基建包1辽宁鞍山文化66kV输变电工程

主要工程量及经济技术指标

辽宁鞍山文化66千伏输变电工程

序号项目技术方案和经济指标

1主变压器规模，远期/本期，型式2X50MVA/3X50MVA,水平分体,油浸式

266kV电压出线规模，远期/本期3/2回

310kV电压出线规模，远期/本期36/24回

410kV无功补偿规模，远期/本期6X4Mvar/4X4Mvar

566kV电气主接线，远期/本期线路-变压器组/线路-变压器组

610kV电气主接线，远期/本期单母线分段/单母线分段

766kV配电装置型式，断路器型式、数量GIS

810kV配电装置型式，断路器型式、数量户内手车式开关柜，真空断路器、30台

9地区污秽等级/设备选择的污秽等级e级/IV级

10运行管理模式无人值班

11智能变电站(是/否)是

12变电站系统通信方式、本期建设规模光纤通道

13电力电缆(km)13.8

14控制电缆/(km)8

15光缆(km)3.45

16接地材料/长度(km)铜排/3

17变电站总用地面积(hm2)0.302

18围墙内占地面积(hm2)0.2909

19进站道路长度新建/改造(m)12

20总土石方，程量及土石比挖方/填方

0/2069

(m3)

21弃土工程量/购土工程量(m3)0/0

22边坡工程量护坡/挡土墙526

23站内道路面积远期/本期(m2)638/638

24电缆沟长度远期/本期(m)48/48

25水源方案市政管网

26总建筑面积远期/本期(m2)1174/1174

27主控通信楼建筑层数/面积/体积(层

2/762/5840

/m2/m)

