2022变电站一次系统设计培训课程讲义（上册）

变电站一次系统设计

培训课程（上册）2022.08CONTENTS一、变电站电气一次设计总述二、电气一次专业主要计算内容三、变电站设计相关知识点（一）四、变电站安全净距确定和应用（案例分析）五、变电站设计相关知识点（二）六、变电站改扩建工程的研究（案例分析）

1、设计内容1.1设计阶段可行性研究站址情况搜集环境温度、风速、冻土深度、地震烈度、土壤电阻率等工程技术方案设想电气主接线、电气总平面、设备选择原则方案比选投资估算书变电站电气一次专业

1、设计内容1.1设计阶段初步设计确定主要设计方案电气主接线、电气总平面、配电装置平断面、主要设备选型、绝缘配合及防雷接地下达勘测任务书土壤电阻率投资概算书变电站电气一次专业

1、设计内容1.1设计阶段施工图设计全面、准确、细致实施初设审定的设计原则落实专业接口问题执行规程规范确认一次设备满足现场施工需要变电站电气一次专业

1、设计内容1.2

设计内容电气主接线图1）主变压器可靠性、灵活性、经济性台数、容量和型式，各侧额定电压、阻抗、

调压方式及调压范围母线出线电压等级、通流及规格电压等级、回路数、出线名称、每回容量等无功补偿装置 型式、数量、容量等断路器 电压等级、型式、额定电流、动热稳定值变电站电气一次专业

1、设计内容1.2

设计内容电气主接线图6）隔离开关可靠性、灵活性、经济性电压等级、型式、额定电流、动热稳定值7）电流互感器

电压等级、型式、额定电流比、准确级次、动热稳定值8）电压互感器 额定电压比、准确级次9）避雷器 型式、额定电压、残压、标称放电电流变电站电气一次专业

1、设计内容设计内容电气总平面布置图原则

1）符合电气主接线要求2）设备选型合理保证安全距离节约投资安装、检修便利运维安全方便变电站电气一次专业

1、设计内容设计内容电气总平面布置图高、中、低压配电装置平面布置主变压器布置无功补偿装置布置主控楼及站前区保护小室及辅助建筑道路及电缆沟变电站电气一次专业

2、设计依据核准变电站电气一次专业

3、专业配合上游专业建设规模1）系统一次负荷电气二次暖通水工通信变电站电气一次专业

3、配合专业下游专业电气主接线系统一次电气二次通信3.2.1

基础和建筑物1）结构2）建筑变电站电气一次专业

4、设计成品可研可研报告（含专题）、电气主接线图、电气总平面布置图初设初设报告、电气主接线图、电气总平面布置图、配电装置分平面图、配电装置断面图、防雷接地图、主要设备材料清册、必要的计算书变电站电气一次专业

4、设计成品4.3

施设变电站电气一次专业序号卷册名称备注1总的部分2主要设备及材料清册3各电压等级配电装置平、断面图4设备安装图5站用电系统6防雷接地7电缆敷设及防火封堵8户外照明9建筑电气10动力电缆清册施工图设计卷册目录

5、注意事项项目经理技措要求工期要求提资内容清晰，满足专业配合要求校审环节满足单位三标体系要求执行现行规程规范、项目单位的特殊规定变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.1«220kV~750kV变电站设计技术规程»DL/T5218-2012“5.2.1凡装有2台（组）及以上主变压器的变电站，其中1台（组）事故停运后，其余主变压器的容量应保证该站在全部负荷70%时不过载，并在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷。”计算回路电流时，2台主变，K=1.43台主变，k=1.05变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.2«高压配电装置设计规范»DL/T5352-2018“3.0.3

电气设备的正常使用环境温度不宜超过

40℃,

且24h

内测得的温度平均值不宜超过35℃。屋外电气设备最低环境温度的优选值宜为-l0℃、-25℃、-30℃、-40℃;

屋内电气设备低环境温度的优选值宜为

-5℃、-l5℃、-25℃。选择导体和电气设备的环境温度宜符合表

3.0.3的规定。”变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.2«高压配电装置设计规范»DL/T5352-2018变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.2«高压配电装置设计规范»DL/T5352-2018“2.2.2

