水泥厂总降变电站初步设计说明

水泥有限公司二期4000t/d 熟料水泥
生产线工程
110kV 总降压站设计说明
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校对：＿
专业负责人：＿
审核：
审定：＿
项目负责人：＿
目录
1. 概
述 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,
, 2
2. 电气主接线,,,,,,,,,,,,,,,,,, 4
3. 负荷计算,,,,,,,,,,,,,,,,
,,, 4
4. 无功功率补偿 ,,,,,,,,,,,,,,,,,, 5
5. 短路电流计算 ,,,,,,,,,,,,,,,,,, 5
6. 主设备选型 ,,,,,,,,,,,,,,,,,, 6
7. “五防”配置 ,,,,,,,,,,,,,,,,, 10
8. 电气总平面布置,,,,,,,,,,,,,
,,, 11
9. 过电压保护及接地,,,,,,,,,,,,,,, 12
10. 二次接线及继电保护 ,,,,,,,,,,,,,, 12
11. 调度与通讯 ,,,,,,,,,,,,,,,,,, 17
12. 采暖通风部分 ,,,,,,,,,,,,,,,,, 17
13. 火灾报警视频监控部分 , ,,,,,,,,,,,, 18
14. 照明部分 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 18
15. 保安电源 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 18
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1、概述
1.1 建设规模
本项目一期生产线已经建成一座110/10.5kV 总降压站，现有一
台主变压器容量为40000kVA，并且预留了二期主变压器的位置，高
压线杆为一杆双线，预留了二期高压线架设位置。

二期总降从距厂区800m的变电站引一路110kV 电源，架空引入，与一期线路同塔架设。

二期110kV 采用 GIS 线变单元， 110kV 侧与一
期不联络； 10kV 侧与一期联络，一期已经设计并已安装了隔离柜。

1.2 设计范围
110kV 进线终端杆塔之后的110kV 变电所（二期）工程设计。

通讯屏一期已经设计，二期与一期共用。

110kV变电所照明及火灾自动报警一期已经设计，二期不用考虑。

110kV 变电所防雷接地一期已经设计，二期设备直接连接至一期
预留接口处。

1.3 设计依据
水泥有限公司与设计公司签订的设计合同。

GB 50059-2011 <<35～110kV 变电所设计规范 >>
GB 50060-2008<<3～110kV 高压配电装置设计规范 >> GB 50227-2008 <<
并联电容器装置设计规范 >>
GB 50062-2008 << 电力装置的继电保护和自动装置设计规
范>>
GB 50034-2013 <<建筑照明设计标准 >>
GB 50229-2006 <<火力发电厂与变电所设计防火规范>>
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DL/T 620-1997 << 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合>>
GB 50065-2011 <<交流电气装置的接地设计>>
GB 50057-2010 <<建筑物防雷设计规范 >>
1.4 站址选择
本站为用户变电站，站址设在厂区正北方向，交通运输方便。

全年主导风向北偏西北 , 变电站位于上风口。

1.5气象条件
年平均气温：17.0 ℃
极端最高气温：38.9 ℃
极端最低气温：-11.2 ℃
最热月平均气温：29.0 ℃
最冷月平均气温：-4.8 ℃
年平均降雨量：1450mm
日最大降雨量：191.2mm
年平均相对湿度：75%
主导风向：北偏西北
最大积雪厚度：9cm
厂区海拔高度：96~120m
1.6其它条件
污秽等级III 级
地震烈度VI 度
1.7值班人员设置
总降压站按照1~2 人值守设计。

2、电气主接线
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本工程一期和二期110kV 系统均采用线变单元接线方式，一期与二期 GIS 不联络。

10kV 侧一期和二期联络，一期已经设计并已安装
了隔离柜，二期设置母联柜与一期隔离柜连接。

正常运行情况下，母
联柜与一期和二期进线柜做连锁（三台断路器只允许两台同时合闸）；
仅某期变压器出线故障时，合上母联柜，保证两条生产线部分重要负
荷供电。

3、负荷计算（项目一期）
装机功率计算有功#2 主变负荷
Pe(kW)Pjs(kW)
二期原料磨配电站
二期窑头配电站
二期水泥磨配电站
二期水泥磨配电站（预留）2#主变压器总负荷
二期余热发电
考虑余热发电后 #2 主变15920 11144 6430 4830 9230 6461 7630 5341 39210 26800 9000 6500 30210 20300
根据以上计算， #2 主变压器选用 25000kVA，#2 主变负荷率为85.5 ％。

4、无功功率补偿
无功功率采用静电电容器补偿，总降压站现有两套电容补偿装
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置，容量分别为4200kVar 和 5400kVar，从目前运行情况看一套
5400kVar 即可满足一期生产线的补偿容量，因此，总降二期改造时将利用原 4200kVar 这套电容补偿装置，不再新增。

