变电站电气工程设计重点.docx

1、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

2、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

3、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

4、）(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、

5、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。按电压等级分为：对交流来说，中压变电站（66 kV及以下）66kV、35kV、10kV、6.3kV、10kV开闭所、箱式变电站。高压变电站（110220 kV）220kV、110kV、超高压变电站（330765 kV）750kV、500kV、330kV和特高压变电站（1000 kV及以上）1000kV。对直流来说，目前无明确定论，专家建议超高压（300600KV）500KV，特高压（600KV以上）660KV、750KV、800KV。按在电力系统中的地位分为：枢

6、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330220kV，汇集23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1035kV，12回进线。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

7、承担由这个次级电网继续降压的任务的变电站。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。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。按容量和馈线的多少分为：大、中、小型变电站。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

8、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。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；

9、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。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。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

10、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。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、

11、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。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/T 13534-1992 电气颜色标志的代号 GB/T 18135-2008 电气工程CAD制图规则 GB/T 5465.2-1996 电气设备用图形符号 GB/T 47

12、28.7-2008 电气简图用图形符号 GB/T 7356-1987 电气系统说明书用简图的编制 GB/T 6988-2008 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/T 19678-2005 说明书的编制构成、内容和表示方法GB/T 19045-2003 明细表的编制 GB 50059-1992 35110KV变电所设计规范GB 50053-1992 10KV及以下变电所设计规范GB 50052-1995 供配电系统设计规范GB 50054-1995 低压配电设计规范GB 50060-20

13、08 3110KV高压配电装置设计规范GB 50062-1992 电力装置的继电保护和自动装置设计规范GB 50063-1992 电力装置的自动测量仪表装置设计规范GB 50217-1994 电力工程电缆设计规范GB 50260-1996 电力设施抗震设计规范GB 50057-1994 建筑物防雷设计规范GB 50034-2004 建筑照明设计标准GB 50016-2006 建筑设计防火规范GB 311.1-1997 高压输变电设备的绝缘配合GB 19517-2004 国家电气设备安全技术规范 GB 14050-1993 系统接地的型式及安全技术要求GB 7266-1987 电力系统二次回路电

14、气控制台基本尺寸GB 4208-2008 外壳防护等级(IP代码)GB/T 13869-2008 用电安全导则GB/T 7267-2003 电力系统二次回路控制、保护屏及柜基本尺寸系列GB/T 7268-2005 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/T 7269-2008 电子设备控制台的布局、型式和基本尺寸 GB/T 12325-2008 电能质量供电电压偏差 GB/T 15543-2008 电能质量三相电压不平衡GB/T 12501-1990 电工电子设备防触电保护分类 GB/T 12501.2-1997 电工电子设备按电击防护分类 GB/T 14285-200

15、6 继电保护和安全自动装置技术规程 GB/T 16435.1-1996 远动设备及系统接口(电气特性) GB/T 15148-2008 电力负荷管理系统技术规范GB/T 25737-2010 1000 kV变电站监控系统验收规范GB/T 26865.2-2011 电力系统实时动态监测系统 GB/T 13462-2008 电力变压器经济运行 GB/Z 25841-2010 1000 kV电力系统继电保护技术导则 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

16、细，涉及整个电力系统的全过程。如：DL 5009.3-1997 电力建设安全工作规程(变电所部分)DL 504-1992 电力工程规划设计任务来源代码DL 503-1992 电力工程设计代码DL 5028-1993 电力工程制图标准DL 755-2005 电力系统安全稳定导则DL 5014-1992 330500kV变电所无功补偿装置设计技术规定DL/T 5026-1993 电力工程计算机辅助设计技术规定DL/T 5229-2005 电力工程竣工图文件编制规定DL/T 5365-2006 电力数据通信网络工程初步设计内容深度规定DL/T 5364-2006 电力调度数据网络工程初步设计内容深度

