220kV GIS 变电站电气设计.docx
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220kVGIS变电站电气设计
2.1电气部分
2.1.1变电站规模
（1）本期建设2台220kV、240MVA变压器，最终规模3台220kV、240MVA三相三绕组变压器；
（2）220kV出线，本期4回，远景6回；
（3）110kV出线，本期4回，远景12回；
（4）35kV出线，本期6回，远景8回；
（5）无功补偿，本期装设6×1.0万千乏电容器，电容器电抗率按3组5%、3组12%考虑；远景按装设9组电容器预留场地，电容器串联电抗率按12%的位置预留。
2.1.2电气主接线及主要电气设备选择
采用国网A1-1方案，根据系统要求，对通用设计电气主接线进行调整。
2.1.2.1电气主接线
220kV本期采用双母线接线，远景采用双母线接线。
110kV本期采用单母线分段接线，设分段断路器，装设2组母线设备，远景单母线三分段接线。
35kV本期采用单母线分段接线，远景采用单母线分段+单母线接线。
根据国家电网生[2011]1223文件“关于印发《关于加强气体绝缘金属封闭开关设备全过程管理重点措施》的通知”附件1第二章第八条“采用GIS的变电站，其同一分段的同侧GIS母线原则上一次建成。
如计划扩建母线，宜在扩建接口处预装一个内有隔离开关（配置有就地工作电源）或可拆卸导体的独立隔室；如计划扩建出线间隔，宜将母线隔离开关、接地开关与就地工作电源一次上全。
”本工程110kV侧有出线间隔的GIS母线一次建成，建成母线的远景扩建间隔本期预装空间隔。
本工程主变220kV、110kV中性点采用经隔离开关直接接地或经避雷器、放电间隙的接地方式；35kV系统中性点采用经消弧线圈接地方式。
由于主变35kV侧为三角形接线，在35kV母线上配置接地变。
本工程采用接地变兼站用变，本期及远景均2台，均分在35kVI、II母线上，本期不装设消弧线圈，远景按2×1100千伏安消弧线圈预留场地。
电气主接线图见图1。
2.1.2.2主要电气设备选择
主变压器采用三相三圈降压结构有载调压变压器，变压器考虑采用低损耗及低噪音，三侧电压分别为220kV、110kV、35kV。
根据系统规划，220kV、110kV、35kV设备开断电流分别暂按50kA、40kA、31.5kA选择。
220kV和110kV配电装置均采用户外GIS方案；35kV开关柜选用真空或SF6型断路器；低压侧并联电容器采用户外组装式并联电容器组。
所有避雷器均采用雷电和操作过电压保护性能良好的金属氧化物避雷器。
查电力系统污区分布图（2011）版，变电站所址的污秽等级为C2级（爬电比距为25mm/kV），根据浙电生【2012】267号《电网污区分布图（2011版）执行规定》，本工程户外设备外绝缘爬电距离按25mm/kV（最高线电压）配置，中性点非有效接地系统户外设备按上述要求提高一档，即绝缘爬距220kV设备为6300mm，110kV设备为3150mm,35kV户外有效爬距为1256mm。
根据DL/T404-2007《3.6kV～40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备》，35kV屋内电气设备外绝缘泄漏距离考虑729mm（纯瓷）、810mm（有机）。
按此要求选择绝缘子串片数，单片XWP2-100、XWP2-70绝缘子泄漏距离为450mm，选择计算如下：
1）220kV绝缘子串（户外安装）片数：
6300/450=14，取整数16；
2）110kV绝缘子串（户外安装）片数：
3150/450=7，取整数8。
根据以上计算结果，再考虑取零值绝缘子2片，最终220kV绝缘子串片数为16片，110kV绝缘子串片数取9片。
主要设备均采用《国家电网公司标准化建设成果（输变电工程通用设计、通用设备）应用目录（2011年版）》推荐的设备型号及相应参数，应用情况详见表2.1.2-2。
表2.1.2-1通用设备应用情况表
序号
设备名称
通用设备编号
数量
单位
应用比例
1
变压器
2T1B-240
2