28构架结构型式及工程量(t)钢结构,619.4

29地震动峰值加速度0

序号项目技术方案和经济指标

30线路电压等级(kV)66

31架设回路数2

32线路长度(km)6.9

33导线型号0

34电缆型号ZR-YJLW02-50/66kV-lX800mm2

35地线型号0

36气象条件(风速/覆冰)28/10

37地形条件泥沼河道：30%

38杆塔总数(基)0

39每公里铁塔钢材量0

40每公里基础钢材量0

41每公里基础混凝土量0

辽宁鞍山文化66kV输变电工程

1.站区规划和总平面布置

L1站区规划及出线走廊规划

1.1.1站区规划

文化66kV变电站站址位置确定在鞍山市内，在现有建国大道与前进路交汇

处。此变电站引进道路为城市型路，交通十分便利，需要修建一条道路为日后运

输考虑。

1.1.2出线走廊规划

中心-文化66kV线路，线路由220kV中心变电站出线，至66kV文化变电站

GIS进线终端。

1.2总平面布置

1.2.1布置原则

变电站总征地面积3020m2,变电站占地面积2909m2o

变电站内除新建变电站主建筑外，另新建变压器散热器基础两个；变压器地

下储油池一个；新建化粪池及渗水井各一个，排水检查井两个；新建消防水泵房

一座，新建地下消防蓄水池一座。变电站采用电缆进出线，新建(2.1m深X2.0m

宽)电缆隧道351n(主建筑内部沟道不计长度)。66kV电缆进户采用电缆进线。

1.2.2布置方案

建筑为一层，除主变压器散热器户外布置外，其余设备均布置于户内，站内

设环形运输道路。建筑内主要为变压器室、66kVGIS室、10kV配电装置室、66kV

消弧线圈室、10kV电容器室、二次设备室、资料室、卫生间等；主建筑底层设

有电缆沟。

2.电气一次部分

2.1电气主接线

66kV文化变电站为终端负荷变电站，为简化系统接线，便于变电站检修

维护，提高变电站运行可靠性，66kV侧采用线路-变压器组接线方式；10kV侧采

用单母线分段。

2.2配电装置及电气平面布置

建筑为一层，除主变压器散热器户外布置外，其余设备均布置于户内，站内

设环形运输道路。建筑内主要为变压器室、66kVGIS室、10kY配电装置室、66kV

消弧线圈室、10kV电容器室、二次设备室、资料室、卫生间等；主建筑底层设

有电缆沟。

(1)66kV配电装置

66kV配电装置采用户内GIS,安装于户内，采用电缆进线。66kVGIS配电

装置与主变压器之间采用电缆连接。

(2)10kV配电装置

a)10kV屋内配电装置采用金属铠装封闭开关柜，单层双列布置10kV开关

柜与主变压器之间采用封闭母线桥连接。

b)10kV电容器采用户内框架式成套装置户内布置。

c)lOkV接地变及消弧线圈采用成套柜式安装。

2・3主要电气设备选择

2.3.1主要电气设备选择

根据系统接网方案及远期电网规划，进行计算。

2.3.2主变压器选择

66kV主变压器选用满足国网通用设计型号型式。

2.3.366kV设备选择

a)66kV组合电器设备：采用户内气体绝缘金属封闭开关设备(GIS),选

用满足国网通用设计型号型式。

b)主变压器中性点配置氧化锌避雷器。

c)66kV中性点隔离开关满足国网通用设计型号型式。

d)66kV消弧线圈：采用油浸有载调匝式。

2.3.4lOkV设备选择

a)lOkV手车开关柜采用配电装置选用全封闭金属铠装中置式手车开关柜。

b)lOkV主二次及分段开关柜内真空开关额定电流为4000Ao

c)lOkV馈出线、电容器及接地变开关柜内真空开关额定电流为1250A。

d)lOkV隔离柜内配隔离开关额定电流为4000Ao

lOkV主二次及分段间隔、配出线间隔、电容器间隔、接地变间隔开关柜内

选用LZZBJ型电流互感器。

f)lOkV电压互感器2组，型号为4XJDZX18T0BG全绝缘型。

g)lOkV接地刀闸选用JN15T0型隔离开关。

h)lOkV母线：

i)lOkV开关柜内母线，按允许电流满足4000A考虑。

j)lOkV电容器组选用户内框架式电容器，即每台变压器配置2组4000kvar

电容器。

2.3.5导体选择

智能化由一次设备配置独立的合并单元及智能终端来实现；

66kV高压侧合并单元、智能终端等设备布置于GIS汇控柜中，10kV侧合并

单元、智能终端等设备分别布置于10kV侧主二次开关柜内。

2.4绝缘配合、防雷接地

2.4.1绝缘配合

无

2.4.2雷电过电压保护

电气设备绝缘水平按照GB311.1T997《高压输变电设备的绝缘配合》及

DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中要求进行设计，同时

为限制系统过电压在相应位置安装过电压保护装置。在10kV母线进线装设氧化

锌避雷器以防雷电侵入波危害；10kV配电装置为防止操作过电压，在进、出线

均装设氧化锌避雷器。

2.4.3防雷及接地

变电站内敷设二次等电位接地网。

2.5其他部分

2.5.1照明

照明灯具采用防爆灯，设置箱式配电柜，提供隧道照明，检修以及其他用电

设施供电。

2.5.2电缆及敷设

1.电缆选型

根据载流计算，本工程选用800截面电缆(YJLW02-50/66kV-800mm2)o

2.电缆敷设

本工程电缆选用装配式隧道敷设方式。

3.电缆路径

本线路的电缆从中心变电站内66kVGIS终端起，通过隧道后至66kV文化变

电站GIS进线终端。

4.电缆接地方式

本工程采用交叉互联箱接地方法，交叉互联箱接地方法是一端采用直接接地,

另一端采用保护接地，中间将线路分成长度相等的三的倍数段，每小段之间装设

绝缘接头，绝缘接头处三相屏蔽之间用同轴电缆，经交叉互联箱进行换位连接，

交叉互联箱装设有一组护层保护器，线路上每两组绝缘接头夹一组直通接头。

2.5.3电缆隧道

1.地质及水文地质条件

根据地勘报告，本工程无不良地质条件，-4m左右有地下水，地下水对混凝

土和混凝土中的钢筋微腐蚀性。

2.纵断面路径选择

隧道部分从中心变到胜利南路向南敷设，在千山中路与胜利南路交叉口设置

