山城110kv降压变电站设计毕业设计

'山城110kV降压变电站设计　郑州大学毕业设计（论文）题目院系电气工程学院专业电气工程及其自动化班级学生姓名学号指导教师职称2014年5月30日-99- 山城110kV降压变电站设计摘要变电站是电力系统中对电能进行变换、集中和分配的场所，它通过其变压器将各级电压的电网联系起来。变电站是供电系统的枢纽，在供电系统中占有重要的地位。该山城110kV降压变电站设计，分为电气一次部分和电气二次部分设计。电气一次部分设计主要包括负荷分析、主变选择，接线形式的选择，短路电流计算，主要电气设备和配电装置的选择，如导体型号的选择，互感器、断路器、隔离开关、绝缘子和穿墙套管的选择，所用电的设计，无功补偿设计，防雷设计等。电气二次部分设计主要包括主变压器保护及其整定情况，三个电压等级线路保护的整定计算。还用AutoCAD绘制了一次接线图和二次保护图。关键词变电站，变压器，设备选择，继电保护AbstractThesubstationisaplaceintheelectricpowersystemwhereelectricityarecommutated,centralizedanddistributed.Itwilllinkpowergridatvariouslevelsofvoltagetogetherthroughthetransformer.Thesubstationisoneofthehingesandplaysanimportantroleinthepowersupplysystem.Thisdesignofmountaincity110kVreductionvoltagesubstationcanbeseparatedintotwoparts:firstpartoftheelectricaldesignandsecondpartoftheelectricdesign.Thefirstpartofthedesignincludesloadanalysis,theselectofthemaintransformer,thedesignofmainconnectionform,short-circuitcurrentcalculation,thechoiceofmajorequipmentandpowerdistributionequipmentsuchconductormodels,mutualinductor,circuitbreaker,isolationswitch,insulatorsandwallbushings.Thedesignofself-usedelectricity,reactivepowercompensationandthelightningprotection.Thesecondpartofthedesignincludesthemaintransformerprotectionandtheirsettingcalculation,settingcalculationofthethreevoltagelevelslineprotection.AutoCADisalsousedtodrawoncewiringdiagramandsecondaryprotectionfigure.Keywordssubstation，transformer，equipmentselection，relayprotection-99- 山城110kV降压变电站设计目录摘要IAbstractI1绪论11.1课题背景及研究意义11.2国内外现状11.3设计内容22变电站总体分析与主变选择32.1变电站的总体分析32.2负荷分析42.3负荷计算62.4主变压器的选择83电气主接线设计123.1对电气主接线的基本要求123.2变电站电气主接线的设计原则123.3各电压等级电气主接线设计133.4所用电设计173.5无功补偿设计174短路电流计算194.1短路的危害194.2短路电流计算的目的194.3短路电流计算方法194.4短路电流计算205电气设备选择335.1电气设备选择的一般原则335.2母线的选择335.3主变引下线的选择365.4负荷出线选择405.5断路器和隔离开关的选择425.6电压互感器的选择455.7电流互感器的选择465.8绝缘子的选择46-99- 山城110kV降压变电站设计5.9穿墙套管的选择475.10电气设备选择一览表476配电装置与电气总平面设计496.1配电装置设计496.2电气总平面布置设计547防雷设计567.1防雷设计的一般原则567.2直击雷保护设计567.3雷电侵入波保护设计597.4避雷器的选择608电气二次部分设计618.1继电保护的配置原则618.2主变压器的保护配置628.3线路保护719结论76谢辞77参考资料78附录1外文资料翻译79A1.1译文79A1.2原文87附录2图纸99-99- 山城110kV降压变电站设计1绪论1.1课题背景及研究意义随着工业时代的发展，电力工业已成为国民经济发展中最重要的基础能源产业，是国民经济的第一基础产业，是关系国计民生的基础产业，是世界各国经济发展战略中的优先发展重点。作为一种先进的生产力和基础能源产业，电力行业对促进国民经济的发展和社会进步起到了重要作用。它不仅是关系国家经济安全的战略大问题，而且与人们的日常生活、社会稳定密切相关。随着中国经济的高速发展，对电能的需求量也日益增大，电力消费市场的扩大又促进了整个电力生产的发展。随着经济的发展和现代工业建设的迅速崛起，工厂用电量迅速增长，对电能质量、技术经济状况、供电的可靠性指标的要求也日益提高，因此对供电设计也有了更高、更完善的要求。设计是否合理，不仅直接影响基建投资、运行费用和金属的消耗量，也会反映在供电的可靠性和安全生产方面，它和企业的经济效益、设备人身安全密切相关。在这种形势下，改善电网结构，提高供电能力与可靠性以及综合自动化程度，以满足日益增长的社会需求是电力企业的首要目标。我国电力行业经过数十年的发展已逐渐步入世界先进的行列。在中东部的发达地区电力设施已经相对完善。但是在西部地区，由于地理条件复杂人口稀少经济落后有些偏远地方甚至还没有通电，因此研究山城变电站设计的课题就显得很有必要。特别是进入21世纪后，我国全面实施西部大开发的战略方针，变电站作为基础设施必须率先建设完善，然后才能发展西部经济。这就是在大的社会背景下的课题研究意义。1.2国内外现状在我国，现阶段主要进行的变电站典型设计，是通过对现有变电站样本进行评估、类比、组合,形成典型化设计方案,并以新技术为依托,不断优化,形成一系列定制化产品,满足城市、农村和山区电网建设需求。通过变电站典型设计,归并工程流程,统一技术标准,提高工作效率,降低项目实施不确定性,加快工程建设进度,降低将来运行成本。变电站典型设计是将技术与管理相结合,通过典型化、标准化,提高工程整体效益。在过去十多年来．110kV-99- 山城110kV降压变电站设计电力网络和变电站在系统中的地位和功能发生了很大变化，1l0kV电力网络已下降为配电网络，大多数l10kV变电站也沦为负荷型的终端变电站。西电东输一直以来是我国电网发展的重点，为东部发展提供源源不断的电能。然而由于我国地域辽阔，输电线路极其遥远，电能在线路上的损耗也是不容忽视的。超高压输电是发电容量和用电负荷增长、输电距离延长的必然要求。因此近年来我国在一直致力于超高压输电的研究与推广并取得了显著成就。直流输电也是解决长距离输电的一种方法，而且我国也已经建成一条超高压直流输电线路。在国外，一些发达国家的电力工业起步较早发展相对完善。超高压和直流输电技术都比我国先进。但是一次能源日益紧张也一定程度制约了他们的电能供应。为了满足电力需求这些国家通过各种方式来降低电能的损耗，比如说增高电压就是一种比较方便、实用的方法，这些国家已经形成了比较完善的变电设计理论。完善的变电站设计理论是真正做到了节约、集约、高效等特点。总之，发达国家通过改善变电站结构，降低变电站功率损耗，尽可能地提高变电所的灵活性，最终达到提高经济性的目的。1.3设计内容本次设计分为电气一次部分和电气二次部分。电气一次部分系统的介绍了变电站设计的整个流程，电气二次部分介绍变电站的继电保护设计。整个设计过程严格按照任务书的要求进行，首先进行了负荷分析，根据分析结果确定了变压器的容量、型号；在满足主接线基本要求以及经济性、可靠性、灵活性的前提下分别对110kV、35kV和6kV三个电压等级主接线进行设计；应用电力系统分析的有关知识分别对三个电压等级母线发生短路时进行短路电流计算；通过短路电流的计算结果和电气设备选择校验条件，对主要电气设备进行选择和校验；最后，根据国家有关变电所设计规范，对配电装置、电气总平面和防雷装置进行设计；然后根据所学的电力系统继电保护有关知识进行变压器保护的配置和整定计算，三个电压等级线路保护配置及整定计算；最后用AutoCAD绘制一次接线图和二次保护图。-99- 山城110kV降压变电站设计2变电站总体分析与主变选择在各级电压等级的变电站中，变压器是主要的电气设备之一。其担负着变换网络电压进行电力传输的重要任务，确定合理的变压器台数、容量和型号是变电站可靠供电和网络经济运行的保证。特别是我国当前的能源政策是开发、利用、节约并重，近期以节约为主。因此，在确保安全可靠供电的基础上，确定变压器的台数、容量和型号，提高网络的经济运行将具有明显的经济效益。2.1变电站的总体分析2.1.1建设性质和规模本变电站随着新矿山开发配套建设，位于新矿区的负荷中心，确保矿区的生产用电，兼顾生活用电；另外还向周围乡镇的工业及农业供电，并与周边35kv变电站联络以提高可靠性。2.1.2电压等级本变电站有三个电压等级，各等级电压及进出线回路数如下：110kv：近期2回，远景发展2回。35kv：近期3回，远景发展1回。6kv：近期9回，远景发展5回。2.1.3电力系统接线简图-99- 山城110kV降压变电站设计图1.1电力系统接线简图2.1.4所址条件所址地区海拔100米，地势平坦，属轻震区，土壤性质为黄粘土，地耐力2.5kg/cm2。土壤热阻系数120℃∙cm/w，土温20℃。年最高气温+40℃，最大风速30m/s。属于我国Ⅷ类标准气象区。2.2负荷分析2.2.1负荷分类及定义一类负荷：中断供电将造成人身伤亡或设备损坏。此类负荷需要双电源供电，两电源之间自动切换。二类负荷：允许短时间（几秒至几分钟）再恢复供电后不造成生产紊乱，但较长时间停电有可能损坏设备或影响机组正常运行，此类负荷采用双电源供电手动切换。三类负荷：不属于一级和二级的电力负荷。一般允许较长时间停电，有一个电源供电。-99- 山城110kV降压变电站设计2.2.2本次设计中的负荷新建变电所主要负荷为一二级负荷，如果停电会造成严重后果影响矿区的安全生产造成重大财产损失，影响村民的正常生活和工厂的生产。新建变电站110kV侧花山线近期穿越功率6MW远景15MW，新山线近期穿越功率6MW远景15MW；备用1、2线远景最大负荷都为10MW。表2-1负荷资料（负荷单位：MW）电压等级负荷名称最大负荷穿越功率负荷组成（％）自然功率年最大使用时间(h)线长km备注近期远景近期远景110kV花山线615一级二级新山线615备用110备用21035kV山城镇公用变电站3.5510300.915新区变3510300.912李村变3510300.918备用40.9补偿后值6kV新1矿11.52220400.855002新1矿21.5220400.855002新2矿11.52.220400.850003.5新2矿21.52.220400.850003.5新村矿11.32.020400.850002.5新村矿21.32.020400.855002.5加工厂2320400.8580003生活区1.21.620300.8225002.5新村线11.50200.620002.5备用120.75备用220.8-99- 山城110kV降压变电站设计2.3负荷计算2.3.1负荷计算的目的计算负荷是供电设计计算的基本依据，计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电气设备和导线电缆的选择是否经济合理。如计算负荷确定过大，将使电器和导线选得过大，造成投资和有色金属的消耗浪费，如计算负荷确定过小，又将使电器和导线电缆在运行过程中过早老化甚至烧毁，造成重大损失，由此可见正确确定计算负荷的重要性。2.3.235kv侧的负荷计算负荷同时率，线损。（1）近期综合最大负荷的计算：（2）远景综合最大负荷的计算：（3）远景Ⅰ类负荷（备用负荷按Ⅰ类负荷计算）（4）远景Ⅱ类负荷-99- 山城110kV降压变电站设计2.3.36kV侧的负荷计算负荷同时率，线损。（1）近期综合最大负荷的计算（2）远景综合最大负荷的计算（3）远景Ⅰ类负荷的计算（4）远景Ⅱ类负荷的计算2.3.4负荷的计算结果近期总的最大负荷远景总的最大负荷-99- 山城110kV降压变电站设计2.4主变压器的选择2.4.1变压器台数选择变电所中一般装设两台主变压器，两台主变互为备用，以免一台主变故障或检修时Ⅰ类和Ⅱ类负荷中断供电。对大型超高压枢纽变电所，可根据具体情况装设3～4台主变压器，以便减小单台容量。对个别的终端变电所只一个电源供电可只装一台。本设计选用两台主变压器。2.4.2变压器容量的选择（1）所选的n台主变压器应大于等于变电所的最大计算负荷。得（2）装有两台及以上主变压器的变电所中，当其中一台主变压器停止工作时其余变压器的容量应满足以下条件：1）应满足60%以上的的最大综合计算负荷得2）满足全部的Ⅰ类Ⅱ类负荷得（3）近期只装一台主变压器的校验：所以本次设计选用容量为31.5MVA的变压器-99- 山城110kV降压变电站设计2.4.3主变压器型式的选择（1）相数选择变压器有单相变压器组和三相变压器组。在330kV及以下的发电厂和变电站中，一般选择三相变压器。单相变压器组由三个单相的变压器组成，造价高、占地多、运行费用高。只有受变压器的制造和运输条件的限制时，才考虑采用单相变压器组，因此在本次设计中采用三相变压器组。