500KV变电站设计.doc

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1、.- 吉林大学远程教育 本本科科生生毕毕业业论论文文（设设计计） 中中文文题题目目 500KV 变电站设计变电站设计 学学生生姓姓名名 邢邢恩恩来来 专专业业 电电气气工工程程及及其其自自动动化化 层层次次年年级级 2 20 01 15 5 专专升升本本 学学号号 2 20 07 73 30 01 10 01 10 01 11 11 11 1 指指导导教教师师 于于晓晓辉辉 职职称称 讲讲师师 学学习习中中心心 永永年年县县职职业业技技术术教教育育中中心心 成成绩绩 .- 2017年年4月月1日日 .- 摘摘 要要 变电站是直接影响整个电力系统的安全性和经济性的一个重要组成部分， 它是联系发电

2、厂和用 户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。 本次毕业 设计针对 500kV 变电站的特点，以电气设计部分为核心，通过分析拟建变电站 的进出线方向和负荷等原始资料，从可靠性、安全性、经济性等其他方面的考虑，确定 电气主接线方式，主变压器的容量、数量的确定，负荷分析及计算，以及短路电流的计 算和变电所主要电气设备的选择（包括断路器，隔离开关，互感器等）， 并在选择时对电气设备进行了必要的计算和校验。同时，针对本次设计，完 成相应图纸的绘制。 关键词：变电站；500KV；电力系统 .- ABSTRACT Substation is the important part of power sys

3、tem, it directly influences the who le power system safe and economic operation of the power plant and the user, is t he intermediate link, plays a role in transformation and distribution of electricity. T h e graduation design for 500kV the characteristics of substation, electrical design as the co

4、 re, through the analysis of the substation and the orientation of a line and loa d data from the original, reliability, safety, economic and other aspects to cons ider, determine the main electrical wiring mode. Mainly from the main transformer capa city, quantity determination, load analysis and c

5、alculation, a n d the short circuit current ca lculation and substation main electrical equipment selection ( including circuit breaker,isolati ng switch, transformer a n d so n ) , and the choice o f electrical equipment i s necessar y to calculate and check. At the same time, according to the desi

6、gn, complete the d rawing. Keywords:Substation；500KV；Power system .- 目目 录录 前言.1 第一章、绪论.2 1.1 论文背景.2 1.2 研究意义.2 第二章、500KV 变电站设计研究.2 2.1 变电站设计的目的和原则.2 2.2 设计方案和模块划分.3 2.3 主要技术方案.3 2.3 负荷计算.2 2.3.1 电气一次部分.4 2.3.2 二次部分.7 2.3.3 土建部分.8 2.4 本章小结.9 第三章、结论. .11 参考文献参考文献.12 致 谢.13 .- 前言前言 我国是世界能源消耗大国，煤炭消费总量居世

7、界第一位，消费总量 居世界第 二位，但一次能源分布和生产力发展水平却很不均匀。水能、 煤炭主要分布在西部和北部，能源和电力需求主要集中在东部和中部经 济发达地区。这种能源分布与消费的不平衡状况，决定了我国的能源 配置上必须以大煤电基地、大水电基地为依托。实现煤电就地转换 和水电大规模开发。而变电站担负着从电力系统受电，经过变压，然后 分配电能的任务，是输送和分配电能的中转站，是供电系统的枢纽，在 全国电网中占 有特殊重要的位置。 本设计对变电站内最重要的电气设备如主变压器、导线、电气设备等元 器件，进 行了比较和选择，主变压器最终为 2 台，追求设备寿命期内最优 的经济效益。站内主接线分为 5