顶管穿越顶管，工作井设置于胜利南路，跨越交叉口后，继续沿胜利南路南行至

鞍山电力公司北侧接引盾构隧道1号井，利用其它工程盾构通廊走线，沿盾构通

廊南行至胜利广场南侧锦州银行附近，出5#盾构终端井，利用5#盾构终端井作

为电缆过渡井，连接新建电缆隧道南行至烈士山公园北门门口向西沿民生东路敷

设至文化变。

3.隧道结构型式选择

采用装配式电缆隧道

4.隧道断面型式选择

电缆隧道截面采用2.2*2.5m,详见电缆隧道断面图。

5.防水及排水

局部设置集水坑，采用泵送至市政管网。

6.防火

电缆支架各层之间采用防火隔板，纵向采用防火堵料，防火墙，防火分分割

防火分区，电缆头处设置灭火弹，间隔50nl设置一组灭火器c

3.二次系统

3.1二次设备组柜及布置

本期新增66kV线路保护屏1面，内含2台66kV线路保护装置，安装在保护

室的空余屏位上；新增66kV线路测控屏1面，内含2台66kV线路测控装置，安

装在保护室的空余屏位上；启用66kV线路计量表2块。

3.2控制保护及二次线

3.2.1系统继电保护

上端66kV间隔增加相应的保护装置。

3.3通信及调度自动化部分

3.3.1调度关系

新建文化66kV变电站满足鞍山地调指挥管理规定。

3.3.2电能量计量系统

变电站10kV主二次，10kV线路，10kV电容器设计量点，计量全部采用全电

子复合电能表，就地安装于10kV开关柜内。

3.3.3远动化范围

a）远动信息内容

远动信息内容满足DL/T5003-2005《电力系统调度自动化设计技术规程》、

DL/T5002-2005《地区电网调度自动化设计技术规程》和相关调度端、远方监控

中心对变电站的监控要求。

b）远动信息传输

远动通信设备应能实现与相关调度中心及远方监控中心的数据通信，并按照

各级调度要求的通信规约进行通信。

3.3.4调度数据通讯网络接入设备

文化变电站安装1面电力调度数据专网柜，并配备专用的路由器、交换机、

防火墙及配线架等附属设备，并将电量采集装置安装在此柜里，通过网络或电话

拨号方式向有关部门传送电能信息。

3.4辅助控制系统

变电站自动化系统采用开放式分层分布式系统，系统设备配置和功能满足无

人值班技术要求。

监控系统采用分层、分布、开放式网络结构，主要由站控层设备、间隔层设

备、过程层设备和网络设备等构成。

站控层与间隔层采用按IEC61850协议双星形网络建构，后台系统按照

IEC61850协议统一建模。

（1）站控层设备

配置主机兼操作员站，I区远动通信装置，II区远动通信装置，配置综合服

务器。

（2）间隔层设备

主变压器电量保护及非电量保护均按照单套配置，主变高、低压侧后备保护、

测控装置独立配置；10kV各间隔保护均采用保护测控一体化配置。

a）主变保护

每台主变主保护+主变后备保护+主变测控装置，主后一体，双套，组柜1

面。

b）10kV配置保护测控一体化装置实现保护、测控、开入开出、SMV量接入

功能，就地布置于开关柜内。

（3）过程层设备配置

66kV高压侧合并单元、智能终端一体化装置布置于GIS汇控柜中，10kV侧

合并单元智能终端一体化装置布置于10kV侧主二次开关柜内。

（4）网络结构及网络通信设备

变电站网络采用单星形以太网络。在站控层及网络失效的情况下，间隔层应

能独立完成就地数据采集和控制功能。主控制室和继电器室内网络通信介质宜采

用超五类屏蔽双绞线；通向户外的通信介质应采用光缆。

3.5其它部分

（1）全站时间同步系统

配置1套全站公用的时间同步系统，主时钟单套配置，支持北斗系统和GPS

标准授时信号，优先采用北斗系统，时钟同步精度和守时精度满足站内所有设备

的对时精度要求。

（2）交直流一体化电源系统

66kV变电站采用交直流一体化电源系统。将站用交流电源、通信电源、直

流电源、UPS电源系统一体化设计、一体化配置、一体化监控。

（3）二次系统防雷、接地和抗干扰

变电站内敷设二次等电位接地网。

（4）全站配置一套智能辅助控制系统实现视频安全监视、火灾报警、消防、

灯光和通风等系统的智能联动控制，实时接收各终端装置上传的各种模拟量、开

关量及视频图像信号，分类存储各类信息并进行分析、计算、判断、统计和其它

处理。

4.土建部分

4.1建筑物方案优化、创新

建筑占地面积1019m2,建筑面积1019m2。室内外高差0.45m。主建物为一

层钢筋混凝土框架结构，平屋面屋顶。建筑物一层设有：变压器室、66kVGIS室、

10kV配电室、66kV消弧线圈室、安全工器具室、卫生间等、主控室、10kV电容

器与10kV消弧线圈室等。

4.2构支架方案优化、创新

镀锌角钢制作设备支架

4.3地基处理方案

采用天然地基，由于饱和粉土为轻微液化，配电装置楼需增强基础和上部结

构的刚度及整体性。基础采用外粉聚合物水泥砂浆防腐。

4.4暖通、水工、消防

4.4.1采暖部分

变电站安全工器具室、卫生间和主控制室设置电暖器，主控制室与10kV配

电室各设3P空调两台。

4.4.2通风

66kVGIS室设四台轴流风扇排出六氟化硫气体。变压器室各设三台轴流风扇、

10kV电容器室设两台轴流风扇、10kV消弧线圈室设两台轴流风扇、10kV配电室

设四台轴流风扇、安全工器具室与卫生间各设一台轴流风扇帮助通风散热。其它

部位通风利用对外直接实现自然通风。

4.4.3给排水部分

变电站接城市管网。给水系统用于变电站工作人员生活用水和清扫变电站。

最高日用水量4n13,月用水量不超过50m3,变电站厕所上部设水箱。变电站生

活污水系统排水主干管流量小于5L/s,主干管公称直径为DNIOOo

建筑物的屋面雨水、雪水的排放采用外排水系统，主要利用平屋顶有组织排

水。变电站场区排水是利用场区找坡，由站内道路排出站外c

4.4.4消防部分

在户外建消防水泵房及地下消防蓄水池一座，利用生活水源给蓄水池补水。

户内配备移动式灭火器。在户外建泵房一座，建消防蓄水池一座。

4.5环保方案及综合效益

4.5.1环境影响防治措施

变电站建投产后，站内高压电气设备及其导体在周围空间形成了一个比较复

杂的工频电磁场，其中一些电气设备由于局部电晕或火花放电，可产生高频率电

