《500kV變電站電氣部分設(shè)計(jì)》14000字（論文）

500kV變電站電氣部分設(shè)計(jì)摘要500kV作為樞紐變電站，擔(dān)負(fù)著周邊220kV變電站和35kV負(fù)荷供電的重要作用，本設(shè)計(jì)主要對(duì)500kV變電站的電氣部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括：電氣主接線設(shè)計(jì)，500kV側(cè)的接線方式采用一臺(tái)半斷路器接線形式，220kV側(cè)的接線方式采用雙母線分段形式，35kV側(cè)的接線方式采用單母線分段形式；主變壓器選型，根據(jù)負(fù)荷計(jì)算出主變壓器的容量及技術(shù)參數(shù)，本設(shè)計(jì)采用自耦單相主變壓器；短路電流計(jì)算，對(duì)三相短路電流和單相短路電流計(jì)算計(jì)算，列出最大的數(shù)值；電氣設(shè)備選型，重點(diǎn)對(duì)斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、互感器等進(jìn)行設(shè)計(jì)和校驗(yàn)，有限選用國(guó)產(chǎn)的型號(hào)，不僅物美價(jià)廉還方面更換；防雷保護(hù)和接地設(shè)計(jì)，對(duì)避雷器進(jìn)行選型，對(duì)接地進(jìn)行設(shè)計(jì)；圖紙繪制，按照題目要求對(duì)電氣主接線圖進(jìn)行繪制。關(guān)鍵詞：500kV變電站；電氣設(shè)計(jì)；電氣主接線；電氣設(shè)備目錄第一章緒論 第一章緒論1.1研究目的和意義一直以來(lái)，電能作為重要的清潔能源，為全世界的生活和科技進(jìn)步提供能源支撐，特別是隨著石油等不可再生能源的儲(chǔ)量進(jìn)一步減少，電能發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。變電站作為電能的傳輸、分配設(shè)施，起著變換分配電能的重要作用[1]。變電站的電壓等級(jí)覆蓋較廣，從10kV到1000kV均有應(yīng)用。500kV一般作為樞紐變電站，涉及的電壓等級(jí)為500kV、220kV和35kV，任何一個(gè)電壓等級(jí)都具有重要意義，因此安全可靠是電力系統(tǒng)的首要要求[2]。本設(shè)計(jì)的目的是通過(guò)500kV變電站的電氣設(shè)計(jì)，掌握國(guó)家和電力行業(yè)的基本法律法規(guī)、技術(shù)規(guī)范和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。變電站的設(shè)計(jì)離不開(kāi)查閱相關(guān)技術(shù)資料和文獻(xiàn)，因此也可以鍛煉對(duì)文獻(xiàn)資料的查閱和使用。除此之外，變電站的設(shè)計(jì)具有專業(yè)性，需要深入進(jìn)行學(xué)習(xí)和研究，因此也可以培養(yǎng)獨(dú)立思考、系統(tǒng)思考的習(xí)慣，進(jìn)一步提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。在進(jìn)入工作崗位之前，完成一次全面系統(tǒng)的變電站設(shè)計(jì)，不僅可以加固理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，還可以提前熟悉相關(guān)專業(yè)技能，對(duì)今后發(fā)展具有重要意義。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀改革開(kāi)放四十年以來(lái)，我國(guó)的生活水平發(fā)生了翻天覆地的變化，人們對(duì)于更高質(zhì)量的生活不斷進(jìn)行追求，這其中就離不開(kāi)對(duì)電能的需求，80年代以來(lái)我國(guó)平均每年新增裝機(jī)在7.2GW[3]，在進(jìn)口這個(gè)需求可能會(huì)更大。我國(guó)對(duì)于500kV變電站的起步較晚，到了80年代才陸續(xù)進(jìn)行研發(fā)和投入使用。目前，基本上每一個(gè)地級(jí)市都具備了自己的500kV變電站，為當(dāng)?shù)靥峁╇娏χ?。目前，我?guó)的500kV正在邁向智能化，比如2020年5月，國(guó)網(wǎng)湖南電力檢修工作開(kāi)啟了我國(guó)的500kV變電站智慧改造工程，后面，其他地區(qū)也陸續(xù)開(kāi)展發(fā)展智能化變電站，其中的重要技術(shù)保護(hù)加裝數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、自動(dòng)感知系統(tǒng)，以減少人工帶來(lái)的誤差。國(guó)外部分發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、德國(guó)等在很早便開(kāi)始了智能化變電站的研發(fā)，目前許多跨國(guó)公司都具有了500kV智能化變電站設(shè)計(jì)的制造的能力，特別是對(duì)于智能化元器件的制造。目前絕大多數(shù)智能化元器件都是國(guó)外定義相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并進(jìn)行制造，比如GIS設(shè)備、斷路器、互感器等，都已經(jīng)具備了智能化的制造工藝。近年來(lái)，國(guó)外開(kāi)發(fā)出了智能機(jī)器人，用來(lái)代替人對(duì)變電站進(jìn)行控制和維護(hù)，不僅可以24小時(shí)不間斷巡檢，還可以有效降低操作失誤，進(jìn)一步節(jié)約能源。下一步，我國(guó)將繼續(xù)加大對(duì)智能化變電站的投入和研究，在智能化、智慧控制、自動(dòng)化等方向擁有獨(dú)立自治的知識(shí)產(chǎn)權(quán)和生產(chǎn)能力，以滿足我國(guó)日益增長(zhǎng)的電力需求。