在二期各电气室和变电所的低压母排上设低压电容集中补偿装置，根据设定的功率因数
自动投切，采用可控硅自动投切。

通过以上补偿，满足110kV 侧功
率因数不小于 0.95 的要求。

5、短路电流计算
5.1 基础数据
系统极大运行方式下上级110kV 母线阻抗值 ( 暂缺 )
基准容量： 100MVA
5.2 最大运行方式下的短路电流
短路点
110kV 母线10kV 母线
项目
短路点平均电压 Up(kV) 115 10.5
基准电流 Ij(kA) 0.502 5.499
超瞬变短路电流有效值 I ″(kA) 暂缺20.82
短路冲击电流值 ich(kA) 暂缺53.2
6、主设备选型
6.1 主变压器（二期）
名称：三相油浸自冷式有载调压双绕组电力变压器
型号：SZ13-25000/110
额定容量：25000kVA
额定电压：
一次侧：110±8×1.25%kV
5
二次侧：10.5kV
相数：三相
频率：50Hz
阻抗电压百分比：10.5%
冷却方式：油浸自冷
连接组别：Yn,d-11
有载调压特性：十七档 8±1.25%
6.2 110kV 配电设备（二期）
名称：SF6 组合电器 (GIS) 额定电压：110kV
标称电压：126kV
额定频率：50Hz
额定电流：2000A
额定短路开断电流：40kA
额定峰值耐受电流：100kA
控制电源电压：DC220V
电机额定电压：DC220V
6.3 110kV 断路器
名称：SF6 断路器
操作机构：弹簧机构
额定电压：110kV
标称电压：126kV
额定频率：50Hz
额定电流：2000A
额定短路开断电流：40kA
额定峰值耐受电流：100kA
控制电源电压：DC220V
6
电机额定电压：DC220V
6.4 110kV 隔离开关
名称：隔离开关
操作机构：电动操作机构额定电压：110kV
标称电压：126kV
额定频率：50Hz
额定电流：2000A
额定短路开断电流：40kA
额定峰值耐受电流：100kA
控制电源电压：DC220V
电机额定电压：DC220V
6.5 110kV 接地开关
名称：接地开关
操作机构：电动操作机构额定电压：110kV
标称电压：126kV
额定频率：50Hz
额定电流：2000A
额定短路开断电流：40kA
额定峰值耐受电流：100kA
控制电源电压：DC220V
电机额定电压：DC220V
6.6 110kV 电流互感器
名称：电流互感器
额定电压：110kV
标称电压：126kV
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额定频率：50Hz
额定短路热稳定电流 : 40kA
额定短路动稳定电流 : 100kA
一次电流：见系统图
二次电流：5A
准确级次：
计量绕组：0.2S
测量绕组：0.5
保护绕组：3*10P20 互感器容量： 30/30/30/30/30VA
6.7 110kV 电压互感器
名称：电压互感器
标称电压：126kV
额定频率：50Hz
额定短路热稳定电流 : 40kA
额定短路动稳定电流 : 100kA
一次绕组额定电压：110kV
二次绕组额定电压：2* 100/ 3 剩余绕组额定电压：100V
准确级次：
计量绕组：0.2
测量绕组：0.5
剩余绕组：3P
互感器容量： 75/120/300VA
6.8 10.5kV 开关柜
名称：中压开关柜
型号：KYN28A-12
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额定电压：10.5kV
额定频率：50Hz
额定电流：见系统图
额定短路开断电流：31.5kA
额定峰值耐受电流：80kA
控制电源电压：DC220V
6.9 所用电柜
本站二期设 50kVA 所用变压器一台 , 装设在二期所用变室内。

二期所用变低压侧连接至一期交流屏，作为站用交流备用电源。

所用变压器的参数如下：
型号：SC11-50/10
额定容量：50kVA
形式：干式
额定电压：
一次侧：10kV
二次侧：0.4kV
相数：三相
频率：50Hz
连接组别：D,yn-11
6.10 高压电容补偿装置
2#电容补偿额定容量：4200kVar（利用一期现有设备）
额定电压：10kV
额定频率：50Hz
每套高压电容补偿装置包括以下设备：电容器、电抗器、喷逐式
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熔断器、避雷器、放电线圈等。

6.11 10kV 断路器
名称：真空断路器
操作机构：弹簧机构
额定电压：10.5kV
额定频率：50Hz
额定电流：见系统图
额定短路开断电流：31.5kA
额定峰值耐受电流：80kA
控制电源电压：DC220V
7、“五防”配置
7.1 110KV配电装置的联锁
断路器、隔离开关、接地开关等所有开关设置电气联锁，以保证系统安全与人身安全。

