变电站电气工程设计重点.docx

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变电站电气工程设计重点

变电站电气工程设计

一概述

二设计依据

三所需知识

四设计内容和方法

五一次电气图设计

六电气布置图设计

七二次电气图设计

八防雷与接地设计

九站用电与照明设计

十施工设计说明书

十一设计实例

西安工业大学电信学院

一、概述

目前我国的各行各业正处于高速发展阶段，而现代化的农业、工业、国防等所有行业的发展都必须以电气工程为基础，所有行业的正常运行都要使用电能。

同时在国家大力发展清洁能源（风力发电、核电、海潮发电等）、采用超高压和特高压以及直流输电、大利发展智能化电网、区域和地区性的电网不断联网、各大发电公司就近建设电厂（煤、气转变为电能）等一系列举措下，新建、扩建和改造的电网数量很大、投资巨大。

在电网中，变电站是电能输送环节中连接发电厂和用户最重要的环节，所以作为“电气工程及其自动化”专业的学生对变电站（所）相关知识的掌握非常重要和必要。

从“电气工程及其自动化”专业来说，变电站应包含电气工程（强电部分）和自动化（弱电部分）两部分内容，本课程讲述的是电气工程方面的内容。

而弱点的内容像变电站通信、调度、自动化和智能化等不属于本设计的范围。

电话通信系统一般采用载波方式，内线与外线统一、使用长号和短号的模式；调度系统采用光纤通信网络，整个网络与一般外网屏蔽防止外网攻击调度系统和保密需要；变电站自动化、数字化和智能化是采用智能化一次设备（电子式互感器、智能化开关等）和网络化二次设备分层（过程层、间隔层、站控层）、在IEC61850通信规范基础上、实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作功能（微处理器代替了常规继电器及控制，实现继电保护、防误闭锁、测量控制、远动、故障录波、电压无功控制等）以及运行管理自动化（运行数据、状态记录；数据信息分层、分流交换；提供故障分析报告、设备检修报告）的现代化变电站。

　我们较系统的讲述变电站电气工程设计的内容，可以提高学生对所学单门、单科知识的用途和之间的联系进一步加深理解，初步掌握电气工程设计的方法和所包含的内容，并能培养学生运用知识解决实际工程问题的综合能力，对进行类似的毕业设计以及实际工作都会有很大的帮助。

1、概念

变电站（所）（Substation）是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施，它通过变压器将各级电压的电网联系起来，是输电和配电的集结点。

 变电站主要分为：

升压变电站，主网变电站，二次变电站，配电站。

是电力系统在我国，220kV以上变电站使用较多的是空气断路器和六氟化硫断路器。

电网是在电力系统中，把由输电、变电、配电设备及相应的辅助系统组成的联系发电与用电的统一整体称为电力网，简称电网。

主要由联结成网的送电线路、变电站、配电所和配电线路组成。

我国的电力系统体制分为：

国家电网（25个省）和南方电网（5个省）两个公司运营，国家电网又分为华北电网、华东电网、华中电网、西北电网、东北电网，同时个别省份又存在地方电网等不同模式。

2、变电站分类

变电站可以按照电压等级、在电网中的地位、用途、容量大小、形式等进行分类。

①按电压等级分为：

对交流来说，中压变电站（66kV及以下）66kV、35kV、10kV、6.3kV、10kV开闭所、箱式变电站。

高压变电站（110～220kV）220kV、110kV、超高压变电站（330～765kV）750kV、500kV、330kV和特高压变电站（1000kV及以上）1000kV。

对直流来说，目前无明确定论，专家建议超高压（±300～±600KV）±500KV，特高压（±600KV以上）±660KV、±750KV、±800KV。

②按在电力系统中的地位分为：

枢纽变电站--汇集多个电源和联络线或连接不同电力系统的重要变电站，位于电力系统的枢纽点。

电压等级一般为330kV及以上，联系多个电源，出线回路多，变电容量大；全站停电后将造成大面积停电或系统瓦解，对电力系统运行的稳定和可靠性起到重要作用。

中间变电站--位于系统主干环行线路或系统主要干线的接口处，电压等级一般为330～220kV，汇集2～3个电源和若干线路，全站停电将引起区域电网的解列。

终端变电站--是大、中型企业的专用变电站，电压等级10～35kV，1～2回进线。

③按电压阶级分为：

一次变电站--承担由主网上第一次降压任务的变电站就是一次变电站，由许多个一次变的许多出线共同形成了次级局域电网；二次变电站--二次变就是承担由这个次级电网继续降压的任务的变电站。

