升压站配电装置断面布置图B2邓其升.docx
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升压站配电装置断面布置图B2邓其升
长沙理工大学
CHANGSHAUNIVERSITYOFSCIENCE&TECHNOLOGY
能源与动力工程学院
课程设计说明书
题目：
风电场电气主接线（方案B）——升压配电装置断面布置图
班级：
风动1201班
姓名：
邓齐升
学号：
201249060123
指导老师：
石阳春
时间：
2015.6.8~2015.6.20
1.课程设计的目的及要求
1.1课程设计的目的：
《风电场电气工程》是风动专业一门非常重要的专业课，有着新概念多、内容抽象、实践性强、内容多等特点。
课程设计是对学生所学课程内容掌握情况的一次自我验证，有着极其重要的意义。
通过课程设计能提高学生对所学知识的综合应用能力，能全面检查并掌握所学内容。
通过本课程的课程设计，使学生巩固风电场电气工程的基础理论知识和基本计算方法，了解电力工业的内在关系和电气系统设计原理，熟悉电力行业规范和标准，具备应用理论知识分析和解决实际问题的能力和工程意识，为将来从事工程设计、设备安装、系统调试、维护保养等工作打下良好的基础。
1.2课程设计的要求：
（1）掌握风电场电气主接线设计的基本要求。
（2）掌握发电厂电气主接线的几种常用接线方式并能分析各接线方式的特点。
（3）熟悉各种电气主接线方案的经济性能比较方法。
（4）掌握几种主要电气设备的选型计算方法。
（5）掌握配电装置布置的基本要求，并能画出简单的配电装置布置图。
（6）用计算机软件，如MATLAB的SimPowerSystem仿真箱，设计出系统仿真图，运行和验证设计，给出波形图。
在课程设计过程中，要求学生严格遵守作息时间，记录当天方案设计和理论分析计算细节，独立自主严格按照规定的进度要求完成相应的工作。
1.3课程设计的组内任务
风电场电气主接线（方案B）电气设备选型设计（1班1组）——升压站配电装置断面布置图。
2.电气主接线简介
2.1电气主接线基本概念
在发电厂和变电所中，各种电气设备必须被合理组织连接以实现电能的汇集和分配；而根据这一要求由各种电气设备组成，并按照一定方式由导体连接而成的电路被称为电气主接线。
对于电气主接线的描述是由电气主接线图来实现的。
主接线电路图用规定的电气设备图形符号和文字符号并按照工作顺序排列，以单线图的方式详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系。
某些需要表示接线特征的设备则要表示其三相特征。
2.2电气主接线设计原则
一、可靠性
供电可靠性是电力生产的基本要求，在主接线设计中可以下几方面加以考虑：
任一断路器检修时，尽量不会影响其所在回路供电；
断路器或母线故障及母线检修时，尽量减少停运回路数和停运时间，并保证对一级负荷及全部二级负荷或大部分二级负荷的供电；
尽量减小发电厂、变电所全部停电的可能性。
二、灵活性
发电厂主接线应该满足在调度、检修及扩建时的灵活性：
调度时，应可以灵活地投入和切除发电机、变压器和线路，灵活调配电源和负荷，满足系统在事故、检修以及特殊运行方式下的系统调度要求；
检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修不至影响电力系统的运行和对用户的供电；
扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。
三、经济性
在满足可靠性、灵活性要求的前提下，还应尽量做到经济合理：
投资省：
主接线力求简单，继电保护和二次回路不过于复杂，采取限制短路电流的措施；
占地面积小：
主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积小；
电能损失少：
经济合理地选择主变压器的种类、容量、数量，并尽量避免因两次变压而增加的电能损失。
3.配电装置简介