（2）绕组数选择在具有三种电压等级的变电所中，如果通过主变各绕组的功率达到该变压器容量的15%以上；或在低压侧虽然没有负荷，但是在变电所内需要装无功补偿设备时，主变压器宜选用三绕组变压器。本次设计采用三绕组变压器。（3）绕组联结方式的选择变压器绕组的联结方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统中变压器绕组采用的联结方式有星形和三角形两种。高压绕组为星形联结时，用符号Y表示，如果将中性点引出则用YN表示，对于中、低压绕组则用y及yn表示；高压绕组为三角形联结时，用符号D表示，低压绕组用d表示。三角形联结的绕组可以消除三次谐波的影响，而采用全星形的变压器用于中性点不直接接地系统时，三次谐波没有通路，将引起正弦波电压畸变，使电压的峰值增大，危害变压器的绝缘，还会对通信设备产生干扰，并对继电保护整定的准确性和灵敏度有影响。（4）调压方式的选择变压器的调压方式分带负荷切换的有载调压方式和不带负荷的无载调压方式两种。无载调压变压器的分接头档位较少，电压调整范围只有10%以内，而有载调压变压器的电压调整范围大，能达到30%，但其结构比无载调压变压器复杂，造价高。所以本次设计采用无载调压变压器。（5）主变压器中性点接地方式110kV及以上电压等级系统为大电流接地系统，所以主变压器110kV电压等级中性点接地方式应选择中性点直接接地方式。在我国63kV、35kV和6~10kV系统均为小电流接地系统，它们的中性点应选用中性点不接地、经消弧线圈接地或高电阻接地的方式。在中性点不接地系统中，当发生单相接地故障时，不能构成短路回路，故短路电流不大，但故障点与导线对地分布电容形成回路，故障点有不太大的容性电流通过，有可能使故障点的电弧不能自行熄灭并引起弧光接地过电压，甚至发展成相间短路故障，使事故扩大。在变压器的中性点装设消弧线圈，使消弧线圈产生的感性电流与接地容性电流相抵消，减小了接地故障点的电流，提高了供电可靠性。35~63kV-99- 山城110kV降压变电站设计系统接地电容电流大于10A，6~10kV系统若接地电容电流大于30A时，应选择经消弧线圈接地的接地方式。具体电容电流计算公式如下：式中L—线路的长度（km）；—架空线路的电容电流（A）；—线路的额定线电压（kV）。本变电所35kV侧系统对地电容电流：由于系统的对地电容电流小于10A，故主变压器35kV电压等级中性点接地方式，应选择中性点不接地方式。本变电所6kV侧系统对地电容电流：于系统的对地电容电流小于30A，故主变压器6kV电压等级中性点接地方式，应选择中性点不接地方式。（6）变压器的冷却方式变压器的冷却方式有自然风冷、强迫风冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷和强迫导向油循环冷却等，随变压器的型式和容量不同而异。一般中小型容量的变压器选择自然风冷和强迫风冷；大容量的变压器采用强迫油循环风冷；对于水源充足的发电厂的主变压器，为节约用地也可采用强迫油循环水冷。强迫导向油循环冷却一般用在大型变压器中，它是在采用强迫油循环风冷货强迫油循环水冷的变压器中，设置引导油流向的构件，利用油泵加压的条件使得被冷却的油沿着油道流动使绕组和铁心都能有效的呗冷却。本次设计采用自然风冷2.4.4主变压器选择结果根据以上计算和分析结果，查《发电厂电气主系统》可得，选择的主变压器型号为：SFSZ9-31500/110。主要技术参数见表2-2-99- 山城110kV降压变电站设计表2-2主变压器技术参数表型号SFSZ-31500/110额定容量/kV∙A31500/31500/31500额定电压/kV高压中压低压6.3，6.6，10.5，11空载损耗/kW25.7短路损耗/kW高中高低133.2中低阻抗电压（%）高中10.5高低17.5中低6.5空载电流（%）0.42连接组别YNy0d11-99- 山城110kV降压变电站设计3电气主接线设计发电厂和变电所的电气主接线是指由发动机、变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线和电缆等电气设备，按一定顺序连接的，用以表示生产、汇集和分配电能的电路，电气主接线又称为一次接线或电气主系统，代表了发电厂和变电站电气部分的主体结构，直接影响着配电装置的布置、继电保护装置、自动装置和控制方式的选择，对运行的可靠性、灵活性和经济性起决定性的作用。3.1对电气主接线的基本要求（1）可靠性1)断路器检修时，能否不影响供电。2)断路器或母线故障以及母线或母线隔离开关检修时，停运的回路数的多少和停电的时间的长短，能否保证对I类负荷和大部分II类负荷的供电。3)发电厂、变电所全部停运的可能性。4)大机组和超高压的电气主接线能否满足对可靠性的特殊要求。（2）灵活性1)操作的方便性。电气主接线应该在满足可靠性的条件下，接线简单，操作方便，尽可能地使操作步骤少，以便于运行人员掌握，不致在操作过程中出差错。2)调度的方便性。电气主接线在正常运行时，可以根据高度要求，方便地改变运行方式，并且在发生事故时，要能尽快地切除故障，停电时间最短，影响范围最小，不致过多地影响用户供电和破坏系统的稳定运行。3)扩建的方便性。对将来要扩建的发电厂和变电站，其主接线必须具有扩建的方便性。（3）经济性主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小，占地面积最少，使其尽可能的发挥经济效益。3.2变电站电气主接线的设计原则-99- 山城110kV降压变电站设计电气主接线的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行和维护的方便，尽可能地节省投资，就进取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。电气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的主体。他与电力系统、电厂动能参数、基本原始资料以及电厂运行可靠性、经济性的要求等密切相关，并对电气设备选择和布置、继电保护和控制方式等都有较大影响。因此，主接线设计，必须结合电力系统和发电厂或变电站的具体情况，全面分析有关影响因素，正确处理他们之间的关系，合理的选择主接线方案。在工程设计中，经上级主管部门批准的设计任务书或委托书是必不可少的，设计的主接线应满足供电可靠、灵活、经济、留有扩建和发展的余地。(1)接线方式：对于变电站的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽可能采用断路器较少的或不用断路器的接线，如线路—变压器组或桥型接线等。若能满足继电保护要求时，也可采用线路分支接线。(2)断路器的设置：根据电气接线方式，每回线路均应设有相应数量的断路器，用以完成切、合电路任务。(3)为正确选择接线和设备，必须进行逐年各级电压最大最小有功和无功电力负荷的平衡。当缺乏足够的资料时，可采取下列数据：1.最小负荷为最大负荷的60—70%，如主要农业负荷时则取20—30%；2.负荷同时率取0.85—0.9，当馈线在三回以下且其中有特大负荷时，可取0.95—1；3.　功率因数一般取0.8；4.线损平均取5%。3.3各电压等级电气主接线设计在进行电气主接线设计时,一般根据设计任务书的要求,综合分析有关基础资料，拟订2-3个技术上能满足要求的方案进行详细技术经济比较，最后确定最佳方案。3.3.1设计依据《变电所设计技术规程》第22条110—220kV配电装置中当出线不超过4回，一般采用单母线分段。《电气设计技术规程》第3.2.3条35～110kV线路为两回及以下时，宜采用桥形、线路变压器组或线路分支接线。超过两回时，宜采用扩大桥形、单母线或分段单母线的接线。35～63kV线路为8回及以上时，亦可采用双母线接线。110kV线路为6回及以上时，宜采用双母线接线。《电气设计技术规程》第3.2.5条当变电所装有两台主变压器时，6～10kV-99- 山城110kV降压变电站设计侧宜采用分段单母线。线路为12回及以上时，亦可采用双母线。当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。当6～35kV配电装置采用手车式高压开关柜时，不宜设置旁路设施。3.3.2110kV侧主接线设计初步选择方案：内桥接线，单母线分段接线。方案比较如表3-1表3-1内桥接线和单母线分段接线比较结果方案内桥接线单母线分段接线线接线简图可靠性内桥接线的任一线路投入、断开、检修或故障时，都不会影响其他回路的正常运行。但当变压器投入、断开、检修或故障时，则会影响一回线路的正常运行。任一母线或母线隔离开关检修时，仅停该段，不影响其他段运行，见笑了母线检修时的停电范围。任一段母线故障时继电保护装置可使分段断路器跳闸，保证正常母线段继续运行减小了母线故障影响范围。灵活性桥形接线只适合两台变压器两条线路的场合，可发展过渡为单母线接线。有单母线运行，各母线并列运行各段分裂运行等运行方式；有母线主变或出线回数增加时方便扩建。经济性桥形接线清晰简单没有母线成本较低，断路器数量少节省投资。接线简单清晰，设备少，造价便宜成本较低根据以上比较，特别是可靠性和灵活性方面，110kV侧宜选择单母线分段接线。-99- 山城110kV降压变电站设计3.3.335kV侧主接线设计初步选择方案：单母线分段接线，双母线接线。方案比较如表3-2表3-2单母线分段接线和双母线接线比较结果方案单母线分段接线双母线接线线接线简图可靠性任一母线或母线隔离开关检修时，仅停该段，不影响其他段运行，见笑了母线检修时的停电范围。任一段母线故障时继电保护装置可使分段断路器跳闸，保证正常母线段继续运行减小了母线故障影响范围。每回进出线均经一组断路器和两组母线隔离开关分别接至两组母线，所以每回路均可以换接至两组母线的任一组上运行，使得双母线接线的可靠性大大提高灵活性有单母线运行，各母线并列运行各段分裂运行等运行方式；有母线主变或出线回数增加时方便扩建。可以采用两母线同时工作的运行方式，还可以采用一组母线工作另一组母线备用，根据需要双母线接线还可以完成一些特殊功能，双母线接线的灵活性大大提高了。经济性接线简单清晰，设备少，造价便宜成本较低增加了大量的母线隔离开关和母线长度，占地面积大，投资较大，很不经济综合以上比较35kV侧选择单母线分段接线。-99- 山城110kV降压变电站设计3.3.46kV侧主接线设计初步选择方案：单母线分段接线，单母线分段带旁路母线接线。方案比较如表3-3表3-3单母线分段接线和单母线分段带旁路母线接线方案单母线分段接线单母线分段带旁路母线接线线接线简图可靠性任一母线或母线隔离开关检修时，仅停该段，不影响其他段运行，见笑了母线检修时的停电范围。任一段母线故障时继电保护装置可使分段断路器跳闸，保证正常母线段继续运行减小了母线故障影响范围。具有单母线分段接线的全部优点；增加了旁路母线使检修任一进出线断路器时不中断对该回路的供电，可靠性比不带旁母的接线形式强。灵活性有单母线运行，各母线并列运行各段分裂运行等运行方式；有母线主变或出线回数增加时方便扩建。由于增加了旁路母线使扩建变得复杂，在切换操作有一定复杂性。经济性接线简单清晰，设备少，造价便宜成本较低增加了大量的母线隔离开关和母线长度，占地面积大，投资较大，很不经济综合以上比较，6kV侧采用单母线分段接线-99- 山城110kV降压变电站设计3.4所用电设计根据《发电厂电气部分》第3-3节中关于变电所所用电接线的介绍：变电所的所用电负荷，一般都比较小，变电所的主要所用电负荷是变压器冷却装置（包括风扇、油泵、水泵），支流系统中的充放电装置和硅整流设备、空气压缩机、油处理设备、检修工具以及采暖、通风、照明、供水等，当变电所装有同步调相机时，还有调相机的空气冷却器和润滑系统的油泵和水泵等负荷。这些负荷容量都不太大，因此变电所的所用电只需0.4kV一级，采用动力和照明混合供电方式。所用变台数：根据《35~110kV设计规范》第3.3.1条在有两台及以上主变压器的变电所中，宜装设两台容量相同、可互为备用的所用变压器，分别接到母线的不同分段上。故本所选择两台所用变。所用变接线：根据《设计手册I》第3-10，所用电系统采用380/220V中性点直接接地的三相四线制，所用低压侧多采用单母线接线，当有两台所用变时，采用单母线分段接线方式，平时分列运行，以限制故障范围，提高供电可靠性。所用变容量：根据经验和参考其他110kV变电站，变电所所用变压器一般容量选择50kVA。所以综合考虑各种因素，查表可知本所应装设两台型号为S11-50/6电力变压器作为所用变压器，并将它们分别接在主变压器低压侧母线的不同分段上。这种所用电源引接方式具有经济性好和供电可靠性高的特点。3.5无功补偿设计3.5.1无功补偿的意义电压是电能质量的重要指标，电压质量对电力网络安全经济运行，对保证用户的安全用电和产品质量是非常重要的，根据统计，用户消耗的无功功率是它的有功功率的50~100%，同时电力系统本身消耗的无功功率可达到用户的25~75%。无功功率的不足，将造成电压的下降，电能损耗增大，电力系统稳定的破坏，所以电力系统的无功电源和无功功率必须平衡，系统的无功电源不仅靠发电机供给，而且调相机、并联电容器组均可提供无功电源，电力系统的无功电源可以采用分散补偿的方式，具体的无功补偿方式就是在高压网上的低压侧并联电容器，利用阶梯式调节的容性无功补偿感性无功，而配电所装设的并联电容器装置的目的是为了改善电网的功率因数，并联电容器装置向电网提供阶梯式调节的容性无功，以补偿多余的感性无功，减少电网有功损耗和提高电压。总之，补偿变压器的无功损耗，补偿高压网-99- 山城110kV降压变电站设计的无功缺额。在进行主接线设计时，应确定为了平衡无功功率而需要在变电所中装设无功补偿装置的类型、台数和容量。3.5.2无功补偿原则根据《并联电容器装置设计技术规程》SDJ25-85：第1.02条电容器装置的设计须执行国家的技术经济政策，并根据安装地点的电网条件、谐波水平、自然环境、运行和检修要求等合理地选择接线方式，布置型式和控制、保护方式，做到安全可靠、经济合理和运行检修方便。