GIS配电装置的母线避雷器和电压互感器、电缆进出线间隔的避雷器、线路电压互感器宜设置独立的隔离断口或隔离开关。”根据«防止电力生产事故的25项重点要求»方便耐压试验变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.2«高压配电装置设计规范»DL/T5352-2018“4.3.9当有冰雪时，3kV~20kV屋外支柱绝缘子和穿墙套管宜采用提高一级电压的产品；对于3kV~6kV者可采用提高两级电压的产品。”变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.2«高压配电装置设计规范»DL/T5352-2018变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.2«高压配电装置设计规范»DL/T5352-201835kV~500kV

配电装置海拔大千1000m时，A值按附录A修正。A2值和屋内的

A1、A2值可按本图之比例递增。变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.2«高压配电装置设计规范»DL/T5352-2018某些运维单位对

110kV及以下电压等级A1、C值按照电力安全规程要求变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.3«导体和电器选择设计技术规定»DL/T5222-2005变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.3«导体和电器选择设计技术规定»DL/T5222-20055基本规定变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.3«导体和电器选择设计技术规定»DL/T5222-20057.8电力电缆电缆短路电流热效应计算与一般导体的区别变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.4«电力工程电缆设计标准»GB50217-2018附录E

按短路热稳定条件计算电缆导体允许最小截面的方法变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.4«电力工程电缆设计标准»GB50217-2018变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.4«电力工程电缆设计标准»GB50217-2018变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.4«电力工程电缆设计标准»GB50217-2018“3.6.8

5

短路电流的作用时间应取保护动作时间与断路器开断时间之和。对电动机、低压变压器等直馈线，保护动作时间应取主保护时间；对其他情况，宜取后备保护时间。”电缆热稳截面计算依据变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.4«电力工程电缆设计标准»GB50217-2018寒冷地区，选用YJY23型电缆变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.4«电力工程电缆设计标准»GB50217-2018在户内站电缆夹层中，“由下而上”变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.4«电力工程电缆设计标准»GB50217-2018变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.4«电力工程电缆设计标准»GB50217-2018变电站电缆订货长度=（1.05~1.1）*计算长度变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.4«电力工程电缆设计标准»GB50217-2018冻土地区电缆敷设一般全程穿护管变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.4«电力工程电缆设计标准»GB50217-2018GB50054

7.6.23条，沟深≤600变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.4«电力工程电缆设计标准»GB50217-2018变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.4«电力工程电缆设计标准»GB50217-2018变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.5«交流电气装置的接地设计规范»GB50065-20113.2.1

电力系统、装置或设备的下列部分（给定点）应接地：3

电机、变压器和高压电器等的底座和外壳；6

配电、控制和保护用的屏（柜、箱）等的金属框架；9

屋内外配电装置的金属架构和钢筋混凝土架构，以及靠近带电部分的金属围栏和金属门；13

装在配电线路杆塔上的开关设备、电容器等电气装置变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.5«交流电气装置的接地设计规范»GB50065-20114.3.1

发电厂和变电站水平接地网应符合下列要求：6

在季节冻土或季节干旱地区可采用下列措施：1）季节冻土层或季节干旱形成的高电阻率层的厚度较浅时，可将接地网埋在高电阻率层下0.2m；变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.5«交流电气装置的接地设计规范»GB50065-2011已采用多根深钻式接地极降低接地电阻时，可将水平接地网正常埋设；季节性的高电阻率层厚度较深时，可将水平接地网正常埋设，在接地网周围及内部接地极交叉节点布置短垂直接地极，其长度宜深入季节高电阻率层下面

2m。变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.5«交流电气装置的接地设计规范»GB50065-20114.3.3

有效接地和低电阻接地系统中发电厂和变电站接地网在发生接地故障后地电位升高超过2000V

时，接地网及有关电气装置应符合下列要求：1

保护接地接至变电站接地网的站用变压器的低压侧，应采用TN系统，且低压电气装置应采用（含建筑物钢筋的）保护等电位联结接地系统；变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.5«交流电气装置的接地设计规范»GB50065-2011应采用扁铜（或铜绞线）与二次电缆屏蔽层并联敷设。扁铜应至少在两端就近与接地网连接。当接地网为钢材时，尚应防止铜、钢连接产生腐蚀。扁铜较长时，应多点与接地网连接。二次电缆

