35kV变电站设计.docx
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35kV变电站设计
工程咨询资格证书
编号:
卷册检索号
35kV中金变电站新建工程
设计说明书
二零一一年九月天水
批准：
审核：
校核：
编写：
1．总的部分
1.1设计依据
本工程初设是依据甘肃中金黄金矿业有限责任公司《工程设计委托书》及结合两当县金洞地区的实际电网结构，由陇南供电公司农电发展科牵头会同两当县电力局、陇电电力设计所于2011年8月在两当中金变拟建地址现场办公会议的精神进行的初步设计。
1.2变电站建设的必要性和建设的规模
1.2.1变电站建设的必要性
甘肃中金黄金矿业有限责任公司金矿距两当县城北约50公里，距35KV太阳变约20公里，有两当县——太阳寺——金洞乡砂石公路，虽道路不平整，但交通运输条件较为便利。
场地位于甘肃省陇南市两当县金洞乡前川村三组百花水一级支流太石河西岸山坡，场地东、北两侧紧临太石河两条支沟，南侧紧依山体，场地北侧为乡级公路。
目前金洞地区由35kV太阳变电站供电，太阳变10千伏电源出线距金洞乡存在供电线路长、半径大、电压质量和供电可靠性差、线路损耗高的问题，而且太阳变的主变容量为2X3150KVA（主变压器为无激磁调压变压器）,其供电能力有限，不能满足中金黄金矿生产负荷的要求，为了安全可靠的为中金黄金矿供电，大幅度降低供电经营成本，提高经济效益。
新建两当县中金35千伏输变电工程是非常迫切、非常必要的，且需要尽快建成投运。
1.2.2变电站的建设规模
本工程建设规模如下表：
序号
项目
本期规模
终期规模
1
主变压器
1×5000kVA
1×5000kVA
2
35kV进出线
1回
1回
3
10kV出线
6回
6回
4
10kV电容器
1×1500kvar
1×1500kvar
1.3所址概况及自然条件
1.3.1场地气象资料
气象参数一览表
气象条件
气温（℃）
风速（m/s）
冰厚（mm）
最高气温
40
0
0
最低气温
-30
0
0
最大风速
-5
30
0
覆冰情况
-5
10
10
安装情况
-15
10
0
外过电压
15
10
0
内过电压
5
15
0
年平均气温
5
0
0
冰比重
0.9g/cm3
1.3.2场地工程地质条件
1.3.2.1位置、地形及地貌
勘察场地位于甘肃省两当县城西北约50.0km之大店沟，县城至场地有砂石公路相通，崎岖不平，交通不便。
矿区属北秦岭西段南麓山区，为褶皱断块山地，中等切割陡坡地形，海拔在1500m到2000m之间，最高点海拔标高2050m，地势总体北高南低，属高中山地貌。
拟建总降变电所位于龙王沟西侧山坡坡脚，孔口高程为1520.00～1523.00m，高差1.0～3.0m。
场地较平坦，场地原属耕地，退耕还林后，表面杂草丛生。
1.3.2.2地层
勘察区出露震旦-奥陶（Z-O）丹凤群木其滩组第三岩性段（Z-O）：
岩性为绢云母、绿泥石英片岩为主、局部地段为变质砂岩及石英岩脉等，场地内主要为洪积成因卵石，山前坡地形成残、坡积碎石土及表层耕植土，现按各岩土层的成因类型、岩性及物理力学性质差异描述如下：
第①层、耕植土（Q4ml）：
灰色，稍湿-湿，松散，主要成分为黏性土，含砂卵石，土质不均，成分杂乱，层厚0.30-0.50m，层底深度0.30-0.50m。
第②层、卵石（Q4al+pl）：
灰-灰褐色，局部夹薄层漂石，颗粒以亚圆形为主，分选性差，母岩为绿泥石英片岩，强风化。
含砂、砾及黏性土充填，稍密-中密，稍湿-湿，层厚1.0-2.5m，层底埋深1.4-3.0m。
第③层、碎石（Q4dl）：
灰褐色，偶见块石，颗粒为棱角状，含较多砂砾石及黏性土。
稍密，湿。
层厚0.5-1.2m，层底埋深2.5-3.7m。
第
层、强风化千枚岩（Z-O）：