④按用途分为：

电力系统的变电站（输电变电站、配电变电站、换流站）、工矿企业变电站、铁路变电站（25kV），均为升压变电站或降压变电站。

⑤按形式分为：

屋外变电站、屋内变电站、半屋外变电站、地下变电站、移动变电站等。

⑥按容量和馈线的多少分为：

大、中、小型变电站。

⑦按运行是否有人值班分为：

有人值班变电站和无人值班变电站。

3、变电站组成

变电站组成可以从所有的设备角度（主接线、主变压器、配电装置、继电保护、直流系统、远动和通信系统、无功功率补偿装置、主控制室等），实现其功能时必须的一次系统（主接线、主变压器、配电装置等）、必要的二次系统（计量、测量、保护、控制、信号、状态等）和其他辅助功能（照明、防雷接地、远动和通信系统、无功功率补偿装置、智能系统等）等。

①变电站主要设备有：

起变换电压作用的主变压器；断开和闭合电路的开关设备（断路器、隔离开关、负荷开关、高压熔断器等）或六氟化硫全封闭组合电器（GIS把断路器、隔离开关、母线、接地开关、互感器、出线套管或电缆终端头等分别装在各自密封间中集中组成一个整体外壳充以六氟化硫气体作为绝缘介质。

具有结构紧凑体积小重量轻不受大气条件影响，检修间隔长，无触电事故和电噪声干扰等优点，具有发展前765kV已在变电站投人运行。

缺点是价格贵，制造和检修工艺要求高）；传输和汇集电流的母线；计量、保护和控制用的互感器、仪表、继电保护装置；防止变电站遭受直接雷击或断路器操作等引起过电压的防雷保护装置；对运行情况进行监控的信号和控制装置；保证电网安全经济运行的调度通信装置；减少线路损耗的无功补偿设备。

变电站的电压等级、功能和连接方式不同，其主要设备差异很大。

②一次系统由主接线、主变压器、高、中、低压配电装置等组成。

其中主接线是变电所最重要的组成部分，它决定着变电所的功能、建设投资、运行质量、维护条件和供电可靠性。

一般分为单母线、双母线和环形接线等形式。

主变压器是变电所最重要的设备，它的性能与配置直接影响到变电所的先进性、经济性和可靠性。

③二次系统由继电保护和控制系统、直流系统、远动和通信系统等组成。

继电保护分系统保护（包括输电线路和母线保护）和元件保护（包括变压器、电抗器及无功补偿装置保护）两类。

控制方式一般分为直接控制和选控两大类。

直接控制方式指一对一的按纽控制，对控制对象较多的变电所则控制盘数量太多、监视面太大，不能满足运行要求；选控方式具有控制容量大、控制集中、控制屏占地面积较小等优点，缺点是直观性较差，中间环节多。

③防雷接地、照明、通信等。

二、设计依据

在整个设计中必须满足如下要求：

1、符合针对性文件和资料

如设计委托合同（电压等级、容量、保护方式、功能等），建设单位提供的立项计划、建设和土地以及环保等部门批复、气象、地质等资料。

2、符合国家和地方的法规

即国家、各级政府主管部门颁布的规定、条例，如《中华人民共和国电力法》、《中华人民共和国节约能源法》、《电力供应与使用条例》、《供电营业规则》、《建设工程设计文件编制深度规定》等。

