某科技园35KV10KV降压变电所电气系统设计_开题报告

1.1项目概况

本科技园区是一个集高端酒店、大型商业中心、办公、高层住宅、学校、创艺工场等为一体的综合性大型项目。

科技园建筑总面积为379546平方米，分1栋，2A栋A座、B座、C座，2B栋,3~10栋，11~14栋及2层地下室。地下2层为地下车库及机电设备用房，地下一层为商业,地下停车库及机电设备用房，地下室建筑面积为145511平方米。

根据科技园功能分布情况，分区基本情况如下：

大型商业MALL：1栋四层，建筑高度23.950m，建筑面积92882平方米；

休闲商业建筑：2A栋A座、B座、C座3层共3栋，建筑高度17.80m，建筑面积38860平方米；

商业酒店建筑：2B栋12层，建筑高度48.3m, 建筑面积22383平方米；

综合办公楼：3~5栋4层共3栋，建筑高度21.3m, 建筑面积12162平方米；

国际学校：6~10栋4层共5栋，建筑高度21.3m, 建筑面积20186平方米；

高层住宅建筑：11~14栋17层共4栋，建筑高度78.3m，建筑面积33051平方米。

1.2建设规模和负荷资料

为改善供电质量，提高供电可靠性，在科技园区建设一座35kV变电所，该变电所的设计规模为：

（1）35kV进线两回，一回由110kV牛湖站引入，电缆引入，距离2.5KM，一回由110kV桂花站引入，距离3KM，出线两回，最终出线四回。

（2）10kV出线8回，备用2回，最终出线10回，

负荷的类型及大小如下表1.2。

表1.2  用电负荷资料

负 荷 名 称

最大负荷

（kV）

电 压等级

（kV）

负荷组成（%）

自然功率因数

Cosφ

供电线路长度

(m)

一级

二级

大型商业MALL1# 出线

8000

10

20

30

0.8

100

休闲商业建筑

3200

10

20

20

0.8

150

商业酒店建筑1# 出线

2500

10

30

20

0.8

180

综合办公楼

1600

10

20

30

0.8

200

国际学校

2000

10

20

20

0.8

300

高层住宅建筑

2000

10

20

20

0.8

450

大型商业MALL2# 出线

商业酒店建筑2# 出线

备用一

备用二

（3） 牛湖站35kV母线最大短路容量300MVA，桂花站35kV母线最大短路容量300MVA。

（4）35kV侧采用单母线分段接线， 10kV侧采用单母线分段接线。

二、变电站国内外研究现状及发展趋势

2.1国外的研究现状

近年来一些发达国家的能源不是很丰富，进而导致电力资源不是充足。为了满足国内的需求，减少在网路中的损耗，这些发达国家已经形成了完善的变电设计理论。比较完善的变电站设计理论，是真正的做到了节约型，集约型，高效型。发达国家通过改善优化变电站结构，降低变电站的功率损耗，尽可能地提高变电站的可靠性，尽可能地使变电站的灵活性提高，尽可能地提高经济性。

2.1.1保证供电可靠性方面，发达国家，如法国，均采用先进的设备，单个变电站的可靠性较高，接线以简单、实用为指导思想；同时追求合理的电网规划，建设坚强的电网，以提高整个电力系统的可靠性，增强电网抵御事故的能力。

2.1.2 提高变电站经济性方面，西方国家大部分采用无人值班、远方监控的运行管理方式，并按照分层分区的原则设置集控站或集控中心对所辖变电站采用远方操作方式，减少运行值班人员的开支；另外，采用变电站间的相互备用的方法，减少备用的投入。

2.1.3 合理利用土地方面，以法国为例，电力公司已项目寿命内的效益最大化为原则，综合考虑对周边环境的影响、基建投资费用、运行维护的成本等诸多因素后，确定变电站的占地面积，并不单一追求变电站占地面积最小。

2.2国内的研究状况

我国电力建设经过多年的发展，系统容量越来越大，短路电流不断增大，对电气设备、系统内大量信息的实时性等要求越来越高;而随着科学技术的高速发展，制造、材料行业，尤其是计算机及网络技术的迅速发展，电力系统的变电技术也有了新的飞跃，我国变电站设计出现了一些新的趋势。

2.2.1变电站接线方案趋于简单

随着制造厂生产的电气设备质量的提高以及电网可靠性的增加，变电站接线简化趋于可能。例如，断路器是变电站的主要电气设备，其制造技术近年来有了较大发展，可靠性大为提高，检修时间少。特别国外一些知名厂家生产的超高压断路器均可达到20年不大修，更换部件费时很短。为了进一步控制工程造价，提高经济效益，经过专家反复论证，我国少数变电站设计已逐渐采用一些新的更为简单的接线方案。

2.2.2大量采用新的电气一次设备

近年来电气一次设备制造有了较大发展，大量高性能、新型设备不断出现，设备趋于无油化，采用SF6气体绝缘的设备价格不断下降，伴随着国产GIS向高电压、大容量、三相共箱体方面发展，性能不断完善，应用面不断扩大，许多城网建设工程、用户工程都考虑采用GIS配电装置。变电站设计的电气设备档次不断提高，配电装置也从传统的形式走向无油化、真空开关、SF6开关和机、电组合一体化的小型设备发展。这些户外高压和超高压组合电器共同特点是以SF6断路器为核心，与其它高压电气设备进行组合，形式繁多，通过插接式复合光缆，与就地布置的控制保护智能柜连接在一起的完整超高压开关系统。

2.2.3变电站综合自动化技术

变电站综合自动化系统近几年一直是电力建设的一个热点。无论国内国外，还是从管理方、运行方及设计单位对于变电站实现综合自动化均取得了共识。伴随着计算机技术、网络技术和通信技术的发展，变电站综合自动化也采用了新的技术，其技术动向主要集中在以下两个方面。