8、00kV、220kV35 kV 三个电压等级。各个电压 等级分别采用 211 断路器接线、双母线和单母线分段的接线方式。电气主 接线是发电厂和变电站的重要环节，电气主接线的拟定直接关系着全 站电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动 装置的确定，是变电站投资大小的决定性因素。在短路电流方面，讲述 了短路电流的 危害以及三个电压等级处短路电流的计算。电气设备的选 择以各种元器件如何选择参数为主，因为只要确定了器件的参数就能 十分容易的根据电力手册查出元件型号。最后，还对导线截面的确 定以及导线截面积的校验方法进行说明，使变电站电气一次部分基 本完成。 .- 第一章第一章 绪论绪论 本章首先

9、对 500KV 变电站设计发展现状进行说明，然后介绍了 500KV 变电 站设计中的原则，重点分析了 500KV 变电站设计的各个模块，由此引出本论文 的研究方向和意义。最后简要介绍了本设计的特点。 1.11.1 论文背景论文背景 我国是世界能源消费大国，煤炭消费总量居世界第一位，电力消费总量居 世界第二位，但由于我国地域广阔，一次能源分布和生产力发展水平很不均衡。 水能、煤炭主要分布在西部和北部，能源和电力需求主要集中在东部和中部经 济发达地区长期以来的“重发轻供”造成电网建设严重不足，电网发展严重滞 后。 预计未来巧年间，我国将需要新增装机 500GW 以上，年均新增装机超过 33GW 。

10、这意味着我国电网不仅要“补旧的”，还要“谋发展”，面临着持续增 加输送能力，将大量电力从发电厂安全可靠地输送到终端用户的艰巨任务。 1.21.2 研究意义研究意义 为此，加快建设以特高压电网为核心的坚强电网，提高现有电网的输送能 力，加强城市电网建设与改造，努力实现各级电网协调发展，以满足国民经济 快速发展和更大范围资源优化配置的需要。今后一段时期电网建设将继续保持 快速发展。如此大规模的电网建设，必须实施集约化管理，发挥规模优势，提 高资源利用率，提高电网工程的建设和管理效率，从而提高整体效益。 第二章第二章 500KV500KV 变电站设计研究变电站设计研究 本章首先介绍了 500KV 变

11、电站设计的目的和原则，然后对各个设计方案进 行了探讨，最后定型设计模式，介绍各个设计模块，对设计模块进行了详细的 阐述。 2.12.1 变电站设计的目的和原则变电站设计的目的和原则 开展变电站设计工作的目的是：统一建设标准，统一设备规范；方便设备 招标，方便运行维护；降低变电站建设和运营成本；加快初步设计、评审进度， 提高工作效率。 变电站设计的原则是:安全可靠、技术先进、投资合理、标准统一、运行高 .- 效。为此，在设计中，要注意处理和解决设计方案的统一性、适应性、灵活性、 先进性、可靠性和经济性及其相互之间的辩证统一关系。 适应性:设计要综合考虑各地区的实际情况，要在电网系统中具有广泛的适

12、 用性，并能在一定的时间内，对不同规模、型式、外部条件均能适用。 灵活性:设计模块间接口灵活，增减方便，组合型式多样，概算调整方便。 先进性:设计方案、设备选型先进、合理，占地少、注重环保，变电站技术 经济指标先进。 可靠性:适当提高设备水平，保证变电站设备的可靠性，保证各个模块和模 块拼接后的可靠性，以确保各设计方案的安全可靠性。 经济性:按照企业利益最大化原则，综合考虑工程初期投资和长期运行费用， 追求设备寿命期内最优的经济效益。 设计要树立全局意识、大局意识和企业意识，要坚持“基建为生产服务”、 “以人为本”和“可持续发展”的理念，当前的重点是“节约占地、节约投资、 提高效率、降低运行成