台
100%
2
组合电器
2GIS-3150/50
1
套
100%
1GIS-2000/40
1
套
100%
3
电容器
BC-K10
6
套
100%
4
避雷器
2MOA-204/532
18
套
100%
1MOA-102/266
24
套
100%
5
35kV开关柜
BKG-1250/31.5-A
10
套
100%
BKG-2500/31.5-A
8
套
100%
2.1.2.3智能一次设备
（1）主变
主变采用常规主变压器+传感器+智能终端方案实现智能化。
主变压器状态监测参量包括油中溶解气体和局部放电（预留）。
每台主变设置主变油色谱传感器1套；主变局部放电传感器及测试接口1套；全站本期共设置主变油色谱传感器2套，设置主变油色谱传感器IED2只，设置主变局部放电传感器及测试接口2套。
（2）220kV、110kVGIS
220kV、110kVGIS采用断路器+智能终端方案实现智能化。
（3）35kV开关柜
35kV开关柜采用常规设备。
主变35kV间隔采用常规开关柜+智能终端方案。
（4）避雷器
本工程220kV避雷器采用常规避雷器+传感器方案实现智能化。
避雷器状态监测参量包括泄露电流、放电次数等。
设置避雷器状态监测传感器1个/每相。
（5）互感器选择
本工程采用常规互感器。
（6）设备状态监测
变电设备状态监测系统采用分层分布式结构，由传感器、状态监测IED构成，利用状态监测及智能辅助控制系统后台主机实现一次设备状态监测数据的汇总分析。
本站主变压器、220kV高压组合电器（GIS）预置局放传感器及测试接口供状态监测使用。
1）监测范围及参量
主变压器状态监测参量：
油中溶解气体、局部放电（预留供日常检测使用的超高频传感器及测试接口）；
220kV高压组合电器（GIS）状态监测参量：
局部放电（预留供日常检测使用的超高频传感器及测试接口）；
220kV金属氧化物避雷器状态监测参量（在与所有弱电系统完全隔离的前提下）：
泄漏电流、放电次数。
2）传感器安装方式
a）局部放电传感器采用内置方式安装；油中溶解气体传感装置导油管利用主变压器原有放油口进行安装，采用油泵强制循环，保证油样无死区。
b）内置传感器采用无源型或仅内置无源部分，内置传感器与外部的联络通道（接口）应符合高压设备的密封要求，内置传感器在设备制造时应与设备本体采用一体化设计。
c）外置传感器应安装于地电位处。
2.1.2.4新技术、新设备、新材料的应用
（1）智能变电站技术
1）采用常规一次设备+智能终端的方式实现一次设备的智能化。
2）采用常规互感器+合并单元实现电流电压等模拟量的数字化。
3）采用交直流一体化电源，采用DL/T860接自动化系统站控层网络，取消通信蓄电池。
（2）电力设备在线监测技术
变压器配置油中溶解气体和预留局放、GIS预留局放、220kV避雷器配置泄漏电流和放电次数状态监测。
（3）GIS技术
220kV、110kV配电装置采用GIS设备，设计集成度高。
采用智能终端、合并单元实现一次设备的智能化及模拟量的数字化。
2.1.3电气布置、防雷接地及站用电
2.1.3.1电气布置
220kV变电站采用国网220-A1-1（35）方案。
电气平面布置紧凑合理，出线方便，减少占地面积。
全站总布置按照变电站最终规模设计，主变压器布置在站区中部。
220kV配电装置户外GIS，采用架空出线，主变架空进线方式，采用分相式断路器单列布置。
出线架构采用双回出线共用方式；单回出线间隔宽度12m，双回出线共用间隔宽度24m。
出线门型架挂点高度14m，避雷线挂点高度21m。
主变压器至运输道路中心线距离10.5m，220kV配电装置纵向尺寸（道路中心至围墙）26m。
110kV配电装置采用户外GIS；架空/电缆出线、主变架空进线；母线三相共箱布置。
出线架构采用双回出线共用方式，单回出线间隔宽度7.5m，双回出线共用间隔宽度15m；出线门型架挂点高度10m，避雷线挂点高度14.5m。
110kV户外GIS配电装置纵向尺寸22m。
本方案35kV配电装置采用金属铠装移开式开关柜户内双列布置，主变进线采用架空铜母线方式，母线跨线采用架空封闭母线桥方式，其余出线均采用电缆，整个配电装置室的平面布置横向尺寸为23m，纵向尺寸为12.5m。
