发电厂主系统课程设计

随着国民经济的不断发展，我国超高压电网也在迅速发展。

500KV 枢纽变电站作为电力能源的分配枢纽，在发电厂和地区变电站之间起着重要的桥梁作用，与地区的经济和生活息息相关。

该设计以保障供电安全可靠为基本要求，综合可靠性、灵活性和经济性等多方面因素对500KV枢纽变电站的设计作了详细的分析说明。

关键词：枢纽变电站供电安全桥梁作用发电厂引言 (3)第一章分析原始资料 (4)第二章电气接线方案设计 (4)2.1 概述 (4)2.2 变电站各电压等级主接线选择 (4)2.3 站用电的接线选择 (5)2.4 电气主接线方案和站用原则接线方案 (6)第三章主变压器的选择 (7)3.1 选择主变压器 (8)3.2 主变压器阻抗计算 (9)第四章短路计算 (11)4.1 概述 (11)4.2 系统等效电路图 (11)4.3 短路电流计算 (11)第五章电气设备的选择 (13)5.1 各电压等级母线最大工作电流 (13)5.2 断路器的选择 (14)5.3 隔离开关的选择 (15)5.4 电流互感器的选择 (16)5.5 电压互感器的选择 (17)5 6 母线的选择 (18)第六章电气设备的校验 (20)6 1 断路器的校验 (20)6.2 隔离开关的校验 (21)6.3 电流互感器的校验 (22)6 4 母线的选择 (23)第七章年运行费用计算 (28)心得体会 (29)参考文献 (30)引言随着社会的进步和发展，电能的需求逐渐增多，这就需要我们加大发展电力事业的脚步，而在电力系统中变电站是不可或缺的部分，它可以直接影响整个电力系统的安全以及经济运行，是发电厂与用户之间的连接桥梁，起着变换和分配电能的作用。

而变电站中极为重要的是枢纽变电站，它位于电力系统的枢纽点，连接电力系统中的高压和中压的几个部分，汇集多个电源，枢纽变电所电压等级高，供电范围广，在系统中处于举足轻重的地位，全所停电后，将引起系统解列，造成大区域停电，甚至造成电力系统瓦解，使社会的运行处于瘫痪状态。

电能作为一种二次能源，已经成为人们日常生活和工作中不能缺少的能源，广泛应用在工业、农业和社会的发展中。

在电力系统中变电站是不可或缺的部分，它可以直接影响整个电力系统的安全以及经济运行。

而变电站中极为重要的是枢纽变电站。

本次课程设计设计的是500KV枢纽变电站，根据设计书要求，经过对原始资料的分析，查阅资料，根据各电压等级特点确定各电压等级主接线方式，比较几种方案，从而确定设计最终方案，其内容包括：电气主接线的确定、主变压器的选择、短路计算、电气设备的选择、电气设备的校验、年运行费用的计算以及无功补偿计算。

在设计过程中，我对电力系统分析、发电厂电气部分等相关专业课本进行了复习，从开始的无法下手到后来的顺利完成，我克服种种困难不断地去学习查阅资料，与同学讨论，向老师学习，努力实践，在十天的时间里，有喜悦也有收获，学会了怎样设计变电站，学会自己去思考问题，学会用实际的工程眼光去思考问题，开拓了思路，也能发现自己的不足，加深自己对理论知识的理解和掌握。

第一章分析原始资料此次课程设计的题目是设计枢纽变电站电气主接线，，利用小时数为6500小时/年，按照规划要求该枢纽变电站包括500KV、220KV、110KV 三个电压等级，其中：1、500KV：进线4回，与其他变电所的联络线2回，基准容量S B为100MVA，此时系统归算到500KV母线上系统电抗标幺值为0.11。

2、220KV：出线8回，最大负荷为400MW，最小负荷为300MW， cosφ=0.85，T max=4500h/a。

3、35KV：出线6回，最大负荷为200MW，最小负荷为150MW， cosφ=0.80，T max=4000h/a。

4、后备保护时间t pr2=2.4s，主动保护时间0.1s5、站用变按2×500KA考虑。

第二章电气接线方案设计2.1概述变电站电气主接线指的是变电站中汇集、分配电能的电路，通常称为变电站一次接线，是由变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线、避雷器等电气设备按照一定顺序连接而成的。