第1.03条电容器装置的总容量应根据电力系统无功规划设计，调相调压计算及技术经济比较确定，对35~110kV变电所中电容器装置的总容量，按照无功功率就近平衡的原则，可按主变压器容量的10%~30%考虑。本所取主变压器容量的15%，即2×31500×15%=9450Kvar。第2.1.3条电容器装置宜设在主变的低压侧或主变主要负荷侧。第2.1.1条小电流接地系统的电容器装置应采用中性点不接地的星形或双星形接地。3.5.3并联电容器的选择查《〈发电厂电气部分〉设计计算资料》可选择型号为BWF6.3-50-1W的电容器，其技术参数为表3-4。表3-4补偿电容器型号型号额定电压（kV）额定容量（kvar）额定电容（μF）相数重量（kg）BWF6.3-50-1W6.3504.01149可计算并联电容器的个数：n=9450/50=189因为本所采用双星形连接，而且要在6kV单母线分段的两端各接入一组，电容器个数应为12的倍数，应选192个。-99- 山城110kV降压变电站设计4短路电流计算4.1短路的危害（1）通过故障点的短路电流和所燃起的电弧，使故障元件损坏。（2）短路电流通过非故障元件，由于发热和电动力的作用，引起他们的损坏或缩短他们的使用寿命。（3）电力系统中部分地区的电压大大降低，破坏用户工作的稳定性或影响工厂产品质量。（4）破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统震荡，甚至整个系统瓦解。4.2短路电流计算的目的在变电站的设计中，短路计算是其中的一个重要环节，其计算的目的主要有以下一个方面：（1）电气主接线的比较（2）选择、检验导体和设备（3）在设计屋外髙型配电装置时，需要按短路条件校验软导线的相间和相对的安全距离（4）在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。4.3短路电流计算方法在三相系统中，可能发生三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路。电力系统中，发生单相短路的可能性最大，而发生三相短路的可能性最小，但一般三相短路的短路电流最大，造成的危害也最严重。为了使电力系统中的电气设备在最严重的短路状态下也能可靠工作，因此作为选择检验电气设备的短路计算中，以三相短路计算为主。三相短路用文字符号k表示。在计算电路图上，将短路所考虑的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点，短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，由于将电力系统看作有限大容量电源，短路电路也比较简单，因此一般只需采用阻抗串并联的方法即可将电路化简，求出求等效总阻抗，在换算成计算-99- 山城110kV降压变电站设计电抗，根据计算曲线查出短路电流标幺值，在换算成有名值。4.4短路电流计算确定短路点：在本次设计过程中，为了方便选择电气设备及校验，选取的短路点为110kV，35kV及6kV母线。电力系统接线图如4-1。图4-1电力系统接线简图附注：1.图中，系统容量、系统阻抗均对应于最大运行方式；2.最小运行方式下：S1=600MVA，Xs1=0.80；S2=200MVA，Xs2=1.1.4.4.1电路参数的计算选取SB=600MVA，UB=115kV，架空线路电抗为0.4Ω/km。系统电抗：线路电抗：-99- 山城110kV降压变电站设计三相变压器各绕组电抗：网络等值电路如图4-2图4-2系统等值网络简化图4.4.2110kV侧母线短路计算-99- 山城110kV降压变电站设计等值网络图如图4-3所示对网络图进行△/Y变换如图4-4所示：图4-3110kV侧短路的等值电路图4-4110kV侧短路的简化等值电路对网络图继续化简如图4-5-99- 山城110kV降压变电站设计图4-5110kV侧短路的简化等值电路系统S1和S2对短路点的转移电抗分别为：计算电抗为：短路电流基准值：查短路电流周期分量计算曲线数字表得：，，，，-99- 山城110kV降压变电站设计短路电流有名值为：，，，，短路电流基准值：查短路电流周期分量计算曲线数字表得：，，，短路电流有名值为：，，，所以110kV侧短路电流为：，，4.4.335kV侧短路电流计算（1）两台变压器并列运行短路等值电路如图4-6所示-99- 山城110kV降压变电站设计图4-635kV侧短路的等值电路对等值电路进行简化如图4-7图4-735KV侧短路等值电路简化图-99- 山城110kV降压变电站设计系统S1和系统S2对短路点的转移电抗分别为：计算电抗为：短路电流基准值：查短路电流周期分量计算曲线数字表得：，，，，短路电流名值：，，，短路电流基准值：-99- 山城110kV降压变电站设计查短路电流周期分量计算曲线数字表得：，，，，短路电流有名值：，，，，故并列运行时35kV侧短路电流为：，，，，（2）两台变压器分列运行系统S1和系统S2对短路点的转移电抗分别为：计算电抗为：短路电流标幺值：-99- 山城110kV降压变电站设计短路电流有名值：短路电流标幺值：短路电流有名值：故分列运行时35kV侧短路电流为：4.4.46kV侧短路电流计算（1）两台变压器并列运行-99- 山城110kV降压变电站设计短路等值电路如图4-6所示对等值电路进行简化如图4-8图4-86kV侧短路等值电路简化图系统S1和系统S2对短路点的转移电抗分别为：计算电抗为：-99- 山城110kV降压变电站设计短路电流基准值：查短路电流周期分量计算曲线数字表得：故并列运行时6kV侧短路电流为：（2）两台变压器分列运行-99- 山城110kV降压变电站设计系统S1和系统S2对短路点的转移电抗分别为：计算电抗为：短路电流标幺值：短路电流有名值：短路电流标幺值：短路电流有名值，故分列运行时6kV侧短路电流为：-99- 山城110kV降压变电站设计4.4.5短路电流一览表短路电流如表4-1所示表4-1短路电流计算结果电压等级110kV4.90344.67334.56625.210612.503235kV（并列）5.80525.67195.63605.805214.807335kV（分列）3.59263.59263.59263.59269.16166kV并列）30.136730.136730.136730.136776.84866kV（分列）16.493616.493616.493616.493642.0586-99- 山城110kV降压变电站设计5电气设备选择在电力系统中，虽然各种电气设备的功能不同，工作条件各异，具体选择方法和校验项目也不尽相同，但对它们的基本要求却是一致的。电气设备要可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路条件来校验动、热稳定性。本设计中，电气设备的选择包括：导线的选择，高压断路器和隔离开关的选择，电流、电压互感器的选择，避雷器的选择。5.1电气设备选择的一般原则(1)力求技术先进、安全适用、经济合理；(2)应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展；(3)应按当地环境条件校核；(4)应与整个工程的建设标准协调一致；(5)选择的导体品种不宜太多；(6)选用新产品应积极慎重。新产品应有可靠的试验数据，并经主管单位鉴定合格。5.2母线的选择5.2.1110kV母线选择（1）按导体长期发热允许电流选择截面。年最高气温40℃，导线长期允许最高温度70℃允许电流:110kV母线型号为LGJ-300，允许电流为735A（2）热稳定校验-99- 山城110kV降压变电站设计短路切除时间短路前导体的工作温度有内插法得所选截面积S=300>25.43，满足热稳定要求5.2.235kV母线选择（1）按导体长期发热允许电流选择截面。允许电流:35kV母线型号为LGJ-240，允许电流为655A（2）热稳定校验短路切除时间短路前导体的工作温度有内插法得-99- 山城110kV降压变电站设计所选截面积S=240>31.16，满足热稳定要求。5.2.36kV母线选择（1）按导体长期发热允许电流选择截面。允许电流：6kV母线选用3条平放矩形导体允许电流3903A，肌肤系数（2）热稳定校验短路切除时间短路前导体的工作温度：有内插法得所以所选导体满足热稳定要求（3）动稳定校验冲击电流导体相间电动力-99- 山城110kV降压变电站设计相间应力求第1、2条导体和第1、3条导体间的形状系数查矩形截面形状系数曲线查矩形截面形状系数曲线条间电动力最大允许衬垫跨距每跨取两个衬垫时满足动稳定要求5.3主变引下线的选择5.3.1110kV侧引下线选择（1）按经济电流密度选择导体截面-99- 山城110kV降压变电站设计根据最大负荷利用小时5500h，可查得J=1.02，经济截面为选择母线LGJ-150，允许电流为463A。年最高气温40℃，导线长期允许最高温度70℃允许电流：满足长期发热条件。（2）热稳定校验短路电流热效应短路前导体的工作温度为有内插法得所选截面积S=150>25.43满足热稳定要求5.3.235kV侧引下线选择（1）按经济电流密度选择导体截面根据最大负荷利用小时5000h，可查得J=1.08，经济截面为：-99- 山城110kV降压变电站设计选择母线LGJ-500，允许电流为1025A。允许电流：满足长期发热条件。（2）热稳定校验短路电流热效应短路前导体的工作温度为℃查表，用插值法得所选截面积S=500>31.16满足热稳定要求5.3.36kV侧引下线选择（1）按照经济电流密度选择导体截面采用矩形铝导体，根据年最大利用小时数5189h，查经济电流密度表得经济截面积为查矩形铝导体长期允许载流量表，每相选用3条平放矩形导体允许电流3903A，肌肤系数-99- 山城110kV降压变电站设计环境温度为时允许电流为满足长期发热条件。（2）热稳定校验短路电流热效应短路前导体工作温度为有内插法得所以满足热稳定（3）动稳定校验冲击电流导体相间电动力相间应力求第1、2条导体和第1、3条导体间的形状系数查矩形截面形状系数曲线-99- 山城110kV降压变电站设计查矩形截面形状系数曲线条间电动力最大允许衬垫跨距每跨取两个衬垫时可以满足动稳定要求。5.4负荷出线选择5.4.1110kV侧出线选择由电力系统接线简图可知。花园站线和新区站线都选用LGJ-185，对于110kV侧近期不带负荷，只有两回备用线，以备用一回路为例，计算如下：根据最大负荷利用小时5500h，可查得J=1.02，经济截面为选择母线LGJ-70。5.4.235kV侧出线选择对于4回出线我们选择一回最大负荷功率（李村变）作为依据：-99- 山城110kV降压变电站设计根据最大负荷利用小时5500h，可查得J=1.02，经济截面为选择母线LGJ-95。5.4.36KV侧出线选择6kV侧以各负荷出线中最大远景负荷功率（加工厂）为依据正常情况下的最大持续工作电流为根据最大负荷利用小时数8000h，可查得J=0.75，经济截面积为：选用LGJ-500允许电流为1025A年最高气温40℃，导线长期允许最高温度70℃允许电流：满足长期发热要求。短路电流热效应短路前导体工作温度为有内插法得-99- 山城110kV降压变电站设计所以满足热稳定。5.5断路器和隔离开关的选择高压断路器应根据其安装地点、环境和使用技术条件等进行选择，还应考虑便与施工调剂和运行维护，并需要进行必要的经济技术比较。按照断路器采用的灭弧介质可分为少油断路器、压缩空气断路器、SF6断路器、真空断路器等。6~10kV电网一般选择少油、真空和SF6断路器，110~330kV电网一般选择少油和SF6断路器。由于少油断路器现在已基本淘汰，本设计110kV和35KV侧选用SF6断路器，6kV选用真空断路器。隔离开关也是发电厂和变电所中常用的开关电器。隔离开关的型号选择应根据安装地点配电装置的布置特点和使用要求等特点进行综合技术经济比较后确定，需要与断路器配套使用。但隔离开关无灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流和短路电流。隔离开关与断路器相比，额定电压、额定电流的选择及短路动、热稳定的项目相同。但由于隔离开关不用来接通和切断短路电流，故无需进行开断电流和短路关合电流的校验。5.5.1110KV断路器和隔离开关选择最大持续工作电流为：，后备保护动作的时间为4s，由短路计算结果可知：因为tk>1s，不计非周期分量，则短路电流热效应：冲击电流：根据以上计算数据，选择LW6-110型SF6断路器和GW13-110型隔离开关，-99- 山城110kV降压变电站设计将其技术数据与计算数据比较如表5-1。表5-1110kV断路器和隔离开关选择比较结果选校项目计算数据LW6-110GW13-110额定电压/kV110110110额定电流/A116.053150630额定开断电流/kA4.903431.5/额定关合电流/kA12.5032/热稳定校验/[(kA).s]109.7171动稳定校验/kA12.503212550由以上结果知所选断路器和隔离开关符合要求5.5.235KV断路器和隔离开关选择最大持续工作电流为：，后备保护动作的时间为3s，由短路计算结果可知：因为tk>1s，不计非周期分量，则短路电流热效应：冲击电流：根据以上计算数据，选择LW8-35型SF6断路器和GN13-35型隔离开关，将其技术数据与计算数据比较如表5-2。-99- 山城110kV降压变电站设计表5-235kV断路器和隔离开关选择比较结果选校项目计算数据LW8-35GN13-35额定电压/kV353535额定电流/A516.11600600额定开断电流/kA5.805225/额定关合电流/kA14.807363/热稳定校验/[(kA).s]103.7971动稳定校验/kA14.80736364由以上结果知所选断路器和隔离开关符合要求5.5.36KV断路器和隔离开关选择最大持续工作电流为：，后备保护动作的时间为2s，由短路计算结果可知：因为tk>1s，不计非周期分量，则短路电流热效应：冲击电流：根据以上计算数据，选择ZN32-10型真空断路器和GN2-10G型隔离开关，将其技术数据与计算数据比较如表5-3。