磁波。

变电站内设备运行时会产生较高的连续电磁性和机械性噪声。站内无工业废

水产生，站内废水主要来源于值班人员产生的生活污水，

生活污水处理达标后外排。变压器外壳内装有变压器油，在发生事故时排油

至事故油池。

经分析可知，本工程主要的污染源为:各种电气设备运行时产生的工频磁场,

工频电场。电晕产生的电磁波造成的无线电干扰。各种电气设备运行时的电磁性

和机械性噪声。运行人员产生的生活污水。

变电站内合理选择相地和相间距离，控制设备间连线离地面的最低高度。对

电气设备进行合理布局，保证导体和电气设备安全距离，选用具有抗干扰能力的

设备。对产生大功率的电磁震荡设备采取必要的屏蔽，选用带屏蔽层的电缆，屏

蔽层接地等，能有效的降低静电感应的影响。

4.5.2水土保持措施

1）生活污水处理变电站在正常生产运行中，无工业废水产生。废水主要来

源于操作队人员产生的生活污水，经化粪池做处理后排入指定地点。

2）事故排油的处理本工程在正常生产过程中没有废油外排，只是在主变压

器发生事故时要将冷却用油排空，此时会有少量含油废水产生。本工程设事故油

池1座，可容纳1台变压器的排油量，废油在事故油池进行油水分离后，油回收

利用，废水排放。

4.5.3综合效益

近年来，变电站的设计、施工越来越困难，一是站址受到限制，房屋的搬迁、

电力和通信线的改造、公共设施的搬迁和青苗赔偿等诸多条件的约束，直接影响

工程投资造价及建设的进度：二是施工期间对周边环境的破坏，如基础施工后边

坡的稳定性、林木砍伐、植被的破坏等，若处理不当，将直接影响工程质量以及

工程进度。因此，在设计时应根据实际情况分析工程建设的综合效益，因地制宜

的采取相应措施。

4.6其他部分

本期工程不涉及。

5路径方案及气象条件

5.1路径方案

无

5.2气象条件

站址自然地面高程36.40~36.71m。30年气象特征值：极端最高气温35℃,

极端最低气温-27℃,极端最高气温平均值30℃,极端最低气温平均值-22℃,最

低日平均气温-28℃,最冷月平均气温-25℃。

6.杆塔及导线

6.1杆塔规划、选型

无

6.2导地线选型及换位

无

7绝缘配合、金具及防雷接地

7.1绝缘配合、防雷接地

无

7.2绝缘子串组装型式、金具选择、防振防舞

无

8基础型式

本工程不涉及此部分。

9专题研究及设计阶段对工程全寿命管理的建议、采用新技术的建议

9.1专题研究部分

9.1.1接地优化专题

9.1.1.1概述

a）良好接地的必要条件

良好的接地系统应具备以下两个主要条件：

（1）提供一个尽可能低的低电阻对地路径（接地电阻），接地电阻越低，雷

电流,浪涌和故障电流就可越安全地消散到大地。

（2）接地导体应具有良好的防腐能力并能重复通过大的故障电流，接地系

统的寿命应不小于地面主要设备的寿命。一般至少要求30年以上寿命。长期、

可靠、稳定的接地系统，是维持设备稳定运行、保证设备和人员安全的根本保障。

接地系统长期安全可靠运行的关键在于正确选择合适的接地材料和可靠的

连接。

b）我国接地系统现状

目前我国传统接地体大多采用钢材质，其主要原因是我国的早期电力系统设

计技术多借鉴前苏联相关技术，另外我国自身铜储探明量的不足，加上西方国家

过去对我国的封锁，中国不容易取得铜。为节约有色金属，在20世纪50〜60

年代提出“以钢代铜，以铝代铜”，所以一度大量选用钢材和铝材。而国外（除

前苏联国家，中国和印度以外），以铜材以及镀铜钢材料作为主要接地材料已有

超过100年的历史，而且被相关的国际标准（如：IEEE和IEC）推荐为主要的接

地材料。

目前，我国大部分地区仍然使用镀锌扁钢作为接地材料，但几十年的实践证

明镀锌钢并不能解决接地装置腐蚀问题，象华北电网天津北郊500KV变电站投运

8年后开挖检查发现，接地装置腐蚀严重，有的甚至已被腐但断，不得不投巨资

更换成铜接地装置。还有，北京房山变电站，大同二电厂等大型500kV变电站投

运10〜11年后，因腐蚀严重均重新更换了原镀锌钢接地装置。由于是重新铺设

接地装置，恢复路面和绿化等工作花费了不少资金，因此整个改造工程比新建接

地装置所需费用增加很多。

我国解放前，曾大量采用铜质材料作为接地材料，如天津藉沽110kV变电站，

上海杨树浦电厂等，经检查，其接地装置至今仍然合格，至今仍可使用。在外资

投资的工厂，电厂的变电站中，大量使用铜质材料接地装置，如秦山核电站，连

云港核电站，无锡海力士半导体变电站，INTEL等。

目前铜材已经不再作为国家战略物资，国家外汇储备充沛，在上海成立了铜

期货交易所，可以很方便地购买铜。而北京、上海、江苏、浙江、山东、广东、

辽宁、天津、山西等地区己开始选用热稳定性能好、导电性能强、耐腐性强的铜

材做接地，其连接采用先进的放热焊接技术。

9.1.1.2技术比较

a）性能比较

分别从导电性、热稳定性、耐腐蚀性等方面比较铜接地体与热镀锌钢接地体

的差异。

（1）导电性能

铜和钢在20℃时的电阻率分别是17.24X10-6（Qmm）和138X10-6（Qmm）o

若以铜的导电率为100%,标准1020钢的导电率仅为10.8%,因此铜的导电率是

钢的10倍左右。而30%导电率镀铜钢线导电率为30%,40%导电率镀铜钢线导电

率为40%,均远较钢接地体好。尤其是在集肤效应下，高频时镀铜钢绞线导电性

能远远优于钢材。即，铜接地体导电性能较钢接地体好。

(2)热稳定性

铜的熔点为1083℃,短路时最高允许温度为450℃；而钢的熔点为1510℃,

短路时最高允许温度为400℃,因此，接地体截面相同时，铜材热稳定性较好。

同等热稳定性能时，钢接地体所需的截面积为铜材的3倍，是30%镀铜钢绞线的

2.5倍，是40%镀铜钢绞线的2.8倍。

(3)耐腐性

接地体的腐蚀主要有化学腐蚀和电化学腐蚀两种形式，在多数情况下，这两

种腐蚀同时存在。铜在土壤中的腐蚀速度大约是钢材的1/101/50,是镀锌钢的

耐腐蚀性的3倍以上，而且电气性能稳定。

铜的表面会产生附着性极强的氧化物(铜绿)，能够对内部的铜起很好的保

护作用，阻断腐蚀的形成。当铜与其它金属(钢结构、水管、气管、电缆护套等)