屏蔽层两端应就近与扁铜连接。扁铜的截面应满足热稳定的要求；应评估计入短路电流非周期分量的接地网电位升高条件下，发电厂、变电站内6kV或10kV金属氧化物避雷器吸收能量的安全性变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.5«交流电气装置的接地设计规范»GB50065-20114.2.1

保护接地要求的发电厂和变电站接地网的接地电阻，应符合下列要求：R≤2000

/

IG （4.2.1‐

1）式中：R——考虑季节变化的最大接地电阻（Ω）；IG——计算用经接地网入地的最大接地故障不对称电流有效值（A），应按本规范附录

B

确定。变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.5«交流电气装置的接地设计规范»GB50065-2011附录B Ig=

(Imax-In)Sf1Ig=InSf2式中：Imax——发电厂和变电站内发生接地故障时的最大接地故障对称电流有效值（A）；In

——发电厂和变电站内发生接地故障时流经其设备中性点的电流（A）；Ig

——接地网入地对称电流（A）；Sf1、Sf2——分别为厂站内、外发生接地故障时的分流系数。变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.5«交流电气装置的接地设计规范»GB50065-2011IG=DfIgDf——衰减系数IG——接地网最大入地电流(A)V=

IGRV——接地网地电位升(V)变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.5«交流电气装置的接地设计规范»GB50065-2011如果二次电缆的长度小于接地网边长的一半，则在最严酷的条件下，芯―屏蔽层电位差也小于40%甚至更小。因此采用二次电缆屏蔽层双端接地，可以将地电位升高放宽到2kV/（40%）=5kV。采用二次电缆屏蔽层双端接地的方式，即时短路时地电位升高达到5kV，但作用在二次电缆芯―屏蔽层之间和二次设备上的电位差只有

2kV，满足了二次系统安全的要求。变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.6«220kV~1000kV变电站站用电设计技术规程»DL/T5155-2016变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.6«220kV~1000kV变电站站用电设计技术规程»DL/T5155-2016变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.6«220kV~1000kV变电站站用电设计技术规程»DL/T5155-2016站用负荷计算负荷计算原则

连续运行及经常短时运行的设备应予计算连续——每次连续带负荷运转2h以上；经常——与正常生产过程有关的，一般每天都要使用；短时——每次连续带负荷运转2h以内，10min以上。变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.6«220kV~1000kV变电站站用电设计技术规程»DL/T5155-2016站用负荷计算负荷计算原则4.1.2

不经常短时及断续运行的设备不予计算断续——每次使用从带负荷到空载或停止，反复周期地工作，每个工作周期不超过10min；不经常——正常不用，只在检修、事故或者特定情况下使用。变电站电气一次专业

变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.6«220kV~1000kV变电站站用电设计技术规程»DL/T5155-2016附录E

保护电器与导体的选择校验E.0.1 3

当短路保护电器为断路器时，被保护线路末端的短路电流不应小于断路器瞬时或短延时过电流脱扣器整定电流的1.5倍。变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.7«发电厂和变电站照明设计技术规定»DL/T5155-2016变电站常用照明种类：正常照明、应急照明（备用照明、疏散照明）、消防应急照明6.0.4

发电厂、变电站和换流站应急照明的照度值可按本规定表6.0.1-1中一般照明照度值的10%~15%选取。主要通道上疏散照明的照度值不应低于1lx。8.9.3

火力发电厂和变电站照明网络的接地型式宜采用TN-C-S系统。变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.7«发电厂和变电站照明设计技术规定»DL/T5155-2016变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.7«发电厂和变电站照明设计技术规定»DL/T5155-2016变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.8

«消防应急照明和疏散指示系统技术标准»GB51309-2018变电站常用消防应急照明和疏散指示系统1.

灯具采用自带蓄电池供电方式的集中控制型系统应急照明配电箱应急照明控制器灯具接收火灾报警信号 应急照明配电箱2.