13、本”。具体设计要综合考虑“每个设备的合理性、每个 布置的合理性、每项改进的合理性、每个方案的合理性”。 2.22.2 设计设计方案和模块划分方案和模块划分 根据目前实际情况，并适当考虑发展裕度，按照变电站主要设备型式可划 分为 4 个设计基本方案，即 GIS , HGIS(仅限于 500kV、瓷柱式断路器、罐式断 路器方案；按照影响总平面布置的主要因素，500kV 变电站的设计可分为 6 个 基本模块:500kV 配电装置、220kV 配电装置、主变和 35 (66) kV 配电装置、高 抗、站用电和主控楼模块。再综合考虑电压等级、主变容量、无功补偿、出线 回路和方向、电气主接线、短路电流、设

14、备型式、配电装置、控制及远动、建 筑面积等条件可进一步划分了方案和了模块。 这些基本方案涵盖了目前系统 500 kV 变电站各种情况。瓷柱式断路器方案 适用于一般常规地区；罐式断路器方案适用于抗震要求高、占地相对紧凑和寒 冷地区；GIS 方案适用于可靠性要求高、场地狭小、人口稠密、海拔高、污秽 严重等地区；HGIS 方案适用于场地狭小、人口稠密、海拔高、污秽严重等地区， 但相对于 GIS 方案可靠性要求略低，而投资限制更严的情况。以上方案的划分， 既体现了实事求是的原则，又使得各方案具有广泛的适用性。 .- 2.32.3 主要技术方案主要技术方案 2.3.02.3.0 负荷计算负荷计算 本设计

15、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。 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。计算过程详见 附录计算书，当期变电站计算负荷为 S500=Sc 远景最大计算总负荷 S总=TSc（1+X%）20 T-同期系数 Sc-初期负荷 X%-线损率 2.3.12.3.1 电气一次部分电气一次部分 500kV 配电装置接线采用一个半断路器接线；采用双母线接线，选用敞开 式设备时采用一个半断路器接线。一个半断路器接线应避免初期形成 2 个

16、完整 串的配串方案，进出线不装设出口隔离开关，220kV (110kV)电压等级的接线形 式采用双母线接线，根据进出线规模按相关规程规定母线单分段或双分段。 35kV (66kV)电压等级的接线形式采用单母线接线，主变进线回路按装设和 不装设总断路器两种方式考虑。对于大容量的变压器，考虑到低压侧短路电流 和额定电流较大，变压器低压侧采用 66kV 电压等级。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。 配电装置的间隔尺寸。500kV 主变压器的构架宽度为 36m。GIS 方案配电装 置的间隔宽度分别为:500kV 出线间隔为 26m；220kV 出线采用 2 个间隔 1 跨梁

17、， 宽度为 25.5m。HGIS、瓷柱式断路器以及罐式断路器方案的间隔宽度分别为: 500kV 间隔宽度为 28m；220kV 间隔宽度为 13m。330kV GIS 方案配电装置间隔 宽度为 18m；敞开式方案间隔宽度为 20m0 110kV 配电装置间隔宽度为 8m。 .- 35kV 电流互感器：对于 35kV 侧不装设总回路的方案，为满足主变压器元 件保护的要求，主变压器的 35kV 侧套管电流互感器采用 4 个级次。 站用电系统。站用电可采用以下两种方案:经大容量断路器直接接至 35kV 母线方案；经限流电抗器加小容量断路器接至 35kV 母线方案。站用工作变压器 采用油浸式变压器，站

18、用备用变压器采用干式变压器或油浸式变压器。站用外 接电源进线方式有两种：架空线进站后下电缆或站外架空线下电缆。 图图 1 1 电气主接线图电气主接线图 图图 2 2 化简等值网络图化简等值网络图 .- 图图 3 3 电压互感器的仪表及接线电压互感器的仪表及接线 图图 4 4 500KV500KV 避雷器参数避雷器参数 图图 5 500KV 断路器选择结果表断路器选择结果表 .- 图图 6 6 500kV500kV 侧互感器选择结果表侧互感器选择结果表 2.2.3.23.2 二次部分二次部分 设计中二次部分的主要技术方案如下: (1)变电站建设初期按少人值班设计，留有远期实现无人值班的接口和功能