共存地下时，铜作为阴极不会受腐蚀，腐蚀的是后者。钢材是逐层腐蚀，镀锌层

具有一定的抗腐蚀性。钢接地体接头部位经过高温电弧焊接加工后会出现点腐蚀

情况，一般最多只能保证10年。而铜腐蚀不存在点蚀情况，寿命较长。

可见，铜接地体的耐腐性显著优于钢接地体。

目前我国变电所接地系统均存在不同的腐蚀问题，特别是有些运行十年以上

的变电所腐蚀相当严重。尽管在设计时各设计人员已通过增大接地极截面来考虑

30年的防腐问题，在实际运行中也采用部分开挖和测量接地电阻等方法来检测

腐蚀问题。但由于实际腐蚀情况更严重，以及钢与铜的腐蚀机理不同，实施效果

不太理想。

以下是运行八年后开挖的钢接地的图片，局部已经严重腐蚀断裂。

以下是现场埋置两年后的镀锌钢试片，在接地网有泄流电流的电解腐蚀时,

其耐蚀性能与普通碳钢相比，提高极少，不能明显改善接地网的防蚀性能。

一般情况卜，在测量接地电阻时，很难发现接地网腐蚀问题。一旦通过大的

故障电流，由于截面太小，容易熔断，从而导致故障电流不能通过接地网顺利泄

到大地，从而导致地电位升高，而出现“反击”现象，对直流，保护，通信，信

号等二次设备和低压系统故障和损坏，甚至损坏变压器等重要设备。而镀铜钢棒

则几乎没有任何腐蚀

综上所述，铜接地体与热镀锌钢接地体相比，铜接地体在导电性能、热稳定

性能、耐腐蚀性方面有显著的优越性。

b）接地体连接方式比较

变电所的接地网金属导体存在着大量的连接，只有可靠的、牢固的连接才能

保证接地网的运行可靠性。

（1）钢接地体的连接方式

目前，钢接地体之间的连接均为传统的电弧焊接方式，高温电弧会破坏接地

体接头部位的镀锌层，有可能导致点腐蚀的出现，严重影响接地体的寿命。此外，

电弧焊接连接不是真正的分子性连接，焊接点对于接地体的导电性能也有影响。

对于钢接地体能否采用放热焊接接法，设计也作过研究与尝试，由于钢接地

体设计截面过大，未能被采用，主要有以下原因：

1）大型、非标模具制造困难，造价高；

2）焊粉用量大；

3）由于钢接地体本身防腐性能差，焊接质量的提高意义不大；

4）焊接点较多，费用太高。

（2）镀铜钢接地休的连接方式

目前铜接地体和镀铜钢接地体主要有以下四种连接方式：

1）铜银焊连接法

扁铜条与扁铜条之间、扁铜条与裸铜绞线之间、裸铜绞线与裸铜绞线之间的

连接都可以使用铜银焊连接法，常用的铜银焊接有乙块焊、电弧焊等，但焊接都

只是表面搭接，内部并没有熔合，接头不致密，性能只比压接和螺栓连接略好,

焊接接头的性能还要取决于操作技术工的熟练程度，特别是铜焊，即使是持有特

殊工种上岗证，也比较容易出现一些焊接缺陷，无法从表面观察合格与否。并且，

这种焊接是应用于纯铜接地体之间的连接，不适合于镀铜接地体的连接。基于以

上原因，铜银焊连接法在电力工程接地系统实际施工中很少应用。

2）压接线夹连接法

绞线与绞线之间的连接大多使用压接线夹连接法。但这种方法比较适用于两

条绞线一对一连接，无法做好十字交叉连接。如要十字交叉，则要求有特殊十字

接线线夹，或者要先形成接地铜排和接地线夹，处理好两者之间的接触面后，再

使用螺栓连接法。

3）螺栓连接法

扁铜条与扁铜条之间、扁铜条与绞线之间、绞线与绞线之间的连接还可用螺

栓连接，该方法与压接线夹连接法互为补充。但螺栓连接处的接触标准应按现行

国家标准《电气装置工程母线装置施工及验收规范》的规定处理。目前，压接线

夹法和螺栓连接法在施工现场应用最为广泛，这和我国的电力施工技术工人的认

识和训练程度有着密切的关系。

4）放热焊接连接法

放热焊接工艺最早是由美国艾力高公司（ERICO）的查尔斯•卡特威尔博士

1938年开发的，该工艺最早用于铁路信号线焊接。艾力高公司为表彰卡特威尔

博士（Dr.CharlesCadwell）的贡献,将该工艺的商标命名为CADWELDo目前数

以千万计的CADWELD焊接在使用了五十多年后，性能依然良好。

放热焊接利用活性较强的铝把氧化铜还原，整个过程需时仅数秒，反应所放

出的热量足以使被焊接的导线端部融化形成永久性的分子合成。铜基放热反应的

一般公式是：3Cu20+2AlfA1203+6CU+热量（2735°C）放热焊接的作业程序：

准备工作：将导线和模具清理干净，再将模具用喷灯加热以去除水分，然后

把导线放入模具内，扣紧夹具以固定模具。

把杯状焊药放入模具内；将电子控制器终端夹到点火条上；盖上盖子持续按

下电子控制器按钮5秒后点火；打开模具并移去钢杯，就可见焊接好的接头。清

除焊渣，等待下一次焊接。

安装简单

永久煌揭简单四步法

在模具里放置CADWELDPIUS烧药将电子控制器终施夹到点火条上

（也注需要使用一个模具差千）

捋康按下电子控制器按妊和等带点火打开模具并移去悯杯一无需特殊处理

图5.1-1放热焊接的作业程序图

放热焊接接头的特性：

外形美观一致；

连接点为分子结合，没有接触面，更没有机械压力，因

此，不会松弛和腐蚀；

具有较大的散热面积，通电流能力与导体相同；

熔点与导体相同，能承受故障大电流冲击，不至熔断。

放热焊接连接法可以完成各种导线间不同方式的连接，如直通型、丁字型、

十字型等；还可以完成不同材质导线的连接，如普通钢铁、铜、镀锌钢、镀铜钢

等之间的连接；甚至可以实现导休间不同形状的连接，如铜导线与镀铜钢接地棒

的连接、铜导线与铜板的连接、铜导线与接地镀锌钢管的连接、导线与钢筋的连

接以及导线与槽钢的连接。这种方法接头有着广泛的连接方式，而且耐腐蚀性好

卜接触电阻低，已逐步得到推广应用。

放热焊接的优点：

焊接方法简单，容易掌握；

无需外接电源或热源；

供焊接用的材料、工具很轻、携带方便；

焊接点的载流能力与导线的载流能力相等；

焊接是一种永久性的分子结合，不会松脱；

焊接点像铜一样，耐腐蚀性能强。

焊接速度快捷，节省人工；

从焊口的外观上便能鉴定焊接的质量；

可用于焊接铜、铜合金、镀铜钢、各种合金钢，包括不

锈钢及高阻加热热源材料。

在国外，放热焊接已通过UL标准严格论证，并被IEEEStd80大纲等规程中

指定为接地系统中埋地导体地连接方式。在国内，放热焊接技术已通过国家电力