灰绿-灰黄色、片理很发育，片理面可见大量绢云母及绿泥石，产状155-170°∠75-80°。
岩石风化强烈，呈碎块、碎片状，质软，手折可断-锤击易碎，该层未钻穿。
1.3.2.3地下水
勘察期间，各勘探点均见到了地下水，水位埋深介于3.50～4.50m，属潜水类型，据收集资料显示，本区地下水位变化幅度在0.5m左右。
1.3.2.3不良地质作用
本次勘察未发现活动性断裂、滑坡、崩塌、泥石流等不良地质作用。
适宜进行本工程建筑。
1.3.3地基土工程地质特性
1.3.3.1场地水土的腐蚀性
据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）规范划分，场地环境类别为Ⅲ类。
在拟建场地采取水样进行了水质简分析，结果表明，水质呈弱碱性，无侵蚀性CO2，场地水对混凝土结构和钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。
在拟建场地采取土样进行易溶盐含量分析，结果表明，场地土对混凝土结构和钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。
1.3.3.2地基承载力特征值
据现场原位测试及野外鉴别成果，结合地区建筑经验，综合确定的各层地基土承载力特征值列于下表。
地基土承载力特征值fak（kPa）
地层编号
1层
耕植土
②层
卵石
③层
碎石
④层
片岩
特征值
fak
/
180
200
280
1.3.4场地地震效应
1.3.4.1区域构造稳定性
通过勘察区大型断裂主要有两条，一是元家坪-小寺沟韧性剪切带：
从勘察区北侧通过，二是舒家坝-太阳寺大断裂：
从勘察区南侧通过。
均距矿区较远，整个矿区属构造稳定地段。
1.3.4.2场地地震效应
拟建场主要为冲洪积卵石层、坡积碎石土，沟底主要为冲、洪积（漂）卵石层，场地覆盖层厚度3-5m，按《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）划分，属中硬场地土，Ⅱ类场地。
根据《中国地震烈度区划图》（1990），工程区地震基本烈度Ⅷ度，设计基本地震加速度值为0.20g，属设计地震分组第三组，地震动反应谱特征周期0.45s。
场地内无可液化土层，可不考虑地震液化的影响。
1.4设计范围
1.4.1设计范围
我公司负责该项目的设计范围为：
⑴所区总平面布置。
⑵所区各级电压配电装置和主变、电容器等设备的一、二次线及综合自动化装置。
⑶通讯和远动通道。
⑷所内二次设备室、各级电压配电装置和辅助、附属建筑物。
⑸所区内外排水设施。
⑹所区采暖通风设施。
⑺所区内的绿化规划。
⑻编制工程主要设备材料清册。
⑼编制工程概算。
1.5主要设计原则
1.5.1变压器的选择
本工程新上一台自冷有载调压变压器，型号为SZ10-5000/35，额定电压35±3x2.5%/10.5kV。
1.5.2电气主接线
1、35kV进出线1回，本期1回，终期1回，采用单母线接线。
2、10kV出线6回，本期6回，终期6回，采用单母线接线。
3、并联电容器1×1500kvar，接在10kV母线上。
4、所用变压器1台，接于35kV母线。
其所用电容量为1×50kVA。
1.5.3所区布置
详见整站站内平面布置图。
1.5.4主要电气设备选择
电气设备按正常工作条件选择，按短路故障条件进行校验。
短路电流计算水平为2020年。
考虑国内和区内各类设备的运行情况，经选择与效验，初步推荐如下：
1、35kV侧选用组合电器或XGN□-40.5型箱型固定式户内高压交流封闭开关柜，配永磁操作机构。
2、按《高压输变电设备的绝缘配合》GB311.1-97选取。
对大气过电压和操作过电压采用氧化锌避雷器进行保护，对直击雷采用避雷针进行保护。
1.5.5二次系统
本工程的二次系统采用微机综合自动化方案。
