500KV超高压变电站设计毕业论文毕设.

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500KV超高压变电站设计

摘要

随着国民经济的发展要求，我国超高压电网迅速发展，500KV变电所大量增加。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等级，本设计为500KV超高压枢纽变电所，依据佳木斯电业局提供的负荷资料以及相关要求，目的是为了构建坚固的500KV电力网，从而缓解南方用电压力，实现北电南送。

变电站作为电能传输与控制的枢纽必须改变传统的设计和控制模式，才能适应现代电力系统，现代化工业生产和社会生活的发展趋势。本设计介绍了变电站的发展形势及对不同的主接线接线方式进行了比较，变电站坐落于佳木斯市郊区，为500千伏输变电工程的首端变电站。工程规模有两组主变量，一组容量为750千伏。电气主接线中500KV出线8回，220KV出线4回，10KV出线3回，变电所总建筑面积3135平方米，主控楼建筑面积2764平方米。500KV变电所控制系统的特点是被控制的对象多、可靠性要求更高。控制对象的距离远、控制电缆用量大，要求自动化水平高和抗干扰问题突出。对其特点设计变电站，解决出现的问题。

关键词：变电站；超高压；500KV










Abstract

As country economy developing and power networks extending ,500KV substation were largely increased. The grade of 500kv voltage is an important grade in the power network of in china has an important role, It is the hub of Substation . The Jiamusi Electric Power bureau designed to provide information and the load requirements for the design basic.Aim is to build a strong 500KV power grid .nortel to achieve Southern delivery .and case the pressure on the South Side .

Substation as a hub for power transmission and control to change the traditional design and control mode,to adapt to the moden power system,modernization of industrial production and the development trend of social life . Substation is located in the outskirts of the city of Jiamusi and in the first-side substation of a 500-kilovolt power transmission project .Scale divided into two main transformer capacities,a group of 750KVA capacities, Main Electrical Wiring in 500kv round 8 times altogether ,220KV round 4 times altogether 10KV round 3 times altogether .Substation total construction area is 3135 square meters, main building area of 2764 square meters 500KV substation control system is characterized by higher reliability requirements,the object of control,and control of the object distance and The amount of control cable,and require a high level of automation and anti-Jamming Problems,Substation design of its features to solve problems.

Key words: Substation;EHV ;500KV




目录

第1章 绪论 .................................................................................................................. 0

1.1 变电站发展形式 ................................................................................................................... 0 1.2 变电站设计目的及意义 ....................................................................................................... 1 1.3 变电站的简介 ....................................................................................................................... 1 1.3.1 变电站类型 ................................................................................................................... 1 1.3.2 变电站主要技术特点 ................................................................................................... 2

第2章 负荷统计及计算 .............................................................................................. 3

2.1 负荷统计 ............................................................................................................................... 3 2.2 变电站负荷计算 ................................................................................................................... 3

第3章 主变压器选择及主接线设计 .......................................................................... 6

3.1 主变压器的选择原则 ........................................................................................................... 6 3.1.1 主变压器台数的确定 ................................................................................................... 6 3.1.2 主变压器容量的选择 ................................................................................................... 6 3.2 电气主接线设计选择 ........................................................................................................... 8 3.2.1 电气主接线设计原则 ................................................................................................... 8 3.2.2 电气主接线方案确定 ................................................................................................... 8

第4章 电气设备选择及校验 .................................................................................... 14

4.1 电气设备的选择原则 ......................................................................................................... 14 4.1.1 按正常工作条件选择电气设备 ................................................................................. 14 4.1.2 按短路状态校验 ......................................................................................................... 15 4.2 母线选择及校验 ................................................................................................................. 16 4.2.1 500KV母线选择与校验 .............................................................................................. 16 4.2.2 220KV母线选择及校验 .............................................................................................. 17 4.2.3 220KV中压侧选择及校验 .......................................................................................... 19 4.2.4 10KV母线选择及校验 ................................................................................................ 19 4.2.5 10KV低压侧母线选择及校验 .................................................................................... 20 4.3 高压断路器和隔离开关的选择 ......................................................................................... 21 4.3.1 高压断路器的选择 ..................................................................................................... 21 4.3.2 隔离开关的选择 ......................................................................................................... 22 4.4 500KV侧断路器隔离开关的选择与校验 .......................................................................... 22 4.4.1 主变压器侧断路器的选择与校验 ............................................................................. 22 4.4.2 主变压器侧隔离开关的选择与校验 ......................................................................... 23 4.5 220KV侧断路器隔离开关选择及校验 .............................................................................. 24 4.5.1 主变压器侧断路器的选择与校验 ............................................................................. 24 4.5.2 主变压器侧隔离开关的选择与校验 ......................................................................... 24 4.6 10KV侧断路器的选择与校验 ............................................................................................ 25 4.6.1 主变压器侧断路器的选择与校验 ............................................................................. 25 互感器选择 ................................................................................................................................. 25 4.7.1 电流互感器的选择 ..................................................................................................... 26


4.7.2 电压互感器选择 ......................................................................................................... 27 所用变压器及电力电容器选择 ................................................................................................. 28 4.8.1 所用变压器选择 ......................................................................................................... 28 4.8.2 电力电容器选择 ......................................................................................................... 28 4.9 绝缘套管的选择 ................................................................................................................. 30 4.9.1 支柱绝缘子选择 ......................................................................................................... 30 4.9.2 悬式绝缘子选择 ......................................................................................................... 31

第5章 短路计算 ........................................................................................................ 32

5.1 短路故障的危害 ................................................................................................................. 32 5.2 短路电流计算的目的 ......................................................................................................... 32 5.3 短路电流计算的内容 ......................................................................................................... 32 5.4 短路电流计算方法 ............................................................................................................. 33 5.5 短路点的确定 ..................................................................................................................... 33

第6章 继电保护 ........................................................................................................ 36

6.1 主变压器保护 ..................................................................................................................... 36 6.1.1 变压器故障分类及故障的危害 ................................................................................. 36 6.1.2 微机保护 ..................................................................................................................... 36 6.1.3 瓦斯保护 ..................................................................................................................... 37 6.1.4 过负荷保护 ................................................................................................................. 38 6.2 过电流保护的整定计算 ..................................................................................................... 39 6.3 自动重合闸装置 ................................................................................................................. 39

第7章 无功补偿装置 ................................................................................................ 42

7.1 断路器投切无功补偿装置 ................................................................................................. 42 7.2 无功功率补偿装置的选择 ................................................................................................. 43 7.3 无功补偿的投切器件 .......................................................................................................... 43 7.4 无功静止补偿装置的基本结构 ......................................................................................... 44

第8章 防雷及过电压保护装置设计 ........................................................................ 45

8.1 避雷针 ................................................................................................................................. 45 8.2 避雷器 ................................................................................................................................. 45 8.3 防雷接地 ............................................................................................................................. 46 8.4 变电站的防雷措施 ............................................................................................................. 46

第九章 总结 ................................................................................................................ 48 致 谢 ............................................................................................................................ 49 参考文献 ...................................................................................................................... 50


第1章 绪论

电力工业是一种将煤、石油、天然气、水能、核能等一次能源转换成二次能源的工业，它为国民经济的其它各部门的快速、稳定发展提供足够的动力，是国民经济的一项基础工业和国民经济发展的先行工业，它的发展水平直接反映着国家的经济发展水平。

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、出线回路数多，在电力系统中一般都是电力输送的枢纽变电站。电能被越来越广泛的应用于工农业生产以及人民的日常生活中。电能可以方便的转化为其它形式的能源并且电能的分配和输送易于实现，可以输送到需要它的工作场合和生活场合。北方的充足能源，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。

1.1 变电站发展形式

变电站自动化自20世纪90年代以来一直是我国电力行业中的热点之一。其所以成为热点，一是建设的需要，二是市场的因素。目前全国投入电网运行的35～110kV变电站约18000座(不包括用户变)，220kV变电站约有1000座，则500kV变电站大约有50座。而且每年变电站的数量以3～5的速度增长，也就是说每年都有千百座新建电站投入电网运行。同时根据电网的要求，每年又有不少变电站进行技术改造，以提高自动化水平。近十年来我国变电站自动化技术，无论是从国外引进的，还是国内自行开发研制的系统和设备，在技术和数量上都有显著的发展。