公司武汉高压研究所、浙江电力试验研究所等部门产品质量监督检验中心地检验,

并己应用在电力系统的重点工程。不同连接形式的放热焊接：

图5.1-2不同连接形式的放热焊接图

综上所述，放热焊接是铜接地体的理想连接方式，其方便快捷的操作、优秀

的焊接质量是其他连接方式不可实现的。正是因为具备这样可靠、牢固的连接方

式，铜接地体的性能比钢接地体更胜一筹。

C）施工难易度

设计推荐垂直地网采用镀铜钢接地棒，由于接地棒截面大大小于角钢，在作

垂直接地施工方面工作量减小，并能垂直深入土壤，使通过加大垂直接地深度来

降低接地电阻成为一种可能。

d）接地效果

对接地系统基本要求是满足接地电阻的指标。接地电阻具体来说，实质上包

含三个部分：

（1）接地导体本身电阻

（2）导体和土壤的接触电阻

（3）土壤的散流电阻

其中（3）土壤的散流电阻最为重要，它是接地电阻的要组部分，这由土壤

的电阻率决定。所以通常采用增大垂直接地极深度来减少土壤的散流电阻，从而

降低接地电阻而不是增大垂直接地极深度来降低接地电阻。

镀铜接地网相对钢接地网来说，能够更好的泄放故障电流，保障线路安全。

e）地网分析

影响地网接地电阻是多方面的，总结其规律可以得出以下结论：

土壤的导电率即土壤电阻率的大小是决定一个接地系统电阻高低的决定性

因素，影响土壤电阻率的因素为该处土壤的地质结构、降雨量、环境温度及地理

环境。在改造一个不良接地系统时，如果有条件改造土壤的电阻率只能改变土壤

的地质结构，而后三者我们是无法改变的。目前，改造土壤电阻率的方法就是用

土壤导电增强材料（俗称降阻剂），来替代与地网接触的部分土壤。降阻剂分为

物理降阻剂和化学降阻剂，前者的主要成分为不具备腐蚀性的炭灰电石等成分,

后者的主要成分为易分解电解盐。我们不提倡使用化学降阻剂，其不稳定的电解

盐会随时间改变和地下水冲刷而分解失效，不但污染环境并且电解盐的存在加速

了接地材料的腐蚀速度，长期使用后果严重，物理降阻剂则不存在这些缺点。目

前欧美国家已严格禁止使用化学降阻剂，而只可以使用物理降阻剂来改良土壤的

导电率。使用物理降阻剂务必选择拥有国际UL认证证书的生产厂家，以避免不

合格及假冒的产品。

接地材料之间的连接工艺也是影响接地电阻大小的一个必要因素。地网不同

于其他电力设备，它必须深埋地表以下，与其接触的化学腐蚀性物质要远远多于

暴露于空气中的，而接头往往是传统地网最易腐蚀的环节。传统的连接工艺为电

焊，电弧产生的高温和电离子不仅破坏了材料的防腐涂层，而且在电离的作用下

接地材料含有的部分物质发生化学反应，降低材料的导电性并加速了接头的腐蚀,

而且由于电焊工艺的局限性，接头只能实现外沿连接，内部依旧是不接触或部分

接触，含有大量空隙，极易导致水汽进入从内部腐蚀接头，巨接头处电阻大于材

料本身。接头带来的地网电阻增加往往不被重视，一个变电站的接地网有上百个

连接处个别电压等级高的甚至上千，一个接头电阻增加带来的影响不明显，但上

百上千个带来的影响就不能忽视。借鉴和参考国外这方面的经验，决定选用国外

主流的放热焊接为本次改造的地网连接工艺。放热焊接是让铝和氧化铜发生置换

反应，利用置换反应产生的2537c高温熔化连接材料，冷却后接头处合二为一

实现真正的分子连接，接头外覆盖铜材，抗腐蚀性和导电性极强。接头的电阻不

超过材料本身的电阻，并且这种焊接工艺耗时非常短，焊接用的工具轻便小巧大

大优越电焊，操作者不需要焊接资质证书，上手快。

接地材料的选用也是决定地网接地电阻大小的关键。铜的导电性是钢材的8

倍，抗腐蚀性钢材的10倍。铜材一次性投入比钢材大，但铜的使用寿命长，因

此从年费用来看，铜却优于钢，省下了翻修维护改造的费用，节约时间及人力物

力。

接地方案设计的合理性和科学性同样决定地网接地电阻的大小。设计方案时

要充分考虑土壤的地质结构，地网铺设的面积，周边的环境等，在此基础上参照

相关标准设计出理论上合理、合格的方案，并在施工的过程中，配合施工方让方

案的设计落到实处。

f）铜在地下的腐蚀铜在地下的腐蚀

表9.1-1

土壤编号埋地时间（年）年平均腐蚀厚度（mm/年）

3113.70.000300482

2713.60.00042672

3613.50.00067564

213.40.00069342

513.40.00110236

土壤编号埋地时间（年）年平均腐蚀厚度（mm/年）

713.40.00110236

913.40.00117348

2613.40.0004445

3013.40.00031115

4113.40.00101346

4713.40.00119126

613.30.000360934

1013.20.00304038

2413.20.00065786

上表数据来源于美国接地开挖研究委员会在美国的测试数据。通过上表可以

得知，铜层的最大年平均腐蚀为0.003mm/年。所以铜层的40年腐蚀厚度为0.12mm。

铜的腐蚀可以忽略不计.

9.1.1.3接地方案

a）概述

土壤电阻率测定范围值

表9.1-2

序号深度范围（m）土壤电阻率测定范围值s（Q-m）

10.0〜1.590〜100

21.5-7.2150-200

37.2-10.840〜50

410.8-150.0290〜350

综合考虑土壤的土壤平均电阻率180Q-rn,接地网面积为36542m2。

b）参考标准

（1）GB50169-2006《接地装置施工验收规范》中国国家标准

（2）IEEEstd80-2000《交流变电站接地安全设计导则》国际标准

（3）GB50169-2006《接地装置施工与验收规范》中国国家标准

（4）DL/T621-1997《交流电气装置的接地》中国电力行业标准

（5）BS7430-1991《接地装置设计规范》英国国家标准

（6）《基建类和生产类标准差异协调统一条款（变电部分）》办基建[2008]20

号

c）技术要求

当接地装置的接地电阻不符合RW/2000I要求时，可通过技术经济比较适当

增大接地电阻，但要满足接触电势和跨步电压的要求.