(1)全分散式变电站自动化系统 :新型的全分散式变电站自动化系统，设计思想上实现了变电站二次系统由“面向功能”设计向“面向对象”设计的重要转变。系统不再单纯考虑某一个量，而是为某一设备配置完备的保护、监控和测量功能装置，以完成特定的功能，从而并保证了系统的分布式开放性。其特点是各现场输入输出单元部件分别安装在中低压开关柜或高压一次设备附近，现场单元部件可以是保护、监控和测量功能的集成装置，亦可以是现场的保护、监控和测量部件分别保持其独立性。变电站遥测遥信采集及处理、遥控命令执行和继电保护功能等均由现场单元部件独立完成，并将这些信息通过网络送至后台主计算机。

(2)引入先进的网络技术:通信网络是综合自动化变电站与常规站的最明显的区别之一，只有采用通信网络，才可能节省大量电缆。因此必须保证通信网络安全、可靠，传输速度满足变电站综合自动化系统的要求。全分散式变电站自动化系统的实现尤其依托于如今发展很快的计算机网络技术。引入先进的网络技术使得自动化系统的实现更加简单，性能也大大优于以往的系统，并可解决以往系统中链路信息传输的实时性问题，以及信号传输的容量问题。

2.2.4变电站占地及建筑面积减少

变电站接线方案的简化，组合电器、管母线及钢支架等的采用，使变电站布置更为简单，取消站前区和优化布置使变电站占地大幅度下降。据有关资料介绍，采用GIS的配电装置和敞开式配电装置相比可节省占地80%以上。采用PASS的配电装置和敞开式配电装置相比可节省占地40%-60%。即使同样敞开式配电装置，由于简化接线(比如取消旁路母线等)也会减少变电站占地面积。

分散式变电站自动化系统的采用，电缆大量减少，主控楼在活动地板下敷设电缆，取消电缆夹层，主控楼建筑面积减少。另外，针对一些110 kV及以下变电站实现无人值班，设计中取消了与运行人员有关的建筑和设施，建筑面积更是大为减少。

2.3.未来发展方向

随着电网运行水平的提高，各级调度中心和变电站集控中心对变电站的信息量采集要求是越来越多，以便能够及时掌握电网及变电站的运行情况，提高变电站的可控性。目前，变电站的发展趋于以下几个方面：

2.3.1数字化

数字化变电站三个主要的特征就是“一次设备智能化，二次设备网络化，符合IEC61850标准”，即数字化变电站内的信息全部数字化，信息传递实现网络化，通信模型达到标准化，使得各种设备和功能共享统一的信息平台。

2.3.2 装配化

装配化变电站改变了传统的变电站电气布局、土建设计和施工模式。采用全预制装配结构的建筑形式，通过工厂生产预制和现场装配安装两大阶段来建设变电站，大幅缩短设计及建设周期，减少变电站占地面积，节约土地资源。

2.3.3 智能化

智能化变电站的发展，特别是智能化开关、光电式互感器等机电一体化设备的出现，以及计算机高速网络在实时系统中的开发应用，使得变电站所有信息的采集、传输实现全智能化处理提供了理论和物质基础。

三、本课题35KV降压变电所设计主要内容

1. 设计原始资料

1.1建设性质及其规模

1.2站址条件

1.3负荷分析

2.电气主接线设计

2.1主变压器台数、容量、型式选择

2.2  35KV和10KV电气主接线方案设计

2.3站用电设计

2.4无功补偿设计

2.5中性点接地方式设计

3. 短路电流计算

3.1 35KV母线短路电流

3.2 10KV母线短路电流

4. 电气设备选择

4.1 35KV主母线选择

4.2 10KV主母线选择

4.3 35KV断路器、隔离开关选择

4.4 10KV进线和分段断路器、隔离开关选择

4.5 10KV出线断路器、隔离开关选择

4.6 PT和CT互感器配置与选择

4.7 10KV出线电缆选择

5. 配电装置设计

5.1 35KV配电装置

5.2 10KV配电装置

6. 电气二次保护设计

6.1变压器保护设计

6.2母线保护设计

7. 变电所防雷接地保护设计

7.1直击雷保护

7.2接地装置设计

7.3线路防雷保护

三、参考文献

许珉.变电站电气一次设计.北京：机械工业出版社，2015.6

任元会，姚家炜.工业与民用配电设计手册-3版.北京：中国电力出版社，2005

GB 50059-2011 35~110KV变电站设计规范

4  张保会，尹项根.电力系统继电保护.北京：中国电力出版社，2005

5  西北电力设计院.电力工程电气设备手册电气一次部分[S].北京:中国电力出版社,1999

6  刘正山.发电厂电气设计和计算[M].四川:四川大学出版社,1999

7  沈培坤，刘顺喜.防雷与接地装置.北京：化学工业出版社，2005.12

8  丁毓山.变电所设计(10~220kV).沈阳：辽宁科学技术出版社，1993

9  弋东方.电力工程电气设计手册 电气一次部分.北京：水利电力出版社，1989

10  安徽省电力公司.35kV箱式变电站模式设计.北京：中国电力出版社，2003

11  熊信银.发电厂电气部分（第三版）.北京：中国电力出版社，2004.9

12  李光琦.电力系统暂态分析（第三版）.北京：中国电力出版社，2007.1

13 狄富清.城乡电网配电装置.北京：中国电力出版社.2001

14 焦留成,芮静康. 实用供配电技术手册[M].北京：机械工业出版社，2001

15 王子午，徐泽植. 高压电器[M].北京：煤炭工业出版社，1998

16 王永磁， 谭魁递.变电所所址选择与总布置[M].北京：水利电力出版社, 1986