17、规定DL/T 5103-1999 35KV110KV无人值班变电所设计规程DL/T 5218-2005 220KV500KV变电所设计技术规程DL/T 5216-2005 35KV220KV城市地下变电站设计规定DL/T 5223-2005 高压直流换流站设计技术规定DL/T 5056-2007 变电站总布置设计技术规程DL/T 723-2000 电力系统安全稳定控制技术导则DL/T 5352-2006 高压配电装置设计技术规程DL/T 5137-2001 电测量及电能计量装置设计技术规程DL/T 5136-2001 火力发电厂、变电所二次接线设计技术规程DL/T 5149-2001 220k

18、V-550kV变电所计算机监控系统设计规程DL/T 5225-2005 220KV500KV变电所通信设计技术规定DL/T 5025-2005 电力系统数字微波通信工程设计技术规程DL/T 5157-2002 电力系统调度通信交换网设计技术规程DL/T 5002-2005 地区电网调度自动化设计技术规程DL/Z 886-2004 750kV电力系统继电保护DL/T 5147-2001 电力系统安全自动装置设计技术规定DL/T 5222-2005 导体和电器选择设计技术规定DL/T 575-1999 控制中心人机工程设计导则 12DL/T 5391-2007 电力系统通信设计技术规定DL/T 5

19、003-2005 电力系统调度自动化设计技术规程DL/T 5155-2002 220kV500kV变电所所用电设计技术规程DL/T 5390-2007 火力发电厂和变电站照明设计技术规定DL/T 5221-2005 城市电力电缆线路设计技术规定DL/T 5220-2005 10KV及以下架空配电线路设计技术规程DL/T 5217-2005 220KV500KV紧凑型架空送电线路设计技术规定DL/T 866-2004 电流互感器和电压互感器选择及计算导则DL/T 5048-1995 电力建设施工及验收技术规范DL/T 782-2001 110kv及以上送变电工程启动及竣工验收规程DL/T 516

20、1-2002 电气装置安装工程质量检验及评定规程DL/T 5344-2006 电力光纤通信工程验收规范DL/T 5168-2002 110KV-500KV架空电力线路工程施工质量及评定规程DL/T 769-2001 电力系统微机继电保护技术导则DL/T 969-2005 变电站运行导则DL/T 593-2006 高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求DL/T 814-2002 配电自动化系统功能规范DL/T 720-2000 电力系统继电保护柜 屏通用DL/T 791-2001 户内交流充气式开关柜选用导则DL/T 670-1999 微机母线保护装置通用技术条件DL/T 770-2001 微

21、机变压器保护装置通用技术条件DL/T 537-2002 高压/低压预装箱式变电站选用导则DL/T 1010-2006 高压静止无功补偿装置DL/Z 981-2005 电力系统控制及其通信数据和通信安全DL/Z 860-2004 变电站通信网络和系统DL/Z 713-2000 500KV变电所保护和控制设备抗挠度要求SD 131-1984 电力系统技术导则(试行)SD 325-1989 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D

22、B，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）2007Q/GDW 166-2007 输变电工程初步设计内容深度规定Q/GDW 381.4-2009 国家电网公司输变电工程施工图设计内容深度规定Q/GDW 156-2006 城市电力网规划设计导则Q/GDW 203-2008 110kV 变电站通用设计规范Q/GDW 341-2009 330kV变电站通用设计规范Q/GDW 342-2009 500kV变电站通用设计规范Q/GDW 347-2009 电能计量装置通用设计Q/GDW 343-2009 信息机房设计及建

23、设规范Q/GDW 393-2009 110(66)kV220kV智能变电站设计规范Q/GDW 394-2009 330kV750kV智能变电站设计规范Q/CSG 20001-2004 变电运行管理标准Q/CSG 20004-2005 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。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

24、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

25、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 110500kV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

26、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针对使用场合及要求，确定可选范围。 熟悉各种产品的功能、性能参数、使用上主要差异等情况。 掌握产品的技术先进程度和价格等，与项目总体相协调。 进行必要的生产厂家和使用情况的考察，实地了解情况。 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

27、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。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。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。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。 掌握国家政策，国家引导、调控

28、的方向，行业未来的发展趋势。 熟练使用计算机进行绘图，即掌握通用CAD或专业CAD。 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。 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、

29、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。 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。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

30、急）、消防、环保、节能等。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。 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。工程概算：由专业人员完成。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。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。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