19、 配置。 (2)设计没有涉及系统保护、调度白动化和系统通信专业的具体内容，根据 工程规模，配合土建专业，进行了继电器小室和通信机房的布置。 (3)确定了监控系统主要设计原则，包括监控范围、系统硬件设备配置原则， 对系统软件工作平台、防误操作闭锁、GPS 对时、保护信息采集方式及通信规 约等儿个方面，提出了推荐方案。 (4)确定了元件保护、直流系统及交流不停电电源的主要设计原则，并配合 土建专业进行主控室、继电器小室、直流电源室等工艺房间的布置。 (5)确定了二次设备组屏原则，对监控系统测控装置、500kV ( 330kV)及 220kV(110kV)线路保护、主变压器及高压电抗器保护、故障录波

20、等主要二次设 备的组屏提出了推荐方案。 (6)根据工程规模提出了主控室、计算机室、继电器小室、直流电源室等的 布置方案。主要原则如下:主控室与计算机室采用玻璃隔断隔开，主控室面积 控制在 60 厅左右。远动设备、专用工程师工作站宜布置于计算机室。计算机室 按布置 10 面屏左右考虑。当通信蓄电池采用组屏布置时，通信电源室与通信 机房合并建设。在具体工程设计时应根据工程最终规模进行通信机房具体布置。 当一次设备为敞开式方案时，继电器小室采用就地下放布置，在满足电气安 .- 全净距的条件下，优先考虑利用配电装置内的空余位置，以达到节约占地的目 的。当一次设备为 GIS 方案时，因为站区面积较小，经

21、过技术经济比较，下 放布置时，电缆节余费用与土建增加费用相当，考虑到运行维护方便，继电器 室宜集中布置于主控通信楼底层，并设置地下电缆夹层。直流电源室原则上 宜靠近负荷中心布置，当二次设备采用下放布置时，直流电源室可与站用电室 毗邻布置；当二次设备采用集中布置时，直流屏可布置于继电器室，蓄电池组 架布置，设置独立蓄电池室，并毗邻于直流电源室布置。采用二次设备屏位 集中布置时，备用屏位宜按 10%考虑；采用下放布置时，备用屏位宜考虑。变 电站内所有二次设备屏体结构、尺寸、外型及颜色均应统一。主控室、通信 机房和计算机室内采用抗静电地板。视频安全监视系统初期按安全监视考虑配 置，主要实现全站安全、

22、防火、防盗功能，不考虑对设备操作进行监视，并留 有实现远方监视的接口。 监视服务器按全站最终规模配置，就地摄像头按本期规模配置；视频、报 警信号在主控室监视终端显示并报警；远期无人值班时，可增加摄像头监视变 电站内现场设备的运行状况，视频、报警信号远传至集控站或调度中心。 2.2.3.33.3 土建部分土建部分 根据电气布置方案，按照节约占地的原则，统一了建设标准。站区道路采 用混凝土路面，统一采用公路(郊区)型设计，统一了道路宽度和转弯半径。站 区电缆沟盖板统一采用成品沟盖板设计。 变电站大门采用电动推拉门，其高度应满足规程要求，无人值班时应采用 封闭实体门。变电站围墙采用实体围墙，高度统一

23、采用 2.5 m，另加远红外探 测器，外墙装修统一为涂料，色彩与大门标志墙整体和谐。变电站设计大门、 变电站主建筑设计做到简洁、稳重、实用，体现现代工业建筑气息，建筑 造型和立面色调与变电站整体状况以及所在区域周围环境协调。其中，门窗颜 色统一，外立面颜色为主色调的组合。 (1)统一了站区主要生产建筑和房间的设置。设有主控通信楼、继电器小室、 站用电室等建筑物，变电站建筑物按最终规模一次建成。一般情况下，变电站 不设车库、警传室等辅助建筑。 (2)统一了主控通信楼内房间的设置。生产用房设有:主控室、计算机室、 .- 通信机房(当通信电源组屏布置时，电源室和通信机房合并布置)；辅助及附属 房间设