接地变消弧线圈成套装置布置于35kV配电装置室东北侧，低压侧并联电容器单排列布置于站区西南侧；主控楼与附属建筑物布置于站区东北侧。
站内按运输、消防要求设有环形道路；变电站出口位于站区的东北侧，正对主变运输道路。
220kV变围墙长102.5m，宽86m，电气总平面图见图2。
2.1.3.2防雷接地
控制楼防直击雷措施考虑采用避雷带，在规定要求的屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷击的部位敷设，并应在整个屋面组成不大于10m×10m或12m×8m的网格。
根据本阶段工程地质勘测结果，所区平均土壤电阻率较小。
据附近工程高密度测试成果，提供各电性层的土壤电阻率及厚度如表2.1.3.2-1所示。
表2.1.3.2-1各电性层厚度及土壤电阻率建议值表
电性层编号
土壤电阻率（·m）
电性层厚度（m）
相对应地层岩性
1
60~80
1.0~2.0
粉质粘土及地表松散层
2
30~60
6.0~8.0
粉质粘土及粉质粘土混碎石（含水）
③
80~120
5.0~10.0
碎石土及全风化基岩
④
450~550
＞30.0
底部较完整基岩
据水质分析资料，按照《岩土工程勘察规范》标准判定，地下水对混凝土结构有微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋有微腐蚀性。
按土壤电阻率指标，站址表层土对钢结构有弱腐蚀性。
表2.1.3.2-2站址地下水对建筑材料腐蚀性评价表
项目
SO42-
Cl-
Mg2+
HCO3-
PH
侵蚀性CO2
腐蚀性
评价
单位
mg/L
mg/L
mg/L
mmol/L
－
mg/L
范围值
12.21～20.36
42.40～55.80
3.10～3.61
0.802～1.002
6.8～6.9
13.2～19.8
评价
内容
混凝土结构
微
钢筋混凝土结构中的钢筋
长期浸水
微
干湿交替
微
表2.1.3.2-3站址表层土对建筑材料腐蚀性评价表
项目
K++Na+
Ca2+
SO42-
Cl-
Mg2+
HCO3-
PH
腐蚀性
评价
单位
mg/kg
mg/kg
mg/kg
mg/kg
mg/kg
mg/kg
－
范围值
107.02～164.00
21.24～29.74
30.54～50.90
109.72～212.04
10.27～10.33
61.13～122.28
6.1～6.2
评价
内容
混凝土结构
微
钢筋混凝土结构中的钢筋
微
根据DL/T5394-2007《电力工程地下金属构筑物防腐技术导则》“发电厂（变电站）土壤电阻率在20·m及以下的接地网应采取防腐措施”。
本工程可采用碳钢加阴极保护防腐措施。
阴极保护一套暂按40万元列费。
二次设备室及配电装置楼采用镀锌扁钢接地，接地主网考虑到接地系统长期安全可靠运行对接地材料的高要求，结合本变电站腐蚀性的情况，对接地材料进行比较：
镀锡铜绞线、镀铜钢绞线和镀锌扁钢加阴极保护，见表2.1.3.2-4。
表2.1.3.2-4三种接地材料数量和费用比较表
项目
镀锡铜绞线
镀铜钢绞线
镀锌扁钢阴极保护
主网
截面1202200m
截面1502200m
80×82200m
220kV引下线
40×4扁铜600m
40×4扁铜600m
80×10600m
110kV引下线
40×4扁铜700m
40×4扁铜700m
100×10700m
主变、35kV与构支架引下线
40×4扁铜800m
40×4扁铜800m
100×10800m
均压环
40×4扁铜700m
40×4扁铜700m
50×8700m
主控楼避雷带及35kV室内避雷器接地及电缆沟
50×82200m
50×82200m
50×82200m
二次设备室及35kV屋内配电及不带电运行的金属物体接地
60×81100m
60×81100m
60×81100m
接地极
Φ20150根
Φ20150根
L50×5150根
铜焊接头
600个
600个
/
阴极保护（万）
/
40
接地费用（万）
118
