变电站设计第一章

第一章

降压变电所的设计内容及要求

一、设计程序

电力领导部门向设计部门下达设计任务，往往是通过计划任务书来体现的，按规定只有接到计划任务书以后设计部门才能开始着手设计。

如：沈农配电变电所………

若是投资角度，工程较大的项目要由水电部甚至国家计委下达设计任务书。如：锦州一次变………

若投资较小的项目，则由地方电力领导部门或计划部门下达设计任务书，如象上伯关变电所可由沈阳市电业局，农电局直接下达设计任务书。

设计部门接到任务书后，就开始准备着手设计。首先要收集原始资料，并且同时要和供电部门商定有关原则问题。

搜集资料应当包括以下几个内容： 1、 地质、气象资料：（1）土质（2）地形（3）水文

①土质：土质是碱性还是酸性，是沙土还是黄土，主要是解决接地问题。 ②地形：地质的地形是平原，还是丘陵，或是山区。 ③水文：了解水层的深度，主要解决民用水的问题。

④气温、气压：主要是选择设备时要考虑，了解最高气温、最低气温。 ⑤风向、风速：选择所址时要考虑。

⑥冻结深度：考虑地下接地装置时用到，如：接地体、地下电缆。 ⑦降雨量、降雪量

⑧雷电活动情况（雷暴日）：防雷装置时要考虑，是频雷区还是少雷区。 2、 电力系统的资料

① 电源的分布 ② 附近系统的接地 ③ 系统的电压等级 ④ 系统的容量 ⑤ 网络的参数：（其中包括最大运行方式和最小运行方式）。 ⑥ 中性点的接地方式 ⑦ 电源的数目 ⑧ 进线方向 3、 负荷资料

① 新建变电所的供电负荷类型及供电半径。 ② 近期5~10年发展负荷的资料。 ③ 负荷的总容量。

④ 进出线电压等级及进出线数目。

4、 对扩建变电所还必须了解原有的设计，运行安装及设备情况。

在了解以上资料的基础上，要进行所址选择。 变电所的所址应符合下列要求： 1. 接近负荷中心 2. 不占或少占农田

3. 便于各级电压线路的引入和引出，架空线走廊与所址同时确定。 4. 交通运输方便，工程量少。

5. 具有适宜的地质条件（例如：避开断层、滑坡、塌陷区、溶洞地带等）。

如果所址选在有矿藏的地区，应征得有关部门的同意，避开有危险和易发

生滚石的场所。

6. 尽量不设在空气污秽地区，否则应采取防污措施或设在污源的上风侧。 7. 变电所的选址适宜在50年一遇的高水位之上，否则应有防护措施。 8. 所址不应为积水淹没，山区变电所的防洪措施应满足泄洪要求。 9. 具有成产和生活用水的可靠水源。 10. 适当考虑职工生活上的方便。

11. 确定所址时应考虑对邻近设施的影响。

在许多情况下设计任务书已经规定了变电所的位置、类型、系统供电方式、供电电压以至主变压器容量，在此情况下设计人员还要求必须深入现场，会同供电部门一同进行实地调查并一起讨论确定一些原则性问题。 1. 按选所条件审定变电所选址是否合理。 2. 变电所的供电电压是否符合网络发展规划。 3. 变压器的容量及进出线数目。

4. 变电所扩建的可能性，分期建设的年限。 5. 运行上有哪些要求。

6. 设备的选择以及货源的方向。

在确定以上这些问题的基础上，按规定设计分两个阶段进行，设计的第一阶段叫初步设计，第二阶段叫施工设计。只有当初步设计经有关部门批准以后，才能着手进行施工设计。

二、初步设计的内容

初步设计的主要任务是确定方案，并为订货提供依据。国家规定，只有当初步设计被批准后，才能向供应部门提出供应要求，电力设备的订货是通过订货会议的形式进行，参加订货会议的条件之一是应持有被批准了的初步设计。

由于初步设计只是解决方案问题，所以也就不要求做的很详细，主要是通过初步设计证明所提方案不仅能够成立，而且是可行的。 一个变电所的初步设计包括以下几个部分内容：

（一）说明书

要用简明的文字说明设计的依据，建所的必要性及规模，占地面积及建筑面积的大小。主接线方案、变电所容量、短路电流的大小及选用设备情况、操作系统、保护方式以及采用的新技术等（包括供电区域、地形图）。 （二）计算书

一般包括以下几部分：

1、 短路电流计算以及电气设备选择。 2、 配电装置尺寸的确定和校验。 3、 架构受力的计算。 4、 直流设备的选择。

在上列四项中第一项是每个变电所设计都不可缺少的，后三项如果是参考典型设计的配电装置，则于需讨论，如果提出的是一种新颖布置就要求对配电装置尺寸进行讨论。 （三）图纸 1、主接线