自1974年建成了第一条330KV输电线路，由甘肃刘家峡水电站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，由河南姚猛火电厂到武汉，500KV超高压变电站走入人们的视线。其中，超高压变电站的建设成功，使国内各省电网形成网，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，并将逐步形成夸大区域互联的骨干网络。正在建设的西北750KV，实现历史性跨越。在日趋建设的超高压变电站中，超高压等级500KV的变电站占有重要的地位。


1.2 变电站设计目的及意义

变电站设计的目的是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。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参考《国家电网公司500KV变电站设计》相关要求为设计依据，

1.3 变电站的简介

1.3.1 变电站类型

变电站的类型按电压等级可分为:超高压、高压、中压变电站和低压变电站。根据其在电力系统中的低位和作用，可以分为枢纽变电站、中间变电站、区域（地方）变电站、企业变电站和末端（用户）变电站。

该变电站为500KV大型超高压枢纽变电站，500KV采用一个半断路器接线，220KV采用双目线带旁路母线接线，10KV采用单母线分段接线，500KV配电装置采用GIS配电装置。本所选用分层式综合自动化系统。主变压器及线路控保屏、电表表屏、直流屏、电池屏、交流屏均分布在主控室内。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。








1.3.2 变电站主要技术特点

表1-1变电站主要技术特点

序号 1

项目名称 电气接线

技术特点

500KV： 采用一个半断路器接线 220KV： 采用双母线带旁路母线接线

2

短路电流

10KV： 采用单母线分段接线 500KV： 50KA 220KV： 50KA

3



主要设备 选型

10KV： 40KA

主变压器：三相，油浸式，无励磁调压， 自耦变压器 500KV： SF6双断口瓷柱式断路器 220KV： SF6单断口瓷柱式断路器

4



配电装置

10KV： SF6瓷柱式断路器

500KV： 采用悬吊管母线中型分相断路器三列式布置 220KV： 采用支持式管母，断路器单列布置

5



电气二次

10KV： 采用支持管母线中型布置，母线与主变压器平行或垂直布置， 分支回路断路器配置在母线侧

变电站设置计算机监控系统，保护设备分散布置在各继电保护小室


第2章 负荷统计及计算

2.1 负荷统计

线路中1-8为500KV出线，9-12为220KV出线，13-15为10KV出线

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

回 路 负荷容

需 用 线 长 供 电

名 称 量（KVA） 系 数 （KM） 回 路 群方甲线 群方乙线 群兴甲线 群兴乙线 群佳甲线 群佳乙线 群鹤甲线 群鹤乙线 群庆甲线 群庆乙线 群七甲线 群七乙线 群运线 群兴线 群宝线

71250 70200 60000 50400 51800 56000 40700 42000 43300 42100 32200 37000 21500 21300 21000



800 850 780 750 720 630 650 700 530 550 570 550 480 450 460

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1



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用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：


s

js

ktsei （2-1）

式中 sei各用户的计算负荷，KVA sjs各用电设备额定容量，KVA

每条出线路的负荷：

线路1：sjs1ⅹ71250=57000（KVA） 线路2：sjs2 ⅹ70200=52650(KVA) 线路3：sjs3 ⅹ60000=48000（KVA） 线路4：sjs4 ⅹ50400=40320（KVA） 线路5：sjs5 ⅹ51800=41440（KVA） 线路6：sjs6 ⅹ56000=42000（KVA） 线路7：sjs7 ⅹ40700=32560（KVA） 线路8：sjs8 ⅹ42000=33600（KVA） 线路9：sjs9 ⅹ43300=32475（KVA） 线路10：sjs10 ⅹ42100=33680（KVA） 线路11：sjs11ⅹ32200=25760（KVA） 线路12：sjs12 ⅹ37000=29600（KVA） 线路13：sjs13 ⅹ21500=17200（KVA） 线路14：sjs14 ⅹ21300=17040（KVA） 线路15：sjs15ⅹ21000=16800（KVA） 变电所设计当年的计算负荷可由式（2-2）计算

15



sjs

=Kt

i1

sjsi

(1+X%) 式中:Kt-同时系数，一般取0.85-0.9，这里取0.87：

（2-2）


X%-线损率，高低压网络的综合性线损率在8%-12%这里取10%

s

js

=Kt(Sjs1+Sjs2+Sjs3+Sjs4+Sjs5+Sjs6+Sjs7+Sjs8+Sjs9+Sjs10+Sjs11+Sjs12+Sjs13+Sjs14+Sjs15)ⅹ(1+X%) ⅹ520125ⅹ（1+0.1）=497759.625（KVA）

计算负荷增长后的变电所最大计算负荷为

SjszdSjsemn （2-3）

式中 n-年数，取10年 m-年平均增长率，取7%；



Sjszd—n年后的最大计算负荷。 Sjszdⅹe10=1002364.7925(KVA)

ⅹ7


第3章 主变压器选择及主接线设计

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；用于两种电压等级之间交换功率的变压器，称为联络变压器：只供本厂用的变压器，称为所用变压器或自用变压器。本章是对变电站主变压器的选择。

3.1 主变压器的选择原则

主变压器的容量和台数直接影响主接线的形式和配电装置结构。它的确定除依据传递容量基本原始资料外，还应根据电力系统5-10年发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因数，进行综合分析和合理选择。如果变压器容量选得过大、台数过多，不仅增加投资，增大占地面积，而且也增加了运行电能损耗，设备未能充分发挥效益；若容量选得过小，将可能“封锁”发电机剩余功率的输出或者满足不了变电站负荷的需要，这在技术上是不合理的，因为每千瓦的发电设备投资远大于每千瓦变电设备投资。

3.1.1 主变压器台数的确定

1.对大城市郊区的一次变电所，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电所装设两台变压器为宜。

2.对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性

3．对于规划只装设两台主变压器的变电所，以便负荷发展时，更换变压器的容量。

3.1.2 主变压器容量的选择

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一般按变电所建成后5~10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Smax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。由于变压器绕组的接线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，每台主变的额定容量：

Sjszd (3-1)



Se≥ⅹ1002364.7925=701655.355(kva)

主变压器可选择ODFPS-250000/500 单相油浸自耦无励磁调压变压器，三台为一组，主要性能参数为：额定容量250/250/80MVA；额定电压 525/3/ 230±2×2.5%/3/kV额定频率 50HZ；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。达到变压器局部放电量国际IEC标准。 其技术数据如下表

表3-1 ODFPS-250000/500三相自耦变压器

额定容量 空载损耗 负载损耗 空载电流

250MV 80KW 445KW 14.57%

联结组标号 额定高压侧电压 电压组合分接(%) 额定低压侧电压

YN yn0 d11

525/3 KV 230±2×2.5%3








3.2 电气主接线设计选择

3.2.1 电气主接线设计原则

电气主接线是变电所电气设计的首要部分，它是由高压电器设备通过连接线组成的 汇集和分配电能的电气主回路，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备的选择、配电装置、继电保护和控制方式的选定有较大影响。因此设计的主接线必须满足如下基本要求： 1、满足对用户供电必要的可靠性和电能质量的要求。 2、接线简单、清晰，操作简便。 3、必要的运行灵活性和检修方便。 4、投资少，运行费用低。 5、具有扩建的可能性

3.2.2 电气主接线方案确定

电气主接线设计的基本原则是以设计任务为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，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，尽可能地节省投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、实用、经济、美观的原则

方案拟定：

表3-2

方案

500KV

220KV

10KV

方案一 双母线双分段带旁路母（8回） 双母线带旁路母线(4回) 单母线分段接线（3回） 方案二

一个半断路器接线（8回） 双母线带旁路母线（4回） 单母线分段接线（3回）


（1）单母线分段接线优点：单母线用分段断路器进行分段，对重要用户有从不同段引 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；

缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，接在该段母线上的电源和出线，在检修期间必须全部停电；任一回路的断路器检修时，该回路必须停止工作

（2）双母线接线的优点：供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断；一组母线故障后，能迅速恢复供电。其次是调度灵活，各个电源和各个回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要；通过倒换操作可以组成各种运行方式最后就是扩建方便，向双母线左右任何方向扩建，均不会影响两组母线的电源和负荷自由组合分配，在施工中也不会造成原有回路停电

缺点：接线复杂，设备多，母线故障有短时停电 （3）双母线带旁路母线接线

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。

（4）一个半断路器接线：

1、运行调度灵活,正常时两条母线和全部断路器运行,成多路环状供电;

2、检修时操作方便,当一组母线停支时,回路不需要切换,任一台断路器检修,各回路仍按原接线方式,不需切换;

