220kV GIS 变电站电气设计

2.1 电气部分2.1.1 变电站规模（1）本期建设2台220kV、240MVA变压器，最终规模3台220kV、240MVA三相三绕组变压器；（2）220kV出线，本期4回，远景6回；（3）110kV出线，本期4回，远景12回；（4）35kV出线，本期6回，远景8回；（5）无功补偿，本期装设6×1.0万千乏电容器，电容器电抗率按3组5%、3组12%考虑；远景按装设9组电容器预留场地，电容器串联电抗率按12%的位置预留。

2.1.2 电气主接线及主要电气设备选择采用国网A1-1方案，根据系统要求，对通用设计电气主接线进行调整。

2.1.2.1 电气主接线220kV本期采用双母线接线，远景采用双母线接线。

110kV本期采用单母线分段接线，设分段断路器，装设2组母线设备，远景单母线三分段接线。

35kV本期采用单母线分段接线，远景采用单母线分段+单母线接线。

根据国家电网生[2011]1223文件“关于印发《关于加强气体绝缘金属封闭开关设备全过程管理重点措施》的通知”附件1第二章第八条“采用GIS的变电站，其同一分段的同侧GIS母线原则上一次建成。

如计划扩建母线，宜在扩建接口处预装一个内有隔离开关（配置有就地工作电源）或可拆卸导体的独立隔室；如计划扩建出线间隔，宜将母线隔离开关、接地开关与就地工作电源一次上全。

”本工程110kV侧有出线间隔的GIS母线一次建成，建成母线的远景扩建间隔本期预装空间隔。

本工程主变220kV、110kV中性点采用经隔离开关直接接地或经避雷器、放电间隙的接地方式；35kV系统中性点采用经消弧线圈接地方式。

由于主变35kV侧为三角形接线，在35kV母线上配置接地变。

本工程采用接地变兼站用变，本期及远景均2台，均分在35kV I、II母线上，本期不装设消弧线圈，远景按2×1100千伏安消弧线圈预留场地。

电气主接线图见图1。

2.1.2.2 主要电气设备选择主变压器采用三相三圈降压结构有载调压变压器，变压器考虑采用低损耗及低噪音，三侧电压分别为220kV、110kV、35kV。

根据系统规划，220kV、110kV、35kV设备开断电流分别暂按50kA、40kA、31.5kA选择。

220kV和110kV配电装置均采用户外GIS方案；35kV开关柜选用真空或SF6型断路器；低压侧并联电容器采用户外组装式并联电容器组。

所有避雷器均采用雷电和操作过电压保护性能良好的金属氧化物避雷器。

查电力系统污区分布图（2011）版，变电站所址的污秽等级为C2级（爬电比距为25mm/kV），根据浙电生【2012】267号《电网污区分布图（2011版）执行规定》，本工程户外设备外绝缘爬电距离按25mm/kV（最高线电压）配置，中性点非有效接地系统户外设备按上述要求提高一档，即绝缘爬距220kV设备为6300mm，110kV设备为3150mm,35kV户外有效爬距为1256mm。

根据DL/T 404-2007《3.6kV～40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备》，35kV屋内电气设备外绝缘泄漏距离考虑729mm（纯瓷）、810mm（有机）。

按此要求选择绝缘子串片数，单片XWP2-100、XWP2-70绝缘子泄漏距离为450mm，选择计算如下：1）220kV绝缘子串（户外安装）片数：6300/450=14，取整数16；2）110kV绝缘子串（户外安装）片数：3150/450=7，取整数8。

根据以上计算结果，再考虑取零值绝缘子2片，最终220kV绝缘子串片数为16片，110kV绝缘子串片数取9片。

主要设备均采用《国家电网公司标准化建设成果（输变电工程通用设计、通用设备）应用目录(2011年版)》推荐的设备型号及相应参数，应用情况详见表2.1.2-2。

表2.1.2-1 通用设备应用情况表2.1.2.3 智能一次设备（1）主变主变采用常规主变压器+传感器+智能终端方案实现智能化。

主变压器状态监测参量包括油中溶解气体和局部放电（预留）。

每台主变设置主变油色谱传感器1套；主变局部放电传感器及测试接口1套；全站本期共设置主变油色谱传感器2套，设置主变油色谱传感器IED 2只，设置主变局部放电传感器及测试接口2套。

（2）220kV、110kV GIS220kV、110kV GIS采用断路器+智能终端方案实现智能化。

（3）35kV开关柜35kV开关柜采用常规设备。

主变35kV间隔采用常规开关柜+智能终端方案。

（4）避雷器本工程220kV避雷器采用常规避雷器+传感器方案实现智能化。

避雷器状态监测参量包括泄露电流、放电次数等。

设置避雷器状态监测传感器1个/每相。

（5）互感器选择本工程采用常规互感器。

（6）设备状态监测变电设备状态监测系统采用分层分布式结构，由传感器、状态监测IED构成，利用状态监测及智能辅助控制系统后台主机实现一次设备状态监测数据的汇总分析。

本站主变压器、220kV高压组合电器（GIS）预置局放传感器及测试接口供状态监测使用。

1）监测范围及参量主变压器状态监测参量：油中溶解气体、局部放电(预留供日常检测使用的超高频传感器及测试接口)；220kV高压组合电器（GIS）状态监测参量：局部放电(预留供日常检测使用的超高频传感器及测试接口)；220kV金属氧化物避雷器状态监测参量 (在与所有弱电系统完全隔离的前提下)：泄漏电流、放电次数。