一张最重要的图纸，是所有其它图纸的依据，设计人员为了突出表明这张图纸的重要性，称之为司令图。

主接线图除了需表明各种电气设备的相互联系以外，还应表明设备的规格（包括母线、引线的规格）、防侵入电波及感应雷的措施（即避雷器的配置）中性点接地方式、电压互感器及电流互感器的配置等。除此之外，主接线还应反映本期工程和远景的区别，一般用实

线表示本期工程，用虚线表示远期工程。 如：

2、总平面图

这也是称为司令图的一张重要图纸，图上应清晰表明各种电气之间的相互距离，其中包括纵向尺寸和横向尺寸两种。总平面图只能在各种间隔尺寸确定以后才能着手绘总平面图。这是和另一张司令图主接线不同之点。

总平面图的比例应该合适，户外配电装置部分应该由总平面表达清楚于应再用局部平面补充，通常的比例是M1：100或M1：200。 3、断面图

根据主要接线的不同应有相应的断面图，一般包括出线间隔、进线间隔。（即变压的回路）母联间隔、分段间隔、电压互感器及避雷器的间隔。通过断面图，主要明确布置方案能否成立、对运行检修是否方便、安装是否困难、在断面图中一定要把设备的安检尺寸注清楚。

4、主控室及10KV配电装置平面布置图

5、布置接线图是按照间隔的排列顺序绘制的接线图。 6、主要设备材料汇总表

这是给设备订货直接提供依据的一份资料，它是根据主接线图及其它图纸制定出来要求准确没有遗漏。 （四）工程概算

一般由概算人员完成，要求对工程的费用有个近似估计。 三、施工设计的内容

初步设计经上级批准后，就可以着手进行施工设计，因此施工设计主要以初步设计为依据，但这不是说初步设计所确定的方案一定也不能更改，恰巧相反，在施工设计阶段，往往因为情况有变化，对初步设计做些局部的方案性修改，这些修改无论是大的还是小的都是好事，因为设计只能是越改越好。

施工设计是施工的依据，重点要表达施工情况，因为通过审核总有一些改变，所以初步设计中的图纸在施工设计阶段还要重新绘出。它们包括主接线图和总平面图、短路电流计算及设备选择结果表。各级配电装置断面图等都要求达到施工设计要求的程度，详细说明尺寸和所用设备材料。除了这些图纸以外，还应有设备安装图，它是各种设备安装的依据，在施工中还会往往用到非定型产品，这些产品要求绘制设备加工图。

在初步设计中，不讨论防止直击雷保护和接地网部分。因为二者都不影响方案，在施工设计中才讨论着两个问题，并绘出相应的图纸，另外各设备的保护原理图及安装接线图均在施工设计时绘出。

如果变电所装设静电电容器时，在初步设计中只是在主接线中表示其联接关系，并在总平面图中留一块安装位置，这一部分的具体施工图也在施工设计阶段解决。

如果在初步设计中，只是提出主要设备和材料总汇表，那么在施工设计阶段就要求提出全部设备材料清单。一般在每张图纸上附有设备材料表，在总的部分应有设备总表。

施工设计也有说明书，主要说明经过施工设计对初步设计所提方案又有那些改变，如果短路电流设备选择方面没有变化，在施工设计中就不出计算书，只是对防雷和接地部分提出计算书就可以了。

§ 1-2 电力系统负荷与负荷统计

一、电力系统的负荷与负荷曲线

在电力系统中负荷的表示形式有两种：PD 负荷统计时用

ID 设备选型时用

系统中的主要负荷是：电动机和照明器具（以瓦或千瓦为单位）。

所以在工程计算中负荷都是以功率表示，其主要原因是因为用电设备的原始负荷数据都是以功率形式给出的，计算与应用都比较方便，如果在工程计算中负荷用电流来表示，需要把功率转换为电流。这样不仅计算复杂，而且在转换过程中必须知道各负荷点的电压数值与相角。然而在开始计算时负荷点的实际电压和相角是未知的，只能近似的用额定电压来代替实际电压，其结果给计算带来误差，因此在电力工程设计中均采用功率来表示电力的负荷。

电力用户的用电量是不断改变的，因此对于一个变电所的供电量也是时时刻刻改变着的。那么我们把负荷随时间变化的规律曲线称为负荷曲线。那么什么叫做日负荷曲线呢？不言而喻，日负荷曲线就是一日内负荷随时间变化的曲线称为日负荷曲线。