综合自动化系统采用分散分布式结构，主变压器保护测控装置集中组屏，35kV和主变两侧智能电度表等装置集中组屏，35kV所变监控装置集中组屏，10KV线路、电容器的保护测控装置分散安装在开关柜上，10kV出线和电容器智能电度表分散安装在开关柜上，集中组屏部分均安置在二次设备室内。
1.5.6系统调度
中金变的生产调度运行管理、设备维护及管理属两当供电公司管辖。
1.5.7系统通讯
1.5.8电气设施消防
1）按照变电所《35～110KV变电所设计规范》消防部分的要求，本变电所采用一般化学灭火装置进行灭火。
2）电缆沟通往配电室的洞口以及屏、柜、箱的电缆孔洞均用耐火材料封堵，以防火势蔓延。
3）全所配置火灾报警装置一套，在重要生产场所火灾自动报警探测器，以保证迅速自动的向职守人员传递火灾信号。
1.5.9环境保护
变电所污水主要是主变发生事故时排放的含油污水和设备运行中的噪声。
本工程各类废、污水排放按GB8978-88《污水综合排放标准》二级标准执行。
本期工程利用低噪声变压器。
1.6土建部分综述
1.6.1主要建（构）筑物
1.6.1.1建筑物
本工程无需建筑任何厂房，仅需按照模块箱体尺寸修建相应地基即可，箱体抗震设防烈度为8°，箱体采用非金属金邦板材料，净高3.30m，墙体厚度120mm，内加保温层，箱体内配备空调、加热板、温湿度控制器等设施。
1.6.1.2构筑物
站内连接均采用电缆连接，无需建筑构筑物。
本期变电所内新建30米独立避雷针1座。
1.6.1.3其它
包括变电所新建电缆沟，围墙、道路等。
1.6.2采暖及通风
所有房间自然通风。
控制室设置空调机，以维持室内温度夏季在28℃左右，冬季在18℃左右。
1.6.3给、排水系统
变电站不设计工作人员生活用水、消防用水。
变电所排水采用自然排水。
变压器事故排油污水，经集油井进行油水分离后，将油截留，污水排入供电所排水系统。
2电力系统部分
2.1系统一次
2.1.1系统接线
中金35kV变电站电源引自35kV太阳变，在太阳变扩建一个35kV出线间隔，主供此变电站。
关于系统的可靠性及供电能力在本设计前其它部门已做过充分论证，本设计不含这些内容。
中金35kV变电站主变压器容量本期为1×5000kVA，终期1×5000kVA；电压等级35/10kV；35kV进出线本期1回，终期1回；35kV电气主接线为单母线接线，本期为单母线接线；10kV出线终期6回，本期6回，无功补偿按1×1500kvar考虑，10kV电气主接线为单母接线。
2.1.2变电站进出线方向及排列
方案一35kV进线从变电站的东侧架空进线，进线走廊宽阔。
方案二35kV进线为电缆进线，从变电站东南侧沿山脚电缆进线。
2.1.3变压器的调压方式及无功补偿配置
本变电站调压方式为：
变压器有载调压、电容无功补偿装置调压。
2.1.4短路电流
短路电流计算的目的，是为了今后电网新增电气设备的选择，以及现有电气设备的校验提供依据。
短路电流计算水平年为2020年，中金变电站35kV母线最大三相短路电流为25kA。
2.2系统继电保护及安全自动装置
2.2.1继电保护配置原则
配置应符合以下设计规程的规定：
1>DL400-91《继电保护和安全自动装置技术规程》
2>GB14285-93《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》
3>可与变电所综合自动化系统相互通信。
4>采用成熟的、先进的保护装置。
2.2.2配置范围
35kV电力系统及所内所需的系统继电保护及安全自动装置的配置。
2.2.3配置方案
2.2.3.1主变压器保护
a）变压器主保护
瓦斯保护：
作为变压器引出线、套管及内部故障的主保护，其中轻瓦斯动作发信号，重瓦斯动作瞬间跳两侧的断路器。
有载分接开关调压轻瓦斯动作发信号，重瓦斯动作于跳两侧的断路器。
温度信号装置：
作为监视变压器上层油温的信号装置。