第二章電氣主接線設(shè)計(jì)電氣主接線代表了變電站的主要功能和連接，通過(guò)電氣主接線就可以了解變電站的負(fù)荷、進(jìn)出線和運(yùn)行情況，因此電氣主接線的設(shè)計(jì)合理與否具有非常重要的意義。本設(shè)計(jì)依據(jù)《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)》《220kV～750kV變電站設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程（DTL5218-2012）》以及相關(guān)文獻(xiàn)資料對(duì)電氣主接線進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.1電氣主接線設(shè)計(jì)原則主接線應(yīng)滿足可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性三項(xiàng)基本要求[4]。下面對(duì)電氣主接線的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行介紹：（1）可靠性。本設(shè)計(jì)中的500kV變電站屬于超高壓變電站，一般發(fā)生故障將造成不可估量的損失，因此電氣可靠性占據(jù)了重要的地位?？煽啃灾饕ㄟ^(guò)主接線的方式確保電力系統(tǒng)不停電，或者即使發(fā)生停電也要盡可能減少停電范圍。（2）運(yùn)行靈活性。為了充分發(fā)揮變電站的電力供應(yīng)作用，要經(jīng)常性對(duì)變電站進(jìn)行控制，這就要求電氣主接線具有一定得運(yùn)行靈活性。比如在檢修、調(diào)度、投切等方面充分考慮靈活性，方便調(diào)度、檢修人員順利開(kāi)展工作。（3）簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于500kV變電站，其投資往往可能達(dá)到億元，屬于投資特別巨大的項(xiàng)目，因此減少投入費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用顯得尤為重要。對(duì)于電氣主接線來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)接線方式、電氣設(shè)備的數(shù)量控制來(lái)盡可能減少變電站的投資。2.2常見(jiàn)電氣主接線（1）內(nèi)橋接線。內(nèi)橋接線是橋型接線的一種，與外橋接線相比，它聯(lián)絡(luò)裝置靠近變壓的一側(cè)[5]。內(nèi)橋接線廣泛應(yīng)用在110kV及以下的電力系統(tǒng)中，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)性好；缺點(diǎn)是無(wú)法擴(kuò)建，只能用于雙回路進(jìn)線。圖2.1內(nèi)橋接線簡(jiǎn)圖（2）單母線分段接線。單母線分段接線廣泛應(yīng)用在220kV及以下的電力系統(tǒng)中，其主要特點(diǎn)是母線分為兩段、兩段母線相互獨(dú)立，這樣就可以保持一主一備的使用方式，只要其中一段母線有電，就可以保證供電穩(wěn)定性；其缺點(diǎn)是供電可靠性不高，很難應(yīng)用在220kV以上的電力系統(tǒng)。圖2.2單母線分段接線簡(jiǎn)圖（3）雙母線接線。雙母線接線廣泛應(yīng)用在330kV及以下的電力系統(tǒng)中，采取的方式與單母線分段類似，采用兩套母線、每套母線獨(dú)立運(yùn)行，兩套母線使用聯(lián)絡(luò)裝置進(jìn)行連接。其優(yōu)點(diǎn)是供電可靠性高，缺點(diǎn)是電氣設(shè)備多、接線復(fù)雜。圖2.3雙母線接線簡(jiǎn)圖雙母線分段接線。雙母線分段接線是在雙母線接線的基礎(chǔ)上將一條或者兩條母線分段，局部形成母線分段的優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)是供電可靠性高，可以滿足絕大多數(shù)的供電系統(tǒng)；缺點(diǎn)是接線復(fù)雜、調(diào)度繁瑣且靈活性較差，廣泛使用在供電質(zhì)量要求高、出線多的用電場(chǎng)所。圖2.4雙母線分段接線簡(jiǎn)圖（5）一臺(tái)半斷路器接線。一臺(tái)半斷路器也成3/2接線，廣泛應(yīng)用在330kV及以上的電力系統(tǒng)中，這種接線方式采取斷路器交叉布置，通過(guò)斷路器的控制來(lái)保障電力的可靠性，其特點(diǎn)是供電可靠，接線清晰，且便于后期擴(kuò)建；缺點(diǎn)是電氣設(shè)備數(shù)量多，經(jīng)濟(jì)性較差。圖2.5一臺(tái)半斷路器接線簡(jiǎn)圖2.3電氣主接線的確定本設(shè)計(jì)擬定了2個(gè)運(yùn)行方案，通過(guò)可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行綜合比較，最終選出最合理的方案。方案一：500kV采用雙母線分段接線，220kV側(cè)采用單母線分段接線，35kV側(cè)采用雙母線接線。其簡(jiǎn)圖如圖2.1所示。圖2.1一次主接線方案一方案二：500kV采用一臺(tái)半斷路器接線，220kV側(cè)采用雙母線分段接線，35kV側(cè)采用單母線分段接線。其簡(jiǎn)圖如圖2.2所示。圖2.2一次主接線方案二下面對(duì)兩種接線方式從可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性方面進(jìn)行綜合比較。其綜合比較見(jiàn)表2-1。表2-1主接線方案綜合比較表方案比較方案一：500kV側(cè)雙母線分段接線；220kV側(cè)單母線分段接線；35kV側(cè)雙母線方案二：500kV側(cè)一臺(tái)半斷路器接線；220kV側(cè)雙母線分段接線；35kV側(cè)單母線分段可靠性500kV側(cè)可靠性較高，220kV側(cè)可靠性較低，35kV側(cè)可靠性高500kV側(cè)可靠性高，220kV側(cè)可靠高，35kV側(cè)可靠性較高靈活性500kV側(cè)接線復(fù)雜，靈活性差；220kV側(cè)接線復(fù)雜、靈活性差、不易于擴(kuò)建；35kV側(cè)接線復(fù)雜500kV側(cè)接線簡(jiǎn)單，靈活性好；220kV側(cè)接線較簡(jiǎn)單，便于維護(hù)和擴(kuò)建；35kV側(cè)接線簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)性500kV側(cè)投資較多；220kV側(cè)投資較多；35kV側(cè)投資多500kV側(cè)投資較多；220kV側(cè)投資較多；35kV側(cè)投資少綜合比較500kV靈活性較差，220kV側(cè)供電可靠性不高，35kV側(cè)接線復(fù)雜、靈活性差、經(jīng)濟(jì)性差。均能滿足供電可靠、經(jīng)濟(jì)性好、靈活性好等優(yōu)點(diǎn)。