3、运行可靠,每一回路由两台断路器供电,母线发生故障时,任何回路都不停电 缺点：断路器接线的缺点是使用设备较多,特别是断路器和电流互感器,投资费用大,保护接线复杂


方案一：

500KV采用双目线双分段带旁路母线，出线8回，保证了可靠性，220KV采用双母带旁路母线，出线4回，10KV采用了单母线分段接线，出线3回，接线简单，操作方便，使用设备少，从而投资少，而且保证了重要的用户供电，有很好的可靠性和灵活性。500KV方案主接线图如下。





图3-1 双母线双分段带旁路母线






方案二：

500KV侧采用一个半断路器接线，采用两个断路器控制一个元件的多环形接线，形成多环路供电方式，运行调度十分灵活，具有很高的可靠性。由于这种接线中的每个回路都是经过两台断路器供电，任一断路器检修时，所有回路都不会停电。200KV采用双母线带旁路母线， 出线4回，10KV采用单母线分段接线，3回。500KV方案主接线图如下





图3-2 一台半断路器接线










方案比较：

可靠性比较;

两种电气主接线自身设备的故障停电范围比较（按8个原件考虑）分别如下

表3-3 双目线双分段带旁路母线接线故障停电范围

运行情况 无设备检修

故障类型

出线断路器（或母线）故障 母联或分段断路器故障

停电原件

2 4 1~3 3~5 2~3 4~6

停电百分比（%）

25 50 50~75

有一台断路器检修 出线断路器（或母线）故障

一组母线检修

母联或分段断路器故障 出线断路器（或母线）故障 母联或分段断路器故障

表3-4 3/2断路器接线故障停电范围

运行情况 无设备检修



有一台断路器检修

一组母线检修

故障类型 母线侧断路器故障

母线故障 中间断路器故障 母线侧断路器故障

母线故障 中间断路器故障 母线侧断路器故障

母线故障 中间断路器故障

停电原件

1 0 2 1~2 0~1 2 2 0 2

停电百分比（%）

0 25 12.5~25

25 25 0 25

比较3-1、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，停电原件最多只有两个：当母线故障时没有原件停电。而双目线双分段接线在无设备检修方式下，出线断路器故障或母线故障时有两个原件停电：当母联或分段断路器故障时，停电原件为4个，停电原件占50%;在检修与事故相重叠方式下，停电原件占75%，由此可见。3/2断路器接线能将各种设备自身故障引起停电元件限制在最小范围内，从而提高整个电力系统运行的安全可靠性，所以方案2优于方案1.




灵活性比较：双目线双分段接线，运行相对简单、灵活性较差，各电压等级都利于扩建和发展，3/2断路器接线，调度灵活，各电压等级均利于扩建和发展 经济性比较：

从设备分析，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：原件少于6个时，双母线双分段带旁路母线接线投资大，从占地面积分析。3/2断路器接线采用常规的三列式布置方式比双母线双分段带旁路母线节省占地面积40%，若采用其它布置方式时（如单列式），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，没有原件停电，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6~10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超高压变电站应选方案


第4章 电气设备选择及校验

4.1 电气设备的选择原则

按正常工作条件选择电气设备

1）电器选择的一般原则

1.应满足正常运行、检修、短路和电压情况下的要求，并考虑远景发展。

6.选用的新产品均应具有可靠的实验数据，并正式鉴定合格 2）额定电压

电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，有时会高于电网的额定电压，故所选电气设备允许的最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压。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1.1~1.15倍，而电气设备所在电网的运行电压波动，一般不超过电网额定电压的1.15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UN 不低于装置地点电网额定电压UNS的条件选择。即UN ≥ UNS （4-1） 3）额定电流

电气设备的额定电流IN 是在额定环境温度下，电气设备的长期允许电流。IN 应不小于 该贿赂在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Imax ，即 IN ≥ Imax （4-2） 4) 环境条件对设备选择的影响

当电气设备安装地点的环境条件如温度、风速、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆水度等超过一般电气设备使用条件时，应采取措施


4.1.2 按短路状态校验

1）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行动、热校验。校验的短路电流一般取三相短路时短路电流。

2.用熔断器保护的电器可不验算热稳定。当熔断器有限流作用时，可不验算动稳定。用熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、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。

It2t ≥Q k （4-3）

式中：Q k ——短路电流产生的热效应

It 、t——电气设备允许通过的热稳定的电流和时间 3）电动力稳定校验

电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，也称动稳定。满足动稳定的条件为：

ies ≥i sh （4-4）

式中：i sh—— 短路冲击电流幅值



ies —— 电气设备允许通过的动稳定电流幅值

4）短路电流计算条件

为使所选电气设备具有足够的可靠性、经济性和合理性，并在一定时期内适应电力系统发展的需要，作验算用的短路电流应按下列条件确定：



5）短路计算时间

验算热稳定的短路计算时间tk为继电保护动作时间tpr和相应断路器的全开断时间tbr

之和，即： tk = tpr + tbr (4-5)

tpr 一般取保护装置的后背保护动作时间，这是考虑到主保护有死区或拒动：而tbr是指对断路器的分闸脉冲传送到断路器操作机构的跳闸线圈时起，到各相触头分离后的电弧完全熄灭为止的时间段。


4.2 母线选择及校验

母线的材料有铜、铝和钢。由于铝的成本低，除某些特殊场所外，普遍使用铝导体，变电站常用母线形状有矩形，槽型和管型等。矩形截面电流的集肤效应强烈。常被用于容量为60MVA及一下的降压变压器的配电设置等。槽型截面母线用于回路正常工作电流4~8KA的情况下，电流不符合，管型母线具有机械强度好、载流量大、集肤效应小的特点并可用于8KA以上的大电流母线。由于500KV电压等级的特殊性，因此选择钢芯铝绞线，

4.2.1 500KV母线选择与校验

按经济电流密度选择母线截面最大长期工作电流

I

max

=

1.05Se

3Ue

=

1.057500003500

=909.33A

按经济电流密度选择母线截面

Sj

式中Sj—经济截面，m; J —经济电流密度，A/M2



Imax

J

（4-6）

2

由于母线置于户外，考虑集肤效应和散热，最大负荷利用小时数取为3000~5000h/a 查表选择JA/M

6

2

sj

2

910.4

791.65106m2791.65mm2 6

1.1510

2

故选择截面积1400mm的LGJQT-1400mm型钢芯铝绞线，其25℃时最大允许持续电流

I

a1

1760A

取Q=35℃，Q0=25℃时，温度修正系数为：

K

a17035

0.882

a107025

则实际环境温度为35℃时的母线允许电流：Ia1KIa1

，满足长期工作Ia1Q0.88217601552.32(A)，大于其长期最大工作电流（1301.88A）时的发热条件。




校验

短路计算时间ttb

tgthu

2.00.060.042.1s因I



I

，所以





I



I



1,经查《短路

电流周期分量等值时间去曲线》表得t1.8s。因t>1s,所以t0。故t

z

fzdz

t1.8s

z

母线正常运行时的最高温度为：

I909.33

C(a1)max35(7035)47.02℃ I1552.32a1

2

查表知C=97X10，按热稳定条件所需最小母线截面为

Smin

6

I

c



tdzkj



式中 C—热稳定系数;

Kj—集肤效应系数（取1）

Smin

I2.5103tdzkj1.8134.58mm2 6

C9710

小于所选母线的截面积，满足热稳定要求，因所选母线为绞线，故不需动稳定校验。所以选择截面积1400mm的LGJQT—1400mm型钢芯铝绞线。

2

2

4.2.2 220KV母线选择及校验

（1）按经济电流密度选择母线截面 考虑变压器变比约为2：1：0.04, 最大长期工作电流

Imax0.5

6

1.05Se3Ue

0.5

1.05750000

3220

1033.33A

A/M

ImaxJ

2

经济截面Sj



1033.331.010

6

1033.33mm2

2

2

查《电力工程设计手册》，故选择截面积1400mm的LGJQT—1400mm型钢芯绞线， 其25℃时最大允许持续电流Ia11760A 温度修正系数为KIa1KIa1

Ia10.83117601462.56(A)

a17038.90.831

a107025


大于其长期最大工作电流（1301.88A）.满足长期工作的发热条件。 （2）按最小截面积法校验母线的热稳定 短路时间ttbthutg0.10.040.060.2s



I

(3)

I

(3)