如，日负荷曲线下所包含的面积等于一天中消耗的电能

即AP 0 240Pdt

Pmax t

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在生产实践中为了简化计算和便于在运行中制订负荷曲线通常把连续变化的曲线改变成阶梯形变化曲线。日负荷曲线对电力系统调度工作很有用，它是制订日发电量计划的依据。

比如东北电网调度室可以根据东北电网的日负荷曲线，调动指挥各个系统的电厂。当白天8~16点日负荷最高，负荷达到峰荷时，调度室命令一些电厂如丰满电厂一些机组投入系统运行。

P 峰荷 腰荷 基荷 0 8 16 24 t 在实际中还常用到年负荷曲线，即一年中负荷大小与使用时间的关系 如： P% Pmax a b m c d e f g 0 2000 6000 8760 t Tmax 年持续负荷曲线所包含的面积Sabcdefg代表设备全年的用电量

A=Sabcdefg=

87600Pdt

假设年负荷始终等于最大值Pmax经过Tmax小时后所消耗的电能恰好等于负荷全年的实际用电量，即 A=Sabcdefg=

87600Pdt=PmaxTmaxSamno

则TmaxA Pmax式中A是全年使用的电能 Pmax是最大负荷

Tmax是最大负荷使用时间

Tmax在电力工程设计中是经常用到的,对于新设计的变电所用户的曲线是不存在的，对于Tmax根据多年的经验。人们已经总结出规律性的东西，各类负荷的Tmax大体有一个范围。例如：一般户内照明和生活用电Tmax在300小时以下。为了使用方便，各类用户的最大负荷使用时间Tmax的平均值列出了表格： 负荷类型 户内照明和生活用电 农业排灌用电 单班制工厂企业用电 二班制工厂企业用电 三班制工厂企业用电

最大需用时间Tmax 2000~3000 1000~1500 1500~2200 3000~4500 6000~7000 二、电力系统负荷的确定

在实际中通过广泛的负荷调查，掌握了该变电所供电范围内的全部用电设备的额定容量，那么这些设备的容量是否就等于计算负荷呢？于是！因为用电设备的实际负荷通常比额定容量小得多，这是由于在实际中很多设备不是在同时运行，其中一定有一些设备处于检修状态，有些停业运行，这就要考虑同时率问题，同时还有些处于空载或轻载状态。这就要考虑负荷率问题，考虑上述因素显然计算负荷比设备总和要小些。

下边介绍两种计算负荷的方法 1系数法

对于一个单一的电器，若其额定容量已知时，则计算负荷由设备的额定容量乘以负荷系数得，即：

Pj=KfPe

Kf负荷系数（负载系数）它等于用电设备的实际功率与其额定功率的比值。 对于一组用电设备当总设备容量为已知时，确定计算负荷不但要考虑负荷系数，还要考虑同时系数和电器的效率。

即：

PJ=

KfKspPe

式中，KS是同时系数，它等于各用电设备负荷之和的最大值与各个设备的最大负荷之和的比值。

KSPe

Pmaxp是电器的效率

Pe是用电设备额定容量的总和

在实际中，往往把以上三个参数成为一个系数

PjKxPe

Kx称需用系数 KxKfKsp

为了使用方便，在生产实际中，根据各类负荷的用电实况利用统计规律，分别确定出需用系数值。

照明负荷的需用系数 名称 隔间较小的大面积生产车间 隔间较大的大面积生产车间 办公室及实验室类建筑物

Kx 0．95 0．9 0．8 名称 仓库及变电所 户外照明 事故照明 Kx 0．5 1 1 工厂企业负荷的需用系数和平均功率因素

名称 金属加工车床 泵、通风机、电动机 电阻炉、加热器 吊车 电焊变压器 造纸机 工厂照明 Kx 0.18~0.27 0.7 0.8 0.15~0.2 0.35 0.3~0.5 0.8 cos 0.65 0.8 0.95 0.5 0.35 0.7 1 2单位消耗法 当用电器的总设备容量不易确定时，通常都采用单位消耗法来确定计算负荷。对于工业企业知道产品单位产量的能量消耗，则企业年消耗的总电量为：A=ak

式中：

a：产品单位产量的电能消耗 k：产品的年产量

根据负荷类型，从表中可以查出最大负荷使用时间Tmax。然后按下式计算负荷

PjATmax

对于照明负荷常常用单位面积的容量来确定负荷，即

PjSPM

式中：S为建筑面积

PM：单位建筑面积的照明用电量

照明负荷单位耗电标准

名称 学校 医院 图书馆 商店 行政办公机关

单位耗电（瓦/20~25 18~25 15 20~30 15~18 名称 托儿所 小型工厂 仓库 居住房间 m2） 单位耗电（瓦/15~20 12~18 2~6 10 m2） 走廊、厕所、厨房 6