24、有：交接班室、值班休息室、办公室 2 间(含资料室)、会议室、备餐室、 检修工器具间等。 (3)统一了建筑物的建设要求。主控通信楼和继电器小室的外装修采用涂料 或面砖，门窗采用铝合金或塑钢等，主控室具有良好的巡视观察窗，建筑物的 屋面防水采用二级防水标准。 主控通信楼采用框架结构。继电器小室布置在串中时，跨度采用 5.lm，采 用砌体结构，加设钢板网或钢丝网屏蔽，普通钢门，采用室内电缆沟敷设电缆。 GIS 方案：主控通信楼采用全集中布置，有电缆夹层方案。由于该方案采 用 GIS 设备，其日常巡视维护工作量减少，其值班休息室按 2 间设置，均按照 标准间配置了卫生间和淋浴设施。500kV 全站总

25、建筑面积控制在 1200m2以内。 HGIS 方案:值班休息室按 3 间设置，均按照标准间配置了卫生间和淋浴设 施。主控通信楼建筑面积控制在 700m2以内，全站总建筑面积控制 1250m2以内。 敞开式方案:值班休息室按 3 间设置，均按照标准间配置了卫生间和淋浴设 施。500kV 主控通信楼建筑面积控制在 700 m2以内，全站总建筑面积控制 1300 m2以内；330kV 主控通信楼建筑面积控制在 600 m2以内，全站总建筑面积控制 1050 m2以内。 (4)各方案进出线构架按最终规模一次建成，主变压器构架、设备支架分期 建设，均采用钢管结构，热镀锌防腐，统一工程量。 变电站主要生产

26、用房及办公、值班休息等用房和继电器小室安装空调机， 其余生产用房采用轴流风机机械通风，电缆层采用白然通风。主控通信楼采用 多联机空调(小集中)，继电器小室采用分体空调。位于采暖区的变电站可采用 分散供暖方式。对采用电锅炉采暖方式，建筑面积可适当增加。 全站设置火灾探测报警系统；室内外采用移动式化学灭火装置。主变压器 消防优先采用泡沫喷淋、排油充氮方式，其它灭火方式可通过技术经济比较确 定。继电器小室分散布置时，主控通信楼建筑体积小于 3000m3，全站不设室外 水消防系统。继电器小室全部集中布置时，主控通信楼建筑体积小于 5000m3， .- 设室外建筑水消防系统。电缆竖井及电缆沟采用防火材料

27、封堵措施。 2.42.4 本章小结本章小结 (1) 500kV 变电站设计采用了模块化设计手段，能够很好的适应实际工程 不同的电网条件、地理条件、气候条件、环境条件、经济条件、出线走廊条件， 以及变电站的建设规模、配电装置型式，具有广泛的适用性，能够满足工程建 设的需要。 (2) 500kV 变电站设计模块划分合理，接口灵活方便，组合方案多样，便 于概算调整，具有很好的灵活性，具体工程设计时使用方便。 ( 3 ) 500 kV 变电站设计设备选型先进合理，体现了“以人为本”的设计 理念，减少占地、注重环保，各项技术经济可比指标先进。 (4) 500kV 变电站设计建设标准统一，统一了变电站电气

28、主接线形式、间 隔尺寸等各项技术条件，统一变电站主建筑设计原则，确定了统一的标识墙， 统一的二次设计原则和概算编制原则。 (5 ) 500 kV 变电站设计方案安全可靠，保证了模块拼接前后的安全可靠， 具有很好的可靠性。 (6) 500 kV 变电站设计考虑了工程初期投资和长期运行费用之间的关系， 注重设备寿命期内最佳的企业经济效益，节约了工程投资，具有很好的经济性。 .- 第三章 结论 毕业设计是在完成了理论课程和毕业实习的基础上对所学知识一 次综合性的总 结，是工科学生完成基础课程之后，将理论与实践有机 联系起来的一个重要环节，是为以后走向工作岗位能更好的服务社会 打下基础是重要环节。经过