1



tfz0.050.0510.05

查《短路电流周期分量等值时间曲线》得，tz 则 tdztztfz0.180.050.23s 母线正常运行时的最高温度为：

I1033.33

c(a1)max35(7035)52.495℃ I1462.56a1

查表知C=97X10，

按热稳定条件所需最小母线截面为

6

2

2

Smin

式中 C—热稳定系数; Kj—集肤效应系数（取1）

I

tdzkj c

Smin

I2.5103tdzkj1.8134.58mm2 6

c9710

小于所选母线的截面积，满足热稳定要求，因所选母线为绞线，故不需动稳定校验。所以选择截面积1400mm的LGJQT—1400mm型钢芯铝绞线。 （3）按电晕条件校验证

由公式Ulj84kmr(1

0.301

a

)lg计算临界电晕电压

rr

2

2

=1.000；查表得，水平布置时K=0.96；多股绞线mr=0.83~0.87,选0.85；导线半径r=1.13cm;

相间距离a=400mm,则

Ulj840.960.8511.13(1

a

)lg=354.5KV

r11.130.301

所以临界电晕电压Ulj354.5KV>工作电压Ug=220KV 满足要求


4.2.3 220KV中压侧选择及校验

220KV侧有四回出线，其中线路9为最大的一条负荷，Sn=43300kva,应以此条线路作为依据选择出线。

(1) 按经济电流密度选择母线截面 最大长期工作电流

Imax

P3Uecos



4330032200.85

133.69A

经济电流密度JA/M

62

经济截面 Sj

Imax133.692

148.54mm j0.9106

查《电力工程设计手册》

选用LGJ-150型户外钢芯铝绞线，Ia1=478A 温度修正系数为KQ ℃时，母线允许电流

Ia1kIa10.831478397.218AImax133.69A

满足长期工作的发热条件。

(1) 按最小截面积法校验母线的热稳定

Tdz=0.23s, I0.821KA 母线正常工作时的最高温度

I133.69

c(a1)max38.9(7038.9)42.43℃ I397.218a1

由QC℃，查《不同温度下裸导体的C值》得C=89X10计算母线最小截面（Kj=1）

6

2

2

Smin

2

2

I0.821106

tdzkj0.2314.424mm2 6

c8910

<150 mm,故满足热稳定要求。

4.2.4 10KV母线选择及校验

按通过低压侧母线的最大长期工作电流

Imax0.04

1.05Se3Ue

0.04

1.05750000

310

1818.65A

按经济电流密度选择母线截面


根据公式取变压器因为最大利用小时数：tdzA/M

Sj

62

Imax1818.65

1102.21mm2 6j1.6510

选用3（120x10）矩形铜母线，Ia14780A（平放）

'

Ia1kIa10.83147803972.18AImax1818.65A

此时满足长期工作时的发热条件

（1） 按最小截面积法校验母线的热稳定

Tdz=0.23s, I0.821KA 母线正常工作时的最高温度:

I1818.65

c(a1)max38.9(7038.9)45.42℃ I3972.18a1

由QC℃，查《不同温度下裸导体的C值》得C=89X10计算母线最小截面（Kj=1）

6

2

2

Smin

2

I0.8211032

tdzkj0.2314.424mm

c89106

2

<3（120X10）mm,故满足热稳定要求。

（2） 动稳定校验

短路冲击电流 ish2.094KA, 三相短路最大电动力

fph1.73107

母线所受的最大应力

L12

ich1.731072.09421061.896N/m a0.4

ph

满足动稳定要求

FL21.89612.63103pa69106pa 610w107210

4.2.5 10KV低压侧母线选择及校验

10KV侧有三回出线，其中13为最大的一条负荷，SN=21500KVA，应以此条线路作为依据选择出线

（1） 按经济电流密度选择母线截面 最大长期工作电流

Imax

6

P3Uecos



215003100.85

1460.36A

A/M

2


经济截面 Sj

Imax1460.36

1216.96mm2 6j1.210

查《电力工程设计手册》

选用4XLGJQ-400型户外钢芯铝绞线，Iy=1774A 温度修正系数为KQ ℃时，母线允许电流

Ia1kIy0.83117741474.194AImax1460.36A

满足长期工作时的发热条件

（2） 按最小截面积法校验母线的热稳定 Tdz=0.23s, I0.200KA 母线正常工作时的最高温度

I1460.36

c(a1)max38.9(7038.9)69.38℃ 

1474.194Ia1

由QC℃，查《不同温度下裸导体的C值》得C=89X10计算母线最小截面（Kj=1）

6

2

2

I0.200103

Smintdzkj0.2311.08mm2 6

c8910

22

<4x400mm,故满足热稳定要求。

4.3 高压断路器和隔离开关的选择

4.3.1 高压断路器的选择

(1) 种类

按断路器采用的灭弧介质可分为油断路器（多油，少油）、压缩空气断路器、SF6断路器、真空断路器等。 （2）额定电压和额定电流

UN≥UNS IN ≥ Imax

式中：UN UNS ——分别为电气设备和电网的额定电压KV



IN Imax ——分别为电气设备的额定电流和电网的最大负荷电流A

(3)短路关合电流的选择

为了保证断路器在关合短路电流时的安全断路器的额定关合电流incl不应小于短路电流的最大冲击值ish,


4.3.2 隔离开关的选择

隔离开关是发电厂和变电站中常用的开关电器。它需与断路器配套使用，但隔离开关无灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流和短路电流。

隔离开关的工作特点是在有电压、无负荷电流情况下，分合电路。其主要功用为：隔离电压，倒闸操作，分、和小电流。

隔离开关与断路器相比，额定电压、额定电流的选择及短路动、热稳定校验的项目相同。但由于隔离开关不用来接通和切除短路电流，故无需进行开断电流和短路关合电流的校验。

隔离开关的型式较多，按安装地点不同，可分为屋内式和屋外式；按绝缘支柱数目又可分为单柱式、双柱式和三柱式。此外，还有V形隔离开关。隔离开关的型式对配电设备的布置和占地面积有很大的影响。还应根据配电设备特点和使用要求以及技术经济条件来确定。

4.4 500KV侧断路器隔离开关的选择与校验

4.4.1 主变压器侧断路器的选择与校验

当系统稳定，要求快速切合故障时，应选用分闸时间不大于0.04S的断路器；根据装设地点和构造类型选择用户外式少油断路器；

1、 额定电压选择：UeUN500KV; 2、 额定电流选择：IeImax1301.88A；

3、 额定开断电流选择：InbrIdtII2.202kA.

查《电力工程设计手册》选用LW15-550型户外式少油断路器，其技术数据见表4-4-1

表4-1 断路器技术数据

型号 LW15—550

额定电压 KV

550

额定电流 A

1000

断流容量MVA

3500

额定断流量KVA



极限通过电流 热稳定电流KA 峰值 55

有效值 32

1秒 32

5秒 21

10秒


热稳定校验

短路等值时间 tdz0.23S 短路电流热脉冲

2Itdz(2.202)20.231.12Ir2t32211024KA2S

即满足热稳定要求。

动稳定校验 极限通过电流的幅值

ij55KAich5.615KA 故满足动稳定要求

4.4.2 主变压器侧隔离开关的选择与校验

1、由额定电压选择UeUN500KV;