灯具采用自带蓄电池供电方式的非集中控制型系统应急照明配电箱应急照明配电箱接收火灾报警信号 灯具变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读«消防应急照明和疏散指示系统技术标准»GB51309-2018几点注意事项：采用A类灯具蓄电池持续时间不少于0.5h最低照度不低于1.0lx根据GB50116，消防应急照明和疏散指示系统的故障状态和应急工作状态信息，需传输至火灾报警系统的图形显示装置变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.9«火力发电厂与变电站设计防火标准»GB50229-2019变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.9«火力发电厂与变电站设计防火标准»GB50229-2019新条款11.2.7 主控制楼当每层建筑面积小于或等于400m²时，可设置1个安全出口；当每层建筑面积大于400m²时，应设置2个安全出口，其中1个安全出口可通向室外楼梯。其他建筑的安全出口设置应符合现行国家标准«建筑设计防火规范»GB50016的有关规定。11.2.1

2

当工艺需要油浸变压器等电气设备有电气套管穿越防火墙时，防火墙上的电缆孔洞应采用耐火极限为3.00h的电缆防火封堵材料或防火封堵组件进行封堵。变电站电气一次专业

6、相关规程条款解读6.9«火力发电厂与变电站设计防火标准»GB50229-2019在电缆竖井中，宜每间隔不大于7m采用耐火极限不低于3.00h的不燃烧体或防火封堵材料封堵。防火墙上的电缆孔洞应采用电缆封堵材料或防火封堵组件进行封堵，并应采取防止火焰延燃的措施，其防火封堵组件的耐火极限应为3.00h。11.7.2火灾应急照明和疏散标志应符合下列规定：1

户内变电站、户外变电站的控制室、通信机房、配电装置室、消防水泵房和建筑疏散通道应设置应急照明。继续工作应急照明应保持正常照明的照度。变电站电气一次专业

谢谢！

CONTENTS一、变电站电气一次设计总述二、电气一次专业主要计算内容三、变电站设计相关知识点（一）四、变电站安全净距确定和应用（案例分析）五、变电站设计相关知识点（二）六、变电站改扩建工程的研究（案例分析）

1、短路电流计算1.1

基准值确定10kV侧电抗基准值:变电站电气一次专业

1、短路电流计算1.2

系统专业提供的等值阻抗(不包括变电所内参数)如下:变电站电气一次专业

1、短路电流计算1.3

设备标幺值主变压器:变电站电气一次专业

1、短路电流计算1.3

设备标幺值限流电抗器:站用变压器：变电站电气一次专业

1、短路电流计算1.3

设备标幺值电容器:12%串联电抗回路：变电站电气一次专业

1、短路电流计算1.3

设备标幺值电容器:5%串联电抗回路：变电站电气一次专业

1、短路电流计算1.4

三相短路电流计算阻抗图变电站电气一次专业

1、短路电流计算1.4

三相短路电流计算变电站电气一次专业

1、短路电流计算1.5

单相短路电流计算零序阻抗图变电站电气一次专业

1、短路电流计算1.5

单相短路电流计算d1点短路：正序阻抗：X1Σ=0.0055负序阻抗：X2Σ=0.0055零序阻抗：X0Σ=0.0069‖(0.116/3+0.075/3)=0.0062d1点短路单相短路电流:Id1=3*0.251*1/(0.0055+0.0055+0.0062)变电站电气一次专业

1、短路电流计算1.5

单相短路电流计算变电站电气一次专业

1、短路电流计算1.5

单相短路电流计算d2点短路：d2点短路单相短路电流:正序阻抗：X1Σ=0.0069+0.116/3=0.046负序阻抗：X2Σ=0.0069+0.116/3=0.046零序阻抗：X0Σ=[(0.0069+0.116/3)‖0.075/3]+(-0.008)/3=0.016变电站电气一次专业

2、接地计算计算条件站址土壤电阻率站址土壤腐蚀性能接地故障电流IG——计算用经接地网入地的最大接地故障不对称电流有效值（A）；Ig——流过接地导体（线）的最大接地故障电流有效值（A），按工程设计水平年系统最大运行方式确定。变电站电气一次专业