监视主变压器油位的信号装置。
b）主变压器后备保护
35kV侧设置过电流保护，动作于跳两侧断路器。
35kV侧设置过负荷保护，动作发信号。
2.2.3.235kV进线保护
系统保护设在35kV太阳变，线路侧配置线路保护装置。
设三段电流保护（装设速断、限时速断、过流）及三相一次重合闸。
2.2.3.310kV出线保护
设三段电流保护（装设速断、限时速断、过流）及三相一次重合闸10kV系统还配置低周减载装置。
2.2.3.410kV电容器保护
装设不平衡电压保护、限时速断保护、过流保护、过电压保护、电流闭锁失压保护。
2.3变电站综合自动化
2.3.1综合自动化系统的功能
综合自动化系统具备以下功能：
1）数据采集和处理
采集变电所生产过程中的时实量（包括模拟量、开关量、脉冲量）；检测出事故信号和设备的运行状态信号，实时更新计算机数据库，为监控系统提供可分析的数据。
2）控制操作
执行调度端（远端控制站）或当地监控主机下达的操作命令，完成对断路器、主变调压开关等设备的操作，同时应具有安全操作闭锁的功能。
3）与调度端通信
综合自动化应能与调度端通信，通过CDT、DNP3.0等标准通信规约向调度端通信，执行调度端下达的控制命令，应能实现主备通道的自动切换。
4）保护
能完成对变电所一次设备的保护，具体有变压器保护、35kV、10kV线路保护及电容器保护等等。
保护装置在硬件和功能上完全独立，不依赖于整个系统，能独立完成对一次设备的保护。
5）事件顺序记录
可以将断路器的动作时间、保护和安全自动装置的动作时间及一些重要信号的时间记录下来，作为事故分析的依据。
6）当地监控
当地监控的功能由当地监控计算机（工控机）完成，是人机联系的窗口。
它将采集到的信息转换为人容易接受的形式输出，通过当地监控计算机工作人员可以对设备进行监视、操作。
当地监控计算机的应用软件应具有良好的开发性，便于今后的软件升级。
7）综合自动化系统应具有小电流接地自动选线功能。
8）能与智能电度表通信，收集电能表信息并向上传送，能与其它智能设备通信。
9）具有防误闭锁功能。
2.3.2变电站的监控范围
按照变电站本期规模配置。
1）模拟量：
a）主变两侧有功功率、无功功率、三相电流、有功电能量
b）主变温度
c）10kV线路电流、有功电能量
d）电容器三相电流、无功功率、无功电能量
e）各级母线电压
f）直流母线电压
g）所用变低压侧电压，有功电能量
2）开关量：
a）主变压器有载调压分接开关位置
b）主变压器及有载调压分接开关瓦斯动作信号
c）主变压器差动保护动作信号
d）主变压器后备保护动作信号
e）主变压器超温信号
f）主变压器油位信号
g）所有断路器、隔离开关位置信号
h）断路器操作机构各种故障信号
i）所有保护装置异常信号
j）保护及自动装置电源中断信号
k）10kV系统接地信号
l）通信电源故障信号
m）UPS异常信号
n）所用电失电信号
o）全所事故总信号
3）控制对象：
a）变电站所有断路器的合、分
b）主变压器有载分接开关调整
2.3.3综合自动化设备配置及其组屏
2.3.3.1设备配置
综合自动化系统采用分层分布式结构。
综合自动化设备按变电所本期规模配置：
1）主变压器保护：
每台主变配置一面保护测控柜，本期1面。
主保护为比率制动原理的差动保护和瓦斯保护，后备保护为复合电压闭锁的过流、零序过电流保护、零序过电压保护及过负荷保护等。
同时可完成对主变的控制，并采集主变的模拟量和开关量。
2）主变35kV电能表设置于主变保护测控屏或35kV进线柜。
3）35kV母线PT电压测量装置置于公用屏。
4）10kV线路：
每回10KV线路配置一套保护测控装置和一块智能电度表。
其保护功能含过电流电压保护、过负荷保护、低周减载功能及三相一次重合闸功能。
可完成对断路器的控制，并完成信号的采集，经监控主机分析可判别小电流接地故障。
5）电容器：