2、由额定电流选择IeImax910.4A； 查《电力工程设计手册》选用SSBIII—AM—550/3150型户外隔离开关，其技术数据见表

表4-2 隔离开关技术数据

型号

SSBIII—AM—550/3150

5秒热稳定电流

14

热稳定校验

2Itdz(2.202)20.231.12Ir2t1425980kA2S

额定电压 KV

550

额定电流 A 3150

极限通过电流峰值KA

50



操动机构型号 CS14G，CQ2—145



即满足热稳定要求。 动稳定校验

ij55KAich5.615KA 故满足动稳定要求


4.5 220KV侧断路器隔离开关选择及校验

4.5.1 主变压器侧断路器的选择与校验

1、由额定电压选择UeUN220KV; 2、由额定电流选择IeImax661.3A；

3、由额定开断电流选择InbrIdt1.129kA.查《电力工程设计手册》选用SW4-220/1000型户外式少油断路器，

表4-3 选用SW4-220/1000型户外式少油断路器

型号 SW4—220/1000

额定电压 KV

220

额定电流 A 1000

断流容量MVA

3500

额定断流量KVA



极限通过电流KA 热稳定电流KA 峰值 55

有效值 32

1秒 32

5秒 21

10秒



2Itdz(1.129)20.230.29Ir2t1024KA2s

即满足热稳定要求。 动稳定校验

ij55KAich2.879KA 故满足动稳定要求

4.5.2 主变压器侧隔离开关的选择与校验

根据上面断路器的选择的相关数据和已知条件，选择屋外GW13—220/600型隔离开关

查《电力工程设计手册》得技术特性如表

表4-4选用GW13—220/600隔离开关的技术数据

型号 GW1—220/600 合闸时间

额定电压 220

额定电流 极限通过电流峰值 600 分闸时间

55KA 29KA





5S热稳定电流有效值

14KA

2

Ir2tItdz1425.3202


同理：满足热稳定要求 动稳定校验

ij55KAich13.520KA 满足动稳定条件

4.6 10KV侧断路器的选择与校验

4.6.1 主变压器侧断路器的选择与校验

UeUN10KV; IeImax3637.4A；

3．由额定开断电流选择InbrIdt0.821kA.查《电力工程设计手册》选用SN4-10G/5000型户内式少油断路器，

表4-5 选用SN4-10/5000型户内式少油断路器

型号 SN4-10/5000

额定电压 KV

10

额定电流 A 5000

断流容量MVA

1800 热稳定电流KA

1秒 173

5秒 120

10秒 85 额定断流量KVA

105

极限通过电流KA 峰值 330 热稳定校验

有效值 173

2Itdz(0.821)20.230.16Ir2t29929kA2S

即满足热稳定要求。

动稳定校验 ij300KAich2.094KA 故满足动稳定要求



互感器是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路信息的传感器，互感器将高电压、大电流按比例变成低电压（100，100/3）和小电流（5，1A）其一次侧


接在一次系统，二次侧接测量仪表与继电保护等

4.7.1 电流互感器的选择

电流互感器的作用是将一次回路中的大电流转换为1A或5A的小电流以满足继电保护、自动装置和测量仪表的要求。 （1）种类和型式的选择

电流互感器根据使用环境可分为室内式、室外式，根据结构可分为瓷绝缘结构和树脂浇注式结构，根据一次线圈的型式又可分为线圈式和母线式，单匝贯穿式、复匝贯穿式。选择电流互感器时，应根据安装地点和安装方式选择其型式。

（2）按准确等级选择：根据所接的测量仪表，继电器和自动装置等设备的形式和用途对准确级的要求来确定电流互感器工作的正确等级。供计量计费用的表计所接的电流互感器要求为0.5级；供监视设备运行状态用的表计所接的电流互感器为1级；供保护用的电流互感器要求为3级

(3) 按所工作的电网额定电压选择：UewUe Uew—电流互感器所在电网的额定电压 Ue—电流互感器一次侧的额定电流 （4）按一次回路电流选择：IgzdIle

Igzd—电流互感器一次回路最大长期工作电流 Ile—电流互感器的一次额定电压


表4-6电流互感器技术数据

安装地点 500KV侧 220KV侧 10KV 侧 220KV侧出线路 10KV侧出线路 1秒热稳定倍数 动稳定倍数

型号 LVQBT-500 LCWDL-220 LMZ1-10 LQZ-220 LMZ1-10 35(5秒) 65

额定电流比A

200/5 400/5 4000/5 600/5 2000/5 75 135

准确级数

75 135

二次负荷Ω

2 2 2 2

4.7.2 电压互感器选择

NN UN 为互感器额定线电压，0.9和1.1为允许的电压波动范围，即±10% UN

N

(2)按准确等级选择：电压互感器应在哪一准确级下工作，需根据接入的测量仪表，继电器和自动装置等死设备的型式，供监视设备运行状态用的表记所接的电压互感器为1级，供非主要表记所接的电压互感器要求为3级,电压互感器的选择如下表

表4-7电压互感器技术数据

安装地点 500KV母线 220KV母线 10KV母线

型号 JVQT—500 JCC1-220TH JSJW-10

最大容量 VA

4000 2000 960

实验电压KV 高压 550 400

42

低压 2 2

额定电KV

原线圈

幅线圈

辅助线圈



— —

幅线圈容量VA

1级 — 500 200

3级 500 1000 480

500200

10

3 3

0.20.1



3 3

120

连接组



1/1/1—12—12 1/1/1—12—12




4.8.1 所用变压器选择

考虑到变电所主要设备的需要，如蓄电池充电、取暖、照明及有关的继电保护装置的用电等负荷，因此将所用变建在10KV侧。

表4-8所用电负荷统计表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9

名称 通信电源 10KV操动机构

运动

电气二次设备室动力 10KV配电装置动力 设备箱恒温电源 户外配电装置照明 10KV配电装置动力 照明负荷P3

容量（KW）

4 5 5 15 2 2 4

符合类型 经常、连续 断续、短时 经常、连续 断续、短时 断续、短时 经常、连续 经常、连续 经常、连续 经常、连续

所用变压器容量选择根据《变电所所用电设计技术规程》中公式（3-12）

S0.85P1P20.8

p34

0.8525.651.50.828.64(KVA)cos0.6

综合以上数据，查《电力工程设计手册》选择S9—50/10-0.4型电力变压器作为作用变压器。其技术参数见下

表4-9 S9—

额定电压KV 高 10

低

损耗 空载

短路

阻抗电压 6.5%

空载电流 1.1%

额定容量 50KVA

4.8.2 电力电容器选择

电力电容器是用来提高电网功率因数、减少线损、改善电压质量、提高供电效率的电器


设备。

其中，并联电容器组的主接线方式，主要有三角形接线和星型接线。过去并联电容器组采用三角形接线较多，但运行经验证明，三角形接线的电容器组，当任一相击穿时，由电源供给的短路电流较大，实际相当于母线短路。这时虽然故障电容器的熔断器迅速熔断，但如此大的电流即使是瞬间流过电容器也极容易使电容器内浸渍剂受热膨胀，迅速汽化，引起爆炸。而且如果不同相的电容器同时发生对地击穿，有时熔断器也失去保护作用。如把电容器改为星形接线，当任一台电容器发生极板击穿短路，短路电流都超过电容器组额定电流的三倍。而且不会出现其他两健全相的电容器对故障相的涌放电流，只有来自相健全的电容器的涌放电流。因此星型接线的电容器组油箱爆炸事故较少发生。此外，三角形接线电容器组对过电压保护避雷器的运行条件和保护效果也不如星形接线的好，综合考虑本设计采用星行接线、

按工作电压选择UzdUg10KV 按工作频率选择fe50HZ

设备补偿前的功率因数为cos10.75，经电容器要求补偿后达到cos20.9 负荷的有功功率为pSjscos19844.380.757383.285KW 系统要求补偿的无功功率为

cp(tg1tg2)

式中：tg1

1cos21cos11cos22cos2

10.752

0.882

0.7510.920.484

0.9

tg2

则cp(tg1tg2)7383.285(0.8820.484)2938.55kvar

本所要求三组电容器组来补偿，补偿950Kvar,采用三相星形接线的电容器

wUx2xcx103

式中： cx—单相等效电容值 Uxx—线电压；

W—角频率,w=2πf ,f=50HZ


cx



23wUxx10



950

30.2f

2π50102103

查《电力工程设计手册》选BFM11/ 3-200-1W型电容器组，其技术参数见下

表4-10 BFM11/ 3-200-1W型电容器参数

型号

BFM11/ 3-200-1W型 n

cx30.21.912 cb15.8

额定电压 （KV）



额定容量（KVAR）

200

额定电容（μF）



因此，一个相只需要一个此型号的电容器组，三相则需要三个电容器组，总和的额定容积为c=200X3X2=1200kvar,而需补偿的为950kvar,故所选电容器组满足要求

4.9 绝缘套管的选择

4.9.1 支柱绝缘子选择

（1）屋外选用户外棒型支柱绝缘子。此种绝缘子具有结构简单，运行安全， 使用寿命长和维护工作量少等优点，与针式支柱绝缘子相比绝缘和耐污效果更好，

表4-11棒型支柱绝缘子技术数据

安装地点 500KV侧母线 220KV侧母线 10 KV侧母线

型号 ZSX-500/4 ZSW-220/4 ZS—10/4

爬电距离(mm)

