500KV变电站设计
公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08]
吉林大学远程教育学院2017届本科生毕业论文（设计）
吉林大学远程教育
本科生毕业论文（设
计）
中文题目 500KV变电站设计
学生姓名 邢恩来
专业电气工程及其自动化
层次年级 2015专升本 学号 01111 指导教师 于晓辉 职称 讲师
学习中心 永年县职业技术教育中心 成绩
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2017年4月1日
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摘 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
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ABSTRACT
Substationistheimportantpartofpowersystem,itdirectlyinfluencesthewholepowersystemsafeandeconomicoperationofthepowerplantandtheuser,istheintermediatelink,playsaroleintransformationanddistributionofelectricity.Thegraduationdesignfor500kVthecharacteristicsofsubstation,electricaldesignasthecore,throughtheanalysisofthesubstationandtheorientationofalineandloaddatafromtheoriginal,reliability,safety,economicandotheraspectstoconsider,determinethemainelectricalwiringmode.Mainlyfromthemaintransformercapacity,quantitydetermination,loadanalysisandcalculation,andtheshortcircuitcurrentcalculationandsubstationmainelectricalequipmentselection(includingcircuitbreaker,isolatingswitch,transformerandson),andthechoiceofelectricalequipmentisnecessarytocalculateandcheck.Atthesametime,accordingtothedesign,completethedrawing.
Keywords::Substation；500KV；Powersystem
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目 录
前
言................................................................................................................................1
第一章、绪论 ...................................................2
论文背景 ...................................................2 研究意义 ...................................................2 第二章、500KV变电站设计研究 ...................................2
变电站设计的目的和原则 .....................................2
设计方案和模块划分 .........................................3
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主要技术方案 ...............................................3 负荷计
算....................................................................................................2
2.电气一次部分 ...........................................4
2.二次部分 ...............................................7
2.土建部分 ...............................................8
本章小结 ....................................................9 第三章、结
论................................................................................................................11
参考文献 ......................................................12
致 谢 ........................................................13
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前言
我国是世界能源消耗大国，煤炭消费总量居世界第一位，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500kV、220kV、和35kV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
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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 绪论
本章首先对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。 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 。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。
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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 500KV变电站设计研究
本章首先介绍了500KV变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。 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。
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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”。 设计方案和模块划分
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。
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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。 主要技术方案 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。
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M SAVS500=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
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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，宽度为。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
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架空线下电缆。
图1 电气主接线图
图2 化简等值网络图
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图3 电压互感器的仪表及接线
图4 500KV避雷器参数
图5 500KV断路器选择结果表
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图6 500kV侧互感器选择结果表
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
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录波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:①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。②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。③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。④当一次设备为GIS方案时，因为站区面积较小，经过技术经济比较，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。⑤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。⑥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。⑦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、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
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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。 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，高度统一采用 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
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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，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
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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封堵措施。 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
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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。
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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
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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
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版,1996.
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致 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。
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