每台电容器各配置一套保护测控装置和一块智能电度表，电容器保护装置具有过流、过压、低电压及不平衡电压等保护。
可完成对断路器的控制，并完成信号的采集，经监控主机分析可判别小电流接地故障。
6）公用部分：
配置1面公用柜，安装在二次设备室。
可完成对公用设备的信号采集和控制，各级母线电压、直流电压等的测量，还具备远动功能。
7）独立的微机“五防”装置。
8）GPS对时装置：
完成对有关设备的对时。
9）监控：
配置1套当地监控站，其中包括工控机、打印机、UPS、工作台及相关的软件。
这样在变电所内也可以完成对一次设备的操作，查询设备的运行记录和运行状态。
2.3.3.2设备组屏
1）主变保护、测控装置集中组屏；
2）35kVPT重动装置集中组屏；
3）10kV线路保护测控装置、10kV电容器保护测控装置和10kVPT重动装置不集中组屏；
4）GPS装置、数据采集系统、通讯系统、监控系统集中组屏；
5）工作台1套；
自动化系统图如下：
2.4变电站系统通信
2.4.1调度管辖范围
2.4.2设计范围
2.4.3系统通信方案
2.4.4主要设备配置
2.4.5通信电源
2.4.6通信设备的安装
2.4.7站内通信
3.电气部分
3.1电气主接线
根据两当中金黄金矿变电站的实际地形、地貌及地质结构，受场地面积限制本设计做出两个方案，方案一为35kV部分为户外组合电器，线变组接线；10kV部分为模块化箱式结构，单母线接线，10kV电容补偿装置也为模块化箱式布置。
方案二为全站为模块化箱式布置，35kV部分为线变组接线，10kV部分为单母线接线。
详见电气主接线图。
3.2短路电流计算及电气设备选择
短路电流计算水平年为2020年，在35kV母线最大三相短路电流为1.9kA基础上进行计算。
电气设备按正常条件下进行选择并按短路故障条件进行校验。
10KV侧母线最大三相短路电流为2.591kA。
本工程电气设备全部选用国产系列标准产品。
短路电流计算接线图、阻抗图见图3-1、3-2和表3-1、3-2。
考虑国内和区内各类设备的运行情况，经选择与效验，初步推荐如下：
1）主变压器选择
变压器型号：
SZ10-5000/35
额定电压：
35±3×2.5%/10.5
接线组别：
Y,d11
阻抗电压：
7.5%
方案一：
35kV侧选通用ZCW10-40.5G/T1600-31.5组合电器，10kV侧选用KGN16-12型金属铠装式固定开关柜，配永磁操动机构，额定电流1250A，开断电流25KV。
10KV并补电容器选用柜式并联电容器组（500/500/500），户内布置。
综合自动化装置，10kV保护测控选用分散就地布置，主变保护测控选择集中式结构。
方案二：
35kV侧选用XGN□-40.5型箱型固定式户内高压交流封闭开关柜，配永磁操作机构。
额定电流1250A，开断电流25KV。
10kV侧选用KGN16-12型金属铠装式固定开关柜，配永磁操动机构，额定电流1250A，开断电流25KV。
10KV并补电容器选用柜式并联电容器组（500/500/500），户内布置。
综合自动化装置，10kV保护测控选用分散就地布置，主变保护测控选择集中式结构。
3.3过电压保护及绝缘配合
35kV系统采用装设氧化锌避雷器，用以限制雷电侵入波及操作过电压，并以避雷器5KA雷电冲击残压作为绝缘配合依据。
设备的基本绝缘水平按《交流输电设备的绝缘配合》GB311.1—1997选取。
配电装置防直击雷保护设置一根30米高的避雷针，并对35kV进线构架至35kV线路终端杆之间的导线进行保护。
接地网由水平敷设的接地干线与垂直接地极联合构成。
并在独立避雷针处设集中接地装置。
考虑到土壤对接地体的敷设，使用年限按30年计，年腐蚀率取0.1mm，接地干线按热稳定要求选-60×8镀锌扁钢，接地引线选-50×6镀锌扁钢。
接地极统一采用φ50×5钢管，长度为2.5m。
接地体埋深为0.8m。