10000 5500 230

总高H（mm）

4530 2160 210

(2)屋内选用户内联合胶支柱绝缘子，其技术数据见表

内联合胶支柱绝缘子技术数据

型号 ZL—10/4

(2) 校验（以ZSW—10/4为例） 母线所受最大电动力为

总高H 160

瓷件最大公称直径D

95

fph1.73107

L21

ish1.73107(0.51103)20.11N a0.4


绝缘子底部至母线水平中心线的高度为

H1H12

h10021012272mm 22

H1272

0.110.14N H210

绝缘子帽受力为FfphKzfph

绝缘子允许负荷为0.6Fp0.640002400NF0.14N，满足动稳定要求 按此方法校验其他三种型号的支柱绝缘子，均满足动稳定要求

4.9.2 悬式绝缘子选择

按正常工作电压下泄露距离选择悬式绝缘子的片数，其公式我饿哦; n

du

s

其中n—绝缘子的片数：d—泄露距离，取1.6cm/KV：S—每片绝缘子的泄露距离取29.53cm;U—电网额定电压（KV）

则500KV线路：n1220KV线路：n2

dU11.6500

27.09 s29.53

dU21.622011.92 s29.53

为确保及防污闪效果，分别选用18片和13片，其技术数据表4-9-2

表4-12 悬式绝缘子技术数据

安装地点 500KV线路 220KV线路

型 号 SGX— 7/500 SGX—4/220

额定机械负荷KN

7 4

最低人工污秽闪络电压KV

750 400

工频闪络电压KV

880 720 质量KG 48 32

50%雷电冲击闪络电压KV

82300 71200




第5章 短路计算

5.1 短路故障的危害

1.短路时产生很大的电动力和很高的问题,会使短路电路中的元件受到损坏,很可能引发火灾事故

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,如熔断器的保险丝熔断,将短路电路切除,这会造成停电, 而且短路点越靠近电源,停电范围越大,造成生活的不便和经济上的损失

4.严重的短路会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,像单相短路和两相短路,短路电流会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，有可能引发误动作

5.2 短路电流计算的目的

短路是电力系统的严重故障，所谓短路是指一切不正常的相与相之间或相与地之间发生通路的情况。发生短路时，由于系统中总阻抗大大的减少，因而短路电流可能达到很大的数值，故短路电流为主要计算对象，短路计算的目的是：

1. 选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备，例如 断路器 互感器 母线 电缆等 2. 为了合理地配置各种继电保护和自动装置并确定其参数

3. 在设计和选择发电厂和电力系统电气主接线时，为了比较各种不同方案的接线图，

确定是否需要采取限制短路电流的措施等 4. 进行电力系统暂态稳定计算

5. 确定输电线路对通讯的干扰，对已发生故障进行分析

5.3 短路电流计算的内容

（1）短路点的选取：各级电压母线、各级电路末端。

（2）短路时间的确定：根据电气设备选择和继电保护整定的需要，确定计算短路电流的时


间

（3）短路电流的计算;最大运行方式下最大短路电流;最小运行方式下最小短路电流；各级电压中性点不接地系统的单相短路电流。计算的具体项目及其计算条件，取决于计算短路电流的目的。

5.4 短路电流计算方法

供配电系统某处发生短路时，要算出短路电流必须首先计算出短路点到电源的回路总阻抗值。电路元件电气参数的计算有两种方法：标幺值法和有名值法，兆伏安法。 1） 标幺值法

标幺制是一种相对单位制，标幺值是一个无单位的量，为任一参数对其基准值的比值。标幺值法，就是将电路元件各参数均用标幺值表示。由于电力系统有多个电压等级的网络组成，采用标幺值法，可以省去不同电压等级间电气参量的折算。在电压系统中宜采用标幺值法进行短路电流计算。 2） 有名值法

有名值法就是以实际有名单位给出电路元件参数。这种方法通常用于1KV以下低压供电系统短路电流的计算 3） 兆伏安法

兆伏安法具有运算简单，不要记忆很多公式，不易出错等优点，在计算不对称短路电流及大型电动机起动压降时更能体现出其简便准确的优点。兆伏安法计算过程较为简单：先求出电源元件的短路容量和阻抗元件短路时的通过能力，然后进行网（串联、并联及三角形变星形）简化计算并求出短路点的短路容量，最后求出三相短路电流。

5.5 短路点的确定

根据保护整定的计算和经验，各短路点选择如图5-5-1




图5-1

根据图对各短路点进行短路电流计算，计算过程如下面所示： Id1max*

11

16.63

(xmax*xl*)(0.060.000128)

sb3Ub

16.63

1003120

8.001

Id1max(3)Id1max*

Ich12.55Id1max(3)2.558.00120.4KA Id1max(2)

33Id1max(3)8.0016.93KA,最大运行状态时,F1点短路时 221111.111 (xmax*xl*)(0.040.05)

Id1max*

Id1max(3)Id1max*

sb3Ub

11.111

1003Ub

5.346

Ich12.55Id1max(3)2.555.34613.631KA Id1max(2)

33Id1max(3)5.3464.63KA 22




表5-1以下各点同上得短路计算值如下表

短路点

三相短路电流 最大运行



最小运行





冲击电流 最大运行

最小运行



二相短路电流 最大运行



最小运行



f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8 f9 f10 f11 f12 f13 f14 f15 f16 f17 f18 f19




第6章 继电保护

继电保护的设计应以合理的运行方式和故障类型作为依据，并应满足选择性，速动性，灵敏性，和可靠性四项基本要求。本设计根据《继电保护和安全自动装置技术规程》装设变压器，线路，电容器，所用变保护。

6.1 主变压器保护

本变电所采用微机保护，装设瓦斯保护及过负荷保护。主变高压侧和所用电均采用熔丝保护。变压器本体装设油温过高信号。

6.1.1 变压器故障分类及故障的危害

变压器的故障可以分为油箱内部故障和油箱外部故障，油箱的内部故障主要包括;相间短路，绕组的匝间短路，单相接地短路和绝缘烧毁；油箱内部故障对于变压器来讲是非常危险的，高温电弧不仅会烧毁绕组和铁芯，而且还会使变压器油绝缘受热分解产生大量的气体，引起变压器油箱爆炸的严重后果，变压器油箱外部故障包括引线及套管处产生的各种相间短路和接地故障。当变压器发生短路故障时，电流和漏磁通同时增大许多倍，绕组所受的电磁将增大为正常运行时的数百倍，这样大的电磁力可能使绕组变形，并造成绝缘的损坏。过电流通过绕组时还会产生大量的铜耗

6.1.2 微机保护

在危机保护中，变压器各侧的电流信号均作为独立的信号送入计算机，通过对各通道电流信号采样值进行数字差计算来获得差动电流。由于TA二次侧电流不再进行并联差接，因此，较传统方式相比，可进一步减小因TA变比不匹配，特性不一致以及二次负担不平衡而产生的不平衡电流。此外，也有利于对各侧电流信号采养值分别进行采样计算，消除由于TA变比标准化所带来的误差。这种方法较常规采用的不平衡线圈补偿方法更为精确有效。同时针对500KV变电站产生的故障，微机继电保护能够更为迅速的排查，节省了大量经历。


6.1.3 瓦斯保护

根据《继电保护和安全自动装置技术规程》的规定，对于容量在0.8MVA以上的油浸式变压器应装设瓦斯保护。原理及接线图

原理：由于短路点电弧的作用，将使变压器和其它绝缘材料分解，产生气体。气体从油箱经连通管流向油枕，利用气体的数量及流速构成瓦斯保护，它应安装在油箱与油枕之间的连接官道上。瓦斯保护接原理线图如图所示



图6-1

整定：当内部气体为250—300cm时，轻瓦斯动作于发生信号：

—1.2m/S 时，动作于跳闸。

瓦斯保护的主要优点：是动作迅速，灵敏度高、安装接线简单、能反应油箱内部发生的各种故障。

2




6.1.4 过负荷保护

原理：变压器可能出现过负荷的情况，因此需装设过负荷保护。过负荷保护装置只采用一个电流继电器接于一相电流回路中，经过较长的延时后发出信号。过负荷保护原理接线图如图所示



图6-2

过负荷保护的整定计算 ： 按躲过变压器的额定电流进行整定 Idz

kk

Iet kh

式中：Kk—可靠系数，一般取1.05 Kh— Iet — 保护安装侧变压器的额定电流 Idz

kk1.056300Iet128.38A kh0.85335

过负荷保护的延时应比变压器过电流保护时延长一个时限，一般取10S， 继电器的选择 ： Idzj

128.38

1.07 600

5

电流继电器选择DL-7型电流继电器 时间继电器选择 DS-30型时间继电器

过负荷保护的延时应比变压器过电流保护时限长一个时限阶段，一般取10S


6.2 过电流保护的整定计算

过电流保护的整定计算按躲开在最大负荷时变电所具有最大动作电流的保护装置的动作电流来进行

'''Idz

KkKzq

Kh



Sjs3Ue



1.221095

178.51A 0.85310

I

'''

dzj

'''Idz178.51Kjx18093A

100nlh

5

2Id0.57103min

3.191.5满足灵敏度要求，动作时限为0.5S。 灵敏度校验证Klm'''