2）传感器安装方式a）局部放电传感器采用内置方式安装；油中溶解气体传感装置导油管利用主变压器原有放油口进行安装，采用油泵强制循环，保证油样无死区。

b）内置传感器采用无源型或仅内置无源部分，内置传感器与外部的联络通道（接口）应符合高压设备的密封要求，内置传感器在设备制造时应与设备本体采用一体化设计。

c）外置传感器应安装于地电位处。

2.1.2.4 新技术、新设备、新材料的应用（1）智能变电站技术1）采用常规一次设备+智能终端的方式实现一次设备的智能化。

2）采用常规互感器+合并单元实现电流电压等模拟量的数字化。

3）采用交直流一体化电源，采用DL/T 860接自动化系统站控层网络，取消通信蓄电池。

（2）电力设备在线监测技术变压器配置油中溶解气体和预留局放、GIS预留局放、220kV避雷器配置泄漏电流和放电次数状态监测。

（3）GIS技术220kV、110kV配电装置采用GIS设备，设计集成度高。

采用智能终端、合并单元实现一次设备的智能化及模拟量的数字化。

2.1.3 电气布置、防雷接地及站用电2.1.3.1 电气布置220kV变电站采用国网220-A1-1(35)方案。

电气平面布置紧凑合理，出线方便，减少占地面积。

全站总布置按照变电站最终规模设计，主变压器布置在站区中部。

220kV配电装置户外GIS，采用架空出线，主变架空进线方式，采用分相式断路器单列布置。

出线架构采用双回出线共用方式；单回出线间隔宽度12m，双回出线共用间隔宽度24m。

出线门型架挂点高度14m，避雷线挂点高度21m。

主变压器至运输道路中心线距离10.5m， 220kV配电装置纵向尺寸（道路中心至围墙）26m。

110kV配电装置采用户外GIS；架空/电缆出线、主变架空进线；母线三相共箱布置。

出线架构采用双回出线共用方式，单回出线间隔宽度7.5m，双回出线共用间隔宽度15m；出线门型架挂点高度 10m，避雷线挂点高度14.5m。

110kV 户外 GIS 配电装置纵向尺寸 22m。

本方案35kV配电装置采用金属铠装移开式开关柜户内双列布置，主变进线采用架空铜母线方式，母线跨线采用架空封闭母线桥方式，其余出线均采用电缆，整个配电装置室的平面布置横向尺寸为23m，纵向尺寸为12.5m。

接地变消弧线圈成套装置布置于35kV配电装置室东北侧，低压侧并联电容器单排列布置于站区西南侧；主控楼与附属建筑物布置于站区东北侧。

站内按运输、消防要求设有环形道路；变电站出口位于站区的东北侧，正对主变运输道路。

220kV变围墙长102.5m，宽86m，电气总平面图见图2。

2.1.3.2 防雷接地控制楼防直击雷措施考虑采用避雷带，在规定要求的屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷击的部位敷设，并应在整个屋面组成不大于10m ×10m或12m×8m的网格。

根据本阶段工程地质勘测结果，所区平均土壤电阻率较小。

据附近工程高密度测试成果，提供各电性层的土壤电阻率及厚度如表2.1.3.2-1所示。

据水质分析资料，按照《岩土工程勘察规范》标准判定，地下水对混凝土结构有微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋有微腐蚀性。

按土壤电阻率指标，站址表层土对钢结构有弱腐蚀性。

表2.1.3.2-2 站址地下水对建筑材料腐蚀性评价表根据DL/T 5394-2007《电力工程地下金属构筑物防腐技术导则》“发电厂（变电站）土壤电阻率在20 · m及以下的接地网应采取防腐措施”。

本工程可采用碳钢加阴极保护防腐措施。

阴极保护一套暂按40万元列费。

二次设备室及配电装置楼采用镀锌扁钢接地，接地主网考虑到接地系统长期安全可靠运行对接地材料的高要求，结合本变电站腐蚀性的情况，对接地材料进行比较：镀锡铜绞线、镀铜钢绞线和镀锌扁钢加阴极保护，见表2.1.3.2-4。

由于镀铜钢网具有导电性能优、热稳定性能好、耐腐蚀能力强、施工方便、寿命长、投运后检验维护工作量少、无污染等优点，放热焊接确保连接点为分子结合、无腐蚀、无松弛、导电能力和原导体保持一致，价格优于铜网。

根据国家电网公司部门文件基建设计〔2011〕222 号文《关于进一步规范输变电工程接地设计有关要求的通知》，“在强碱性土壤地区和高腐蚀介质的中性土壤地区，选用铜接地材料或镀铜钢材料”。

本变电站为偏弱碱性腐蚀介质土壤；接地主网采用镀铜钢材料。

本变电站所区接地装置以水平接地体（镀铜钢绞线）为主，垂直接地体（铜棒）为辅；户外设备引下线采用铜排；二次设备室及配电装置的楼室内接地网采用镀锌扁钢。

接地装置主要设计原则：1）为保证交流电网正常运行和故障时的人身及设备安全，电气设备及设施应接地并做到因地制宜，安全可靠，经济合理。

2）本站无独立避雷针，全站设置统一的主接地网。

3）入地电流取设计水平年电网在非对称故障情况下的最大入地电流值。

4）接触电位差和跨步电位差应满足DL/T621的要求。

5）主接地网应与线路的避雷线相连，且有便于分开的连接点。

6）全站接地以水平接地为主，垂直接地为辅组成复合主接地网，主接地网的外缘应闭合。

经计算土壤电阻率约为173Ω·m，接地电阻值约为0.9 左右，小于1Ω。

根据系统提供的参数，计算得地电位26165V，最大接触电位差3146.7V，最大跨步电压1181.1V。

接触电势与跨步电压均超过允许值。

按变电所场地表层铺碎石（电阻率2500Ω.m），道路表面配筋考虑，变电所配电装置场地允许接触电压1027.3V，允许跨步电压3299.6V，跨步电压满足要求但接触电势仍不满足要求。