电气主接线是整个变电站电气部分的主干，电气主接线方案的选定对变电站电气设备的选择、现场布置、保护与控制所采取的方式，运行的可靠性、灵活性、经济性，检修、运行维护的安全性等，都有直接影响。

因此，选择优化的电气接线方式，具有特别重要的意义。

2.2变电站各电压等级主接线选择1、500KV电压等级主接线基本形式选择采用一台半断路器接线方式：500KV枢纽变电站在电力系统中的地位极为重要，其安全可靠运行将直接影响整个系统的安全稳定运行，因此对500KV变电站可靠性要求较高。

根据原始资料分析，查阅相关资料，目前我国500KV变电站的电气接线广泛参用一台半断路器接线方式，一台半断路器接线方式采用多环路供电，可靠性高，为了使500KV变电站可靠性更高，本设计采用一台半断路器接线方式。

2、220KV电压等级主接线基本形式选择采用双母线带专用旁路断路器的旁路母线接线方式：根据原始资料分析，查阅相关资料，220KV出线8回可参用的主接线方式有：双母线接线、双母线分段带旁路接线、双母线带旁路接线，分析三种接线方式，双母线接线可靠性较低，故方案一采用双母线分段带旁路接线；方案二采用双母线带旁路接线。

进行比较。

3、110KV电压等级主接线基本形式选择根据原始资料分析，查阅相关资料，110KV电压等级是本枢纽变电站最低的电压等级，一般将厂用电接在这一电压等级上，此电压等级对供电可靠性相比其他电压等级较低，又因为具有6回出线。

所以方案一采用双母线分段，方案二采用双母线接线。

2.3站用电的接线选择枢纽变电站站用电较发电厂厂用电负荷小，用电要求较低，变电站主要用电设备包括：变压器、高压开关、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、高压开关柜、低压开关柜、直流蓄电池、充电器、各种保护和控制装置、测量仪表以及采暖、通风、照明、供水设备等。

采用380/220V电压等级供电，使用两台容量为500KVA站用变压器，从变电站35KV电压等级配电电压上引接，站用低压母线采用单母线分段接线方式。

2.4电气主接线方案和站用电原则接线方案主接线方案一:主接线方案二：方案分析：双母线分段接线较双母线接线可靠性和灵活性更高，投资有所增加；双母线带旁路母线的接线，检修回路断路器工作时可以使回路不致停电，增加了可靠性，倒闸操作更方便灵活，但增加了投资。

由于本枢纽变电站电压等级高、输送功率大、送电距离较远，停电影响很大，因而不允许因检修断路器而长期停电，220KV出线较多，选择双母线分段带旁路母线接线，进而为了确保供电可靠性，采用双母线分段带专用旁路断路器的旁路母线接线方式。

故方案一优于方案二。

第三章主变压器的选择3.1选择主变压器主变压器的确定除了要根据基本原始资料外，还要根据电力系统5-10年发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级等因素，进行综合分析和合理选择。

对于本设计的枢纽变电站，应当考虑一台主变压器停运时，其余变压器容量应满足全部负荷的70%-80%。

根据原始资料得，220KV电压等级最大负荷400MW，,110KV电压等级最大负荷为200MW，。

=95（MVA）110KV:三台均摊 1.1P N3cosφ=87.5 (MVA)一台发生故障：0.7P N2cosφ=172.5（MVA）220KV: 110KV:三台均摊 1.1P N3cosφ一台发生故障：0.7P N=164 (MVA)2cosφ500KV: S=172+95=267根据以上条件，查《电气工程电气设备手册》选择主变压器，选择型号为OSFPSZ-360000/500的变压器，变压器的主要参数为：3.2站用变压器题中要求站用变压器为2*500kvA，所以我们选择两台变比为110kv/10kv的变压器（变压器高压侧选择从110kv出线，是考虑从220和500kv出线的变压器的绕组多，变压器质量大，造价也高）。