接地网接地电阻应不大于 Ω，独立避雷针接地电阻应不大于10Ω。
3.4电气设备布置及配电装置
3.4.1所区平面布置
所区内设有35kV、10kV两个电压等级的配电装置，以及并补电容器、主变压器及生产辅助设施。
按照电源和负荷的地理位置和所址的具体条件：
方案一布置形式为；35kV配电装置布置在场区西侧，采用架空进出线；主控制室和10kV配电装置为箱体形式，布置在场区东侧，10kV配电装置采用架空全绝缘铜管母线进线，电缆出线；主变布置在所区中部；并补装置采用户内箱式结构布置于所区35kV组和电器南侧；进所大门朝西。
详见方案一电气平面布置图。
方案二布置形式；35kV配电装置布置在场区南侧，采用电缆进出线；主控制室和10kV配电装置共用一个箱体，布置在变电站道路的北侧，10kV配电装置采用电缆进出线；主变布置在所区东南角；并补装置采用户内箱式布置于所区35kV箱体西侧；进所大门朝西。
各设备箱体具体位置详见总平面布置图。
3.5所用电及照明
按照规程规定和微机综合自动化变电所用电可靠性的需要，设置容量为50kVA的35kV所用变压器一台，接在35kV母线，所用电低压系统采用单母线接线，低压进线柜内设备自投装置，供给全所控制、动力、照明等用电负荷，其供给电压为380/220V。
照明电压采用交流220V，由所用电屏引至各照明配电箱供电。
各箱体照明采用白光灯、庭院灯或卤化物灯，卤化物灯供事故检修时使用，庭院灯只作夜间巡视照明用。
屋内外照明线路均采用穿管暗敷。
二次设备室设事故照明，其电源引自由直流屏逆变来的交流220V，供失电时使用。
3.6二次接线
本所二次接线采用微机综合自动化方案，设置主变压器保护测控一面。
35kV线路测控和保护布置于太阳变侧，集中组屏。
本期一面屏。
电能表、10kV测控和保护是微机综合自动化装置的一部分分散安装。
后台监控系统一套，组屏安装。
综合公用屏一面。
远动屏一面。
通讯屏预留两面屏位，另外预留一面备用屏位。
3.7直流系统
为供给控制、信号、微机综合自动化装置等的直流电源，设置220V直流高频开关电源装置一套，留有微机接口，拟配国产阀控式铅酸免维护蓄电池，容量为100Ah。
蓄电池单只电池电压12V共18只。
直流系统电压为220V，单母线接线。
充馈电屏一面，电池屏一面。
能实现对电源系统的遥测、遥控、遥信及遥调功能。
充电设备按N+1方式备份，选用高频开关电源模块两块10×2A。
具有微机直流绝缘监察功能。
根据本工程的实际情况，该直流系统除了提供—220V直流电压外，还需提供：
1.-48V的直流输出，供通讯使用；
2.～220V输出，作为事故照明电源用。
配置3000kv逆变电源一台。
3.8电缆敷设及防火
在二次设备室屏间设有电缆沟，二次设备室与各级电压配电装置之间的联系电缆在电缆沟道内敷设，从电缆沟引向设备的较短电缆以及某些穿越土建设施的电缆穿管敷设，个别距离较长、数量较少的电力电缆则采用直埋敷设。
考虑到防火的需要，屋外电缆沟通向二次设备室的电缆沟口用耐火材料严密封堵，所有屏、柜、箱下部电缆孔洞均用耐火材料封堵。
火灾自动报警装置设置在门房，在二次设备室布设光电感烟探测器。
4.土建部分
4.1概述
4.1.1站区地理状况
本次两当35KV中金输变电工程两中设计方案现场拟选1个站址，站址在甘肃省两当县城西北约50.0km之大店沟境内，海拔在1500m到2000m之间，最高点海拔标高2050m，地势总体北高南低，属高中山地貌。
4.1.2站区地形地貌
拟建两当35kV变电站位于龙王沟西侧山坡坡脚，孔口高程为1520.00～1523.00m，高差1.0～3.0m。
场地较平坦，场地原属耕地，退耕还林后，表面杂草丛生。
4.1.3站区工程地质条件
勘察区出露震旦-奥陶（
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