-99- 山城110kV降压变电站设计表5-36KV断路器和隔离开关选择比较结果选校项目计算数据ZN32-10GN2-10G额定电压/kV61010额定电流/A3031.1831503150额定开断电流/kA30.136740/额定关合电流/kA76.8486100/热稳定校验/[(kA).s]1889.099动稳定校验/kA76.8486100125由以上结果知所选断路器和隔离开关符合要求5.6电压互感器的选择依据《电力工程设计手册》对电压互感器配置的规定：（1）电压互感器的配置与数量，与主接线方式有关，并应满足测量、保护、周期和自动装置的要求。电压互感器应能在运行方式改变时，保护装置不得失压，周期点的两侧都能提取到电压。（2）6~220kV电压等级的一组主母线的三相上应装设电压互感器，旁路上是否需要装设，应视各回出线外侧装设电压互感器的情况和需要确定。（3）当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。根据《导体和电器选择技术规定》DL/T5222-2005：第16.0.1条电压互感器应按下列技术条件选择和校验：（1）一次回路电压；（2）二次电压；（3）二次负荷；（4）准确度等级；（5）继电保护及测量的要求。第16.0.3条电压互感器的型式应按下列使用条件选择：（1）3~20kV屋内配电装置宜采用油浸绝缘结构，也可采用树脂浇注绝缘结构的电磁式电压互感。（2）35kV配电装置宜采用电磁式电压互感器。（3）110kV及以上配电装置，当容量和准确度等级满足要求时，宜采用电容-99- 山城110kV降压变电站设计式电压互感器。第16.0.7条用于中型点直接接地系统的电压互感器，其第三绕组电压应为100V，用于中性点非直接接地系统的电压互感器，其第三绕组电压应为100/3V。根据以上原则，可选择电压互感器。5.7电流互感器的选择根据《导体和电器选择设计技术规定》DL/T5222-2005：第15.0.1条电流互感器应按下列技术条件选择和校验：（1）一次回路电压；（2）一次回路电流；（3）二次负荷；（4）二次回路电；（5）准确度等级及暂态特性；（6）继电保护及测量的要求。第15.0.3条电流互感器的型式按下列使用条件选择：（1）3~20kV屋内配电装置的电流互感器，应根据安装使用条件及产品情况，采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构。（2）35kV及以上配电装置的电流互感器，宜采用油浸瓷箱式、树脂浇注式、SF6气体绝缘结构或光纤式的独立式电流互感器，在有条件时，应采用套管式电流互感器。根据《电力工程电气设计手册》（电气一次部分）第2-8节：（1）凡装有断路器的回路均应装设电流互感器。（2）发电机和变压器的中性点，发电机和变压器的出口，桥形接线的跨条上等也应装设电流互感器。（3）对直接接地系统，按三相配置，对非直接接地系统，依具体要求按两相或三相装配5.8绝缘子的选择根据《导体和电器选择设计技术规定》DL/T5222-2005：第21.0.1条绝缘子应按照下列技术条件选择：（1）电压；（2）动稳定；（3）绝缘水平；（4）机械荷载。第21.0.7条屋外支柱绝缘子宜采用棒式支柱绝缘子，屋外支柱绝缘子需倒装时，采用悬挂式支柱绝缘子。屋内支柱绝缘子宜采用联合胶装的采用多棱式支柱绝缘子。-99- 山城110kV降压变电站设计5.9穿墙套管的选择根据《导体和电器选择设计技术规定》DL/T5222-2005：第21.0.2条穿墙套管应按照下列技术条件进行选择和校验：（1）电压；（2）电流；（3）动稳定；（4）热稳定电流及持续时间。第21.0.8条屋内配电装置宜采用铝导体穿墙套管。对于母线型穿墙套管应校核窗口允许穿过的母线尺寸。5.10电气设备选择一览表表5-4母线选择结果电压等级110kV35kV6kV母线LGJ-300LGJ-240LMY-三条平放主变引下线LGJ-150LGJ-500LMY-三条平放负荷出线（以其中一条为例）LGJ-70LGJ-95LGJ-500表5-5断路器和隔离开关选择结果电压等级断路器隔离开关110kVLW6-110GW13-11035kVLW8-350GN13-356kVZN32-10GN2-10G表5-6电压互感器与电流互感器选择结果电压等级电压互感器电流互感器110kV母线JCC3-110BLCWB4-11035kVJDX-35LCWB-356kVJDX-10LMZJ1-10-99- 山城110kV降压变电站设计表5.-7支柱绝缘子和穿墙套管选择结果电压等级支柱绝缘子穿墙套管35kVZS-35/4CWLB2-356kVZL-10/4CWLB2-10-99- 山城110kV降压变电站设计6配电装置与电气总平面设计6.1配电装置设计6.1.1设计依据原则和要求配电装置是根据电气主接线的连接方式，由开关设备、保护和测量设备，母线和必要的辅助设备组建而成的装置。其作用是在正常运行情况下，用来接受和分配电能，而在系统发生故障时，迅速切断故障部分，维持系统正常运行。为此配电装置应满足以下基本要求：保证运行可靠，保证工作人员的安全，力求提高经济性，具有扩建的可能。根据《高压配电装置设计技术规程》SDJ5－85的规定：第1.0.1条高压配电装置（简称配电装置）的设计必须认真贯彻国家的技术经济政策，并应根据电力系统条件，自然环境特点和运行、要求，合理地制订布置方案和选用设备，并积极慎重地采用新布置、新设备和新材料，使设计做到技术先进、经济合理、运行可靠、维护方便。第4.1.4条配电装置中相邻带电部分的额定电压不同时，应按较高的额定电压确定其安全净距第4.1.5条屋外配电装置带电部分的上面或下面不应有照明、通信和信号线路架空跨越或穿过；屋内配电装置带电部分的上面不应有明敷或动力线路跨越。第4.2.1条考虑地理情况的环境条件，因地制宜，节约用地。35kV及以下宜采用屋内布置。6.1.2配电装置的分类配电装置按电气设备装设地点不同，可分为屋内配电装置和屋外配电装置；按其安装方式，又可分为装配式和成套式。在现场将电器组装而成的称为装配式配电装置；在制造厂按要求预先将开关电器、互感器等组成各种电路成套后运至现场安装使用的称成套配电装置。屋内配电装置的特点：所有电气设备均放置在屋内，安全净距，可以分层布置而使占地面积较小；外界污秽气体及灰尘对电气设备影响较小；操作，维护和检修都在室内进行，工作条件较好，不受气候影响；土建工程量大，投资较大。屋外配电装置的特点：所有电气设备均放置在屋外，土建工程量较小，相应的-99- 山城110kV降压变电站设计投资较小，建设周期短；扩建方便；相间及设备之间的距离较大，便于带电检修作业；受外界环境影响，设备运行条件及人员进行操作维护的工作条件较差，而且占地面积大。成套配电装置的特点：电气设备布置在封闭或半封闭的金属（外壳或金属框架）中，相间和对地距离可以缩小，结构紧凑，占地面积小；所有电气设备已在工厂组装成一体，如全封闭组合电器、开关柜等，大大减少现场安装工作量，有助于缩短建设周期，也便于扩建和搬迁；运行可靠性高，维护方便；耗用钢材较多，造价较高。6.1.3配电装置的最小安全净距因电压等级、安装地点以及布置型式的不通，各种型式配电装置的结构尺寸有很大差异，在设计中需要综合考虑电气设备的外形尺寸、安装布置、运行环境、检修、维护及运输等各种情况下的安全京距离。对于敞露在空气中的屋内、屋外配电装置，在各种间隔距离中，最基本的是带电部分对接地部分之间和不同带电部分之间的空间最小安全净距（A1和A2）。最小安全净距的含义是：在此距离下，无论是处于最高工作电压之下，还是处于内外过电压之下，空气间隙均不致被击穿。表6-1和表6-2是我国设计规程规定的屋内、屋外配电装置最小安全净距。表6-1和表6-2中B、C、D、E等值均系在A1值基础上再考虑一些其它实际因素得出的。在工程中，实际采用的安全距离均大于表中所列数值，这是因为在确定这些距离时，还考虑了减少相间短路的可能性；软导线在短路电动力、风摆、温度、覆冰及弧垂摆动下相间与相对地间距离的减小；降低大电流导体周围钢构的发热与电动力；减小电晕损失以及带电检修等因素。表6-1屋内配电装置的最小安全净距(mm)符号适用范围额定电压（kV）361015203560110J110220JA11.带电部分与接地部分之间2.网状和板状遮栏向上延伸线距地2.3m751001251501803005508509501800-99- 山城110kV降压变电站设计处与遮栏上方带电部分之间A21.不同相带电部分之间2.断路器和隔离开关断口两侧带电部分之间7510012515018030055090010002000B11.栅状遮栏至带电部分之间2.交叉的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间82585087590093010501300160017002550B2网状遮栏至带电部分之间17520022525028040065095010501900C无遮栏裸导体与地（楼）之间2375240024252450248026002850315032504100D平行的不同时检修的无遮栏裸导体之间1875190019251950198021002350265027503600E通向屋外的出线套管之屋外通道的路面4000400040004000400045004500500050005000注：1.J系指中性点直接接地系统。2.板状遮栏时，值B2值可取A1+30。表6-2屋外配电装置的最小安全净距(mm)符号适用范围额定电压（kV）3~1015~203560110J110220J330J500JA11.带电部分与接地部分之间2003004006509001000180025003800-99- 山城110kV降压变电站设计2.网状和板状遮栏向上延伸线距地2.5m处与遮栏上方带电部分之间A21.不同相带电部分之间2.断路器和隔离开关断口两侧带电部分之间20030040065010001100200028004300B11.设备运输时，其外廊与无遮栏带电部分之间2.交叉的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间3.栅状遮栏至绝缘体和带电部分之间4.带电作业时，带电部分与接地部分之间95010501150140016501750255032504550B2网状遮栏至带电部分之间30040050075010001100190026003900C1.无遮栏裸导体与地面之间2.无遮栏裸导体与建筑物、构筑物顶部之间270028002900310034003500430050007500D1.平行的不同时检修的无遮栏带电部分之间2.带电部分与建筑物、构筑物的边沿之间220023002400260029003000380045005800注：J系指中性点直接接地系统。-99- 山城110kV降压变电站设计6.1.4各电压等级配电装置型式选择设计依据：《高压配电装置设计技术规程》SDJ5-85第4.2.1条选择配电装置的型式(包括屋外高型、半高型、中型布置及屋内布置等型式)，应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜、节约用地，并结合运行及检修要求，通过技术经济比较确定。在一般情况下，35kV及以下配电装置宜采用屋内布置；2级及以上污秽地区或市区的110kV配电装置宜采用屋内型，当技术经济合理时，220kV配电装置也可采用屋内型；大城市中心地区或其它环境特别恶劣地区，110kV及220kV配电装置可采用全封闭或混合式SF6组合电器；地震基本烈度8度及以上地区或土地贫瘠地区，110kV及220kV配电装置可采用屋外中型布置；330～500kV配电装置采用屋外中型布置。根据《Q/GDW-203-2008110kV变电站通用设计规范》的规定：第4.4.2.1条110kV配电装置：a）110kV配电装置对于普通中型，母线构架挂点高度取7.5m，进、出线门型构架挂点高度取10m；对于半高型，母线构架挂点高度取11m。b）110kV配电装置间隔宽度取8m，进、出线构架导线相间距离取2.2m，边相导线至门型构架柱子中心线间的距离取1.8m；设备相间距离为2m，边相设备至门型构架柱子中心线间的距离取2m。c）110kV配电装置母线相间距离取2.2m，边相母线至门型构架柱子中心线的距离取1.8m（普通中型）或2.2m（半高型）。第4.4.4.2条35kV配电装置：a）35kV配电装置采用全封闭金属铠装手车开关柜，屋内单列或双列布置。b）出线采用架空或电缆方式。c）开关柜宽度宜不大于1.4m。第4.4.5条6kV配电装置：a）6V配电装置采用全封闭金属铠装中置式手车开关柜，屋内单列或双列布置。b）6kV无功补偿设备一般采用成套装置，应根据环境条件、设备技术参数采用屋外或屋内布置。c）6kV配电装置采用中置式开关柜屋内双列布置，布置在生产综合楼底层。d）出线开关柜宽度宜不大于0.8m。屋外普通中型配电装置国内采用较多，施工、检修和运行都比较方便，抗震能力较好，造价比较低。缺点是占地面积较大。高型配电装置的最大优点是占地面积少，一般比普通中型节约用地50%-99- 山城110kV降压变电站设计左右。但耗用钢材多，检修运行不及中型方便。一般在下列情况下宜采用高型：①在高产农田或地少人多的地区；②地形条件限制；③原有装置需改、扩建而场地受限制。故根据以上分析可得：110kV配电装置选择屋外普通中型配电装置；35kV和6kV配电装置选择屋内配电装置，即高压开关柜。具体的选择结果为：6kV选择KYN28A-12型手车式高压开关柜，35kV选择JYN1-35型手车式高压开关柜。6.2电气总平面布置设计6.2.1概述变电所电气设施的布置是总平面布置的组成部分，其布置除了考虑电气设施之间的有机联系和一些特殊要求之外，还应与全站总平面布置取得协调一致。在变电所中电气设施是总平面布置的主体，布置时应考虑电气设施之间的有机联系和与外界出线方向、出线走廊和市政设施的配合。降压变电所主要由屋内、外配电装置、主变压器、主控制室及辅助设施等组成。