3.1配电装置的定义
配电装置可以理解为接受和分配电能的装置，它是电气主接线的具体实现，用于完成进出线回路之间的连接。
配电装置不仅仅包括母线、断路器、隔离开关、互感器等电气设备，还可能包括继电保护装置、测量表计以及架构、电缆沟、房屋通道等辅助设备。
它是集电力、结构、土建等技术于一体的整体装置，最终用于实现发电机、变压器、线路等回路的连接。
3.2配电装置的图示
不同于电气主接线对于电路的抽象描述，为了描述配电装置自身的结构形状，配电装置的图示常采用平面布置图+断面图的描述方式，如图，以两个二维图形描述配电装置的三维空间外形和结构。
此外，工程中还常采用配置图来图示配电装置的基本组成。
由于配电装置是电气主接线的具体实现，在设计配电装置时，不仅仅需要考虑各个电气设备实际尺寸形状，占地大小，还需要考虑人员工作时候的巡视方便和检修安装的条件，并尽量节省三材（钢材，水泥，木材）消耗，降低造价。
3.3满足安全净距的要求
不同的电气设备之间、电气设备的不同相之间都要求保持足够的距离以满足绝缘的要求，即满足最小安全净距的要求
最小安全净距指在这一距离下，无论是在正常最高工作电压或出现内、外部过电压时，都不至使空气间隙被击穿。
最小安全净距A类分为A1和A2值，A1和A2值是根据过电压与绝缘配合计算，并根据间隙放电试验曲线来确定的，而B、C、D、E等类安全净距是在A值的基础上再考虑运行维护、设备移动、检修工具活动范围、施工误差等具体情况而确定的。
1）A值：
A1——带电部分至接地部分之间的最小电气净距；
A2——不同相的带电导体之间的最小电气净距。
2）B值：
B1——带电部分至栅状遮栏间的距离和可移动设备在移动中至带电裸导体间的距离，即
式中750——考虑运行人员手臂误入栅栏时手臂的长度。
=
+750（mm）
B2——带电部分至网状遮栏间的电气净距，即
=
+30+70（mm）
式中30——考虑在水平方向的施工误差；70——指运行人员手指误入网状遮栏时，手指长度不大于此值。
3）C值：
为无遮栏裸导体至地面的垂直净距。
保证人举手后，手与带电裸导体间的距离不小于A1值，即
C=
+2300+200（mm）
式中2300——运行人员举手后的总高度；
200——屋外配电装置在垂直方向上施工误差。
4）D值：
D值为不同时停电检修的平行无遮栏裸导体之间水平净距，即
D=
+1800+200（mm）
式中1800——考虑检修人员和工具的允许活动范围；
200——考虑屋外条件较差而取得裕度。
5）E值：
E值为屋内配电装置通向屋外的出线套管中心线至屋外通道的距离。
35kV及以下取E=4000mm；60kV及以上，E=A1+3500（mm），并取整数值，其中3500为人站在载重汽车车厢中举手的高度，mm。
图为屋内配电装置安全净距校验图
（1）配电装置中，电气设备的栅状遮栏高度不应低于1200mm，栅状遮栏至地面的净距以及栅条间的净距应不大于200mm。
（2）配电装置中，电气设备的网状遮栏高度不应低于1700mm，网状遮栏网孔不应大于40mm×40mm。
（3）位于地面（或楼面）上面的裸导体导电部分，如其尺寸受空间限制不能保证C值时，应采用网状遮栏隔离。
网状遮栏下通行部分的高度不应小于1900mm。
图为室外配电装置安全净距校验图
工程上采用相间距离和相对地的距离，通常大于下面两表所列的数值。
屋外配电装置的安全净距（mm）
3.4施工、运行和检修的要求
配电装置的设计要考虑现场施工的便利，结构在满足安全运行的前提下应该尽量予以简化，并考虑构件的标准化和工厂化，减少架构类型以节省三材、缩短工期，同时配电装置的施工工艺布置设计应考虑土建施工误差，确保电气安全距离的要求，分期建设和扩建过渡的便利也是配电装置的设计必须考虑。
在运行中应考虑各级电压配电装置之间，以及它们和各种建筑物之间的距离和相对位置，应按最终规模统筹规划，充分考虑运行的安全和便利。
在检修工作中应充分考虑检修中人员及具体检修作业对于安全的影响，以保证人员和检修机械在保证足够安全净距的情况下的作业方便。