第三章主變壓器的選擇主變壓器作為最重要的電氣設(shè)備，其選擇和使用對(duì)于變電站具有決定性作用，本設(shè)計(jì)主要從容量、臺(tái)數(shù)及技術(shù)參數(shù)進(jìn)行綜合選擇，最終確定主變壓器的型號(hào)。3.1主變壓器臺(tái)數(shù)一般認(rèn)為，如果負(fù)載中有重要負(fù)荷，或者需要保障供電的可靠性，那么應(yīng)該至少裝設(shè)2臺(tái)主變壓器[7]。其主要目的是如果其中一臺(tái)發(fā)生故障，另外一臺(tái)能夠負(fù)擔(dān)起至少全部的重要負(fù)荷，確保供電的可靠性。在本設(shè)計(jì)中，由于500kV電壓等級(jí)高、下游電力負(fù)荷多，因此需要配置2個(gè)主變壓器互為備用。3.2負(fù)荷計(jì)算220kV側(cè)負(fù)荷：S35kV側(cè)負(fù)荷：SS當(dāng)其中一臺(tái)主變壓發(fā)生故障的時(shí)候，另外一臺(tái)主變壓器要滿足重要負(fù)荷的供電或者至少提供70%的容量[8]。可確定變壓器的容量：S3.3主變壓器參數(shù)3.3.1相數(shù)的確定在500kV的變電站中，可以使用單相變壓器和三相變壓器.三相變壓器具有體積大、不容易運(yùn)輸、設(shè)備制造困難等缺點(diǎn)，因此本設(shè)計(jì)選用單相變壓器，這種變壓器具有體積小、技術(shù)成熟、備用方便等特點(diǎn)。3.3.2連接方式的選擇變壓器的繞組連接方式須使得其線電壓與系統(tǒng)電壓相位保持一致，否則不能并列運(yùn)行[9]。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，本設(shè)計(jì)選用Ia0i0的連接方式，能夠滿足主變壓器的運(yùn)行需要。3.3.3調(diào)壓方式本設(shè)計(jì)采用有載調(diào)壓，可以帶負(fù)荷調(diào)節(jié)電壓。根據(jù)主變壓器的容量，本設(shè)計(jì)選擇強(qiáng)迫風(fēng)冷卻的冷卻方式。3.3.4冷卻方式冷卻方式與主變壓器容量及當(dāng)?shù)丨h(huán)境因素有關(guān)，在本設(shè)計(jì)中，采用風(fēng)冷卻可以滿足設(shè)計(jì)要求。3.4主變壓器的確定根據(jù)負(fù)荷計(jì)算的結(jié)果和參數(shù)的選擇，本設(shè)計(jì)選擇ODFSZ-250000/500型主變壓器，總?cè)萘繛?50MVA，可以滿足負(fù)荷需要。具體參數(shù)如下所示：表3-1主變壓器變參數(shù)表型號(hào)變比Ud%高?低高?中中?低ODFSZ?250000/500525/4412293.5所用變壓器的確定對(duì)于變電站的照明、通風(fēng)、微機(jī)控制等，需要為其提供電力，一般都采用10/0.4變壓比，供生產(chǎn)和生活需要。本設(shè)計(jì)中，所用變的容量按照主變壓器的1%進(jìn)行計(jì)算，其容量結(jié)果為7500kVA。經(jīng)過(guò)查詢相關(guān)選型手冊(cè)，當(dāng)選在2臺(tái)所用變時(shí)，選擇所用變得容量為6300kVA。其參數(shù)如表3-2所示。所用變采用單母線分段接線，以保障供電可靠性。表3-2站用變壓器參數(shù)表型號(hào)電壓組合連接組別空載電流Ud%高壓分接范圍低壓S9?6300/3535kV±5%0.4kVYd110.6A7.5

