500kV变电站主接线设计及可靠性分析

500kV福园变电站主接线设计及可靠性分析变电站的合理设计与建设是电力建设重要的一步，它从安全性、可靠性、经济性直接影响着电力系统。

本次毕业设计以福园变电站原始资料为基础，为500kV福园变电站主接线设计合理的方案，利用贝叶斯网络法对拟定方案的可靠性进行分析。

设计内容含括：主接线、500kV侧主变压器、35kV侧站用变、以及三侧电压等级的断路器、隔离开关、两种互感器的选择。

关键词：贝叶斯网络变电站主接线目录1 福园变电站原始资料及设计任务 (2)1.1 福园变电站原始资料 (2)1.2 福园变电站设计任务 (2)2 500kV福园主接线的选择 (3)2.1 主接线基本要求 (3)2.2 500kV福园主接线方案 (4)3 福园主接线方案可靠性分析及选择 (6)3.1 贝叶斯网络法 (6)3.2 方案可靠性分析及选择 (8)4 500kV福园变压器的选择 (18)4.1主变压器相关参数的选择 (18)4.2 500kV福园主变压器选择结果 (18)4.3 站用变选择结果 (18)5 短路电流计算 (20)5.1 短路电流计算原则 (20)5.2 500kV变电站主接线图 (20)5.3 等值电路图 (22)5.4 变压器各绕组电抗标幺值计算 (22)5.5 500kV侧母线短路电流计算 (23)5.6 220kV侧母线短路电流计算 (24)5.7 35kV侧母线短路电流计算 (25)5.8 短路电流计算结果 (26)6 主要电气设备的选择 (28)6.1 断路器与隔离开关的选择与校验 (28)6.2 电流互感器的选择与校验 (28)6.3 电压互感器的选择 (29)6.4 500kV侧电气设备选择 (29)6.5 220kV侧电气设备选择 (33)6.6 35kV 侧电气设备选择 (37)总 结 (41)1 福园变电站原始资料及设计任务1.1 福园变电站原始资料福园500kV 变电站分为三种电压等级，分别为500/220/35kV 。

主要是将500kV 超高压通过降压变压器降至220kV ，再出线到其他地方。

福园变电站的相关资料如下：（1）福园变电站采用两台容量为750MVA 的主变压器，主变压器的电压等级为500/220/35kV 。

其中，500kV 侧有两回出线，发电厂到500kV 侧距离为700km ，220kV 侧有八回出线；35kV 侧则作为站用电，已知站用负荷为500kW ，功率因数为0.8（2）500kV 接入点系统的电抗标幺值002.0*=s X （取基准功率MVA S B 100=）1.2 福园变电站设计任务以500kV 福园变电站原始资料为基础，为其主接线设计拟定两个合理的设计方案，并利用“贝叶斯网络法”对拟定方案的可靠性进行分析，通过比较两者的正常运行可靠概率，决定最终方案。

主接线系统设计主要包括：确定主接线形式，选择500kV 侧主变压器、35kV 侧站用变，以及三侧电压等级的断路器、隔离开关、两种互感器。

2 500kV福园主接线的选择500kV福园变电站的主接线设计，主要以福园变电站的最高电压等级500kV 和福园变电站本身发挥的作用及其性质为依据，筛选出与福园变电站在整个电网系统中的地位和作用相符合的、且相对合理的接线方案。

500kV变电站主接线是整个500kV电网接线中相当关键的一个章节，它不仅仅是以相对优化的接线方案将500kV变电站中的两台主变压器、500/220/35kV的线路与电力系统连接，而且也把500kV变电站内各种电气设备合理的连接起来。

2.1 主接线基本要求理论上，对变电站电气主接线的设计主要从可靠性、灵活性以及经济性三方面来进行描述、评价、并作最后的决定。

（1）可靠性主接线的可靠性主要指接线方式与一、二次设备可靠性的综合结果。

通过采用定性分析来比较各种接线的可靠性：①断路器停电检修时，对供电的影响程度。

②进线或出线回路故障，断路器拒动时，停电范围和停电时间。

③母线故障或母线检修时，停电范围和停电时间。

④母线联络断路器、或分断断路器发生故障时涉及的停电范围和停电时间。

⑤电路全部停电的故障发生概率。

（2）灵活性主接线的灵活性主要体现在两方面：正常运行、或者发生故障的情况下都能及时且迅速地改变线路的接线方式：①满足调度正常操作灵活的基本要求。

②满足输电线路、变压器、开关设备停电检修或设备更换方便灵活的要求。

③满足接线过渡的灵活性④满足处理事故的灵活性。

（3）经济性经济性是在满足接线的前两个要求——可靠性和灵活性的前提下，才进行考虑的因素，要求与接线方式有关的投资要尽可能地减少：①采用简单的接线方式，少用设备，节省设备上的投资。