3.5噪声的允许标准及限制措施
配电装置中的噪声源主要是变压器、电抗器及电晕放电。
对500kV电气设备距外壳2m外的噪声水平，宜不超过下述数值：
电抗器：
80dB；
断路器：
连续性噪声水平85dB；非连续性噪声水平，屋内为90dB，屋外为110dB；
变压器等其他设备：
85dB。
限制噪声的措施有：
1）优先选用低噪声或符合标准的电气设备；
2）注意主（网）控室、通信楼、办公室等与主变压器的距离和相对位置，尽量避免平行相对布置。
3.6静电感应的场强水平和限制措施
在高压输电线路或配电装置的母线下和电气设备附近有对地绝缘的导电物体时，由于电容耦合感应而产生电压。
当上述被感应物体接地时，就产生感应电流。
这种感应通称为静电感应。
常以空间场强来衡量某处的静电感应水平。
所谓空间场强，是指离地面1.5m处的空间电场强度。
关于静电感应的限制措施，设计时应注意：
①尽量不要在电气设备上部设置带电导体；
②对平行跨导线的相序排列要避免同相布置，尽量减少同相导线交叉及同相转角布置，以免场强直接叠加；
③当技术经济合理时，可适当提高电器及引线安装高度；
④控制箱和操作设备尽量布置在场强较低区，必要时可增设屏蔽线或设备屏蔽环等。
3.7电晕无线电干扰和控制
在超高压配电装置内的设备、母线和设备间连接导线，由于电晕产生的电晕电流具有高次谐波分量，形成向空间辐射的高频电磁波，从而对无线电通信、广播和电视产生干扰。
为增加载流量及限制无线电干扰，超高压配电装置的导线采用扩径空芯导线、多分裂导线、大直径铝管或组合铝管等。
3.8配电装置的分类
配电装置根据其安装地点分为：
屋内式和屋外式。
根据其装配方式分为成套式和装配式。
装配式指配电装置在现场将电器组装而成。
而制造厂根据要求将配电装置内的开关电器、互感器等组成电路成套运至现场安装使用的成为成套配电装置。
成套式配电装置常用于室内，常见的类型有：
低压配电屏、高压开关柜、气体全封闭组合电器GIS等，其中GIS也根据实际情况可能采用屋外布置。
高压开关柜一般分为固定式和手车式。
气体全封闭组合电器GIS将断路器、隔离开关、快速或慢速接地开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、母线和出现套管等元件，按照电气主接线的要求依次连接，组成一个整体，并且全部封闭于接地的金属外壳内。
10kV成套高压开关柜如图
1、4隔离开关
2断路器
3互感器
5继电器
6表计
7隔离开关操作机构
8断路器操作机构
9断路器控制把手
安装于室外的GIS
安装于室外的GIS
可以看出相对于独立装配的电气组合，其所占空间要小很多。
3.8.1屋内配电装置
屋内配电装置的分类及特点
发电厂和变电站的屋内配电装置，按其布置型式，一般可以分为三层、二层和单层式。
三层式是将所有电器依其轻重分别布置在各层中，二层式是将断路器和电抗器布置在第一层，将母线、母线隔离开关等较轻设备布置在第二层
在屋内配电装置中，通常将同一回路的电气设备和导体布置在一个间隔内。
各间隔依次排列起来形成所谓的列，按行程的列数可分为单列布置和双列布置。
屋内配电装置的布置原则
（1）总体布置
1）尽量将电源布置在每段母线的中部
2）同一回路的电器和导体应布置在一个间隔内
3）较重的设备（如电抗器）布置在下层
4）充分利用间隔的位置。
5）设备对应布置，便于操作。
6）有利于扩建。
（2）屋内配电装置的设备布置
1）母线及隔离开关
母线通常装在配电装置的上部，一般呈水平、垂直和直角三角形布置。
母线隔离开关，通常设在母线的下方。
2）断路器及其操动机构
断路器通常设在单独的小室内。
油断路器小室的形式，按照油量多少及防爆结构的要求，可分为敞开式、封闭式以及防爆小室。
断路器的操动机构设在操作通道内。
3）互感器和避雷器：
电流互感器无论是干式或油浸式，都可和断路器放在同一小室内。
穿墙式电流互感器应尽可能作为穿墙套管使用。
电压互感器都经隔离开关和熔断器接到母线上，需占用专用的间隔。
当母线上接有架空线路时，母线上应装避雷器。