Idz178.51

其余五条线路的整定计算方法于此路线相同。因此计算过程不再重复，选择如下： 电流继电器选择DL—7型电流继电器：时间继电器选择DS—30型时间继电器

信号继电器选择DX—17型信号继电器：中间继电器选择DZ—200型中间继电器经校验均满足要求。

6.3 自动重合闸装置

自动重合闸装置，是将因故障跳开后的断路器按需要自动投入的一种自动装置。电力系统采用自动重合闸装置，极大地提高了供电的可靠性，减少了停电损失，而且还提高了电力系统的暂态稳定水平，增强了线路的送电容量。 （一）自动重合闸的作用

架空线路故障大都是“瞬时性”的故障，在线路被继电保护迅速动作控制断路器断开后，故障点的绝缘水平可自行恢复，故障随即消失。此时，如果把断开的线路断路器重新合上，就能够恢复正常的供电。

此外，也有“永久性故障”，“永久性故障”在线路被断开之后，它们仍然是存在的，即使合上电源，也不能恢复正常供电。

因此，在电力系统中采用了自动重合闸装置，即是当断路器由继电保护动作或其它非人工操作而跳闸后，能够自动控制断路器重新合上的一种装置。


（二）自动重合闸的基本要求

1、在下列情况下，重合闸不应动作：由运行值班员手动跳闸或无人值班变电站通过远方遥控装置跳闸时；当按频率自动减负荷装置动作时或负荷控制装置动作跳闸时；当手动合闸送电到故障线路上而保护动作跳闸时；母差保护或断路器失灵保护动作时；当备用电源自投（或互投）装置动作跳闸时或断路器处于不正常状态而不允许实现重合闸时。

2、除上述情况外，断路器由于继电保护动作或其他原因跳闸后，重合闸装置应动作，使断路器重新合上。

3、重合闸装置在动作后，均应能够自动复归，准备好下一次再动作，但动作次数应符合预先的设定。

4、重合闸装置应能够和继电保护配合实现重合闸前加速或后加速功能。

5、在双侧电源的线路上，重合闸启动条件应受到同期检定或无压检定的限制，且不可造成非同期重合并网。

6、重合闸的启动方式一般采用不对应启动，对于微机、集成电路保护还可采用保护启动方式。

7、重合闸动作应具备延时功能，对于220KV以上电网应有两种以上时间可供选择。 8、重合闸装置充电时间应在15~20ｓ，放电越快越好 （三）自动重合闸参数确定

自动重合闸参数的确定主要内容有2个。其一是确定自动重合闸的动作时间，其二是确定自动重合闸的准备动作时间 （1）动作时间的确定

应保证两点：第一，使故障点的绝缘强度得以恢复；第二，断路器介质的绝缘强度得以恢复，操作机构来得及复原，通常取1S，其成功率较高。 （2）自动重合闸动作时间的整定

1、单侧电源线路所采用的三相重合闸时间,除应大于故障点熄弧时间及周围介质去游离时间外,还应大于开关及操作机构复归原状准备好再次动作的时间。

2、双侧电源线路的自动重合闸时间,除了考虑单侧电源线路重合闸的因素外,还应考 虑线路两侧保护装置以不同时限切除故障的可能性及潜供电流的影响。计算公式为:tset.min≥t1+t2+△t-t3。式中:--重合闸最小整定时间;t1--对侧保护有足够灵敏度的延时段动作时间,如只考虑两侧保护均为瞬时动作,则可取为零;t2--断电时间,三相重合闸不小于0.3s;220kv线路,单相重合闸不小于0.5s;330～500kv线路,单相重合闸的最


低要求断电时间,视线路长短及有无辅助消弧措施(如高压电抗器带中性点小电抗)而定;t3--开关固有合闸时间;△t--裕度时间。

3、发电厂出线或密集型电网的线路三相重合闸,其无电压检定侧的动作时间一般整 定为10s;单相重合闸的动作时间由运行方式部门确定,一般整定为1.0s左右。

4、单侧电源线路的三相一次重合闸的动作时间不宜小于1s;如采用二次重合闸,第二次重合闸动作时间不宜小于5s。


第7章 无功补偿装置

在500KV超高压电网中，由于电压等级高，输电线路长，其分布电容对无功功率平衡有较大的影响，当传输功率较大时，线路电抗中消耗的无功功率将大于电纳中产生的无功功率，线路为无功负载：而当传输功率较小时，电纳中产生的无功功率大于电抗中的损耗，线路为无功电源。但在实际运行中，按线路最小运行方式配置的补偿度约为70%的并联电抗器长期是投运的，这对线路传输功率较大时的无功功率平衡是不利的。另一方面，无功功率的产生基本上没有损耗，而无功功率沿电力网的传输却要引起较大的有功功率损耗和电压损耗，故无功功率不宜长距离输送，所以一般在500KV枢纽变电站主变压器低压侧安装无功补偿装置，来满足无功功率的就地平衡，使其平衡在系统额定电压运行水平。所以无功补偿在平衡500KV电网中无功功率起着非常重要的作用。

无功补偿，在电子供电系统中起提高电网的功率因数的作用，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。合理的选择补偿装置，可以做到最大限度的减少网络的损耗，使电网质量提高。反之，如选择或使用不当，可能造成供电系统，电压波动，谐波增大等诸多因素。

在该变电站中，由于其主变压器多具有有载压功能，故可利用有载压作为主手段，以无功补偿作为辅助手段来调节主变压器中压测电压，使其在负荷发生改变时，按照逆调压方式持在适当的电压水平，以保证负荷侧的电压质量。

7.1 断路器投切无功补偿装置

它是利用断路器来实现电容器、电抗器的投切，特别是对于电容器，由于其投切时的暂态过程比较严重，为限制投入产生的涌流，一般在电容器前面串联一个电抗较小的电抗器，同时此电抗器与电容器组成串联谐振滤波器，以消除系统特征谐波。为防止在切除时断路器重燃，要求断路器有较强的灭弧能力，一般多采用电压等级相对额定电压高的SF6或真空断路器，如下图




图7-1

7.2 无功功率补偿装置的选择

选择哪一种补偿方式，还要依电网的状况而定，首先对所补偿的线路要有所了解，对于负荷较大且变化较快的工况，电焊机、电动机的线路采用动态补偿，节能效果明显。对于负荷相对平稳的线路应采用静态补偿方式，也可使用动态补偿装置。一般电焊工作时间均在几秒钟以上，电动机启动也在几秒钟以上，而动态补偿的响应时间在几十毫秒，按40毫秒考虑则从40毫秒到5秒钟之内是一个相对的稳态过程，动态补偿装置能完成这个过程。

7.3 无功补偿的投切器件

1.1,交流接触器控制投入型补偿装置。由于电容器是电压不能瞬变的器件，因此电容器投入时会形成很大的涌流，涌流最大时可能超过100倍电容器额定电流。涌流会对电网产生涌流最大时可能超过100倍电容器额定电流。涌流会对电网产生不利的干扰，也会降低电容器的使用寿命。为了降低涌流，现在大部分补偿装置使用电容器投切专用接触器，这种接触器有1组串联限流电阻与主触头并联的辅助触头，在接触器吸合的过程中，辅助触头首先接通，使电容器通过限流电阻接入电路进行预充电，然后主触头接通将电容器正常接入电路，通过这种方式可以将涌流限制在电容器额定电流的20倍以下。

1.2，晶闸管控制投入型补偿装置。这类补偿装置就是SVC分类中的TSC子类。由于晶闸管很容易受涌流的冲击而损坏，因此晶闸管必须过零触发，就是当晶闸管两端电压为零的


瞬间发出触发信号。过零触发技术可以实现无涌流投入电容器，另外由于晶闸管的触发次数没有限制，可以实现准动态补偿（响应时间在毫秒级），因此适用于电容器的频繁投切，非常适用于频繁变化的负荷情况。晶闸管导通电压降约为1V左右，损耗很大（以额定容量100Kvar的补偿装置为例，每相额定电流约为145A，则晶闸管额定导通损耗为145×1×3=435W），必须使用大面积的散热片并使用通风扇。晶闸管对电压变化率（dv/dt）非常敏感，遇到操作过电压及雷击等电压突变的情况很容易误导通而被涌流损坏，即使安装避雷器也无济于事，因为避雷器只能限制电压的峰值，并不能降低电压变化率。