d）接地电阻计算

（1）水平均压环接地电阻：（依据DL/T621T997）

其中：P——土壤电阻率180Q.m

A——接地网面积36542m2

ICO.47Q

e）接地导体热稳定性计算

（1）接地导体热稳定校验

根据热稳定条件，未考虑腐蚀时，接地线的最小截面应符合下式要求

式中：Sg------接地线的最小截面（mm2）；

Ig一一流过接地线的短路电流稳定值，A（根据系统10〜20年发展规划，按

系统最大运行方式确定）；如前计算，取值为：28.756kAo

te-------短路的等效持续时间（s）,取0.3s。

c——接地线材料的热稳定系数，根据材料的种类、性能及最高允许温度和

短路前接地线的初始温度确定。30%导电率镀铜钢绞线的热稳定系数为176

（ERIC030%导电率镀铜钢绞线实际测试值）。

根据以上的计算可以得出，接地引下线应选择的截面积

为：Sg=96.6mm2

水平接地线的截面积为：SgX75%=72.5mm2

所以接地引下线可以选择单根120mm2的镀铜钢绞线作为

接地引下线，可以选用单根90nmi2的30%导电率的镀铜钢绞线作为水平导体。

（2）垂直接地极的热稳定校验

S=—Jt~

*Ce（依据DL/T621-1997）

其中：Ig——单相接地短路电流28.756kA

Te——短路持续时间0.3s

C——镀铜钢接地棒的热稳定系数：135

Sg=126mm2

垂直接地极的截面积为：SgX75%=94.5mm2

所以选择直接为17.2mm,截面积为232mm2的镀铜钢接地棒可以满足热稳定

性的要求。

综上所述，本工程接地弓下线可以选择单根120mm2的镀铜钢绞线作为接地

引下线，可以选用单根90nlm2的30%导电率的镀铜钢绞线作为水平导体，选用直

径17.2mm的镀铜钢接地棒作为垂直接地极。

9.1.1.4结论

以上的比较能反映直接的经济造价，而对一些隐性的，如施工难度、施工周

期、系统运行的安全性和稳定性等，钢材与镀铜钢相差更大。施工时间的长短对

一个工程非常重要，在科技高速发展的今天，时间就是效益。采用镀铜钢接地材

料,连接使用放热焊接,连接一个接头仅须2~3分钟，整体做下来用时1天左右。

如果采用钢材，连接一个接头至少需15分钟，整体做下来至少要花10天。10

天的时间对于任何一个企业来说所创造的价值是无法估量的，镀锌扁钢由于重量

大，且不易弯曲，施工工程量大。特别是二次地网改造时，对现有建筑物的破坏

和影响正常生产将带来更大的损失。尤其是对于GIS站来说地网二次改造几乎不

可实施。而采用镀铜钢接地材料，不须进行地网维护和改造，符合全寿命周期费

用目标中建设项目系统的全寿命周期的成本最小的理念。

综上所述，铜接地体与热镀锌钢接地体相比，从技术上看铜接地体在导电性

能、热稳定性能、耐腐蚀性方面有显著的优越性；从经济上看地网的全寿命周期

费用铜接地体比热镀锌钢接地体低。因此推荐采用镀铜接地体接地网。

9.1.2站用交直流电源一体化系统专题

9.1.2.1概述

站用电源是变电站安全运行的基础，随着变电站综自化程度的越来越高以及

大量无人值班站投运，相应提高站用电源整体的运行管理水平具有非常重要意义。

站用电源始终需要立足于系统技术来研究和发展，根据实际问题、发展现状提出

发展思路。现有站用电源在资源整合、自动化水平、管理模式等方面都还存在很

大的优化空间，结构紧凑、经济可靠的变电站交直流一体化电源模式具有广阔的

应用前景。

本专题通过对常规交直流电源系统的应用情况，总结分析其缺点，引出站用

交直流电源一体化系统的概念，通过对交直流电源一体化系统配置方案的学习，

优化本工程站用交直流电源系统的配置。

9.1.2.2传统站用电源现状分析

传统变电站站用电源分为交流系统、直流系统、UPS、通信电源系统等，各

子系统采用分散设计，独立组屏，设备由不同的供应商生产、安装、调试，供电

系统也分配不同的专业人员进行管理。这种模式存在的主要问题：

（1）站用电源自动化程度不高

由不同供应商提供的各子系统通信规约一般不兼容，难以实现网络化管理,

系统缺乏综合的分析平台，制约了管理的提升。

（2）经济性较差

站用电源资源不能综合考虑，使一次投资显著增加。

（3）安装、服务协调较难

各个供应商由于利益的差异使安装、服务协调困难，远不如站用交直流系统

一体化的“交钥匙工程”模式顺畅。

（4）运行维护不方便

站用电源分配不同专业人员进行管理：交流系统与直流系统由变电人员进行

运行维护，UPS由自动化人员进行维护，通信电源由通信人员维护，人力资源不

能总体调配，通信电源、UPS等也没有纳入变电严格的巡检范围，可靠性得不到

保障。

9.1.2.3变电站交直流一体化电源的解决方案

变电站站用交直流一体化电源系统是使用系统技术，针对变电站站用交流、

直流、逆变、通信电源整体，根据实际问题、发展现状提出解决方案的站用电源

系统。

目前有关生产研发厂家已提出三代产品，分别是：

（1）智能型站用电源交直流一体化系统

主要实现：

A、建立站用电源信息共享平台：站用电源整体网络智能化:一体化.将交流、

直流，逆变，通信电源网络智能化，对外1个通信接口；

B、设计优化：取消通信蓄电池组及充电装置，使用DC/DC变换器直接挂于

直流母线代替；取消UPS蓄电池，使用逆变器直接挂于直流母线代替，对重要负

荷如事故照明等采用逆变电源供电；统一进行波形处理；统一进行防雷配置；统

一进行二次配电管理；站用电源设备智能管理，实现状态检修。

（2）数字化站用电源交直流一体化系统

主要实现：

A、上行下达信息数字化传输（2大措施：开关智能化；集能分散化）；

B、开放式系统：采用IEC61850规约。

（3）程序化站用电源交直流一体化系统

主要实现：

A、电源与负荷结合，将辅助系统（空调、风机、门禁、消防、周界等）纳

入控制范围；

B、任务程序化执行。

9.1.2.4现阶段站用电源交直流一体化系统主要技术特点

（1）建立站用电源统一网络智能平台：实现在一个平台上对整个电站电源

的交与直流系统、逆变电源系统、通信进行监控和分析，解决由不同供应商提供

的各独立电源通信规约兼容等问题，提高系统网络化、智能化程度。

（2）提高站用电源综合自动化应用水平：进行站用电源协调联动、状态检

修、调度遥控等深层次开发应用。

（3）建立站用电源整合机制：优化系统功能结构，实现各专业间站用电源

资源共享。

（4）提高站用电源管理水平：全站电源统一安放，建立站用电源统一分析

管理平台，一套人马同时维护管理全站电源。

9.1.2.5结论

综上所述，本工程站用交直流电源系统，按照一体化设计思想，采用站内

UPS、交流电源、直流电源、通信电源一体化配置，并配置统一监控模块，实现

全套电源统一监控。

9.L3智能辅助控制系统专题

9.1.3.1系统概述

变电站无人值班建设是目前电网建设的一项重要任务，而随着变电站无人值

班的日益发展，对电网智能化、自动化水平要求越来越高。

目前，综合自动化变电站除实现“五遥”功能之外，变电站安全防范、运行

环境监测也将纳入远程管理范围内。

变电站智能辅助监控系统可辅助监视变电站设备安全运行及环境安全。该系

统主要包括视频监控子系统、安全警卫子系统、门禁子系统、灯光智能控制子系

统和环境监测子系统以及管理平台等。

变电站智能辅助监控系统采用开放式、模块化设计，通过提炼不同设备的共

通性，设计系统的统一标准接口，兼容不同厂商的产品，而上每个子系统既可以

独立运行，又可以组合成一个有机整体，相互支持。

9.1.3.2系统主要功能

变电站智能辅助监控系统建成后，为变电站无人值班建设发挥很大的作用，

其主要具备以下功能：

（1）视频巡检功能

在可设定的间隔时间内，对全站的监控点进行图像巡检，值班人员可以足不

出户的巡视整个变电站。参与巡检的对象可任意设定，包括同一站端的不同摄像

机、同一摄像机的不同预置位等，轮巡间隔时间可设置。

（2）控制功能

操作人员能对任一摄像机进行控制，实现对摄像机视角、方位、焦距调整;