29、四年大学的理论知识的学习,及各种与专业 相关的试验、实习的操作，还有老师的谆谆教诲，我对电力系 统的各个方面 有了初步的认识了解。 两个多月的毕业设计，使我了解了设计的要求， 设计内容，更加深刻的了解了课中的内容，使理论与实际相结合。尤 其对主接线设计、短路电流的计算、相关高压电器设备的选型、校验等 有了进一步的掌握。在这两个多月的时间里，我仔细研读了设计任务书， 并大量查阅变电站设计相关资料如工程电气设备手册、电气设计手册， 并结合发电厂电气部分、电力系统稳态分析、电力系统暂态分析等教材， 了解到设计变 电站主接线的程序、步骤，及各种主接线形式的优、缺点， 并依据电气主接线设计原则，确定电气

30、主接线；然后进行短路电流计算，并 根据计算结果选择电气设备并校验。 最后还要根据本次设计画出 CAD图。经过此 次设计，使我对电气部分知识更加系统化、条理化。同时也培养了自己 独 立思考问题的能力和实践动手能力，对自己所学的专业知识也是一次 检验和巩固，整个过程我受益匪浅。毕业设计的过程也是我学到不少 学习的方法，有效的培养了自己分析问题、解决问题的能力，并使专 业知识得到巩固和升华。通过绘制完整的电气主接线 AutoCAD图,我很 好的掌握了一些常用的作图规范，提高了自己的绘图能力。 在整个毕业设 计的过程中我学到做任何事情所要有的态度和心态，首先做学问要一丝 不苟，对于出现的任何问题都不能

31、轻视，要通过正确的方法去解决，同 时，也要 有耐心和毅力。此次论文由于时间和本身知识的限制，还有很 多不足，但是我在做论文的过程中却领悟到了求学严谨的态度，要 不怕困难。同时，这次设计也是对我实际能力的一次提升，对我未 来的学习和工作有很大的帮助 。 .- 参考文献 1刘振亚.落实科学发展观加快建设坚强的国家电网N.中国电力报，2005. 2刘振亚.加快发展强化管理努力建设“强三优”的国家电网公司J. 北京:国家电网 公司 2005 工作会议，2005.1.21. 3郑宝森.在 2005 基建工作会议上的讲话R.青岛:国家电网公司 2005 基建工作会议， 2005 4郑宝森.在 500kV

32、变电站典型设计评审会议上的讲话R. .北京:500 (330) kV 变电 站典型设计评审会议，2005. 5孙佩京.在 500 kV 变电站典型设计评审会议上的总结讲话R. 北京:500(330) kV 变 电站典型设计评审会议，2005 6国家电网公司 500 (330) kV 变电站典型设计工作组.国家电网公司 500kV 变电站典 型设计(2005 版)Z. 2005 7国家电网公司 500(330) kV 变电站典型设计工作组.国家电网公司 330kV 变电站典型 设计(2005 版)Z. 2005. 8GBS02li0-1996，电力设施抗震设计规范S. 北京:中国计划出版,1996. .- 致致 谢谢 时光荏苒，曾经无比憧憬与梦想的大学生活即将在这最后的毕业设计中落 下帷幕了。在这最后一学期进行毕业设计期间，我得到了大家的帮助，受益匪 浅。 首先，要感谢我的父母亲，正是他们这些年对我默默的支持才使我走到现 在。 然后，要感谢我的母校，在这里我度过了丰富而充实的时间。 感谢于晓辉老师，他治学严谨，在毕业设计的研究方向和目标上更是给予 了很多指导。 感谢课题组的所有成员对我无私的帮助。 谢谢大家在学习的最后一段时间里对我的关心和帮助。