110
100
由于镀铜钢网具有导电性能优、热稳定性能好、耐腐蚀能力强、施工方便、寿命长、投运后检验维护工作量少、无污染等优点，放热焊接确保连接点为分子结合、无腐蚀、无松弛、导电能力和原导体保持一致，价格优于铜网。
根据国家电网公司部门文件基建设计〔2011〕222号文《关于进一步规范输变电工程接地设计有关要求的通知》，“在强碱性土壤地区和高腐蚀介质的中性土壤地区，选用铜接地材料或镀铜钢材料”。
本变电站为偏弱碱性腐蚀介质土壤；接地主网采用镀铜钢材料。
本变电站所区接地装置以水平接地体（镀铜钢绞线）为主，垂直接地体（铜棒）为辅；户外设备引下线采用铜排；二次设备室及配电装置的楼室内接地网采用镀锌扁钢。
接地装置主要设计原则：
1）为保证交流电网正常运行和故障时的人身及设备安全，电气设备及设施应接地并做到因地制宜，安全可靠，经济合理。
2）本站无独立避雷针，全站设置统一的主接地网。
3）入地电流取设计水平年电网在非对称故障情况下的最大入地电流值。
4）接触电位差和跨步电位差应满足DL/T621的要求。
5）主接地网应与线路的避雷线相连，且有便于分开的连接点。
6）全站接地以水平接地为主，垂直接地为辅组成复合主接地网，主接地网的外缘应闭合。
经计算土壤电阻率约为173Ω·m，接地电阻值约为0.9左右，小于1Ω。
根据系统提供的参数，计算得地电位26165V，最大接触电位差3146.7V，最大跨步电压1181.1V。
接触电势与跨步电压均超过允许值。
按变电所场地表层铺碎石（电阻率2500Ω.m），道路表面配筋考虑，变电所配电装置场地允许接触电压1027.3V，允许跨步电压3299.6V，跨步电压满足要求但接触电势仍不满足要求。
对接触电势需进一步采取措施：
在屋外高压设备本体、支架，操作机构，端子箱或就地控制柜等周围0.6m处敷设局部闭合接地线,埋深约0.3m，并与接地引下线相连。
为防止转移电位引起的危害，对可能将接地网的高电位引向所外或将低电位引向所内的设施，应采取隔离措施：
对外的通信设备、引向所外的所用电设备加隔离变压器；通向所外的管道采用绝缘段等。
2.1.3.3站用电源
本工程设置接地变兼所用变压器2台，分别接于35kVI、II段母线。
380/220V所用电系统为单母线分段接线，用空气开关分段，重要负荷采用双回路供电。
2.1.4电气二次
变电所控制方式采用分层分布式计算机监控系统。
本工程二次保护测控设备除35kV外集中布置在继电器室。
220kV、110kV采用保护与测控合一的单元，35kV采用保护测控一体化装置，柜内安装。
直流系统采用220V单母线分段接线，采用辐射状供电网络，蓄电池采用2组免维护蓄电池，每组各配1套高频开关电源成套装置。
主变的本体保护采用就地方式，为每台主变配置1套包含有非电量保护功能的智能终端，非电量保护跳闸经电缆以接点的形式联跳主变各侧断路器，保护动作信号以及主变本体信号、开关档位、本体温度等则通过本体智能终端经由GOOSE网传至主变220kV侧的测控装置，进而通过MMS网上传至站控层。
变电站继电保护室里安装一面GPS主时钟机柜及一面扩展机柜。
配置公用的时间同步系统，采用北斗系统和GPS单向标准授时信号进行时钟校正，优先采用北斗系统。
同时具备通过远动通信设备接收调度时钟同步的能力。
2.1.5智能化方案
根据国家电网基建〔2011〕58号文《国家电网公司2011年新建变电站设计补充规定》和浙电基〔2011〕413号文《关于印发省电力公司2011年新建变电站设计补充规定实施细则的通知》要求，配置1套状态监测系统，设置交直一体化电源系统，采用一体化信息平台和高级应用，配置1套智能辅助控制系统，实现图像监控、电子围栏、消防、照明、采暖通风、环境监测等系统的智能联动控制。
本工程一次设备采用常规的电流、电压互感器，配置合并单元，采用智能终端、状态监测IED实现变压器、GIS（或断路器）等设备的智能化，智能终端配置详见系统二次。
2.1.5.1全站状态监测系统
变电设备状态监测系统采用分层分布式结构，由传感器、状态监测IED、后台系统构成。
全站共用统一的后台系统，各类设备状态监测统一后台分析软件、接口类型和传输规约，实现全站设备状态监测数据的传输、汇总、和诊断分析。