总体布置应根据外界条件，依据配电装置的电压等级和型式、出线方向和方式、出线走廊的条件、地形情况等因素，并满足防火及环境保护要求，因地制宜进行设计。6.2.2设计依据根据《变电站总布置设计技术规程》DL/T5352-2007的规定：第8.2.1条变电站的进站道路宜采用公路型，城市变电站宜采用城市型。道路宽度应根据变电站的电压等级确定。110kV及以下变电站：4m；220kV变电站：4.5m；330kV及以上变电站：6m。当进站道路较长时，330kV及以上变电站进站道路宽度可统一选择4.5m，并设置错车道。路肩宽度每边均为0.5m，进站道路两侧根据需要设置排水沟。第8.3.3条站内主要环形消防道路路面宽度宜为4m。站区大门至主变压器之间的运输道路宽度：110kV变电站：4m；220kV变电站：4.5m；330kV及以上变电站：5.5m。330kV及以下变电站的屋外配电装置内的检修道路宽度为3m。根据《高压配电装置设计技术规程》SDJ5-85的规定：第4.3.3条配电装置室内各种通道的最小宽度(净距)，不应小于表4.3.3（表6-3）所列数值：-99- 山城110kV降压变电站设计表6-3配电装置室内各种通道的最小宽度(净距)（mm）维护通道操作通道通往防爆间隔的通道一般开关设备80015001200两面有开关设备100020001200当采用成套手车式开关柜时，操作通道的最小宽度(净距)不应小于下列数值：一面有开关柜时——单车长+1200mm；两面有开关柜时——双车长+900mm。第4.4.4条屋外充油电气设备单个油箱的油量在1000kg以上，应设置能容纳100%或20%油量的贮油池或挡油墙等。设有容纳20%油量的贮油池或挡油墙时，应有将油排到安全处所的设施，且不应引起污染危害。当设置有油水分离的总事故贮油池时，其容量应按最大一个油箱的60%油量确定。贮油池和挡油墙的长、宽尺寸，一般较设备外廓尺寸每边相应大1m。贮油池内一般铺设厚度不小于250mm的卵石层(卵石直径为50～80mm)。第4.4.5条容量为90000kVA以上的主变压器，在有条件时宜设置水喷雾灭火装置。第4.4.6条油量均为2500kg以上的屋外油浸变压器之间无防火墙时，其防火净距不得小于下列数值：35kV及以下5m，110k电压等级8m。设计中要考虑的问题：1）配电装置的结构在满足安全运行的前提下应该尽量予以简化，并考虑结构的标准化，减少构架类型，以达到节省三材，缩短工期的目的。2）屋外配电装置的设计要考虑安装检修时设备的搬运及起吊的便利，屋外配电装置宜设置环形道路或具备回车条件的道路，道路路面的宽度一般3.5米，转弯半径不小于7米。3）配电装置的方位应由下列因素综合考虑确定：进线方向；避免或减少各级电压架空线的交叉；缩短主变压器各侧引线的长度，避免交叉，并注意平面布置的整体性。4）各级电压配电装置各回路的相序应尽量一致。5）配电装置内应设有供操作、巡视的道路，屋外配电装置通道的宽度取0.8-1.0米，也可利用电缆沟盖板作为部分巡视小道。6）考虑美观、位置适中、便于和各电压等级配电装置联系，一般靠近屋内配电装置并考虑维修间、运行人员休息室等。设计中留出22×10m2的位置。7）考虑电容器易爆，不与6-10kV屋内配电装置同一屋，但尽量靠近以避免加长电缆长度。设计中留出14×8m2的位置。-99- 山城110kV降压变电站设计8）端子箱、配电箱与电缆沟布置应反映出来。根据以上分析，该变电所电气总平面布置图如附图所示。7防雷设计7.1防雷设计的一般原则变电所如果发生雷击事故，将造成大面积停电，严重影响国民经济和人民生活。变电所遭受雷害可能来自两个方面：（1）雷直击于变电所；（2）雷击线路向变电所入侵的雷电波。对直击雷的保护，一般采用避雷针或避雷线，对沿线路的雷电侵入波，一般采用避雷器结合进线段保护。7.2直击雷保护设计7.2.1设计依据和保护对象根据《电力设备过电压保护设计技术规定》第67条：变电所的直击雷过电压保护可采用避雷针或避雷线，下列设施应装设直击雷保护装置。（1）屋外配电装置，包括组合导线和母线廊道。（2）烟囱、冷却塔和输煤系统的高建筑物。（3）油处理室、燃油泵房、露天油罐及架空管道，装卸油台，大型变压器修理间，易燃材料仓库等建筑物。（4）乙炔发生站、制氢站、露天氢气罐、氢气罐储存室，天然气调压站及架空管道。（5）多雷区的变电站。为了保护其它设备而装设的避雷针，不宜装在独立的主控室和35kV及以下的高压屋内配电装置室的顶上。雷电活动特别强烈的主厂房、主控室和高压室内配电装置宜设直击雷保护装置。-99- 山城110kV降压变电站设计7.2.2保护措施根据《电力设备过电压保护设计技术规程》第20条：为防止直击雷雷击电力设备，一般采用避雷针和避雷线。7.2.3避雷针装设应注意的问题应妥善采用独立避雷针和构架避雷针，其联合保护范围应覆盖全所保护对象。根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》DL/T620-1997：第7.1.6条独立避雷针(线)宜设独立的接地装置。在非高土壤电阻率地区，其接地电阻不宜超过10Ω。当有困难时，该接地装置可与主接地网连接，但避雷针与主接地网的地下连接点至35kV及以下设备与主接地网的地下连接点之间，沿接地体的长度不得小于15m。独立避雷针不应设在人经常通行的地方，避雷针及其接地装置与道路或出入口等的距离不宜小于3m，否则应采取均压措施，或铺设砾石或沥青地面，也可铺设混凝土地面。第7.1.7条110kV及以上的配电装置，一般将避雷针装在配电装置的架构或房顶上，但在土壤电阻率大于1000Ω·m的地区，宜装设独立避雷针。否则，应通过验算，采取降低接地电阻或加强绝缘等措施。35kV及以下高压配电装置架构或房顶不宜装避雷针。第7.1.8条除水力发电厂外，在变压器门型架构上和在离变压器主接地线小于15m的配电装置的架构上，当土壤电阻率大于350Ω·m时，不允许装设避雷针、避雷线；如不大于350Ω·m，则应根据方案比较确有经济效益，经过计算采取相应的防止反击措施，并至少遵守下列规定，方可在变压器门型架构上装设避雷针、避雷线：(1)装在变压器门型架构上的避雷针应与接地网连接，并应沿不同方向引出3根~4根放射形水平接地体，在每根水平接地体上离避雷针架构3m~5m处装设一根垂直接地体；(2)直接在3kV~35kV变压器的所有绕组出线上或在离变压器电气距离不大于5m条件下装设阀式避雷器。高压侧电压35kV变电所，在变压器门型架构上装设避雷针时，变电所接地电阻不应超过4Ω(不包括架构基础的接地电阻)。第7.1.9条110kV及以上配电装置，可将线路的避雷线引接到出线门型架构上，土壤电阻率大于1000Ω·m的地区，应装设集中接地装置。35kV、66kV配电装置，在土壤电阻率不大于500Ω·m的地区，允许将线路的避雷线引接到出线门型架构上，但应装设集中接地装置。在土壤电阻率大于500Ω·m-99- 山城110kV降压变电站设计的地区，避雷线应架设到线路终端杆塔为止。从线路终端杆塔到配电装置的一档线路的保护，可采用独立避雷针，也可在线路终端杆塔上装设避雷针。7.2.4防雷计算根据本所的总平面布置方式，避雷针安装在变电所的四角，高度为30m，其保护范围的计算如下：在设计中，所内最高建筑物的高度定为hx=12m。变电所长90.0m，宽76.0m。避雷针的保护范围及位置如图7-1所示：图7-1防雷保护平面图，，(1)计算1,3和2,4两针联合保护范围(2)计算1,2和3,4两针联合保护范围-99- 山城110kV降压变电站设计(3)计算2,3和1,4两针联合保护范围由以上计算可知在高度为12米的平面上，四根避雷针的保护范围可以覆盖全站。7.3雷电侵入波保护设计7.3.1保护措施采用避雷器结合进线段的保护方式。7.3.2设计依据根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》DL/T620-1997：第7.3.1条发电厂和变电所应采取措施防止或减少近区雷击闪络。未沿全线架设避雷线的35kV~110kV架空送电线路，应在变电所1km~2km的进线段架设避雷线。进线保护段上的避雷线保护角宜不超过20°，最大不应超过30°。每组母线上应装设阀式避雷器。阀式避雷器与主变压器及其他被保护设备的电气距离超过表11或表12的参考值时，可在主变压器附近增设一组阀式避雷器。金属氧化物避雷器与主变压器间的最大电气距离可参照表12确定。对其他电器的最大距离可相应增加35%。第7.3.5条有效接地系统中的中性点不接地的变压器，如中性点采用分级绝缘且未装设保护间隙，应在中性点装设雷电过电压保护装置，且宜选变压器中性点金属氧化物避雷器。如中性点采用全绝缘，但变电所为单进线且为单台变压器运行，也应在中性点装设雷电过电压保护装置。不接地、消弧线圈接地和高电阻接地系统中的变压器中性点，一般不装设保护装置，但多雷区单进线变电所且变压器中性点引出时，宜装设保护装置；中性点接有消弧线圈的变压器，如有单进线运行可能，也应在中性点装设保护装置。该保护装置可任选金属氧化物避雷器或碳化硅普通阀式避雷器第7.3.8条与架空线路连接的三绕组自耦变压器、变压器(-99- 山城110kV降压变电站设计包括一台变压器与两台电机相连的三绕组变压器)的低压绕组如有开路运行的可能和发电厂双绕组变压器当发电机断开，由高压侧倒送厂用电时，应在变压器低压绕组三相出线上装设阀式避雷器，以防来自高压绕组的雷电波的感应电压危及低压绕组绝缘；但如该绕组连有25m及以上金属外皮电缆段，则可不必装设避雷器。第7.3.9条变电所的3kV-10kV配电装置(包括电力变压器)，应在每组母线和架空进线上装设阀式避雷器(分别采用电站和配电阀式避雷器)，并应采用图13所示的保护接线。母线上阀式避雷器与主变压器的电气距离不宜大于表13所列数值。架空进线全部在厂区内，且受到其地建筑物屏蔽时，可只在母线上装设阀式避雷器。有电缆段的架空线路，阀式避雷器应装设在电缆头附近，其接地端应和电缆金属外皮相连。如各架空进线均有电缆段，则阀式避雷器与主变压器的最大电气距离不受限制。故：（1）110kV、35kV、6kV的每段母线上均装设避雷器；（2）35kV架空送电线路，采用进线段保护，架设避雷线；（3）6kV和35kV出线的高压开关柜配置避雷器；（4）变压器35kV和6kV侧主变引下线一相上装一个避雷器；7.4避雷器的选择氧化锌避雷器选型结果为：110kV母线：Y10W-102/26635kV母线：Y5W-51/1346kV母线：Y5W-17/45110kV主变中性点：Y1.5W-72/186-99- 山城110kV降压变电站设计8电气二次部分设计8.1继电保护的配置原则根据中华人民共和国水利电力部《继电保护与安全自动装置技术规程》SDJ6-83：第2.1.1条电力系统中的电力设备和线路，应装设短路故障和异常运行保护装置。电力设备和线路的保护应装有主保护，后备保护，必要时再增加辅助保护。1.主保护：满足系统稳定及设备安全要求，有选择性地切除被保护设备和全线路故障的保护。2.后备保护：主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护。后备保护可以分为远后备和近后备两种方式：（1）远后备：当住保护或断路器拒动时，有相邻电力设备或线路的保护实现后备。（2）近后备：当主保护拒动时，由本电力设备或线路的另一套保护实现后备；当断路器拒动时，由断路器的关联保护实现后备。（3）辅助保护：为补充主保护后备保护的不足而增设的简单保护。电力设备和线路的异常运行保护，是反应被保护电力设备或线路正常运行状态的保护。第2.1.2条继电保护装置应满足可靠性，选择性，灵敏性和速动性的要求。（1）可靠性是指保护该动作时应该可靠动作，不该动作时应可靠不动作。（2）选择性是指首先由故障设备或线路的保护切除故障，当故障设备或线路的保护或短路断路器拒动时，应由相邻设备或线路的保护切除故障。（3）灵敏性是指在被保护设备或线路范围内故障时。保护装置应具有必要的灵敏系数。灵敏系数应该根据常见不利运行方式和不利的故障类型计算。（4）速动性是指保护装置应能尽快地切除短路故障，其目的是提高系统稳定性，限制故障设备和线路的损坏程度，缩小故障波及范围，提高自动重合闸和备用电源或备用设备自动投入的效果等。根据《继电保护与安全自动装置技术规程》6DJ6-83：第1.0.3条继电保护和安全自动装置应符合可靠性，选择性，灵敏性和速动性的要求，当确定其配置和构成方案时，应该考虑一下几个方面：(1)电力系统和电力网的结构特点和运行特点；-99- 山城110kV降压变电站设计(2)故障出现的概率和可能出现的后果；(3)电力系统近期发展情况；(4)经济上的合理性；(5)国内和国外的成熟经验。第1.0.4条继电保护和安全自动装置是电力系统的重要组成部分。确定电力网结构，厂站主接线和运行方式时，必须将继电保护和安全自动装置的配置统筹考虑，合理安排继电保护和安全自动装置的配置方式。要满足电力网结构和厂站主接线的要求，并考虑电力网厂站运行方式的灵活性。对导致继电保护和安全自动装置，不能保证电力系统安全运行的电力网结构方式，宜根据继电保护和安全自动装置的要求，限制使用，或辅以适当的措施。第1.0.5条应根据审定的电力系统设计或审定的系统接线图及要求进行继电保护和安全自动装置的系统设计。在系统设计中，除了新建部分外，还应包括对原有系统继电保护和安全自动装置不符合要求部分的改造设计。为了便于运行管理和有利于性能配合，同一电力网或同一厂站内的继电保护和安全自动装置的形式，不宜品种过多。电力系统中各电力设备和线路的原有继电保护和安全自动装置，凡是满足可靠性，选择性，灵敏性和速动性要求的，均应予以保留。第1.0.6条继电保护和安全自动装置的新产品，应按国家规定的要求和程序进行鉴定，合格后方可使用。根据以上原则和本所的实际情况，主变压器采用微机保护。8.2主变压器的保护配置8.2.1变压器保护的配置原则电力变压器是电力系统中十分重要的供电元件，其故障将对供电可靠性和系统的正常稳定运行带来严重影响，同时大量的电力变压器是十分贵重的元件，因此，必须根据变压器的容量和重要程度考虑装设性能良好、工作可靠的继电保护装置。