3、符合国家、行业、地区、省、企业的最新标准和规范要求

包括强制性标准、推荐标准、指导性技术文件、试行技术文件，作为电气设施制造和检验、设计、施工和验收规范等。

是保证电网系统安全、可靠、经济运行的前提。

①国家标准是由国家技术监督局、国家质量监督检验总局、国家标准化委员会等发布实施的。

如：

工程建设标准强制性条文电力工程部分2011版

GB/T13534-1992电气颜色标志的代号

GB/T18135-2008电气工程CAD制图规则

GB/T5465.2-1996电气设备用图形符号

GB/T4728.7-2008电气简图用图形符号

GB/T7356-1987电气系统说明书用简图的编制

GB/T6988-2008电气技术用文件的编制（第1部分：

一般要求，第2部分：

功能性简图，第3部分：

接线图和接线表，第4部分：

位置文件与安装文件，第5部分：

索引）

GB/T19678-2005说明书的编制　构成、内容和表示方法

GB/T19045-2003明细表的编制

GB50059-199235～110KV变电所设计规范

GB50053-199210KV及以下变电所设计规范

GB50052-1995供配电系统设计规范

GB50054-1995低压配电设计规范

GB50060-20083～110KV高压配电装置设计规范

GB50062-1992电力装置的继电保护和自动装置设计规范

GB50063-1992电力装置的自动测量仪表装置设计规范

GB50217-1994电力工程电缆设计规范

GB50260-1996电力设施抗震设计规范

GB50057-1994建筑物防雷设计规范

GB50034-2004建筑照明设计标准

GB50016-2006建筑设计防火规范

GB311.1-1997高压输变电设备的绝缘配合

GB19517-2004国家电气设备安全技术规范

GB14050-1993系统接地的型式及安全技术要求

GB7266-1987电力系统二次回路电气控制台基本尺寸

GB4208-2008外壳防护等级（IP代码）

GB/T13869-2008用电安全导则

GB/T7267-2003电力系统二次回路控制、保护屏及柜基本尺寸系列

GB/T7268-2005电力系统二次回路控制、保护装置用插箱及插件面板基本尺寸系列

GB/T7269-2008电子设备控制台的布局、型式和基本尺寸

GB/T12325-2008电能质量　供电电压偏差

GB/T15543-2008电能质量　三相电压不平衡

GB/T12501-1990电工电子设备防触电保护分类

GB/T12501.2-1997电工电子设备按电击防护分类

GB/T14285-2006继电保护和安全自动装置技术规程

GB/T16435.1-1996远动设备及系统　接口（电气特性）

GB/T15148-2008电力负荷管理系统技术规范

GB/T25737-20101000kV变电站监控系统验收规范

GB/T26865.2-2011电力系统实时动态监测系统

GB/T13462-2008电力变压器经济运行

GB/Z25841-20101000kV电力系统继电保护技术导则

②行业标准由原电力部、水电部、能源部等制定发布，是最主要的依据。

像导则、要求、技术条件、技术规定、设计技术规定、技术规范、管理规程、整定规程、检验规程、运行评价规程、单项技术等，非常多、详细，涉及整个电力系统的全过程。

如：

DL5009.3-1997电力建设安全工作规程（变电所部分）

DL504-1992电力工程规划设计任务来源代码

DL503-1992电力工程设计代码

DL5028-1993电力工程制图标准

DL755-2005电力系统安全稳定导则

DL5014-1992330～500kV变电所无功补偿装置设计技术规定

DL/T5026-1993电力工程计算机辅助设计技术规定

DL/T5229-2005电力工程竣工图文件编制规定

DL/T5365-2006电力数据通信网络工程初步设计内容深度规定

DL/T5364-2006电力调度数据网络工程初步设计内容深度规定

DL/T5103-199935KV～110KV无人值班变电所设计规程

DL/T5218-2005220KV~500KV变电所设计技术规程

DL/T5216-200535KV~220KV城市地下变电站设计规定

DL/T5223-2005高压直流换流站设计技术规定

DL/T5056-2007变电站总布置设计技术规程

DL/T723-2000电力系统安全稳定控制技术导则

DL/T5352-2006高压配电装置设计技术规程

DL/T5137-2001电测量及电能计量装置设计技术规程

DL/T5136-2001火力发电厂、变电所二次接线设计技术规程

DL/T5149-2001220kV-550kV变电所计算机监控系统设计规程

DL/T5225-2005220KV~500KV变电所通信设计技术规定

DL/T5025-2005电力系统数字微波通信工程设计技术规程

DL/T5157-2002电力系统调度通信交换网设计技术规程

DL/T5002-2005地区电网调度自动化设计技术规程

DL/Z886-2004750kV电力系统继电保护

DL/T5147-2001电力系统安全自动装置设计技术规定

DL/T5222-2005导体和电器选择设计技术规定

DL/T575-1999控制中心人机工程设计导则12

DL/T5391-2007电力系统通信设计技术规定

DL/T5003-2005电力系统调度自动化设计技术规程

DL/T5155-2002220kV~500kV变电所所用电设计技术规程

DL/T5390-2007火力发电厂和变电站照明设计技术规定

DL/T5221-2005城市电力电缆线路设计技术规定

DL/T5220-200510KV及以下架空配电线路设计技术规程

DL/T5217-2005220KV~500KV紧凑型架空送电线路设计技术规定

DL/T866-2004电流互感器和电压互感器选择及计算导则

DL/T5048-1995电力建设施工及验收技术规范

DL/T782-2001110kv及以上送变电工程启动及竣工验收规程

DL/T5161-2002电气装置安装工程质量检验及评定规程

DL/T5344-2006电力光纤通信工程验收规范

DL/T5168-2002110KV-500KV架空电力线路工程施工质量及评定规程

DL/T769-2001电力系统微机继电保护技术导则

DL/T969-2005变电站运行导则

DL/T593-2006高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求

DL/T814-2002配电自动化系统功能规范

DL/T720-2000电力系统继电保护柜屏通用

DL/T791-2001户内交流充气式开关柜选用导则

DL/T670-1999微机母线保护装置通用技术条件

DL/T770-2001微机变压器保护装置通用技术条件

DL/T537-2002高压/低压预装箱式变电站选用导则

DL/T1010-2006高压静止无功补偿装置

DL/Z981-2005电力系统控制及其通信数据和通信安全

DL/Z860-2004变电站通信网络和系统

DL/Z713-2000500KV变电所保护和控制设备抗挠度要求

SD131-1984电力系统技术导则（试行）

SD325-1989电力系统电压和无功电力技术导则（试行）.

能源部《电力系统电压和无功电力管理条例》

③地区或企业标准是在国家强制标准下，某地区（多个省）依据地域环境特点和技术水平等或企业依据其定位和发展战略等制定的标准。

一般地方标准用DB，企业标准用QB，但不是绝对的。

如：

国家电网公司技术标准体系表（2009版）

国家电网公司输变电工程可行性研究内容深度规定（试行）[2007]