第四章短路電流計(jì)算在變電站運(yùn)行中，除了正常運(yùn)行之外，還存在各類故障[10]。短路就是其中一種嚴(yán)重的故障，由于短路時(shí)阻抗很低，因此產(chǎn)生很大的電流，短路電流將影響到電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行[11]。同時(shí)，短路電流的計(jì)算也是為了選擇電氣設(shè)備、校驗(yàn)電氣設(shè)備的熱穩(wěn)定性和動(dòng)穩(wěn)定性，進(jìn)行繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)和調(diào)整。4.1短路電流產(chǎn)生的原因短路電流之所以產(chǎn)生，主要原因就是絕緣遭到破壞。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，造成短路的主要原因包括：輸電線路絕緣遭到破壞；安全距離無(wú)法滿足要求、雷電侵入和操作過(guò)電壓。上述原因有可能使電壓超過(guò)絕緣電壓，造成擊穿形成短路。4.2短路電流分類短路按照對(duì)稱與否可以分為對(duì)稱短路和不對(duì)稱短路[12]。不對(duì)稱又可以分為單相短路、兩相短路。4.3短路電流計(jì)算步驟（1）設(shè)定基準(zhǔn)容量，通過(guò)基準(zhǔn)容量、基準(zhǔn)電壓計(jì)算出基準(zhǔn)電流。（2）對(duì)系統(tǒng)、線路、主變壓器的正序、負(fù)序和零序阻抗標(biāo)幺值進(jìn)行計(jì)算。（3）繪制短路電流等值網(wǎng)絡(luò)圖。（4）在每個(gè)電壓等級(jí)的母線上設(shè)置短路點(diǎn)。（5）根據(jù)基準(zhǔn)電流和阻抗標(biāo)幺值計(jì)算短路電流。（6）分別計(jì)算三相短路電流和單相短路電流，選出較大的結(jié)果。4.4基準(zhǔn)電流計(jì)算本設(shè)計(jì)取基準(zhǔn)容量SB=100MVA。根據(jù)基準(zhǔn)容量和基準(zhǔn)電壓可以計(jì)算出短路電流，其中基準(zhǔn)電壓分為Uj1=525kV，I=S3通過(guò)上述計(jì)算公式可以計(jì)算出基準(zhǔn)電流值分別為：Ij1=0.11kA，I4.5三相短路電流計(jì)算4.5.1對(duì)各個(gè)元件的阻抗標(biāo)幺值進(jìn)行計(jì)算（1）主變壓器阻抗標(biāo)幺值計(jì)算。根據(jù)變壓器參數(shù)，求出的短路電壓為：US1US2US3可得主變壓器的阻抗標(biāo)幺值為：XT1XT2XT3（2）發(fā)電機(jī)阻抗標(biāo)幺值。X（3）升壓變壓器阻抗標(biāo)幺值為：X（3）線路阻抗標(biāo)幺值計(jì)算。本設(shè)計(jì)分2路供電，線路長(zhǎng)度分別為400km和350km，則可求得阻抗標(biāo)幺值為：XX4.5.2選取短路點(diǎn)本設(shè)計(jì)共取3個(gè)短路點(diǎn)，分別位于高壓母線、中壓母線和低壓母線側(cè)，短路點(diǎn)分別取k1、k2、圖4.1短路點(diǎn)位置將發(fā)電機(jī)和升壓變壓器進(jìn)行簡(jiǎn)化，如圖4.2所示。圖4.2等值電路圖化簡(jiǎn)1此時(shí)對(duì)短路電流進(jìn)行計(jì)算：XX將圖4.2進(jìn)一步化簡(jiǎn)，如圖4.3所示。圖4.3等值電路圖化簡(jiǎn)2此時(shí)對(duì)短路電流進(jìn)行計(jì)算：X4.5.3K1點(diǎn)（500kV側(cè)）三相短路電流計(jì)算圖4.4K1K1點(diǎn)的總阻抗標(biāo)幺值計(jì)算結(jié)果為：X對(duì)三相短路電流進(jìn)行計(jì)算：IiI4.5.4K2點(diǎn)（220kV側(cè)）三相短路電流計(jì)算圖4.4K2K2點(diǎn)的總阻抗標(biāo)幺值計(jì)算結(jié)果為：X=對(duì)三相短路電流進(jìn)行計(jì)算：IiI4.5.5K3點(diǎn)（35kV側(cè)）三相短路電流計(jì)算圖4.5K3K3點(diǎn)的總阻抗標(biāo)幺值計(jì)算結(jié)果為：X對(duì)三相短路電流進(jìn)行計(jì)算：IiI4.6單相短路電流計(jì)算4.6.1對(duì)各個(gè)元件的阻抗標(biāo)幺值進(jìn)行計(jì)算（1）主變壓器阻抗標(biāo)幺值計(jì)算。根據(jù)變壓器參數(shù)，求出的短路電壓為：US1US2US3可得主變壓器的阻抗標(biāo)幺值為：XT1XT2XT3（2）發(fā)電機(jī)阻抗標(biāo)幺值。正序：X負(fù)序：X零序：X（3）線路阻抗標(biāo)幺值計(jì)算。正序：XX負(fù)序：XX零序：XX4.6.2K1點(diǎn)（500kV側(cè)）單相短路電流計(jì)算（1）根據(jù)圖4.2、4.3和4.4，可得正序阻抗標(biāo)幺值為：X（2）對(duì)負(fù)序阻抗標(biāo)幺值進(jìn)行計(jì)算：XXX（3）對(duì)零序阻抗標(biāo)幺值進(jìn)行計(jì)算：XXXK1點(diǎn)的總阻抗標(biāo)幺值計(jì)算結(jié)果為：X對(duì)單相短路電流進(jìn)行計(jì)算：IiI4.6.3K2點(diǎn)（220kV側(cè)）單相短路電流計(jì)算K2點(diǎn)的總阻抗標(biāo)幺值計(jì)算結(jié)果為：X=對(duì)三相短路電流進(jìn)行計(jì)算：IiI4.6.4K3點(diǎn)（35kV側(cè)）單相短路電流計(jì)算K3點(diǎn)的總阻抗標(biāo)幺值計(jì)算結(jié)果為：X對(duì)三相短路電流進(jìn)行計(jì)算：I根據(jù)上述計(jì)算，35kV側(cè)的短路電流達(dá)到52.58kA，此時(shí)需要加裝串聯(lián)電抗，降低短路電流。本設(shè)計(jì)在加裝后，35kV側(cè)的短路電流應(yīng)小于31.5kA，則35kV的阻抗標(biāo)幺值應(yīng)為0.15以上。此時(shí)對(duì)電抗器的阻抗標(biāo)幺值進(jìn)行計(jì)算：X根據(jù)查詢選型手冊(cè)，初步選用CKDGKL-500/35-10型的電抗器，其IN=5A，電抗率為10%?？傻么坞娍蛊鞯碾娍箻?biāo)幺值為：10%即電抗的阻抗標(biāo)幺值為0.4，經(jīng)過(guò)串聯(lián)電抗后，X總的阻抗標(biāo)幺值為：IiI4.7短路電流結(jié)果比較根據(jù)單相短路電流計(jì)算，在35kV側(cè)需要加裝電抗器，因此對(duì)三相短路電流的35kV側(cè)進(jìn)行重新計(jì)算：K3點(diǎn)的總阻抗標(biāo)幺值計(jì)算結(jié)果為：X對(duì)三相短路電流進(jìn)行計(jì)算：IiI根據(jù)三相短路電流和單相短路電流的比較，其短路電流如表4-1和4-2所示，經(jīng)過(guò)比較后選擇較大的數(shù)值，最終選擇表4-2。表4-1三相短路電流計(jì)算統(tǒng)計(jì)表電壓等級(jí)短路點(diǎn)三相短路電流有名值沖擊電路最大值沖擊電路有效值500kVk5.5kA14.03k8.31kA220kVk8.93kA22.77kA13.48kA35kVk7.8kA19.89kA11.78kA表4-2單相短路電流計(jì)算統(tǒng)計(jì)表電壓等級(jí)短路點(diǎn)短路電流有名值沖擊電路最大值沖擊電路有效值500kVk5.59kA14.25kA8.44kA220kVk11.19kA28.53kA16.9kA35kVk19.5kA49.73kA29.45kA