变压器的内部故障可以分为油箱外和油箱内两种故障。油箱外的故障，主要是套管和引出线上发生相间短路以及接地短路。油箱内的故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁心的烧损等。油箱内故障时产生的电弧，不仅会损坏绕组的绝缘、烧毁铁心，而且由于绝缘材料和变压器油因受热分解而产生大量的气体，有可能引起变压器油箱的爆炸。因此，这些故障应尽快切除。-99- 山城110kV降压变电站设计变压器的不正常状态主要有：由于变压器外部相间短路引起的过电流和外部接地短路引起的过电流和中性点过电压；由于负荷超过额定容量引起的过负荷以及由于漏油等原因而引起的油面降低。变压器处于不正常运行状态时，保护应根据其严重程度，发出告警信号，使运行人员及时发现并采取相应的措施，以确保变压器的安全。根据有关规程的规定，对电力变压器的下列故障及异常运行方式，应按规定装设相应的保护装置：（1）绕组及引出线的相间短路和在中性点直接接地侧的单相接地短路；（2）绕组的匝间短路；（3）外部相间短路引起的过电流；（4）中性点直接接地电力网中外部接地短路引起的过电流及中性点过电压；（5）过负荷；（6）油面降低；（7）变压器温度升高和冷却系统故障。根据《电气工程电气设计手册》第29-4节变压器保护，变压器一般装设下列保护装置。（1）瓦斯保护对变压器油箱内的各种故障以及油面的降低，应装设瓦斯保护，它反应于油箱内部所产生的气体或油流而动作。其中，轻瓦斯保护反应于油箱内部故障所产生轻微瓦斯或油面下降时产生的气体而动作于发信号；重瓦斯保护反应于油箱内部故障所产生大量瓦斯时产生的油流而动作于跳开变压器各侧断路器。瓦斯保护的主要优点是动作迅速、灵敏度高、安装接线简单、能反应油箱内部发生的各种故障。同时，与纵联差动保护同时作为变压器的主保护，相互配合、补充，实现快速而灵敏地切除变压器油箱内外及引出线上发生的各种故障。（2）相间短路保护容量为6300kVA及以上，厂用工作变压器和并列运行的变压器，应装设纵联差动保护。纵联差动保护是反应于变压器绕组和引出线的相间短路而动作于跳开变压器各侧断路器的变压器主保护之一。对其中性点直接接地侧绕组和引出线的接地短路以及绕组匝间短路也能起保护作用。纵联差动保护最大的特点就是能够可靠地躲过各种不平衡电流而不致误动作，且其保护范围包括变压器套管及其引下线，正好与瓦斯保护相配合，很好地对变压器进行了保护。（3）过电流保护对由于外部相间短路引起的变压器过电流，可采用复合电压启动用的过电流保护，它适用于降压变压器保护装置的整定值应考虑事故时可能出现的过负荷，应配置过电流保护。-99- 山城110kV降压变电站设计复合电压起动的过电流保护装置区别于一般过电流保护的元件就是负序电压继电器和低电压继电器。负序电压继电器是反应负序电压增大而动作的过量继电器；而低电压继电器是反应线电压降低而动作的欠量继电器。（4）过负荷保护对400kVA以上的变压器，当数台并列运行，或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。过负荷保护接于一相电流上，并延时作用于信号。对于无经常值班人员的变电所，必要时过负荷保护可动作于自动减负荷或跳闸。（5）零序电流保护110kV及以上中性点直接接地电网中，对外部单相接地引起的过电流应装设零序电流保护。零序电流保护可由两段组成，每段各带两个时限并均以较短的时限动作于缩小事故影响范围，以较长的时限有选择地动作于断开变压器各侧断路器。双绕组或三绕组变压器的零序电流保护应接到中性点引出线的电流互感器上。（6）过激磁保护为降低材料消耗，现代大型变压器铁芯一般都用新型电工硅钢片制成，其额定磁密接近于饱和磁密，过电压或低频易引起过激磁，因此500kV及以上的大容量变压器宜装设过激磁保护。8.2.2变压器保护的配置（1）主保护CT接线方式，变压器为YN/Yn/△，CT为Y/Y/Y接法。即全星型接线。1）差动电流速断瞬时跳三侧，发信号。变压器内部严重故障时动作。2）差动比率差动+断线闭锁+二次谐波制动（高中压侧）；瞬时跳三侧断路器，并发出动作信号。（2）后备保护1）高压侧：由于是单侧电源，采用复合电压过电流保护，电流取自高压侧，电压取自中压侧（t1短时限跳中压侧分段，t2较长时限跳中压侧，t3跳三侧，发动作信号），同时作为高中压侧的保护。另有电压回路断线，过负荷保护等。零序过电流保护I段：t1（短时限）跳本侧母联及旁路，t2跳本侧DL。零序过电流保护II段：t1（短时限）跳本侧，t2跳三侧。零序电流电压保护（间隙保护）：t1跳各侧。零序电压保护（直接接地）：t1跳各侧。2）中压侧：不另设保护，高压侧配置的后备保护应校核是否满足中压侧保护灵敏度要求。3）低压侧：配置简单过电流保护或复合电压过电流保护（t1跳本侧分段，t2跳本侧，发动作信号）。-99- 山城110kV降压变电站设计（3）开关量信号调压重瓦斯瞬时跳三侧本体重瓦斯瞬时跳三侧冷却器电源全停延时跳三侧强油通风故障延时跳三侧调压轻瓦斯与本体轻瓦斯延时发信号（4）告警保护（信号）三侧过负荷三侧PT断线三侧CT断线8.2.3变压器保护的工作原理（1）差流速断保护作用：在变压器差动区内发生严重故障时，快速切除变压器。原则：躲最大励磁涌流及外部故障穿越电流引起的不平衡电流。（2）比率差动保护包括三部分：三段式比率制动特性，二次谐波制动特性，CT断线闭锁。1）三段（或两段）折线式比率制动特性：采用三段折线式比率制动特性用于反应主变压器内部故障，有两个拐点。最小动作电流较小，以提高保护对变压器内部轻微故障及匝间短路的灵敏度。当差电流较小时，CT不饱和，Ibp较小，制动作用可小一些，以提高保护灵敏度，此时制动特性曲线斜率较小。当差电流较大时，CT饱和，Ibp较大，为了保证在外部短路穿越性电流时可靠不误动，第二个拐点斜率较大，当两段折线斜率K1=K2时，即为常规制动特性（两段式）。注意：选择制动特性时，必须保证在外部短路穿越性电流引起的不平衡电流时保护可靠不误动。同时又要考虑差动区内故障时有足够的灵敏度。在变压器出现励磁涌流时应能正确判断，为此必须配合低电压加速判据或二次谐波判据才能正确区分内外部故障。低电压加速判据根据电压高低判断是否出现故障或励磁涌流。当变压器空载投入时，有励磁涌流但电压不会降低，而故障时电压降低，不会有涌流，此时不必投入谐波制动，从而加速保护的动作。2）二次谐波制动判据利用计算差回路电流中二次谐波分量与基波分量的比K21=I2/I1是否大于整定值，决定保护是否动作。K21可进行整定，一般不大于20%。3）CT断线闭锁保护-99- 山城110kV降压变电站设计如果不采取有效措施，CT断线可能引起保护误动。对大型变压器，为保证可靠性，差东保护要求采用独立的CT，这为微机差动保护进行CT断线判断提供了可能。常规差动保护为了调整两侧电流相角，采用Y侧CT二次回路接成Δ型，而Δ侧CT二次回路接成Y形。电流互感器采用Y接线时判断CT断线较简单。而Δ接线CT断线判断类型较多，但有时无法区分是故障还是断线。目前微机差动保护CT接线基本采用全Y接线，使得接线简单，易于判断。（3）后备保护可以采用复合电压启动的过流保护，也可用阻抗保护作为变压器后备保护，这里用复合电压过流为例：工作原理：由复合电压元件，三相过流元件与门组成，保护可设两组电压元件由负序电压元件与低电压元件两部分组成，分别反应不对称故障和对称故障，下列条件满足任一个，复合电压元件即动作。U2＞Uzd或U＜Uzd（三个线电压最小值）高压侧过流元件；接于CT二次三个相电流回路，可设多段定值；也可设相同定值，取不同时限，可单独整定。采用不同时限的目的是保证保护的选择性，缩小故障范围。低压侧后备保护可设简单过流保护，灵敏度不满足时采用复合电压过流保护，微机型保护提供了三侧复合电压过流供选择。（4）非全相保护非全相运行时的保护，由负序电流或零序电流以及非全相判别回路组成，实际应用时，零序和负序可任取一种。（5）过流（过负荷。有载调压闭锁，风冷启动）保护（6）中性点间隙零序电流及零序电压保护用于中性点装设有放电间隙的主变压器，由零序电流元件和零序电压元件构成。零序电压取自对应侧母线PT开口三角侧。零序电流取自放电间隙处CT，两者或门延时输出。（7）非电量保护包括：瓦斯，冷却器故障等。8.2.4变压器保护的整定计算采用许继WBH-100系列(110kV)微机变压器保护（1）接线形式主变接线YN/Yn/△11，各侧CT接线均为星型。（2）额定电流计算-99- 山城110kV降压变电站设计差动保护电流互感器二次采用全星型接线时，由保护内部通过软件进行幅值和相位的补偿。可按常规保护计算方法计算差动保护的定值。1）变压器各侧额定电流计算如下：2）选择各侧电流互感器变比高压侧CT变比：200/5，二次电流3.954A中压侧CT变比：500/5，二次电流4.915A低压侧CT变比：3000/5，二次电流4.811A以高压侧为基准进行计算。（1）保护定值1）主保护差动速断定值：差动动作电流最小动作电流：拐点制动电流：斜率：K=0.5两段式比率制动系数二次谐波制动比：K2B=20%，二次谐波占基波的百分比平衡系数：对差动回路电流不平衡进行补偿。先计算各侧二次额定电流Ie，然后以高压侧为基准计算。高压侧平衡系数中压侧平衡系数低压侧平衡系数突变量启动值：IQD=0.2IN=0.2×3.954=0.791零序量启动值：I0QD=0.3IN=0.3×3.954=1.186起动通风门坎：IL=2/3IN=2/3×3.954=2.636起动通风延时：T1L=50S2）高压侧后备保护突变量启动值：IQDm=0.2IN=0.2×4.915=0.983A-99- 山城110kV降压变电站设计突变量启动值：IQDl=0.2IN=0.2×4.811=0.962A零序量启动值：I0QD=0.3IN=0.3×3.954=1.186A控制字：Kgh1，控制保护及其附属部分。低电压门坎：实际计算可直接取：Ulh=66V负序电压门坎：Ul2h=6.6V出口时限1：TIl1fh=3s，与相邻后备保护配合，跳中压母联或分段出口时限2：TIl1fh>>TIl1fh=4.5s，跳三侧零序间隙电流值：I0gh=100/间隙CT变比=100/20=5A一次电流为100A，一般根据主变间隙电流大小的经验值确定零序间隙电压值：U0gh=180V间隙出口时限：TU0gh=0.4s过负荷电流门坎：Ilh=1.2IN=1.2×158.15=189.78A持续告警时间：T=15s零序电流一段：3I01h一段出口时限1：TI011h，跳高压母联或分段一段出口时限2：TI012h，动作跳三侧零序电流二段：3I02h二段出口时限1：TI021h，跳高压母联或分段二段出口时限2：TI022h，动作跳三侧控制字：Kgh2，控制保护及其附属部分。低电压门坎：Ull=66V负序电压门坎：UL2l=6.6V3)低压侧后备保护突变量启动值：IQDm=0.2IN=0.2×4.915=0.983A突变量启动值：IQDl=0.2IN=0.2×4.811=0.962A控制字：Kgl，控制保护及其附属部分。低电压门坎：Ull=66V负序电压门坎：UL2l=6.6V过流一段：IL1l=Kk/Kh*IN=1.3/0.85×2886.84=4415.17A原则：与相邻后备保护配合，躲变压器最大负荷电流出口时限1：TIL11L=2.0s，与相邻后备保护配合，跳6KV母联出口时限2：TIL12L>>TIL11L=2.5s，跳10KV本侧过流二段：IL12=Kk/Kh*IN=1.2/0.85×2886.84=4075.54A-99- 山城110kV降压变电站设计出口时限1：TIL21L>>TIL12L，跳三侧2.5过负荷电流门坎：I1L=1.2IN=1.2×2886.84=3464.21A8.2.5变压器继电保护定值通知单继电保护整定通知单如下所示：表8-1变压器主保护定值清单序号定值名称符号整定值备注01电流比例系数IBL厂家给定0.17802电压比例系数VBL厂家给定0.12503控制字KG754304差动速断保护IdQ948.90/23.724A6×3.95405差动动作电流Id42/1.285A0.325×3.95406拐点制动电流Is3.9541×3.95407斜率K0.508二次谐波制动比K2B20%09高压侧平衡系数KH110中压侧平衡系数KM0.80411低压侧平衡系数KL0.82212突变量启动值IQD23.72/0.791A0.2×3.95413零序量启动值I0QD31.491/1.186A0.3×3.95414起动通风门坎IL69.98/2.636A0.66×3.95415起动通风延时TIL50s注：1.主变各侧CT变比按额定电流计算结果选取110kV：200/535kV：500/56kV：3000/52.以110kV侧为基本侧。