4）电抗器：
电抗器比较重，大多布置在封闭小室的第一层。
电抗器按其容量不同有三种不同的布置方式：
三相垂直布置、品字形布置和三相水平布置。
5）电缆隧道及电缆沟：
电缆隧道及电缆沟是用来放置电缆的。
为使电力电缆发生事故时不致影响控制电缆，一般将电力电缆与控制电缆分开排列在过道两侧。
6）配电装置室的通道和出口：
配电装置的布置应便于设备操作、检修和搬运，故需设置必要的通道（走廊）。
为了保证工作人员的安全及工作的便利，不同长度的屋内配电装置室，应有一定数目的出口。
7）配电装置室的采光和通风：
配电装置室可以开窗采光和通风，但应采取防止雨雪、风沙、污秽和小动物进入室内的措施。
配电装置室应按事故排烟要求，装设足够的事故通风装置。
10kV配电装置进出线断面图
1—主变压器进线柜；
2—10kV出线柜；
3—高压穿墙套管；
4—封闭母线桥
110kV配电装置断面图
3.8.2屋外配电装置
屋外配电装置的分类及特点
屋外配电装置将所有电气设备和母线都装设在露天的基础、支架或构架上。
屋外配电装置的结构形式，除与电气主接线、电压等级和电气设备类型有密切关系外，还与地形地势有关。
根据电气设备和母线布置的高度，屋外配电装置可分为中型配电装置、高型配电装置和半高型配电装置。
1）中型配电装置
中型配电装置是将所有电气设备都安装在同一水平面内，并装在一定高度的基础上，母线所在的水平面稍高于电气设备所在的水平面，母线和电气设备均不能上、下重叠布置。
中型配电装置按照隔离开关的布置方式，可分为普通中型配电装置和分相中型配电装置。
2）高型配电装置
高型配电装置是将一组母线及隔离开关与另一组母线及隔离开关上下重叠布置的配电装置
高型配电装置按其结构的不同，可分为单框架双列式、双框架单列式和三框架双列式三种类型。
3）半高型配电装置
半高型配电装置是将母线置于高一层的水平面上，与断路器、电流互感器、隔离开关上下重叠布置
由于高型和半高型配电装置可大量节省占地面积，因而在电力系统中得到广泛应用。
屋外配电装置的选型
1）中型配电装置。
一般用在非高产农田地区及不占良田和土石方工程量不大的地方，宜在地震烈度较高的地区采用。
2）高型配电装置。
一般在下列情况宜采用高型：
①配电装置设在高产农田或地少人多的地区；
②由于地形条件的限制，场地狭窄或需要大量开挖、回填土石方的地方；
③原有配电装置需要改建或扩建，而场地受到限制。
在地震烈度较高的地区不宜采用高型。
高型配电装置适用于220kV电压等级。
3）半高型配电装置。
适用于110kV电压等级。
屋外配电装置的布置原则
（1）母线及构架
屋外配电装置的母线有软母线和硬母线两种。
软母线可选用较大的档距，但一般不超过三个间隔宽度，硬母线常用的有矩形和管形。
矩形母线用于35kV及以下配电装置，管形则用于110kV及以上的配电装置。
屋外配电装置的构架，可用型钢或钢筋混凝土制成。
（2）电力变压器
电力变压器外壳不带电，故采用落地布置，安装在变压器基础上。
变压器基础一般制成双梁形并铺以铁轨，轨距等于变压器的滚轮中心距。
（3）高压断路器
按照断路器在配电装置中所占据的位置，可分为单列、双列和三列布置。
断路器有低式和高式两种布置。
低式布置的断路器安装在0.5～1m的混凝土基础上，在中型配电装置中，断路器和互感器多采用高式布置
（4）避雷器
110kV及以上的阀型避雷器多落地安装在0.4m的基础上。
磁吹避雷器及35kV阀型避雷器一般采用高式布置。
（5）隔离开关和互感器
隔离开关和互感器均采用高式布置，其要求与断路器相同。
（6）电缆沟
屋外配电装置中电缆沟的布置，应使电缆所走的路径最短。
（7）道路
为了运输设备和消防的需要，应在主要设备近旁铺设行车道路。
屋外配电装置布置实例
（1）普通中型配电装置
所示为220kV双母线进出线带旁路、合并母线架、断路器单列布置的配电装置
1、2、9-母线I、II和旁路母线；3、4、7、8-隔离开关；5-少油断路器；6-电流互感器；10-阻波器；11-耦合电容器；12-避雷器；13-中央门型架；14-出线门型架；15-支持绝缘子；16-悬式绝缘子串；17-母线构架；18-架空地线