后台系统不独立设置，与智能辅助控制后台集成。
本站主变压器、220kV高压组合电器（GIS）预置局放传感器及测试接口供状态监测使用。
1）监测范围及参量
①主变压器状态监测参量：
油中溶解气体、预置局放传感器；
②220kV高压组合电器（GIS）状态监测参量：
预置局放传感器；
③220kV金属氧化物避雷器状态监测参量（在与所有弱电系统完全隔离的前提下）：
泄漏电流、放电次数；
2）监测装置本期规模
本站设置一套后台系统。
传感器、IED配置见表2.1.5.1。
表2.1.5.1传感器和IED配置表
监测装置
传感器配置原则
IED配置原则
本期
主变油中溶解气体监测
主变油色谱1套
传感器每台
每台1只IED
2套
主变局部放电
1套主变局部放电传感器及测试接口每台
/
2套
220kVGIS局部放电
1套局部放电传感器及测试接口每相断路器
/
局部放电传感器27个
（按线路3个/间隔，主变3个/间隔，母联3个/间隔，母设3个/间隔）
220kV避雷器状态监测
避雷器状态监测传感器1个每相
220kV电压等级1只LED
监测传感器18个
IED1个
2.1.5.2交直一体化电源系统
变电站交直流一体化电源系统由站用交流电源、直流电源、交流不间断电源、逆变电源、直流变换电源等装置组成，并统一监视控制，共享直流电源的蓄电池组。
设置接地变兼站用变压器二台，分别接于本期两台主变低压侧母线。
380/220V站用电系统为单母线分段接线，用空气开关分段，重要负荷采用双回路供电。
本站采用交直一体化电源系统，通信电源不单独配置，蓄电池容量，电气负荷按2小时事故放电时间计算，通信负荷按4小时事故放电时间计算；其运行工况和信息能够上传总监控装置，应采用DL/T860通信标准与变电站自动化后台连接，实现对一体化电源系统的远程监控维护管理。
2.1.5.3一体化信息平台和高级应用
一体化信息平台从站控层网络直接采集SCADA数据、保护信息等数据，直接采集电能量、故障录波、设备状态监测等各类数据，作为变电站的统一数据基础平台。
一体化信息平台主机与站控层主机统一配置，不独立配置。
高级应用包括：
1）顺序控制；2）智能告警及故障信息综合分析决策；3）设备状态可视化等。
2.1.5.4智能辅助控制系统
全站配置一套智能辅助控制系统实现视频安全监视、火灾报警、消防、灯光和通风等系统的智能联动控制，平台采用DL/T860标准通信，实时接收站端视频、环境数据、安全警卫、人员出入、火灾报警等各终端装置上传的信息，分类存储各类信息并进行分析、判断，实现辅助系统管理和监视控制功能。
智能辅助控制系统包括智能辅助系统平台（组屏1面）、图像监视及安全警卫子系统1套、火灾自动报警及消防子系统1套、环境监控设备1套等。
其中，图像监视及安全警卫系统配置见表2.1.5.4。
表2.1.5.4本期图像监视及安全警卫系统配置
序号
安装地点
摄像头类型
数量
1
主变压器区
室外快球
每台主变压器配置1台
2
35kV无功补偿装置区
室外快球
共配置3台
3
220kV配电装置场地
室外快球
共配置2台
4
110kV配电装置场地
室外快球
共配置2台
5
35kV配电装置室
一体化摄像机
共配置2台，壁装
6
二次设备室（含通信设备）
一体化摄像机
共配置2台，壁装
7
蓄电池室
一体化摄像机
每个蓄电池室配置1台，壁装
8
二次设备室门厅
一体化摄像机
共配置1台，壁装
9
全景（安装在二次设备室顶部）
室外快球
共配置2台
10
周界（安装在变电站围墙四角）
室外快球
配置4台
11
电子围栏
4区域控制器，4线安装，含大门上端可移动护栏
12
门禁装置
变电站进站大门，一楼门厅处安装
2.1.5.5照明
变电站拟采用投光灯作为屋外照明；主控室、继电器室等采用荧光灯照明，配电装置室采用高效节能投光灯照明；在主控室、继电器室、配电装置室及主要通道和出入口等处装设一定数量的事故照明。
选用配光合理、效率高的节能环保灯具，以降低能耗。
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