第五章電氣設(shè)備的選擇電氣設(shè)備的正確選擇將對(duì)變電站的平穩(wěn)運(yùn)行具有重要意義，這是因?yàn)樽冸娬镜淖冸姟⑤旊姾团潆娭饕蕾囯姎庠O(shè)備完成具體的功能。電氣選擇的正確不僅可以降低變電站投資[13]，還可以保證功能的完整性。本設(shè)計(jì)中的電氣設(shè)備重點(diǎn)考慮國(guó)產(chǎn)系列。5.1電氣設(shè)備選擇原則首先根據(jù)正常工作狀態(tài)下的額定電壓、額定電流等，可以選擇出滿足基本使用條件的電氣設(shè)備。然后進(jìn)行校核，主要包括熱穩(wěn)定性和動(dòng)穩(wěn)定性，斷路器還要考慮開(kāi)斷能力。UN≥IN＞It2t＞I∞ies＞ish5.2斷路器選型隨著科技的進(jìn)步，多油或者少油型的斷路器基本已經(jīng)被淘汰，其原因主要是性能不完善、維護(hù)困難，目前主流的斷路器類型是真空斷路器，內(nèi)部采用SF6絕緣氣體，具有斷流能力強(qiáng)、滅弧能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定、免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。因此本設(shè)計(jì)中的斷路器均采用真空斷路器。5.2.1500kV側(cè)斷路器選擇及校驗(yàn)（1）根據(jù)最大運(yùn)行電流選擇。IN3N根據(jù)其電壓等級(jí)，初選LW6?500/3150型斷路器，其技術(shù)數(shù)據(jù)如表5-1所示：表5-1LW6?500/3150技術(shù)數(shù)據(jù)型號(hào)額定電壓額定電流開(kāi)斷電流極限通過(guò)電流熱穩(wěn)定電流（4s）分閘時(shí)間LW6?500/3150500kV3150A50125400.02s（2）熱穩(wěn)定性和動(dòng)穩(wěn)定性校驗(yàn)。短路電流時(shí)間：tbr=0.02st短路電流周期分量的熱效應(yīng)Qp為：Q由于短路電流切除時(shí)間tkQ（3）開(kāi)斷能力校驗(yàn)。根據(jù)：I其中：I表5-2熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定計(jì)算表項(xiàng)目計(jì)算設(shè)備熱穩(wěn)定校驗(yàn)QI動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)ii開(kāi)斷能力校驗(yàn)II結(jié)論：可以滿足要求。5.2.2220kV斷路器選擇及校驗(yàn)（1）根據(jù)最大運(yùn)行電流選擇。I13Nmax根據(jù)其電壓等級(jí)，選擇LW6?220/2500型斷路器，其技術(shù)參數(shù)如表5-3：表5-3LW6?220/2500技術(shù)參數(shù)型號(hào)額定電壓額定電流開(kāi)斷電流極限通過(guò)電流熱穩(wěn)定電流（4s）分閘時(shí)間LW6?220/2500220kV2500A40125400.06s（2）熱穩(wěn)定性和動(dòng)穩(wěn)定性校驗(yàn)。短路電流時(shí)間：tbr=0.06st短路電流周期分量的熱效應(yīng)Qp為：Q由于短路電流切除時(shí)間tkQ（3）開(kāi)斷能力校驗(yàn)。根據(jù)：I其中：I表5-4熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定計(jì)算表項(xiàng)目計(jì)算設(shè)備熱穩(wěn)定校驗(yàn)QI動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)ii開(kāi)斷能力校驗(yàn)II結(jié)論：可以滿足要求。5.2.335kV斷路器選擇及校驗(yàn)（1）根據(jù)最大運(yùn)行電流選擇。I23N根據(jù)其電壓等級(jí)，初步選擇LW8?35/2000型斷路器，其技術(shù)參數(shù)如表5-5所示：表5-5LW8?35/2000技術(shù)參數(shù) 型號(hào)額定電壓額定電流開(kāi)斷電流極限通過(guò)電流熱穩(wěn)定電流（4s）分閘時(shí)間LW8?35/200035kV2000A4010040kA0.06s（2）熱穩(wěn)定性和動(dòng)穩(wěn)定性校驗(yàn)。短路電流時(shí)間：tbr=0.06st短路電流周期分量的熱效應(yīng)Qp為：Q由于短路電流切除時(shí)間tkQ（3）開(kāi)斷能力校驗(yàn)。根據(jù)：I其中：I表5-6熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定計(jì)算表項(xiàng)目計(jì)算設(shè)備熱穩(wěn)定校驗(yàn)QI動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)ii開(kāi)斷能力校驗(yàn)II結(jié)論：可以滿足要求。5.3隔離開(kāi)關(guān)選型隔離開(kāi)關(guān)的作用是創(chuàng)造一個(gè)可視化斷口，運(yùn)行和操作人員可以通過(guò)可視化斷口來(lái)判斷線路的開(kāi)斷情況，以保障人身和設(shè)備安全。但是隔離開(kāi)關(guān)不能開(kāi)斷電流，只能在線路斷開(kāi)的情況下進(jìn)行操作，因此要注意操作順序和規(guī)程，防止引發(fā)安全事故[14]。本設(shè)計(jì)中500kV和220kV隔離開(kāi)關(guān)帶有接地功能，35kV隔離開(kāi)關(guān)不帶接地功能。5.3.1500kV隔離開(kāi)關(guān)選擇及校驗(yàn)（1）根據(jù)最大運(yùn)行電流選擇：I根據(jù)其電壓等級(jí)，選擇GW6?500D/2500型隔離開(kāi)關(guān)，其技術(shù)數(shù)據(jù)如表5-7：表5-7GW6?500D/2500技術(shù)數(shù)據(jù)型號(hào)額定電壓額定電流極限通過(guò)電流熱穩(wěn)定電流（3s）GW6?500D/2500500kV2500A8040（2）熱穩(wěn)定性和動(dòng)穩(wěn)定性校驗(yàn)。