表8-2110kV后备保护定值清单序号定值名称符号整定值备注01电流比例系数IBL厂家给定0.17802电压比例系数VBL厂家给定0.125-99- 山城110kV降压变电站设计03突变量启动值IQD23.72/0.791A04零序量启动值I0QD31.491/1.186A05控制字KGh106低电压门坎Ulh66V07负序电压门坎Ul2h6.6V08方向过流一段IL1Fh4415.17A09出口时限1TIL1Fh210出口时限2TIL2Fh2.511过流二段IL2h4075.54A12出口时限1TIL21h2.513零序间隙电流值I0gh5A14零序间隙电压值U0gh180V15间隙出口时限TU0gh0.4s16过负荷电流门坎Ilh189.78A17持续告警时间T15s18方向选择SFh011119方向零序电流一段3I01h20一段出口时限1TI01h21一段出口时限2TI01h22零序电流二段3I02h23二段出口时限1TI02h5.0s24非全相零序电流值NI0h25非全相负序电流值NI2h26非全相出口时限1TNI2h27控制字KGh2776628低电压门坎Ulm66V29负序电压门坎UL2m6.6V30低电压门坎ULl66V31负序电压门坎UL2l6.6V表8-335kV和10kV后备保护定值清单序号定值名称符号整定值备注01电流比例系数IBL厂家给定0.178-99- 山城110kV降压变电站设计02电压比例系数VBL厂家给定0.12503突变量启动值IQDm1.0A04突变量启动值IQDL0.733A05零序量启动值I0QDm1.5/1.1A06控制字KGh07低电压门坎Ulh66V08负序电压门坎UL2h6.6V09控制字KGm700010低电压门坎Ulm66V11负序电压门坎UL2m6.6V12方向过流一段ILF11m13出口时限1TIF11m14出口时限2TIF12m15过流二段IL1m16出口时限1TIL11m17零序间隙电流值I0gm18零序间隙电压值U0gm19间隙出口时限TU0gm20过负荷电流门坎ILm21持续告警时间T22方向选择SFm111123方向零序电流一段3I01Fm24一段出口时限1TI011Fm1.5s25一段出口时限2TI012Fm2s26方向零序电流二段3I02Fm27二段出口时限1TI021Fm2.5s28控制字KGL764229低电压门坎ULL66V30负序电压门坎UL2L6.6V31过流一段IL1L4415.17A32一段出口时限1TIL11L2.0s33一段出口时限2TIL12L2.5s34过负荷电流门坎ILL3464.21A8.3线路保护-99- 山城110kV降压变电站设计电流保护具有简单、可靠、经济的优点。其缺点是对复杂电网，很难满足选择性、灵敏性、快速性的要求，因此在复杂网络中需要性能更加完善的保护装置。距离保护反映故障点到保护安装处的距离而动作，由于它同时反应故障后电流的升高和电压的降低而动作，因此其性能比电流保护更加完善。它基本上不受系统运行方式变化的影响。距离保护是反应故障点到保护安装处的距离，并且根据故障距离的远近确定动作时间的一种保护装置，当短路点距离保护安装处较近时，保护动作时间较短；当短路点距离保护安装处较远时，保护动作时间较长。保护动作时间随短路点位置变化的关系t=f(Lk)称为保护的时限特性。与电流保护一样，目前距离保护广泛采用三段式的阶梯时限特性。距离I段为无延时的速动段；II段为带有固定短延时的速动段，III段作为后备保护，其时限需与相邻下级线路的II段或III段配合。8.3.1110KV线路保护的整定计算线路保护示意图如图8-1所示图8-1线路保护说明图（1）整定计算距离保护I段为无延时的速动段，只反应本线路的故障。整定阻抗应躲过本线路末端短路时的测量阻抗，考虑到阻抗继电器和电流、电压互感器的误差，须引入可靠系数Krel对断路器1处的距离保护I段定值距离保护I段只能保护线路全长的80%～85%，与电流保护一样，需设置II-99- 山城110kV降压变电站设计段保护。整定阻抗应与相邻线路或变压器保护I段配合分支系数为对断路器2处的距离保护I段定值分支系数为（2）灵敏度校验距离保护II段应能保护线路的全长，并有足够的灵敏度，要求灵敏系数应满足Ksen>1.2所以灵敏度符合要求。（3）动作时限的整定距离II段的动作时限，应比与之配合的相邻元件保护动作时间高出一个时间级差Δt，动作时限整定为8.3.235KV线路保护整定计算本侧选取李村变出线进行保护计算，负荷5MW，线路全长18km。（1）电流速断保护1）整定值计算按躲过本线路末端三相短路时流过保护的最大短路电流整定。2）动作时限-99- 山城110kV降压变电站设计动作时限为保护固有动作时限2）灵敏度校验发生三相短路时的保护范围为：灵敏度满足要求。（1）过电流保护1）整定值计算按躲过本线路可能流过的最大负荷电流来整定2）动作时限整定过电流保护作为线路主保护的后备保护动作时限整定为（3）灵敏度校验利用本线路末端两相金属性短路是流过保护的电流校验灵敏系数，灵敏度满足要求8.3.36KV侧过电流保护整定计算本侧选取加工厂出线进行保护计算，负荷3MW，线路全长3km。（1）电流速断保护1）整定值计算按躲过本线路末端三相短路时流过保护的最大短路电流整定，2）动作时限-99- 山城110kV降压变电站设计动作时限为保护固有动作时限3）灵敏度校验发生三相短路时的保护范围为：灵敏度满足要求。（2）过电流保护1）整定值计算按躲过本线路可能流过的最大负荷电流来整定2）动作时限整定过电流保护作为线路主保护的后备保护动作时限整定为3）灵敏度校验利用本线路末端两相金属性短路是流过保护的电流校验灵敏系数，灵敏度满足要求-99- 山城110kV降压变电站设计9结论山城110kV降压变电站为新矿山开发配套建设的地方变电站，位于新建矿区的负荷中心，是该地区重要变电站。它有三个电压等级，承担着向工业加工厂，矿区，生活区和周围乡镇的农业供电的责任。在电气一次部分设计中，考虑到山城新建110kV变电站的作用，本着可靠性、经济性和灵活性的原则，配置两台主变压器，选择三个电压等级的主接线形式都为单母分段接线。110kV侧和35kV采用钢芯铝绞线作为母线，6kV侧采用铝矩形导体。本着高可靠性的原则，设计中多采用SF6断路器，减少了断路器检修次数，很大程度上提高了供电可靠性。由于所址土地贫瘠，所以在配电装置的平面布置上110kV采用另外屋外普通中型布置方式，35kV和10kV采用屋内高压开关柜布置方式。变电所的防雷设计采用4根独立避雷针进行直击雷的保护，分别布置在变电所的四个角落，采用避雷器加进线段保护对雷电侵入波进行保护，保护范围覆盖整个变电所。电气二次部分的作用是保证快速、可靠地切除故障线路或电气元件，使故障元件免于继续遭到破坏，故障范围不会扩大，并保证其它无故障部分正常运行。并且能够反应元件的不正常运行状态，并根据运行维护条件，动作于发信号，减负荷或跳闸，其可靠运行对该地区供电具有很重要的意义。在本设计中，主要对变压器保护进行整定计算，采用WBH-100型微机保护，并给出了变压器保护定值清单。电气一次部分除了理论的设计外，还进行了相关图纸的绘制，包括变电所主接线图，电气总平面布置图，110kV主变进线断面图，35kV出线间隔断面图，避雷针保护范围图；电气二次部分的接线则更为复杂，为了更清晰的理解，绘制了主变主保护电流电压回路图图。通过本变电所的设计，加深了我对电力系统分析，电力系统继电保护，高电压技术，发电厂电气主系统，等课程的理解和认识，并把书面知识和实际变电站设计进行了一次有机的结合，提高了独自查阅资料及处理某些工程实际问题的能力，为将来的工作和学习奠定了坚实的基础。-99- 山城110kV降压变电站设计谢辞此次毕业论文是在***等多位老师的悉心指导下完成的，在设计过程中，*老师每周都进行了详细的指导，并给我提出了许多宝贵的修改意见，在此向陈老师表示衷心的感谢。另外，在电气一次部分设计期间，**、**老师的辅导课程也给了我的很多的指导和帮助，也表示深切的谢意。在设计的整理、资料的收集、软件的应用、图纸的绘制和文档处理方面等方面，得到了很多同学的帮助，在此向他们表示感谢。设计过程中同组同学**也给与了很大帮助，使论文如期顺利完成，在此也一并表示感谢。对于在答辩过程中的各位答辩老师，在此也向他们表示由衷的谢意。-99- 山城110kV降压变电站设计参考资料[1]许珉孙丰奇.发电厂电气主系统（第二版）.机械工业出版社.[2]何仰赞温增银.电力系统分析（第三版）.华中科技大学出版社社.[3]贺家李等.电力系统及电保护原理（第四版）.中国电力出版社.[4]赵智大.高电压技术（第二版）.中国电力出版社[5]水利电力部西北电力设计院.电力工程电力设计手册.水利电力出版社.[6]杨宛辉等.《发电厂电气部分》设计计算资料.西北工业出版社.[7]杨宛辉等.发电厂、变电所电气一次部分设计参考图册.[8]高电压配电装置设计技术规程SDJ5-85.中国电力出版社.[9]电力系统技术导则（试行）SD131-84.中国电力出版社[10]电力系统设计技术规程（试行）SD131-84.中国电力出版社.[11]变电所总布置设计技术规定（试行）SDGJ63-84.中国电力出版社.[12]导体和电器选择设计技术规定SDGJ14-86.中国电力出版社.[13]并联电容器装置设计技术规程SDJ25-85（试行）.水利电力出版社.[14]继电保护和安全自动装置技术规程SDJ6-83。水利电力出版社.[15]电力设计工程电气设备手册（电气一次部分上、下）.水利电力部西北电力设计院.[16]电力设计工程电气设备手册（电气二次部分）.水利电力部西北电力设计院.[17]电力系统继电保护与自动装置整定计算.水利电力出版社.[18]SubstationDesignandConstructioninanUrbanEnvironment-99- 山城110kV降压变电站设计附录1外文资料翻译A1.1译文城市变电站设计和建造弗兰克Shainauskas，工程总监-电力输送服务，萨金特与伦迪有限责任公司;乔恩D.安德鲁斯，校长，TYLK古斯塔夫森Reckers威尔逊安卓有限责任公司;爱德华·克罗克特，铅电气工程师-电力输送服务，萨金特与伦迪有限责任公司;麦克罗，主任;"联邦爱迪生公司;和卡尔·米勒，执行经理，肯尼建设公司摘要许多城市公用事业正在评估和升级他们的输电和配电系统，以提供足够和可靠的电源，满足他们日益增长的商业和居住区的需要。在拥挤的市区有限的用以建新变电站的区域必须获得城市和社区的许可，在施工期间为用户提供不间断的服务，这需要创新的，灵活的，具有成本效益的变电站设计。在本文中我们回顾了芝加哥地区商业中心附近的两个新设计安装的联邦爱迪生变电站。一前言1999年夏天，ComEd经历了设备故障，导致了芝加哥市商业区的电力中断。其结果是ComEd在1999年的夏季和秋季进行了系统评估，确定了输电和配电过程中的薄弱环节。作为评估过程的一部分，许多解决方案和之后若干时期的补充方案被开发成系统整体稳定性项目的一部分。这些解决方案一旦实施，芝加哥中央商业区将形成一个更强大的配电系统。为了提高芝加哥周边和北侧的可靠性，ComEd决定开始建立138千伏环形系统。为了提高目标中的可行性，更换现有的金斯伯里变电站，新增国家街变电站。现有的金斯伯里变电站是由从两个不同位置引过来的69-KV径向线提供的。该站将被替换成新的，更高容量的设备，将由一个相邻的新建的138kv环形总线气体绝缘变电站提供。第一期计划的另一部分是建立一个新的包含有两个独立变电站通过138KV线路供电的国家街变电站。这两个项目的建成，将提供ComEd更大的容量，更高层次的可靠性和更好的操作灵活性。二项目描述这两个项目都是EPC(设计-采购-建造)项目，被授予了肯尼建筑，M,J电气，和Sargent&Lundy所组成的项目团队。肯尼建筑是这个项目的总承包商，负责土木/结构工程，供给发电站的地下输配电系统的安装，项目整体的管理和安全性。M.J电力是电力承办商，负责电力安装工作。Sargent&Lundy是工程公司，负责设计，施工质量管理和调试。ComEd-99- 山城110kV降压变电站设计也是这个项目团队的必不可少的成员，提供与继电保护，控制，操作程序相关的设计输入。由于项目的复杂性，所有团队成员之间的密切合作与交流是必不可少的。Kingsbury项目在2000年七月被批准，变电站建成（即测试和通电）是在2001年6月，国家街项目是在2001年3月被批准的，变电站于2002年六月通电。这两个项目中任意一个站点的位置和大小都对所设计的变电站的类型有重大的影响。站点，设备，工作范围以及每个项目的周围邻居的描述见下文。AKingsbury该变电站位于芝加哥市中心的西北部，建在一个1920年代的老式五层仓库上，仓库位于住宅/轻型商用区，附近只有几个街区。该站点长110英尺，宽98英尺。由于该地段很小，城市位置高度可见，Kingsbury变电站被设计成一个完全封闭的变电站，整体高度73英尺，由以下部分组成。电缆空间（EL。-10英尺）：出入口12千伏馈线和138千伏变压器引线。第一层（EL。0英尺）：四个30/40/50-MVA变压器设在40英尺×40英尺的仓库四边夹层（EL。27-7“）：站服务变压器，配电板和二氧化碳储罐防火。第二层（EL。41"-1“）13.2千伏的60个隔间，750兆伏安，户内金属铠装开关设备，电池，电池充电器，交流和直流配电盘为站服务，以及HVAC设备。第三层（EL。56"-7“）：42个13.2千伏限流电感馈线空间。屋顶（EL。73"“”）：冷却塔，空气处理单元和四个屋顶排气扇。这个EPC项目的工作范围是拆除现存的五层仓库，设计新的设施以建造，购置所有所需设备和材料，（除了132113.2千伏30/40/50-MVA变压器，它通过COMEd采购了），构建新的变电站建筑，安装和测试所有变电站必须的设备。13.2KV的变电站配置包括由一个常开连接的两个路由，环扎电路连接断路器。每个13.2KV环包含六个巴士，这些巴士供应地下馈线并连接断路器。每个环由两个30/40/50MVA供给，132/13.2-kV的变压器带有载分接转换。Kingsbury站点西邻一个现有的六层仓库，北邻俄亥俄街，东临一个新建的132KVGIS开关站，南临一条小巷。从这个巷子以南，该站点直视高级公寓。历史上最近的建筑活动使得这个地区以及附近公寓的居民对这个地区新的建筑活动非常敏感。132kv屋内GIS开关站的建设，站点的东边始于1999年八月，在即将完成的时候，施工方开始建设新的Kingsbury变电站。不用说，公寓居民并不高兴另一个项目的建设。该公寓业主的敏感性，在一系列的公寓协会会议上被讨论。这些会议是项目团队和ComEd的共同努力。会议的目的是发展与公寓业主的和谐关系，让他们知道目前的建设状况，以及可能会对他们造成的影响，并向他们展示，项目团队把他们的担忧纳入考虑范围之内。除了公寓南边的站点，站点的西方边界上有一些现存的六层仓库，他们被一些芝加哥地区的大酒店作为储酒设备。这些储酒设施对振动和电力中断非常敏感，这些都有可能毁掉储存在哪儿的酒。所有的这些原因，即美学，噪声，振动，以及公众的看法使得将这个站点建设成新变电站成为巨大的挑战。该项目组非常关注对邻居的影响，对酒的破坏，并且最终导致ComEd的坏名声。-99- 山城110kV降压变电站设计B国家街该国家街变电站建在一个现有的位于与芝加哥市中心南边相邻的住宅/轻型商用区的停车场上。东临CTA快速公交高架列车橙绿线，它在整个项目过程中一直运行。