对于带预置位的云台，操作人员能直接进行云台的预置和操作，光圈为自动调整;

能对变电站内的空调进行控制：开启、关闭空调、调整设置温度、调高、调

低温度、调整出风等；

能对所内的照明和排风扇进行控制，照明在摄像头切换后自动延时关闭。

（3）安全警卫功能

可以与各种报警控制设备相连接，报警设备可以是烟感探测器、温感探测器、

红外探测器、电子围栏等；同时可连接各种开关量和模拟量设备，报警时执行预

先设定的动作。

可和多种消防系统、综合自动化系统实现联动。当某一报警单元产生报警信

号后，系统能根据预先设置，联动相应设备采取措施。比如：当温度采集器探测

到温度过高而发生报警时，系统将联动灭火设备,启动灭火器，同时联动电话机，

拨打火警电话。

（4）灯光智能控制功能

通过设置辅助灯光，遇到光线不足或其他事故时（尤其是晚上），其他系统

可以通过联动间接控制灯光的开启和关闭，从而节约用电、降低运行成本，也在

安全上为变电站保驾护航。

如有人翻越围墙或闯入变电站，可以开启灯光，吓退闯入人员（联动其他声

响设备）并联动摄像机进行录像。

（5）环境监测功能

监测变电站的事实环境信息“包含变电站环境温度、湿度,SF6气体密度等”,

并通过环境信息做出即时反应。例如，室内环境温度越限时，立即向远方发出环

境温度告警信号，并自动或远程投入空调、风机等设备。

9.1.3.3设计原则

本次设计主要考虑系统的安全性、经济性、先进性、实用性、可扩展性、兼

容性、易操作性等几方面。

在系统设计、设备选型、安装调试等环节，都将严格执行国家、行业的有关

标准及金融、公安部门有关安全技术防范的要求，贯彻质量条例，保证系统的可

靠性。

从经济角度出发，将各个环节纳入统一的平台管理，节约了建立各种独立平

台的投资，大大缩短了建设周期。

综合多个相关领域的先进技术，例如：多媒体信息的存储及传输、安全警卫

系统、门禁系统、灯光自动控制及调节、环境监测等；

从实际需求出发考虑问题，实现以最方便、最实用的操作获得最先进、最经

济的效果；

系统采用开放式，模块化设计，通过提炼不同设备的共通性，设计系统的统

一标准接口。

采用清晰、简洁、友好的中文操作界面，环节少、易学易懂、操作和维修简

单方便，便于管理和维护；

同时，系统具有非常强的容错能力，能自动纠错和系统恢复，使得在各种情

况下可能发生的误操作，不弓起系统的混乱。

9.1.3.4系统实现

本设计充分考虑选用可靠、成熟的技术和产品，并设置多层安全机制和措施,

层层设防，确保防护目标的安全。建立统一的变电站智能辅助控制系统平台，纳

入变电站一体化信息平台，实现信息共享，并统一接入变电站综合自动化系统。

（1）视频监控子系统

a）图像捕捉部分

在变电站室外主变、设备区、大门等区域配置室外快球，在室内SF6手车室、

电容器室、继电保护室等配置室内快球。室内外快球具有彩转黑和预置位功能,

并且能够实现与现场报警设备的联动，快速准确地将快球摄像机转到需要监视的

位置。

b）后端设备

在变电站站端控制中心配置嵌入式硬盘录像机和显示设备，对前端传来的视

频信号进行录像以及显示。嵌入式硬盘录像机把前端音视频信号编码压缩成数字

信号上传至监控主站，数据包在基于TCP/IP协议的网络中传输，确保系统对网

络资源的最低占用。

（2）安全警卫子系统

a）探测报警设备

在变电站围墙安装电子围栏系统，当有人翻越围墙或进出大门、室内出现温

度过高、烟雾异常时可触发声光报警器进行报警，并联动室外室内快球转到指定

预置位进行录像，以供事后查找原因。

b）后端设备

在变电站站端控制中心配置智能控制单元，对前端探测设备传来的信息进行

集中处理和分析，并把信号传输给智能辅助监控平台，以联动相关系统的设备进

行录像，报警，提醒操作人员及时处理故障或警情，事后可以调看录像进行事故

分析。

（3）环境监测子系统

a）探测报警设备

在变电站站端配置温湿度一体化传感器，以及SF6探测器实时监测变电站的

各种环境信息，当变电站的环境温度、湿度以及SF6气体密度出现异常，可以自

动或远程启停空调及风机等设备。

当发现电缆沟、电缆夹层以及开关柜中的电缆温度超过警戒值时立即告警,

预防事故的发生。

b）后端设备

在变电站站端控制中心配置智能控制单元，对前端探测设备传来的信息进行

集中处理和分析，并把信号传输给智能辅助监控平台，以联动相关系统的设备进

行录像，报警，提醒操作人员及时处理故障或警情。

9.1.3.5辅助监控平台

配置综合监控平台服务器作为系统数据处理中心，用来部署综合监控平台应

用系统功能，并兼作变电站智能辅助监控系统综合监控平台显示控制终端设备,

提供综合监控管理界面功能的运行使用，实现图形化系统应用展示。

配置联动服务器，利用智能接口设备（协议转换主机）连接各个子系统，接

收各种生产设备的Goose报文，对其进行分析和处理，并联动生产辅助系统等相

关设备，如灯光控制，摄像机旋转，空调、风机等启停等。

9.1