短路電流時(shí)間：tbr=0.02st短路電流周期分量的熱效應(yīng)Qp為：Q由于短路電流切除時(shí)間tkQ表5-8熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定計(jì)算表項(xiàng)目計(jì)算設(shè)備熱穩(wěn)定校驗(yàn)QI動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)ii結(jié)論：可以滿足要求。5.3.2220kV隔離開(kāi)關(guān)選擇及校驗(yàn)（1）根據(jù)最大運(yùn)行電流選擇：I根據(jù)其電壓等級(jí)，初選GW6?220D/2500型隔離開(kāi)關(guān)，其技術(shù)參數(shù)如表5-9：表5-9GW6?220D/2500技術(shù)參數(shù)型號(hào)額定電壓額定電流極限通過(guò)電流GW6?220D/2500220kV2500A100（2）熱穩(wěn)定性和動(dòng)穩(wěn)定性校驗(yàn)。短路電流時(shí)間：tbr=0.06st短路電流周期分量的熱效應(yīng)Qp為：Q由于短路電流切除時(shí)間tkQ表5-10熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定計(jì)算表項(xiàng)目計(jì)算設(shè)備熱穩(wěn)定校驗(yàn)QI動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)ii結(jié)論：可以滿足要求。5.3.335kV隔離開(kāi)關(guān)選擇及校驗(yàn)（1）根據(jù)最大運(yùn)行電流選擇：I根據(jù)其電壓等級(jí)，初步選擇GW4?35/2000型隔離開(kāi)關(guān)，其技術(shù)參數(shù)表5-11：表5-11GW4?35/2000技術(shù)參數(shù)型號(hào)額定電壓額定電流極限通過(guò)電流熱穩(wěn)定電流（4s）GW4?35/200035kV2000A10040（2）熱穩(wěn)定性和動(dòng)穩(wěn)定性校驗(yàn)。短路電流時(shí)間：tbr=0.06st短路電流周期分量的熱效應(yīng)Qp為：Q由于短路電流切除時(shí)間tkQ表5-12熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定計(jì)算表項(xiàng)目計(jì)算設(shè)備熱穩(wěn)定校驗(yàn)QI動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)ii結(jié)論：可以滿足要求。5.4電流互感器選型電流互感器的作用是將一次電流通過(guò)繞組的變化變?yōu)槎坞娏鳎赃M(jìn)行計(jì)量、監(jiān)測(cè)和測(cè)量。5.4.1500kV側(cè)電流互感器的選擇及校驗(yàn)（1）根據(jù)最大運(yùn)行電流選擇：Imax=（2）根據(jù)其電壓等級(jí)和額定電流，選擇的電流互感器如表5-13所示。表5-13LVQBT型號(hào)額定電流比級(jí)次組合容量（VA）1s熱穩(wěn)定倍數(shù)動(dòng)穩(wěn)定倍數(shù)LVQB1000/50.2/0.5/D2075135（3）選擇互感器連接導(dǎo)線截面。根據(jù)容量，可以計(jì)算出最大負(fù)荷：Z則：rre=0.2Ωr計(jì)入接觸電阻0.1Ω，則連接導(dǎo)線電阻不得超過(guò)：0.8?（0.2+0.1+0.16）=0.34Ω此時(shí)對(duì)最小截面進(jìn)行計(jì)算：S≥需要選用標(biāo)準(zhǔn)截面積為1.5mm2的銅線，此時(shí)可以計(jì)算其接線電阻為：r此時(shí)，二次側(cè)負(fù)荷：Z可以滿足允許最大負(fù)荷0.8Ω的要求。（4）對(duì)熱穩(wěn)定進(jìn)行校驗(yàn)：I（5）對(duì)動(dòng)穩(wěn)定進(jìn)行校驗(yàn)：2結(jié)論：滿足校驗(yàn)要求。5.4.2220kV側(cè)電流互感器的選擇及校驗(yàn)（1）根據(jù)最大運(yùn)行電流選擇：Imax=（2）根據(jù)其電壓等級(jí)，選擇的電流互感器如表5-14所示。表5-14LCW?220技術(shù)參數(shù)型號(hào)額定電流比級(jí)次組合容量（VA）1s熱穩(wěn)定倍數(shù)動(dòng)穩(wěn)定倍數(shù)LCW?2202500/50.5/D/D/D2075135（3）選擇互感器連接導(dǎo)線截面。根據(jù)容量，可以計(jì)算出最大負(fù)荷：Z則：rr計(jì)入接觸電阻0.1Ω，則連接導(dǎo)線電阻不得超過(guò)：0.8?（0.2+0.1+0.16）=0.34Ω此時(shí)對(duì)最小截面進(jìn)行計(jì)算：S≥需要選用標(biāo)準(zhǔn)截面積為1.5mm2的銅線，此時(shí)可以計(jì)算其接線電阻為：r此時(shí)，二次側(cè)負(fù)荷：Z可以滿足允許最大負(fù)荷0.8Ω的要求。（4）對(duì)熱穩(wěn)定進(jìn)行校驗(yàn)：（（5）對(duì)動(dòng)穩(wěn)定進(jìn)行校驗(yàn)：2結(jié)論：滿足校驗(yàn)要求。5.4.335kV側(cè)電流互感器的選擇及校驗(yàn)（1）根據(jù)最大運(yùn)行電流選擇：Imax=（2）根據(jù)其電壓等級(jí)，選擇的電流互感器如表5-15所示。