Q/GDW166-2007输变电工程初步设计内容深度规定

Q/GDW381.4-2009国家电网公司输变电工程施工图设计内容深度规定

Q/GDW156-2006城市电力网规划设计导则

Q/GDW203-2008110kV变电站通用设计规范

Q/GDW341-2009330kV变电站通用设计规范

Q/GDW342-2009500kV变电站通用设计规范

Q/GDW347-2009电能计量装置通用设计

Q/GDW343-2009信息机房设计及建设规范

Q/GDW393-2009110（66）kV~220kV智能变电站设计规范

Q/GDW394-2009330kV~750kV智能变电站设计规范

Q/CSG20001-2004变电运行管理标准

Q/CSG20004-2005电力系统电压质量和无功电力管理标准

4、必须依据各种设计手册和标准图集进行设计

采用工程上的经验数据和常规作法，结合实际情况设计出最佳的方案。

手册是符合标准和规范、为设计人员提供参考的方法、数据，标准图是符合标准和规范的典型案例和做法。

①各种手册

《电力工程设计手册》共4册，西北电力设计院、东北电力设计院、华东电力设计院编写，上海人民出版社

《电力工程电气设计手册》1、2册西北电力设计院编中国电力出版社

《电力工程电气设备手册》上、下册西北电力设计院编中国电力出版社

《电力系统设计手册》电力规划设计总院编中国电力出版社

《供配电系统图集》芮静康中国电力出版社

《电力工程高压送电线路设计手册》国电公司东北电力设计院编中国电力出版社

《电力施工工程师手册》中国电力出版社

《电力工程师手册》东北电业管理局编中国电力出版社

《电气工程师手册》中国电力出版社

《实用电气工程设计手册》上海科学技术文献出版社

《工厂常用电气设备手册》水利电力出版社

《电力计算手册》中国电力出版社

《电力电缆选择手册》中国电力出版社

《电力工程材料手册》中国电力出版社

《实用电工手册》水利水电出版社

《实用电工手册》上、下册金盾出版社

《新电工手册》安徽科学技术出版社

《新编实用电工手册（精）》周文森，黄金屏，等编北京科学技术出版社

②标准图集

国家电网公司输变电工程典型设计35kV变电站分册（2006年版）

国家电网公司输变电工程典型设计110KV变电站分册

国家电网公司220（110）KV变电站典型设计实施方案编制和推广应用手册

国家电网公司220kV变电站通用设计标准

国家电网公司输变电工程典型设计330kV变电站二次系统部分

国家电网公司变电站智能化改造技术规范2011

国家电网公司输变电工程标准工艺

南方电网公司110~500kV变电站标准设计（2011）

南方电网公司10kV配网标准设计（2011）

南方电网公司10kV和35kV配网标准设计（2011）

南方电网公司标准设计和典型造价（2011）设计要点及详解

其他地区、省标准等。

5、必须查阅大量资料、产品手册和样本，选用适应的设备和装置

①针对使用场合及要求，确定可选范围。

②熟悉各种产品的功能、性能参数、使用上主要差异等情况。

③掌握产品的技术先进程度和价格等，与项目总体相协调。

④进行必要的生产厂家和使用情况的考察，实地了解情况。

⑤选取具有生产许可证、质量认证、入网认证、国家重点推广、节能环保、智能化程度高、成熟、合格的适宜产品。

三、所需知识

1、专业知识

