断路器的线路侧为1.4p.u。（3）变压器内，外绝缘的全波额定雷电冲击耐压与变电站避雷器标称电流下的残压间的配合系数取1.4。（4）高压电抗器、电流互感器、单独式的套管、母线支持绝缘子等的全波额定雷电冲击耐压与避雷器标称电流下的残压间的配合系数取1.4。（5）变压器、电流互感器载波额定雷电冲击耐压取相应设备全波额定雷电冲击耐压的1.1倍。（6）电气设备内绝缘相对地额定操作冲击耐压与避雷器操作过电压水平间的配合系数不应小于1.15。（7）电气设备外绝缘相对地额定操作冲击耐压与相应设备的内绝缘额定操作冲击耐压相同，淋雨时耐压值可低5%。变压器外绝缘相间干态额定操作冲击耐压与其内绝缘相同额定操作冲击耐压相同。（8）关于电气设备同极断口间的额定绝缘水平，参照行标确定，雷电冲击耐压（峰值）为1550+315(kV);操作冲击耐压（峰值）为1050+450（kV）；1min工频耐压（有效值）为790kV。（9）500kV避雷器选择。500kV避雷器选择无间氧化锌避雷器7-1避雷器参数避雷器类别线路避雷器变电站避雷器额定电压（kV,有效值）444420最大持续运行电压（kV,有效值）324318操作冲击2kA残压（kV,峰值）882826雷电冲击20kA残压（kV,峰值）10631006陡坡冲击20kA残压（kV,峰值）11591067（10）根据绝缘配合原则500KV电气设备绝缘水平参数的选择及保护水平配合表7-2500kV电气设备绝缘水平参数设备名称设备耐受电压值雷电冲击保护水平（配合系数）1min工操作冲击保护水平（配合系数）雷电冲击保护水平（kV，峰值）相对地操作冲击耐压（kV,峰值）1min工频耐压（kV，有效值）全波载波内绝缘外绝缘外绝缘内绝缘内绝缘外绝缘主变压器15501550167511751174680680变电站避雷器1.4×1006=1408.4（kV,有效值）实际配合系数1550/1006=1.54载波配合系数1675/1067=1.57变电站避雷器1.15×826=950（kV,峰值）实际配合系数1175/826=1.42其它电气15501550167511751175680680线路避雷器1.4×1063=1488.2（kV,有效值）实际配合系数1550/1063=1.46载波配合系数1675/1159=1.445线路避雷器1.15×882=1014（kV,峰值）实际配合系数1175/882=1.33断路器断口间1550+3151550+3151050+4501050+450790790隔离开关断口间1550+3151050+4507907.2220kV电气设备的绝缘配合220KV氧化锌避雷器，按国标[17]《交流无间隙金属氧化物避雷器》及[18]《交流电力系统金属氧化物避雷器使用导则》DL/T804-2002选型，参数见表7-3220KV氧化锌避雷器选择表额定电压（kV，有效值）204最大持续运行电压（kV，有效值）154操作冲击残压（kV，峰值）4428/20us雷电冲击，10kV残压（kV，峰值）5201us陡坡冲击，5kV残压（kV，峰值）582220kV电气设备的绝缘水平，以避雷器雷电冲击10kV残压为基准系数不小于1.4，参数见下表7-4220kV电气设备绝缘水平设备名称设备耐受电压值雷电冲击保护水平（配合系数）（kV,有效值）雷电冲击保护水平（kV，峰值）1min工频耐压（kV，有效值）全波载波内绝缘外绝缘内绝缘外绝缘主变压器95095010503953951.4×520=728实际配合系数950/520=1.82截波配合系数1050/582=1.8其它电气9509501050395395断路器断口间950950460460隔离开关断口间10504607.335kV电气设备的绝缘水平目前国内厂家生产的氧化锌避雷器，其保护性能和工作特性良好，为此变压器35kV侧配置氧化锌避雷器，其主要技术参数见下表7-5避雷器参数参数系统电压（kV，有值）避雷器额定电压有（kV有效值）雷电冲击5kA残压（KV，峰值）陡坡冲击5kA残压（KV，峰值）操作冲击0.5kA残压（KV，峰值）数值355412515411435kV并联电容器组专用避雷器电压运行参数同上，设备由电容器制造厂配套提供。