2、接地计算计算内容首先根据站址区域土壤腐蚀性，确定接地导体材质接地导体（线）的热稳定截面变电站电气一次专业

2.2

计算内容变电站电气一次专业stUs

174

0.7

sCs

2.2计算内容校验接地导体（线）热稳定用的Ig值变电站电气一次专业stUs

174

0.7

sCs

2、接地计算2.2计算内容2.2.2

接触电位差允许值Ut

——接触电位差允许值，V；ρs

——地表层的电阻率，Ωm；Cs——表层衰减系数；ts

——接地故障电流持续时间，s变电站电气一次专业

2、接地计算2.2计算内容2.2.3

跨步电位差允许值Us

——跨步电位差允许值，V；ρs

——地表层的电阻率，Ωm；Cs——表层衰减系数；ts

——接地故障电流持续时间，s变电站电气一次专业

变电站电气一次专业

变电站电气一次专业

2、接地计算2.2计算内容接地网接地电阻是否满足要求的判据地电位升≤2000V（5000V）最大接触电压≤接触电压允许值最大跨步电压≤跨步电压允许值变电站电气一次专业

2.2

计算内容变电站接地系统几种安全电压变电站电气一次专业

2.2计算内容接触电位差是指接地故障（短路）电流流过接地装置时，大地表面形成分布电位，在地面上到设备水平距离1.0m处与设备外壳、架构或墙壁离地面的垂直距离2.0m处两点间的电位差。跨步电位差是指接地故障（短路）电流流过接地装置时，地面上水平距离为1.0m的两点间的电位差。变电站电气一次专业

2.2计算内容2.2.6最大接触电位差UmKm——网孔电压几何校正系数；Ki——接地网不规则校正系数，只考虑周边网孔，这里有最严重的接触和跨步电位差出现；IG——接地网的最大入地电流；ρ——土壤电阻率，Ωm；LM——接地极有效埋设长度。只适用于均匀土壤，ρ为定值变电站电气一次专业

变电站电气一次专业

变电站电气一次专业

计算内容最大接触电位差Um几个相关系数上式对埋深在0.25~2.50m范围的接地网有效。当接地网具有沿接地网周围布置的垂直接地极、或在接地网的四角布置垂直接地极时，

沿接地网四周和整个接地网布置的垂直接地极时，。对无垂直接地极或只有少数垂直接地极，并且接地极不是沿外周或四角布置时变电站电气一次专业

变电站电气一次专业

变电站电气一次专业

变电站电气一次专业

变电站电气一次专业

变电站电气一次专业

变电站电气一次专业

变电站电气一次专业

变电站电气一次专业

2.3计算制约条件难以用解析法计算，需要采用数值计算方法分流系数（变电站进出线路杆塔、导线、路径等）分层土壤（土壤电阻率不等）接地网不规则、复杂结构变电站电气一次专业

2.4

接地网优化设计均压优化不等间距布置变电站电气一次专业

变电站电气一次专业

2.4接地网优化设计2）均匀地表面的电位分布采用等间距布置的水平接地网，边角网孔电位则远高于中心网孔电位，接地体材料量相等的情况下，不等间距布置时，最大与最小网孔电位相差无几。变电站电气一次专业

2.4

接地网优化设计等间距布置的接触电压分布不等间距布置的接触电压分布变电站电气一次专业

变电站电气一次专业

2.5降低接地电阻的方法4）长垂直接地极在有地下含水层的地方，接地极可能深入穿透水层，这时降阻效果很好。合理设置垂直接地极长度及布置方式垂直接地极宜沿接地网的外围导体布置在地中无低电阻率层时，垂直接地极的长度一般不得小于水平接地网的等效半径5)

爆破接地技术变电站电气一次专业

2.5

降低接地电阻的方法6)

深水井接地技术深水井接地技术主要适用于有一定地下水含量、透水能力强的地区。变电站电气一次专业

2.5降低接地电阻的方法7）局部换土高土壤电阻率地区，如果采用其它方法降阻困难，可以考虑采用局部换土的方法。变电站电气一次专业

3、主要设备和导体选择计算3.1一般原则设备和导体选择应考虑远景发展；满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求；应按当地使用环境条件校验；选择的导体和电气设备规格品种不宜太多。变电站电气一次专业

3、主要设备和导体选择计算3.2计算依据《导体和电器选择设计技术规定》

DL/T5222；《

交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》GB/T50064；《高压架空线路和发电厂、变电所环境分级及外绝缘选择标准》GB/T

16434；《电力工程设计手册 变电站设计》。变电站电气一次专业

变电站电气一次专业

3、主要设备和导体选择计算3.3基本规定3.3.2校验用短路电流应按系统最大运行方式下可能流经被校验导体和电器的最大短路电流，系统