表5-15LZZBJ9?35技術(shù)參數(shù)型號(hào)額定電流比級(jí)次組合容量（VA）1s熱穩(wěn)定倍數(shù)動(dòng)穩(wěn)定倍數(shù)LZZBJ9?352000/50.5/D204090（3）選擇互感器連接導(dǎo)線截面。根據(jù)容量，可以計(jì)算出最大負(fù)荷：Z則：rrer計(jì)入接觸電阻0.1Ω，則連接導(dǎo)線電阻不得超過(guò)：0.8?（0.2+0.1+0.16）=0.34Ω此時(shí)對(duì)最小截面進(jìn)行計(jì)算：S≥需要選用標(biāo)準(zhǔn)截面積為2.5mm2的銅線，此時(shí)可以計(jì)算其接線電阻為：r此時(shí)，二次側(cè)負(fù)荷：Z可以滿足允許最大負(fù)荷0.8Ω的要求。（4）對(duì)熱穩(wěn)定進(jìn)行校驗(yàn)：I（5）對(duì)動(dòng)穩(wěn)定進(jìn)行校驗(yàn)：2結(jié)論：滿足校驗(yàn)要求。5.5電壓互感器選型電壓互感器的作用是將一次電流通過(guò)繞組的變化變?yōu)槎坞妷?，以進(jìn)行計(jì)量、監(jiān)測(cè)和測(cè)量。根據(jù)接線形式不同，二次電壓一般為0.1/3或者0.1。本設(shè)計(jì)中500kV和220kV電壓互感器采用戶外式，35kV電壓互感器采用戶內(nèi)式。5.5.1500kV側(cè)電壓互感器的選擇根據(jù)電壓等級(jí)和使用條件，電壓互感器如表5-16所示。表5-16JVQT?500技術(shù)參數(shù)型號(hào)額定變比額定容量VATY5000.2級(jí)0.5級(jí)1503005.5.2220kV側(cè)電壓互感器的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)要求和使用條件，電壓互感器如表5-17所示。表5-17JCC2?220技術(shù)參數(shù)型號(hào)額定變比額定容量VATYD220/2200.2級(jí)0.5級(jí)1級(jí)1002004005.5.335kV側(cè)電壓互感器的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)要求和使用條件，電壓互感器如表5-18所示。表5-18JDZXF9?35技術(shù)參數(shù)型號(hào)額定變比額定容量VAJDZXF9?3535/0.1/0.1kV0.5級(jí)1級(jí)3級(jí)1202505005.6變電站導(dǎo)體選型導(dǎo)體的主要作用是承載電流，導(dǎo)體的截面積決定了載流量的大小。導(dǎo)體按照形式可以分為軟導(dǎo)體和硬導(dǎo)體，按照材質(zhì)可以分為鋁導(dǎo)體和銅導(dǎo)體，鋁導(dǎo)體的特點(diǎn)是價(jià)格便宜、儲(chǔ)存量大，缺點(diǎn)是載流量較小。5.6.1500kV導(dǎo)體的選擇及校驗(yàn)應(yīng)選用管型鋁錳合金，因?yàn)楣苄蛯?dǎo)體集膚效應(yīng)系數(shù)小，機(jī)械強(qiáng)度較高，通常用于110KV及以上配電裝置。（1）對(duì)500kV側(cè)的最大運(yùn)行電流進(jìn)行計(jì)算：Imax=根據(jù)計(jì)算出來(lái)的電流，經(jīng)過(guò)查閱設(shè)備手冊(cè)，導(dǎo)體尺寸D1/D2mm截面積長(zhǎng)期允許額定電流集膚效應(yīng)系數(shù)K70/64631mm1413A1.02（2）對(duì)熱穩(wěn)定進(jìn)行校驗(yàn)：當(dāng)環(huán)境溫度為35℃時(shí)Iθ=因此熱穩(wěn)定系數(shù)C=93 S結(jié)論：可以滿足熱穩(wěn)定要求。5.6.2220kV導(dǎo)體的選擇及校驗(yàn)仍應(yīng)選用選用鋁錳合金（1）對(duì)220kV側(cè)的最大運(yùn)行電流進(jìn)行計(jì)算：Imax=根據(jù)計(jì)算出來(lái)的電流，經(jīng)過(guò)查閱設(shè)備手冊(cè)，導(dǎo)體尺寸D1/D2mm截面積長(zhǎng)期允許額定電流集膚效應(yīng)系數(shù)K130/1162705mm3511A1.02（2）對(duì)熱穩(wěn)定進(jìn)行校驗(yàn)： 當(dāng)環(huán)境溫度為35℃時(shí)Iθ=因此熱穩(wěn)定系數(shù)C=95 S結(jié)論：可以滿足熱穩(wěn)定要求。5.6.335kV導(dǎo)體的選擇及校驗(yàn)選用矩形導(dǎo)體（1）對(duì)35kV側(cè)的最大運(yùn)行電流進(jìn)行計(jì)算：Imax根據(jù)計(jì)算出來(lái)的電流，經(jīng)過(guò)查閱載流量表，可以選擇?×b(mm×mm)三條整放K80×82809A1.44（2）對(duì)熱穩(wěn)定進(jìn)行校驗(yàn)：當(dāng)環(huán)境溫度為35℃時(shí)Iθ=因此熱穩(wěn)定系數(shù)C=95 S結(jié)論：可以滿足熱穩(wěn)定要求。（3）對(duì)動(dòng)穩(wěn)定進(jìn)行校驗(yàn)：導(dǎo)體的自振頻率m=J=f沖擊電流 i單位長(zhǎng)度導(dǎo)體所受相間電動(dòng)力計(jì)算f抗彎矩ω=3.3σ母線同相條間應(yīng)力2b??4b?b查導(dǎo)體形狀系數(shù)曲線可得K12=0.462臨界跨距λ=1197L條間襯墊最大跨距LLb應(yīng)小于Lcr及L5.6.4導(dǎo)體所受的最大彎矩Mmax和應(yīng)力σ1、母線自重產(chǎn)生的垂直彎矩M1查找跨等距連續(xù)梁內(nèi)力系數(shù)表可知，均布負(fù)荷最大彎矩系數(shù)為0.125?！郙其中q——自重，ljs2、集中荷載產(chǎn)生的垂直彎矩M查表得集中荷載最大彎矩系數(shù)為0.188。M其中P——隔離開(kāi)關(guān)觸頭加金具重15Kg。3、最大風(fēng)速產(chǎn)生的水平彎矩M3,取風(fēng)速不均勻系數(shù)aυ=1,空氣動(dòng)力系數(shù)K風(fēng)壓