①必须系统掌握电气工程及其自动化专业主要课程的知识，如《供配电技术》、《电力系统继电保护》、《电气测量技术》、《电气工程基础》、《电力系统自动化装置》、《高压电气工程基础》、《高电压技术》、《电机学》、《电力系统静态分析计算》、《电力系统暂态分析计算》、《电力系统微机继电保护》等，对变电站电气设计来说《供配电技术》、《电力系统继电保护》、《高电压技术》最重要。

②必须对相关《设计手册》、《标准图》、《设计规范》等真正理解、掌握，特别是强制性标准，并能灵活运用。

③必须掌握目前技术和设备的现状及发展方向，熟悉新技术、新设备、新材料、新工艺。

2、其他知识

以下知识也是从事工程设计者必须具备的，但需要在工作中不断学习和积累，才能达到一定程度。

①掌握工程设计知识，如设计内容、设计流程和设计方法，不同项目的设计程序、设计内容、专业间关系和配合内容是不同的。

②掌握国家政策，国家引导、调控的方向，行业未来的发展趋势。

③熟练使用计算机进行绘图，即掌握通用CAD或专业CAD。

④具备一定综合能力，即较好把握实际尺度的工程设计经验、工程建设中现场处理解决问题能力、项目方案评估、可行性审查、竣工验收等的综合能力。

四、设计内容和方法

1、方案设计

主要是对变电站实现的全部功能编制设计说明书和投资及效益分析，一般必须经过方案论证（特别是大项目）才能进行初步设计。

①设计说明书：

对整个变电站的文字叙述说明，包括：

设计依据、设计范围、变电站位置，重点是变电系统的方案和主要设备选型（容量、电源数量、电压等级、主结线、运行方式、计量、保护、操作电源、功率因素补偿、站用电），防雷（类别、方法）、接地（方式、等电位、接地体）、通信、调度、照明（正常、应急）、消防、环保、节能等，对必要的附图说明。

②投资及效益分析：

由专业人员进行投资估算和效益分析。

2、初步设计

主要是设计说明书、设计图样、主要设备材料表和工程概算，此方案必须经过专家的可行性论证后才能进行施工图设计。

①设计说明书：

以文字叙述说明为主，对整个变电站从进线开始作以全面的说明，包括：

设计依据（立项文件、合同、法规、气象地址资料等）、设计范围、变电站位置（进线、出线方式）、变电系统（容量、电源数量、电压等级、主结线、运行方式、计量、保护、操作电源、功率因素补偿、站用电）、防雷（类别、方法）、接地（方式、等电位、接地体）、通信、调度、照明（正常、应急）、消防、环保、节能等。

②设计图样：

变电站平面布置图（变压器、开关、母线、开关柜、控制屏、电源屏、信号屏等）、主要结构剖面布置图、变电站一次系统图、二次回路方案编号、防雷接地图等。

③主要设备材料表：

主要是设备名称、型号、规格、数量、生产厂家等。

④工程概算：

由专业人员完成。

⑤设计计算书：

对初设中负荷、变压器、母线、短路、防雷等的计算，仅限内部保存。

3、施工图设计

此设计以初步设计方案和专家评审意见为依据。

主要包括：

图纸目录、施工设计说明书、施工图、设备材料表等。

整个设计过程中，互相关联、相互影响，如设备型号变化对功能、形式、尺寸等都会有所不同，是反复相互修改的过程，拿着图所有内容全部表示出来。

①施工设计说明书：

包括工程概况、变电站采用方案简介、工程特点、施工要求及注意事项、采用标准图集编号、设备订货要求、图例说明等。

②变电站平、剖面布置图：

对建筑物及建筑物内外各功能区的所有设施如：

变压器、开关、母线、线缆、开关柜、控制屏、电源屏、信号屏、补偿柜、控制箱、操作机构、塔架、支架、地沟、接地体等按比例绘制其平面布置图和剖面布置图。

并以此图为依据设计出土建、水暖、空调通风等专业资料图，表明建筑物、地沟、过墙洞、支架、防护方式及基础等的详细尺寸