此类补偿装置结构复杂，价格高，可靠性差，损耗大，除了负荷频繁变化的场合，在其余场合几乎没有使用价值。

1.4，同步开关投入型补偿装置。同步开关技术是近年来最新发展的技术，顾名思义，就是使机械开关的接点准确地在需要的时刻闭合或断开。对于控制电容器的同步开关，就是要在开关接点两端电压为零的时刻闭合，从而实现电容器的无涌流投入，在电流为零的时刻断开，从而实现开关接点的无电弧分断。

同步开关技术中拒绝使用可控硅，因此仍然不适用于频繁投切。可以预见：使用磁保持继电器的同步开关必将替代复合开关和交流接触器。

7.4 无功静止补偿装置的基本结构



图7-2




第8章 防雷及过电压保护装置设计

防雷保护装置就是通过现代电学以及其它技术来防止被雷击中的设备。防雷设备从类型上看大体可以分为：电源防雷器、电源保护插座、天馈线保护器、信号防雷器、防雷测试工具、测量和控制系统防雷器、地极保护器。

8.1 避雷针

避雷针由避雷针针头（接闪器）、引流体和接地体三部分组成。它的保护原理是当雷云放电时使地面电场畸变，在避雷针的顶端形成局部场强集中地空间以影响雷电先导放电，再经过接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物体免受雷击。

500KV超高压变电站的避雷针针尖由直径40~80mm、壁厚为4~8mm的三节无缝钢管串接而成。避雷针的接地装置除利用变电所的接地网外，还应就地作集中接地，在一般土壤导电较好的条件下，用三根2.5M长的40mmx40mmx4mm的角钢打入地中并联后与钢构架可靠链接，

避雷针一般明显高于被保护的设备建筑物，当雷云先导放电临近地面时首先击中避雷针，避雷针的引流体将雷电流安全引入地中，从而保护了某一范围内的设备和建筑物。避雷针的接地装置的作用是减小泄流途径的电阻值，即降低冲击电流幅值。

8.2 避雷器

避雷器是一种过电压限制器，它实质上是过电压能量的接收器，它与别的保护设备并联运行，当作用电压超过一定的幅值以后避雷器总是先动作，泄放大量能量，限制过电压，保护电气设备。

按发展的先后，目前使用的避雷器有五种，即保护间隙、管型避雷器、阀型避雷器、磁吹阀式避雷器和氧化锌避雷器。保护间隙是最简单形式的避雷器；管型避雷器也是一个保护间隙，但它在放电后能自行灭弧；为进一步改善避雷器的放电特性和保护效果，将原来的单个放电间隙分成许多短的串联间隙。同时增加了非线性电阻，发展成为阀型避雷器。而磁吹阀型避雷器因利用了磁吹式火花间隙，间隙的去游离作用增强，提高了灭弧能力，从而改进了它的保护作用。


8.3 防雷接地

“防雷在于接地”，这句话含义说明各种防雷保护装置都必须配以合适的接地装置。将雷电泄入大地，才能有效地发挥其保护作用。 接地是指将地面上的金属物体或电气回路中的某一节点通过导体与大地保持等电位，电力系统的接地按其功用可分为三类：

工作接地：根据电力系统正常运行的需要而设置的接地，它所要求的接地电阻值约在0.5~10Ω的范围内。

保护接地：不设这种接地，电力系统也能正常运行，但为了人身安全而将电气设备的金属外壳等加以接地，它是在故障的条件下才发挥作用的，它所要求的接地电阻值处于1~10Ω的范围内

防雷接地：用来将雷电流顺利泄入大地，以减小它所引起的过电压，它的性质似乎介于前两种接地之间，它防雷保护装置不可缺少的组成部分，它有些像工作接地；但它又是保障人身安全的有力措施，而且只有在故障下才发挥作用的，它又有些像保护接地，它的阻值一般在1—30Ω的范围内。

8.4 变电站的防雷措施

变电所遭受的雷击是下行雷，主要来自两个方面：一是雷直击在变电所的电 气设备上；二是架空线路的感应雷过电压和直击雷过电压形成的雷电波沿线路侵入变电所。因此，直击雷和雷电波对变电所进线及变压器的破坏的防护十分重要。

(1) 变电所的直击雷防护。装设避雷针是直击雷防护的主要措施，避雷针是保护电气设备、建筑物不受直接雷击的雷电接受器。它将雷吸引到自己的身上，并安全导入地中，从而保护了附近绝缘水平比它低的设备免遭雷击。 装设避雷针时对于35kV变电所必须装有独立的避雷针，并满足不发生反击的要求；对于110kV及以上的变电所，由于此类电压等级配电装置的绝缘水平较高，可以将避雷针直接装设在配电装置的架构上，因此，雷击避雷针所产生的高电位不会造成电气设备的反击事故。

(2) 变电所对侵入波的防护。变电所对侵入波防护的主要措施是在其进线上装设阀型避雷器。阀型避雷器的基本元件为火花间隙和非线性电阻，目前，FS系列阀型避雷器为火花间隙和非线性电阻，其主要用来保护小容量的配电装置SFZ系列阀型避雷器，主要用来保护中等及大容量变电所的电气设备；FCZ1系列磁吹阀型避雷器，来保护变电所高压电气设备。


(3) 变电所的进线防护。对变电所进线实施防雷保护，其目的就是限制流经避雷器的雷电电流幅值和雷电波的陡度。当线路上出现过电压时，将有行波沿导线向变电所运动，其幅值为线路绝缘的50％冲击闪络电压，线路的冲击耐压比变电所设备的冲击耐压要高很多。因此，在靠近变电所的进线上加装避雷线是防雷的主要措施。如果没架设避雷线，当靠近变电所的进线上遭受雷击时，流经避雷器的雷电电流幅值可超过5kA，且其陡度也会超过允许值，势必会对线路造成破坏。

(4) 变压器的防护。变压器的基本保护措施是靠近变压器安装避雷器，这样可以防止线路侵入的雷电波损坏绝缘。 装设避雷器时，要尽量靠近变压器，并尽量减少连线的长度，以便减少雷电电流在连接线上的压降。同时，避雷器的接线应与变压器的金属外壳及低压侧中性点连接在一起，这样，当侵入波使避雷器动作时，作用在高压侧主绝缘上的电压就只剩下避雷器的残压了(不包括接地电阻上的电压压降)，就减少了雷电对变压器破坏的机会。

(5) 变电所的防雷接地。变电所防雷保护满足要求以后，还要根据安全和工作接地的要求敷设一个统一的接地网，然后避雷针和避雷器下面增加接地体以满足防雷的要求，或者在防雷装置下敷设单独的接地体


第9章 总结

本次毕业设计的内容是500KV超高压变电站设计，主要是连接发电厂及各变电所之间的枢纽变电站。在查阅了相关资料，并适合当地的实际条件，进行了此次设计，完成了一下设计内容：负荷表统计及计算负荷的确定、主变的选择和主接线的设计、电流计算，电气设备的选择及校验等。

通过对电气主接线选择、短路电流计算、电气设备的选择、主变压器和母线的主保护等几个方面的论述。同时，在保证设计可靠性,稳定性的前提下，还要兼顾经济性和灵活性，对主接线进行比较后，500KV母线采用一台半断路器接线，8回出线，220KV母线采用双母线带旁路母线接线形式，10KV母线采用单母线分段接线的形式。主要的电气设备和补偿装置根据变电站实际选用情况进行说明性选择。为了方便说明和阅读，在设计的各个部分中还附有大量的公式及所选设备的参数表格

所设计的变电站能够满足工程建设规模要求。采用的电气主接线设计具有供电可靠、调度灵活、运行检修方便且具有经济性和可扩建发展等特点。在设计过程中，对短路点的电流进行了合理的计算。根据对变电站各方面的设计及计算，此设计的500KV变电站在理论上是可以满足运行要求的。






致 谢

本论文的工作是在我的导师的悉心指导下完成的，使我非常感动的是老师从论文的总体结构、研究方向到细微的格式编辑都精心指导亲自修改，老师严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此，谨向老师致以深深地谢意！

感谢几年来在大学为我授课的所有老师辛勤的付出，衷心感谢领导和老师们精心组织的教学和对我的关心和指导。在此向他们表达我的感激之情。

衷心感谢在百忙中评阅论文和参加答辩的各位老师，并诚挚地希望各位老师给予批评指正，祝您们身体健康，工作顺利


参考文献

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