35kV电气设备的绝缘水平按国家标准选取，主变及中性点的绝缘按串小电抗接地考虑，有关取值间下表。表7-635kV电气设备及主变中性点绝缘水平设备名称设备耐受电压值雷电冲击耐压（kV，峰值）1min共频耐压（kV，有效值）全波载波内绝缘外绝缘内绝缘外绝缘变压器低压侧2002002208580变压器中性点325325325140140并联电抗器2002002208580其他电4电气设备外绝缘及绝缘子串泄露距离的确定（1）污秽等级为三级的地区，按国家标准GB/T16434标准，电气设备外绝缘及绝缘子串最小爬电距离为25mm/kV，对于中性点接地的35kV电压等级取31mm/kV，爬电距离按最高电压值为基准，为此各电压的等级爬电距离:500kV取13750mm，220kV取6300mm，35kV取1255mm。（2）绝缘子串的选型。500kV部分跨线耐张串选用33片，悬垂串选用32片，每片泄露距为450mm的绝缘子片，总泄露距离为13950mm。220kV耐张串选用16片，悬垂串选用15片，每片泄露距为450mm的绝缘子片，总泄露距离为6300mm。绝缘子串选型中考虑耐张2片，悬垂1片零值片。7.5直击雷保护和接地（1）直击雷保护。500kV和220KkV配电装置构架上设置避雷针以及独立避雷针进行直击雷保护，且以独立避雷针为主。为了防止反击，主变压器构架上不设置避雷针，另增加独立避雷针，与500kV和220kV配电装置构架上避雷针构成联合保护网，保护主变压35kV设备及其连接导线。避雷针避雷线柱高度统计:1)500kV24m高出架构线:架构避雷针高45m,避雷线柱高32m；2)500kV7m高出架构线:架构避雷线柱高45m；3)220kV14.5m高出架构线：架构避雷针高25m,避雷线柱高21m；4）独立避雷针高45m。（2）接地。变电站的接地装置设计与站址区域土壤电阻率短路入地电流只值有很大关系，故具体工程根据实际条件设计。接地装置材料目前主要有铜材和镀锌扁钢。选材对接地电阻值几乎无影响主要因素决定于土壤腐蚀性和接地装置的使用年限，全GIS变电站占地较小，且GIS装置接地要求较高，可优先选用铜材。8电气设备布置及配电装置在500kV变电站设计中，各电压等级配电装置的安全净距，包括A1值，A2值B1值，B2值，C值和D值的确定均严格执行[9]《高压配电装置设计技术规程》DLT5352-2006的规定，满足与检修作业相关的规程的规定。此外所有断面图中示意的设备支架或设备基础的高度仅为参考值，实际工程中应根据不同的设备的实际情况及安全净距的要求来核定。8.1500kV配电装置对应于不同的电气主接线方案，并考虑不同的变压器进串方式，本设计中的方案。500kV配电装置为一个半接线，串内采用户外GIS设备，Z行布置，母线采用分相高式布置，线路及主变侧的避雷器和CVT采用常规设备。配电装置东西向一列式布置，500kV配电装置远景8回出线均向北，为了尽量减少GIS管道的长度，出线考虑高低架2排出线架构，北侧靠近围墙处为高24m，宽26m的出现架构，三相悬挂4000A，1mH阻波器；南侧的37m高，26m宽的出线架构，考虑维护方便采用座式阻波器；出现相间距离为7m相地距离为6m。主变位于配电装置南侧，主变引线利用出线架作为一端挂点，另一端接在主变构架上，500kV配电装置大大简化。如果需要向东、西侧出线，则可在500kV配电装置场地东、西侧分别设东、西向出线的24m高出线架构，。该布置节约了场地，