②在设备型式和额定参数的选择上，要结合工程情况恰到好处，避免以大代小、以高代低。

③在选择最终的接线方案时，要求考虑设备布置的占地面积大小，力求缩小涉及范围，降低配电装置征地的费用。

2.2 500kV福园主接线方案由福园变电站原始资料可知，主变压器有500/220/35kV三种电压等级，需要根据不同的电压等级，选择合适的接线方式。

据查阅到的资料显示，500kV一侧的配电装置接线对可靠性的要求很高，一般采用可靠性高的接线方式，通常选择3/2断路器接线或者双母线双分段的接线方式。

220kV一侧的配电装置接线变化较大，而且连接元件较多，当出线在10-16回且变压器2-4组时，多选择双母线双分段的接线方式。

35kV一侧的配电装置一般是接无功补偿装置和站用变压器，没有引出供电线路，当配电装置连接不超过8个元件时，一般选择单母线的接线方式。

在上述提及到的主接线基本要求和设计原则的基础上，结合查阅到的资料，给出以下两种500kV主接线较合适的方案。

方案一：500kV侧选择3/2断路器接线、220kV侧选择双母线双分段接线、35kV侧选择单母线接线。

图2-1 500kV侧3/2断路器接线方案二：500kV侧选择双母线双分段接线、220kV侧选择双母线双分段接线、35kV侧选择单母线接线。

图2-2 500kV侧双母线双分段接线方案一、二的差异主要体现在500kV一侧的母线接线方式。

方案一中选择了3/2断路器接线方式，而方案二则选择了双母线双分段接线方式。

两者在可靠性、灵活性、经济性三方面的比较如下表。

表2-1 3/2断路器接线与双母线双分段接线的性能比较表500kV一侧接线方式性能可靠性灵活性经济性3/2断路器接线 1.可靠性较高2.在各种双重故障情况下，80%的元件能得到保护，且设备或母线检修时，不会影响系统供电1.灵活性较高2.任何一个元件可根据运行的需求接在不同的母线系统中，但倒闸操作复杂性高1.两条出线和两条变压器接线，一共需要6个断路器续表2-1双母线双分段接线 1.可靠性较高2.比双母线接线较为优越，能克服其存在全停可能性的缺点，缩小发生故障的停电范围1.灵活性较高2.通过分段断路器或母联断路器将系统分割成几个互不连接部分，达到限制短路电流，控制潮流，倒闸操作有时需要短时停电1.两条出线和两条变压器接线，一共需要7个断路器从可靠性、灵活性、经济性三个方面，500kv一侧拟定的两种接线方式不相上下，从性能上难以判断哪一方更具有优越性，没法直接作出判断。

所以，下文将采用“贝叶斯网络法”，对500kV一侧拟定的两种接线方式的可靠性进行评估，通过计算对数据进行直观地比较，再作出判断。

3 福园主接线方案可靠性分析及选择这一部分将简单介绍“贝叶斯网络法”，并简单阐述一下其算法的大致步骤，再借助“贝叶斯网络法”对两种不同接线方式的可靠性进行估算，并通过比较两者的计算结果，决定最终的主接线方案。

3.1 贝叶斯网络法贝叶斯网络是目前不确定知识表达和推理理论有效的理论模型之一。

之所以在众多的方法中选择“贝叶斯网络法”对主接线的可靠性进行评估，除了因为该方法能较好地将变量的随机性和相关性表示出来，同时也因为该种方法能对变量的不确定性进行推理。

所以决定采用“贝叶斯网络法”对500kV一侧拟定的两种接线方式的可靠性进行评估。

图3-1 简单贝叶斯网络图中的每一个黑点等值于一个节点，节点表示的内容完全不受限，可以是各种抽象的问题，比如线路通断，子系统等。

而各个节点之间的相关联系是由各个节点引出的箭头所表示，其信息传递的方向是由上一级节点指向下一级节点。

节点包括根节点、父节点、叶节点。

根节点指处于最上边一行的节点，如图中a、b、c三个节点。

根节点没有来自上一级节点传递下来的信息，其代表的是最初的信息，也是整个贝叶斯网络法的核心计算基础。

父节点指处于中间几行的节点，如图中d、e两个节点。

父节点有来自上一级节点传递来的信息，又能给下一级节点送去信息。

叶节点指处于最下边一行的节点，如图中s节点。

叶节点没有子节点，没法把信息传递下去，代表贝叶斯网络法求解的最终变量。

除了根节点之外，其他两种节点还会进行类型分类——“与”节点类型和“或”节点类型。

节点类型“与”是指串联系统中各子系统的关系，而节点类型“或”则是指并联系统中各子系统的关系。

利用贝叶斯网络法对电气主接线的可靠性进行评估时，为了简化计算，需要作以下几个假设：（1）电气元件只有“正常状态”和“故障状态”两种状态。

同时默认所有的元件为可修复的，一旦系统出现故障，默认为自动退出运行、并自动进行检修，检修工作结束后立即恢复回“正常状态”。

（2）每一个元件发生故障的概率是独立的。

（3）以系统发生单一故障的事件为主，对于二重故障及二重以上的故障不做任何考虑。

以下为采用贝叶斯网络法计算电气主接线系统正常工作概率的步骤：（1）分析主接线图中各个电气设备的逻辑关系，再根据逻辑关系，用方块表示各个电气设备。

（2）在进行可靠性评估时，需要先找到主接线的各个最小路集——走完一个出线的完整过程，整理最小路集。

（3）根据逻辑关系，将各个方块、各个最小路集、出线点、正常工作状态分别等值成根节点、父节点、叶节点，用箭头表示信息的传递方向，建立起一个简单的贝叶斯网络。

（4）通过查可用度表以及可用度公式，根据连接关系，整理各个方块对应的可用度。

（5）以建立的贝叶斯网络为基础，根据每个方块的可用度、每个节点的“与”“或”关系，计算出电气主接线系统正常工作的概率。

根据文献《变电站主接线方式可靠性评估与方案优选》[12]，可知电气设备的可用度表如下。

表3-1 电气设备的可用度表3.2 方案可靠性分析及选择由于两个方案的区别在于500kV 一侧接线方式的不同，所以将采用贝叶斯网络法，针对性地对3/2断路器接线、双母线双分段接线的可靠性进行评估计算，再根据获得的数据，直观地作出最终的判断。

（1）3/2断路器接线的可靠性估算由于500kV 福园变电站500kV 一侧有两回出线，同时有两组主变压器接线，也就是说有两个完整串——每串有3台断路器，同时在每两台断路器之间引出一回出线和一组变压器。