普通中型布置的特点是：
布置比较清晰，不易误操作，运行可靠，施工和维修都比较方便，构架高度较低，抗震性能较好，所用钢材较少，造价较低，经过多年的实践已经积累了丰富的经验，但占地面积较大。
（2）分相中型配电装置
所谓分相布置系指隔离开关是分相直接布置在母线的正下方。
所示为500kV一台半断路器接线、断路器三列布置的进出线断面图。
1、2-主母线I、II；3-断路器；4-伸缩式隔离开关；5-电流互感器；6-避雷器；7-并联电抗器；8-阻波器；9-耦合电容器及电压互感器
分相中型配电装置具有接线简单，清晰，占地面积小的特点。
（3）高型配电装置
所示为220kV双母线进出线带旁路、三框架、断路器双列布置的进出线断面图。
1、2-主母线；3、4、7、8-隔离开关；5-断路器；6-电流互感器；
9-旁路母线；10-阻波器；11-耦合电容器；12-避雷器
该布置方式特别紧凑，纵向尺寸显著减少，占地面积一般只有普通中型的50％；母线、绝缘子串和控制电缆的用量也比中型少。
（4）半高型配电装置
所示为110kV单母线、进出线带旁路、半高型布置的进出线断面图。
半高型配电装置将旁路母线与出线断路器、电流互感器重叠布置。
1-母线；2-旁路母线；3、4、7-隔离开关；5-断路器；6-电流互感器；8-阻波器；9-耦合电容器
其优点是：
①占地面积约比中型布置减少30％；②由于将不经常带电运行的旁路母线及旁路隔离开关设在上层，减少高层检修的工作量；③旁路母线与母线采用不等高布置，实现进出线均带旁路母线，很方便。
其缺点是，隔离开关下方未设置检修平台，检修不够方便。
4升压站配电装置断面布置图B设计流程及成果图
根据已知的技术条件与参数设计电气主接线图如下：
平面布置图如下：
根据配电装置的设计要求，设计断面图如下：
5课程设计小结：
课程设计一方面考查了我们所学知识的扎实程度，另一方面给我们提供了一个发现更多问题的机会。
这次课程设计我负责的部分是升压站配电装置断面布置图B。
通过对平面布置图的分析，我画出了断面布置图。
在这过程中，我更加透彻地了解到了A,B,C,D,E各值得具体含义，各种配电装置（隔离开关，断路器，桁架，电流互感器等）的结构，同时明白了安全净距的重要性，它是保障工作人员及输电线路安全的必要前提。
毫无疑问，也提高了我对空间结构的分析能力。
这次课程设计巩固了我的理论知识，通过理论联系实际我发现了问题，解决了问题，完善了我的知识系统，为以后的工作打下了基础。
这次课程设计说明书的制作对我来说也是一项巨大的考验。
因为资料的信息量庞大，搜取关键信息是一项费心费神的工作。
但最后通过耐心地寻找，我顺利完成了任务。
设计说明书的制作提高了我收集信息，分析信息，整理信息的能力，Word的应用能力，尤其是自学能力，这对我以后的学习和工作是非常重要的。
同时，我了解到了课程设计的流程，理论的环环相扣，做学问的严谨。
正如老师您所说的“你是大学生，这些问题自己解决”，平淡的措辞，却有着深刻的道理。
对啊，我们是社会先进集体中的一员，我们肩负着祖国伟大复兴的使命，每个人心中都揣怀着一个梦想。
我们不能像小学，初中，高中一样抱着依赖的思想，一切都指望着老师给出最终的答案。
我们应有独立的思考，见解，勇于探索未知，破旧立新。
我们不再是过去那个一跌倒就哇哇大哭的小孩了。
这次课程设计教会了我用耐心，韧性面对人生中将要出现的每一道难题。
记得老师您每一堂课上带着亲切的微笑耐心详细地给我们讲每一个知识点，感谢您的诲人不倦！
你们是社会的脊梁！
作为学生，我能做的只有扎实刻苦地学习，用优异的成绩回报您，争取青出于蓝而胜于蓝！
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洪乃刚等编著。
机械工业出版社
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