隔离开关与接地开关之间采用机械闭锁装置，
隔离开关闭合时，不能合接地开关，接地开关闭合时，隔离开关不能
合。

进线间隔设有单相带电指示器，与进线处快速接地刀联锁。

7.2 10kV高压开关柜的“五防”闭锁
小车进退机构与断路器之间闭锁
当断路器处于合闸状态时，通过机械联锁使小车处于锁定状态，
防止带负荷推拉小车。

小车未推到位或处于拉出位置时，通过机械和电气联锁保证断路
器不能合闸。

小车与接地开关之间闭锁
只有当小车移出柜外时，才能合上接地开关；接地开关合上时，
小车不能推进柜内。

二次插头和小车锁定机构之间的联锁
二次插头未插好，小车不能进入锁定状态。

只有当小车处于拉出
位置时，才能拔下二次插头。

柜后门与接地开关及断路器间联锁
后门完全关闭后，断路器才能合闸；只有接地开关合上后，后门
才能打开。

7.3 其它电气闭锁系统
在成套电容补偿装置前、后门装设电磁锁，进线处装有带电显示
装置，可以控制电磁锁。

当进线处有电压时，电磁锁锁住电容补偿装
置前后门；当电容补偿装置前、后门没有完全关闭时，不能合配电开关柜的断路器。

8、电气总平面布置
本变电站一期土建工程已经完成，预留了二期设备位置。

整个建
筑物长 28 米，宽 17.6 米，占地面积 493 平方米（包括室外变压器的占地面积），建筑面积 748.5 平方米。

110kV 配电装置布置在二层平面，宽9.6 米，长 15.5 米，层高
7.5 米。

变压器为在一层平面户外布置。

由于两台变压器之间距离太小，中间加防火隔墙。

控制室布置在二层平面。

二期主变保护屏、主变测控屏及线路保
护屏都安装在本控制室中。

10kV 开关室布置在一层平面，宽 9.6 米，长 19.5 米，层高 5.0 米。

两期开关柜均为双列面对面布置，中间采用封闭式母线桥连接。

电容器室布置在一层平面，独立房间。

电容器柜单列布置。

电气设备间之间门采用防火门。

9、过电压保护及接地
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9.1 过电压保护
为防止雷电波侵入本站，在110kV 进线处、变压器中性点设置
氧化锌避雷器。