选择两台变压器的原因时，500kv的变电站的站用电应有两台变压器，互为备用。

3.3主变压器阻抗计算三绕组变压器与双绕组变压器相同，三绕组变压器等值电路中的参数也必须折算到同一侧。

三绕组变压器的电阻和漏抗比双绕组复杂，由于每相有三个绕组，在等值电路中相应的有三个阻抗，因此需要在两两绕组之间分别做短路试验，才能得出这三个阻抗。

1、变压器各侧绕组电抗电压降百分数U K1%=12(U K(1−2)%+U K(1−3)%−U K(2−3)%)=12(10+26−41)=−2.5U K2%=12(U K(1−2)%+U K(2−3)%−U K(1−3)%)=12(10+41−26)=12.5U K3%=12(U K(1−3)%+U K(2−3)%−U K(1−2)%)=12(26+41−10)=28.52、变压器各绕组漏电抗一次侧漏电抗为X T1∗=U K1%S B100S N=−2.5×100100×360=−0.0069二次侧漏电抗为X T2∗=U K2%S B100S N=12.5×100100×360=0.0347三次侧漏电抗为X T3∗=U K3%S B100S N=28.5×100100×360=0.07923、等效电路图4、折算后变压器漏电抗X T1∗′=14X T1∗=−0.00694=−0.0017X T2∗′=14X T2∗=0.03474=0.0087X T3∗′=14X T3∗=0.07924=0.0198第四章短路计算4.1概述变电站设计中必须考虑到可能发生的各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是各种型式的短路，各种故障中又以三相短路时的短路电流最大，危害最大。

因此，需要采用三相短路计算来计算短路电流，并检验电气设备的稳定性。

4.2系统等效电路图4.3短路电流计算1、 在500KV 等级母线处短路时稳态短路电流标幺值：I 1∗(3)=1X S∗=10.011=90.91稳态短路电流基准值：I B 1=B √3U =√3×500=0.1155 KA稳态短路电流：I 1(3)=I 1∗(3)I B1=90.91×0.1155=10.5 KA 起始次暂态电流：I 1′′=I 1(3)=10.5KA500KV 母线处短路化简后的系统接线等效电路图G短路冲击电流：i sh1(3)=1.9√2I 1′′=28.213 KA 短路冲击电流有效值：I sh1(3)=1.52I 1′′=15.96KA2、 在220KV 等级母线处短路时 稳态短路电流标幺值为：I 2∗(3)=1X S ∗+X T1∗′+X T2∗′=10.017=58.823 稳态短路电流基准值：I B2=B√3U =√3×220=0.2624 KA稳态短路电流：I 2(3)=I 2∗(3)I B2=58.823×0.2624=15.43 KA起始次暂态电流：I 2′′=I 2(3)=15.43 KA短路冲击电流：i sh2(3)=1.9√2I 2′′=41.4KA短路冲击电流有效值：I sh2(3)=1.52I 2′′=23.45KA3、 在110KV 等级母线处短路时稳态短路电流标幺值：I 3∗(3)=1X S∗+X T1∗′+X T3∗′=34.36稳态短路电流基准值：I B3=B√3U =√3×110=0.525 KA稳态短路电流：I 3(3)=I 3∗(3)I B3=34.36×0.525=18.039KA 起始次暂态电流：I 3′′=I 3(3)=18.039KA220KV 母线处短路短路冲击电流：i sh3(3)=1.9√2I 3′′=48.47 KA 短路冲击电流有效值：I sh3(3)=1.52I 3′′=27.41 KA第五章电气设备的选择5.1各电压等级母线最大工作电流1、500KV 母线最大工作电流I max 1=P N0.85+PN0.8√3U N=4000.85+2000.8√3×500=0.832 KA2、220KV 母线上（1）出线和旁路最大工作电流I max12=1.05P 7×√3U N cos φ=1.05×4007×√3×220×0.85=0.182KA（2）进线和分段最大工作电流I max22=1.05P 2×√3U N cos φ=1.05×4002×√3×220×0.85=0.613KA（3）母联最大工作电流I max32=P √3U N cos φ=400√3×220×0.85=1.232KA3、110KV 母线上 （1）出线最大工作电流I max13=1.05P 5×√3U N cos φ=1.05×2005×√3×110×0.80=0.275 KA（2）进线和分段最大工作电流I max23=1.05P 2×√3U N cos φ=1.05×2002×√3×110×0.80=0.685 KA（3）母联最大工作电流I max33=P √3U N cos φ=200√3×110×0.80=1.312KA5.2断路器的选择断路器的主要功能是：正常运行时倒换运行方式，把设备或线路接入电路或退出运行起控制作用；当线路或设备发生故障时，能快速切除故障回路、保障无故障部分正常运行，起保护作用，其最大特点是能断开电气设备中负荷电流和短路电流。