f=M∴母線承受最大彎矩為M承受最大應(yīng)力為σ其中ω=33.8cm5.7避雷器選型5.7.1500kV避雷器的選擇1.站用避雷器選擇。（1）按額定電壓選擇U0.75（2）按持續(xù)運(yùn)行電壓選擇。U=550/選擇設(shè)備：Y10W1?420/930表5-21Y10W1?420/930技術(shù)數(shù)據(jù)避雷器額定

系統(tǒng)額定

持續(xù)運(yùn)行

操作沖擊電壓殘壓陡波沖擊電壓

雷電沖擊

420kV540kV318kV816kV1075kV960kV2.校驗(yàn)（1）對(duì)雷電沖擊電壓殘壓進(jìn)行校驗(yàn)U=故滿足要求。（2）對(duì)操作沖擊電壓殘壓進(jìn)行校驗(yàn)U=故滿足要求。（3）對(duì)陡波沖擊電壓殘壓進(jìn)行校驗(yàn)U=故可以滿足要求。3、中性點(diǎn)避雷器選擇。（1）按額定電壓選擇U（2）按持續(xù)運(yùn)行電壓選擇。U=0.1×550=55kV選擇YH1.5W5?132/320W表5-22YH1.5W5?132/320W技術(shù)數(shù)據(jù)避雷器額定

持續(xù)運(yùn)行

操作沖擊電壓

雷電沖擊電壓

132kV105.6kV272kV320kV4.中性點(diǎn)避雷器校驗(yàn)（1）500kV中性點(diǎn)雷電全波和截波耐受電壓為325kV＞320kV故滿足要求。（2）按操作沖擊電壓校驗(yàn)U=故滿足要求5.7.2220kV避雷器的選擇1.站用避雷器選擇。（1）按額定電壓選擇U0.75（2）持續(xù)運(yùn)行電壓選擇。U=252/選擇設(shè)備：YH10WZ?192/500表5-23Y10W1?420/930技術(shù)數(shù)據(jù)額定電壓

持續(xù)運(yùn)行

雷電沖擊

操作沖擊電壓殘壓192kV150kV500kV426kV2.校驗(yàn)（1）對(duì)雷電沖擊電壓殘壓進(jìn)行校驗(yàn)U=故滿足要求。（2）對(duì)操作沖擊電壓殘壓進(jìn)行校驗(yàn)U=故滿足要求。（3）對(duì)陡波沖擊電壓殘壓進(jìn)行校驗(yàn)U=故可以滿足要求。3、中性點(diǎn)避雷器選擇。（1）按額定電壓選擇U（2）按持續(xù)運(yùn)行電壓選擇。U=0.46×252=115.92kV選擇Y1.5W5?144/320表5-24Y1.5W5?144/320技術(shù)數(shù)據(jù)避雷器額定

持續(xù)運(yùn)行

操作沖擊電壓

雷電沖擊電壓

144kV116kV299kV320kV4.中性點(diǎn)避雷器校驗(yàn)（1）2200kV中性點(diǎn)雷電全波和截波耐受電壓為400kV＞320kV故滿足要求。（2）按操作沖擊電壓校驗(yàn)U=故滿足要求5.7.335kV避雷器的選擇1、避雷器的選擇Umax=40.5選擇35kV普通閥型避雷器，額定電壓應(yīng)大于40.5kV。故選擇35kV避雷器額額定電壓為44kV。選擇型號(hào)為FZ-44的避雷器。表5-25FZ?44技術(shù)數(shù)據(jù)型號(hào)額定電壓

滅弧電壓

工頻放電

電壓沖擊放電電壓

雷電沖擊漏電

FZ?4444kV50k102-122k151k151k2.校驗(yàn)（1）U可得，35kV閥式避雷器雷電沖擊電流殘壓選擇134kV，滿足要求。（2）操作沖擊電壓殘壓校驗(yàn)：U可以滿足要求。（3）工頻放電電壓下限為93.5kV＜102kV，故滿足要求。第六章配電裝置6.1配電裝置的概述配電裝置是用來(lái)接受和分配電能的總體裝置[13]。在進(jìn)行變電站設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡乩憝h(huán)境對(duì)配電裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，由于220kV和110kV配電裝置體積大、電氣距離要求高，因此需要進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)主要針對(duì)屋外配電裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)。一個(gè)合理的配電裝置應(yīng)該至少滿足以下要求：1.符合國(guó)家政策。由于變電站跨度大、面積大，不可避免的要穿越居民區(qū)、耕地、湖泊等，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要符合國(guó)家有關(guān)土地、建設(shè)等政策，防止因?yàn)椴粷M足政策要求而導(dǎo)致項(xiàng)目受阻。2.運(yùn)行可靠。220kV變電站擔(dān)負(fù)著重要的供電任務(wù)，因此必須要保證運(yùn)行可靠，配電裝置的設(shè)計(jì)可以極大地影響運(yùn)行，一個(gè)合理的設(shè)計(jì)可以提高供電的可靠性。3.便于檢修。由于變電站需要經(jīng)常性的進(jìn)行檢修，需要工作人員進(jìn)入變電站進(jìn)行檢修，這就需要配電裝置設(shè)計(jì)合理，為檢修工作提供便利。4.節(jié)約資源。變電站的建設(shè)需要耗費(fèi)大量的建筑材料、鋼材和其他材料，可以通過(guò)配電裝置的合理設(shè)計(jì)減少資源的消耗。6.2配電裝置的分類配電裝置主要可以分為屋外和屋內(nèi)型，屋外配電裝置按照結(jié)構(gòu)形式主要可以分為普通中型、半高型、高型。普通中型配電裝