在10kV 母线处装设大容量过电压保护装置，安装在
10kV 开关柜内。

为防止在操作真空断路器时产生的操作过电压，在各出线回路装设过电压保护装置，
安装在 10kV 开关柜的电缆室。

9.2 防雷
一期已经全部完成。

9.3 接地
一期已经完成一期设备可靠接地，二期新增设备连接至一期预留接地接口。

10、二次接线及继电保护
10.1 直流系统
直流电源一期已经考虑了二期容量和回路预留，为此总降控制室内二期的直流电源直
接引自直流屏备用回路。

10.2 继电保护
继电保护采用数字式微机保护装置 , 具有遥控、遥信、遥测、遥调、遥脉功能。

保护
配置如下：
(1)110kV 线路差动保护
110kV 进线装设线路纵差保护，与上级纵差屏配对设置。

(2)主变压器保护
比例制动差动保护，动作于跳开主变两侧断路器。

110kV 侧复合电压闭锁过电流保护，动作于跳开主变两侧断路
器。

10kV 侧复合电压闭锁过电流保护，动作于跳开主变10kV 侧
断路器和 10kV 母联断路器。

非电量保护（本体重瓦斯、压力释放、有载调压开关重瓦斯），动作于跳开主变两侧断路器。

本体轻瓦斯、本体油温高、本体油位低、有载轻瓦斯、有载油位
低动作于信号。

(3)10kV 配电变压器保护
电流速断、过电流，动作于跳闸。

零序保护，
动作于跳闸。

重瓦斯保护，动作于跳闸。

轻瓦斯、温
度，动作于报警。

(4)高压电动机保护
2000kW 及以上的电机，设比例制动的差动保护，动作于跳闸。

电流速断保护、过电流保护，动作于跳闸。

过热保护，动作于跳闸。

零序保护，动作于报警。

低电压保护、负序电流保护，动作于跳闸。

(5)电容器保护
电流速断保护、过电流保护，动作于跳闸。

过电压保护，
动作于跳闸。

低电压保护，动作于跳闸。

不平衡电压保护，动作于跳闸。

零序保护，
动作于报警。

(6)10kV 线路保护
电流速断保护、过电流保护，动作于跳闸。

过负荷保护，动作于跳闸。

零序保护，动作于报警。

10.3 电气测量
配电变压器回路：装设综合电能表，测量电流、有功电度。

电机回路：装设综合电能表，测量电流、有功电度。

10kV 进线回路：装设综合电能表，测量电流、电压、有功电度、
无功电度、有功功率、无功功率、功率因数。

电容器回路：装设综合电能表，测量电流、无功电度。

母联柜：装设电流表。

10.4 计量
110kV 进线装设计量装置，计量屏与一期合用同一个屏，在原一期计量屏里增加计量电表（原一期已预留了安装计量表的位置）。

计
量用电流互感器的精度等级为0.2S 级，电压互感器的精度等级为0.2 级。

计量屏的端子应加封签，计量屏内计量表计的设置与供电部门协商决定，选择符合
当地供电部门要求的产品。

10.5 监控系统
(1)控制功能
110kV 断路器的控制操作
控制操作具有四层操作可供选择，第一层控制设置在站内监控计
算机工作站上，可通过键盘或鼠标进行控制操作，作为在站内操作控
制的主要操作方式。

第二层控制设置在主变保护柜上，完全独立于通讯网络，通过选
择开关和控制开关直接面向对象的操作方式，采用传统的二次接线对
断路器实施控制，主要作为当通讯网络完全失效，而不能通过远动通
道在调度中心和站内监控计算机工作站上对断路器控制操作的一种
后备方式。

第三层控制设置在远方调度控制中心，远方调度中心运行值班人
员可通过远动通道对变电站断路器控制操作。

第四层控制在l1OKV断路器就地操作机构箱上，通过选择开关和
控制按钮进行操作控制，主要作为开关检修、调试时用，也是控制操
作的最后后备方式。

10kV 断路器的控制操作
第一层控制设置在站内监控计算机工作站上，可通过键盘或鼠标进行控制操作，作为
在站内操作控制的主要操作方式。

第二层控制设置在保护屏或开关柜上，完全独立于通讯网络，通过选择开关和控制按钮进行操作控制，主要作为开关检修、调试时用，也是控制操作的后备方式。

(2)监测功能
实时数据采集
实时数据的采集分为二部分：一部分为来自现场的数据，另一部分为微机采集装置和
自动装置传送的有关数字信息，包括交流模拟量、电度量及开关量。

模拟量信号为来自现场 PT、CT二次侧和站用变的交流模拟量，主变温度量。

开关量输入回路的信号电源采用DC 220V引入采集装置。

部分信号通过通讯方式传送到监控计算机中。

数据处理
系统对所采集的实时数据进行处理及监测，根据电压量、电流量计算有功、无功功率、功率因数等。

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(3)事件记录及故障处理
事件记录
事件记录包括：各保护装置动作记录，断路器跳、合闸信号等。

所有记录的事件，
系统应将事件发生的时刻、性质、名称记录在实时数据库，并可远传至调度端。

异常报警
系统对采集到的各实时数据进行检测，所检测数据与定义的正常参数状态不符合时予以报警。

报警信号分为事故和预告两种，事故和预告用两种音响报警。

(4)远动接口
具备远动功能，提供 232(485)接口能以多种规约向上一级远传
数据。

遥测功能
包括调度中心所需要的交流电流、交流电压、有功功率、无功功率、主变温度、有
功、无功电度量等。

遥信功能
包括调度中心所需的断路器、隔离开关、主变中性点接地刀、主变调压开关接头位置
等开关量，此类开关量变位优先传送。

遥控功能
11OkV侧断路器可在调度中心进行遥控操作，所有遥控操作必须
具有操作权限和保护闭锁限制。

(5)统计报表功能
日、月、年最大、最小值及出现的时间。

日、月、年电压、功率因数合格率的分时段统计。

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变压器负荷率及损耗计算。

断路器正常、事故路跳闸次数、停用时间和月、年运行率等
数据。

变压器的停用时间及次数。

统计计算和报表能按用户要求生成周、月、季、年或用户自定义的统计时段的
报表。

时间、频率及安全运行日显示。

电度量数据能按日统计峰、谷、平电量，并生成变电所电度
报表。

11、调度与通讯
变电站综自系统具有与调度中心通讯的接口，通讯屏、远动屏与一期共用。

二期新增低频低压减载屏、远动屏、线路保护屏和变压器保护屏均连接至一期变电站综自系统。

变电站综自系统提供调度中心所需要的交流电流、交流电压、有功功率、无功功率、主变温度、有功、无功电度量等数值，提供断路器、隔离开关、主变中性点接地刀、主变调压开关接头位置等开关量。

同时可根据需要在调度中心进行遥控操作 11OkV侧进线断路器。

12、采暖通风部分
一期已经完成相关设计与施工。

13、火灾报警视频监控部分
总降的火灾报警和视频监控在一期已建，二期不再建设。

14、照明部分
一期已经完成相关设计与施工。

15、保安电源
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厂内已有一路10kV 备用电源，并且总降有两路110kV 电源，10kV 备用电源与 110 kV 主电源来自不同变电站，完全能满足两条生产线
保安电源的需要，经商议二期不再新增柴油发电机。