现有的停车场建于1900年代初期，在填密歇根湖形成的陆地上建造。在开始建变电站前，停车场被拆毁。CTA高架列车的接近，以及填海形成土地的地下情况给项目队造成了挑战，包括显著脱水和地形保持。施工队不得不在有限的工作时间内在CTA高架列车附近上下班高峰期持续工作。该站点长300英尺，宽113英尺，大的足以容纳一个部分封闭的变电站。30/40/50-MVA的变压器安装在户外，而132kvGIS设备安装在室内。千伏室内的铠装式开关被封闭在单独的建筑物内。该变电站包括以下几个方面：为了美观起见，噪音控制，安全，以及变电站的安全性，整个站点被包围了预制混凝土墙。在站点上的东，西两侧，将预制墙也可分别作为配电室的后墙和GIS开关站的前墙。隔离墙的高度从在变压器位置的25"变为后方的12"。卡车进入该变电站是通过两个马达驱动的门。建筑疗学的处理是并入墙给设备的外部有吸引力的商业建筑的外观。相比就地安装砖石作为显著成本节约的项目，一个工厂安装的砖单板被用来增强壁的外观。EPC项目的工作范围是拆除现有的停车场，设计新设备以建造，购置所有所需的设备和材料（除138千伏GIS的ComEd早已收购），建设新设施，并安装和测试所有使变电站运行所需要的设备。这个站点北邻四层仓库，东临CTA高架轨道，南临16层的复式公寓，西邻三层砖住宅。由于离EL较近，CTA要求他们的施工人员的所有工作都在50英尺以内的高空进行，在这些区域工作的人都要接受特殊的训练。他们实施时段禁止，禁止高峰期在50英尺以内高空作业。三设计须知尽管是不同类型的变电站，金斯伯里和国家街项目在设计上有一些相似之处。这两个项目都有30/40/50MVAOA/FA/FA,由相同生产商提供的132/13.2-kV室外变压器和几乎相同的13.2千伏开关柜母线配置。这些相似之处使得国家街项目的中继和保护设计更为高效，它必要的重复了金斯伯里项目某些工作。此外，两个站都是用预铸混凝土板的建筑材料。预制混凝土使得施工更加有效，并且提供一个赏心悦目的外观。最后，这两个站都配有利用二氧化碳进行灭火的消防系统。以满足芝加哥市建筑规范的要求。虽然他们有一些相似之处，但他们的项目设计还是有很大的区别。最明显的区别是，金斯伯里是一个完全封闭式的站点，而国家街是部分封闭的。这样就使得金斯伯里项目需要能够移动大量空气的通风系统以冷却变压器，而国家街项目却不需要，因为他的变压器位于室外。另一个明显的不同之处在于金斯伯里项目不包含138kvGIS，因为该设备已经安装在大变电站附近。而国家街项目需要一个独立的建筑来容纳新的以前由ComEd购买的138kv室内GIS。下面将更详细的讨论这两个变电站的相似性与区别。A地基1金斯伯里站点的土壤条件和地基载荷表示，浮动地基不足以支撑整座大楼。桩，碎石桩地基和沉箱将是必须的。考虑到该站点西边的储酒设备的敏感性，打桩是会出问题的。这次施工必须获得芝加哥市的地基许可证，然而这个城市对碎石桩地基不是很熟悉。因为项目进度紧张，获得碎石桩地基的许可证困难，沉箱被选中。-99- 山城110kV降压变电站设计城市地基许可证要求提交的信息是取自用于建筑的区域中心的至少两处土壤样品。在变电站用地上，还有一个现存的仓库待拆除，正常条件下，在拆除工作完成之前，不会对土壤进行取样。然而，项目的进度和城市颁发地基许可证所需的时间不允许等到废弃建筑物被完全拆除之后。因此，作出安排在拆除工作开始之前从现有仓库设施的地下室进行取样。对于正常的变电站建设来说，这个过程是不寻常的，但是这个项目并不是一个正常的变电站项目，要尽可能的抓紧时间。2国家街国家街站点的土壤条件允许所有的地基都使用垫板。这个站点的土壤取样需求与金斯伯里站点的一样，尽管这个站点因为它过去是一个停车场而更容易取样。但是他的施工地基与金斯伯里站点的远远不同。国家街站点需要从厚达8英尺的被污染土壤中清理250000加仑的地表污水。这些污水被装入油罐车中运输到某个地方进行化学处理，过滤然后再排放出来。临近的CTAEL轨道的地基大约在我们挖掘现场的五英尺以上，因此需要一个能够阻止滑坡的地球保护系统。这一切所导致的结果是整个站点被塑料布完全封闭。这个塑料布需要对角支持支柱，以覆盖全场，这就导致钢结构必须安装在地面以下，并且加装导管包。这个工作的地基部分圆满完成，这要归功于精心的安排设计，施工管理团队，挖掘组和具体承包方。B变压器油容器1金斯伯里金斯伯里的四台132/13.2-kV30140150-MVA变压器，每台大约含有7900加仑的油。一旦油罐破裂，必须将油盛装起来以减少火灾的可能性，防止油从站点露出，进入城市下水道系统。原先，计划在每个变压器车间用单独的油罐管引至地漏处。然而随着设计的发展，变压器地基决定从电缆空间延伸到建筑的一楼，空心盒可以用作变压器油容器。每个变压器的一段都装有排水栅，以使得油流入变压器。当发生泄漏时，地基将被抽出清洗。在建筑一层以下的电缆空间，可以不提供单独的油罐容器，连接疏流管，获得宝贵的空间。2国家街国家街项目的变压器油容器设计比金斯伯里项目的更加传统。油密封结构是大型的混凝土池或槽，它作为变压器的底板基础和外部预制墙基础。将五个独立的变压器油槽合并成两个大型油槽，挖掘和混凝土工作的数量在很大程度上减少了。这些油槽用以盛装来自一个变压器的7900加仑油，同时也用作变压器的喷水灭火系统。因为这些槽都位于户外，所有累积的废水都会排入芝加哥下水道系统。为防止油进入下水道中，油站阀也在设计范围之内。C暖气，通风和空气调节1金斯伯里变压器通风设备每个132/13.2-kV变压器被设计在楼内一个单独的车间里。由于变压器通常被设计在室外，所以产生了冷却的问题。该变压器是传统的30/40/50-MVA变电站变压器除了他们不提供安装在散热器的油泵和风机。变压器的气流通过建筑物外面的散热器被强制转移。-99- 山城110kV降压变电站设计变压器制造商推荐的第一段强制冷却的气流频率为8000cfm，第二阶段的强制冷却气流速率为160000cfm。此外该变压器还具有150%的紧急过载容量，过载容量，所需要的气流速率为250000cfm。这些气流速度非常大，每个变压器都需要三个75马力，60英寸直径的轴向叶轮，分别位于阁楼正上方的配电室，风机采用变频驱动器进行操作，三个控制为一组。变压器冷却风机采用变压驱动器是为了减少运行噪音。操作风机的传统方式是打开并全速运行第一个风机直至需要第二个风机，开始并全速运行第二个风机，直至需要第三个风机。这种启动并全速运行的理念产生相当大量的可听噪音。变频驱动器使得有冷却需要时可全部启动三个风机，他们都是低速运转直至冷却需求增大。三个风机运行的速度可以作为一个单元来调整，并且保持尽可能的低以减少噪音。每个风机都配备出口以帮助消音器减少噪音。获取和操控变压器冷却空气有点不合常规。在大楼西侧，两个变压器的位置，声学型百叶进气口安装在配电室的整个墙壁上。每个变压器的散热器周围安装有金属板外衣，以引导气流从进气口通过变压器的散热器，流经变压器配电室，从排气口流出。然而建筑物东侧两个变压器的位置不能采用这个方法，因为金斯伯里变电站紧靠CIS大厦。金斯伯里变电站的高度比CIS大厦低20英尺，因此我们决定为每个变压器沿着金斯伯里的东面墙壁与变压器配电室之间安装垂直进气口和一个略低于东墙屋顶的摄入口。每个变压器的散热器周围安装的金属板外衣与进气增压相连接以引导气流通过变压器散热器，流经变压器配电室，通过排出口排出。高压交流电厂房该金斯伯里变电站的二楼包含13.2kv金属封闭开关，变压器的中继保护，13.2kv的母线，13.2kv的馈线断路器，13.2kv电容器断路器，13.2kv母线联络断路器。这些单元由两个150吨的冷却塔和五个30吨的冷却水冷凝机组提供。建筑所需新鲜空气由40000cfm的室外的带有电动预热线圈的空气处理单元提供。这个操作单元位于建筑物的屋顶。二楼的供气管道有一个30吨重的直接膨胀冷盘管，用以预冷二楼的加压空气。专用壁式排风扇为电池室服务，HVAC设备室位于建筑物的二楼。暖通空调机房包含制冷气体监控系统，用以启动排风扇，并在制冷剂泄漏时报警。为了减少临近公寓业主所遭受的噪音，冷却水塔被用以建筑物的空气调节。我们认为传统的空调机组，由温度控制运行与停止，会产生大量的噪音影响邻居。冷却塔采用变频驱动来控制风机转速和噪音。另外，这些冷却塔建筑物屋顶上方的加热罩上，以进一步的减少噪音，提高冷却塔的冬季运转能力。冷却塔的机柜还提供视觉检查，以使屋顶的视图更加美观。2国家街国家街项目开始设计时，COMED修改了城市变电站的高压交流电。决定国家街变电站不采用空气调节。国家街变电站内的开关设备和GIS开关站按最高温度104F进行设计，只采用通风设备和有限的通风管道。考虑到在某些情况下，可能会超过这个温度。该站点仅有的空调由一个小的，专用的，用以SCADA控制和检测的个人计算机柜中的面板空气调节单元。国家街项目的加热和通风系统详细描述如下。开关建筑物该开关建筑物的底楼有三面是开放式的，不需要任何的H/V。二楼包含两个独立的开关柜室，每个柜室都有其专用的含有加热线圈，滤波器，百叶窗式进气增压，最少量的排出管的空气处理单元H/V系统。每个房间都加压到一个净正压力的1/8到1/4之间以消除灰尘，油烟，防止水分进入该区域。开关柜室的夏季温度设计为104F，冬季温度设计为50F。通过挂壁式恒温控制单元加热器来补充加热。-99- 山城110kV降压变电站设计电池室位于开关建筑物的二楼，有两个100%容量的抽风扇，通过将空气从电池室直接抽入室外以保持室内负压。1/2以上的抽风扇连续运行以保持室内负压。每周这些风扇自动交替以保证两个风扇在运行。电力启动器电动感应和控制每台风扇的运转。如果其中一个风扇出现故障，电流检测装置检测到这个故障并启动另一台风扇。一个风扇出现故障或无法启动时，信号将被发送到SCADA系统报警故障。电池室内的通风空气来自开关柜室。GIS开关站该大楼有一个大公共区域，，被一个8英尺高的混凝土砌块（CMU）砌块墙体分为两个设备区（一个用于独联体设备另一个用作继电器和控制面板）。这两个设备区域一个打浆，一个通风。这个区域的H/V系统由两个50%的带有加热线圈的冗余空气处理器，滤波器，百叶窗式进气增压和最少量的排气管。该空间被加压到静压力的1/8。该空间的夏季设计温度为104F，冬季设计温度为50F。由挂壁式恒温控制单元加热器补充加热。D消防尽管金斯伯里和国家街变电站都是无人设施，所有的建筑物都要安装消防设施。每个代码，墙壁上所有的空气出口和入口都要求三个小时的额定防火时间，UL标记的烟火阻尼器用以隔离消防区域。金斯伯里，和国家街中的建筑物安装的消防系统非常相似，都由两个消防系统，包括CO2和H2O系统。下面将详述每个系统。1金斯伯里CO2由于电器设备在建筑物内部，主要的消防系统采用CO2气体，由建筑物内夹楼中的储罐供给。建筑物被分为十个CO2防火保护区，每个区域都是由热引发的，并且安装有烟雾检测器。芝加哥市消防规范要求规定了每个火情区域20分钟内特定的CO2浓度，并且CO2系统必须具有CO2气体转储能力。由于需要保持火情区特定的CO2浓度，每个通风格和进气百叶窗都安装有火阻尼器以关闭该区域，减少CO2泄露量。变压器内的较大的气流速率使得这些区域的火灾的检测和防护油一些难度。为了解决这些困难，下面的操作顺序适用于变压器内火灾的检测和防护。1用热检测器，烟检测器，红外检测器组成的组合检测器检测火灾。2,变压器冷却风机跳闸。3火阻尼器延后关闭以使得风扇缓慢停转。4释放CO2气体。CO2系统提供四种不同的安全功能以确保人员的安全。第一，建筑物内的各个区域都安装有CO2气体报警器，以便在转储之前预警，并且，该系统设置有延迟定时器使人员都离开大楼后再释放CO2气体。第二，每层都有一个CO2系统的手动截止站点以便区域维修时禁用这个特定的CO2区域。第三，CO2手动释放站点在一楼建筑物入口处，以使得在大楼火灾疏散时将其跳闸。第四，氧气耗尽检测器安装在建筑物的特定部位，这些检测器的输出在大楼入口处，如果建筑物内有CO2气体的话，向消防人员和维修人员显示。当使用CO2气体进行消防的时候，人员安全始终是一个原则问题。自动喷水灭火系统除了CO2系统，自动喷水灭火系统覆盖楼梯间，消防水泵房在电缆空间中，而驱动器通过区域在建筑物的一楼。楼梯间选择自动喷水系统为建筑物内的人员提供一个安全的出口，因为CO2释放时防火区内CO2-99- 山城110kV降压变电站设计的浓度足以让困在该区域内的所有人窒息。火灾事件中，楼梯间喷水防火系统在保护楼梯间的同时又提供透气的出口。2国家街CO2主要的消防系统利用储罐提供的CO2气体，储罐位于室外，为开关大厦和GIS大厦服务。GIS大厦只需要一个CO2消防区，而开关大厦被分为四个区域，与金斯伯里变电站的相似，每个区域由热和建筑物内的烟雾检测器引发。CO2系统提供四种不同的安全功能(报警器，手动截止站，手动释放站，氧气显示器)用以保护人员安全。自动喷水灭火器水喷淋系统用以覆盖两个建筑物的楼梯间和GIS大厦的电缆空间区域。E美学1金斯伯里因为金斯伯里大厦紧靠盛大的138kvGIS大厦，金斯伯里的建筑细节模仿GIS大厦。建筑立面分别用砖块和石块，并提供赏心悦目的建筑百叶窗。考虑到建筑的通风要求，该大厦的表面采用了大面积的百叶窗。一旦施工，金斯伯里大厦的北侧和GIS大厦将满足城市许可证的要求，并形成一个赏心悦目的统一的外观。2国家街虽然新街变电站旁边没有任何的现存建筑物以模仿，城市希望新建的变电站能够配合一般的环境。社区是一个大型住宅区，不希望有看似工厂的建筑，为了安全起见，ComEd不希望这个站点看起来像变电站。因为这些原因，为了开发出满足城市要求的新变电站外形的几种选择方案，雇佣了建筑师。ComEd和社区都保持最低成本。值得注意的是，这样的进程所需时间会延长。在另一个最近的项目上，城市审美的审查和批准过程花了整整一年的时间，才使得各方同意就新建变电站的最新外观。这是在市区开始任何新项目必须解决的问题。F许可金斯伯里和国家街在大多数主要城市地区，从时间角度来看，许可时需要解决的最重要的一个问题，芝加哥市也不是一个例外。该市协助我们团队进行了合作，因为他们认识到了对新的基础设施的需要。，尽管有帮助，但还是有瓶颈，这个项目需要足够长的时间。我们的设计团队学会了在项目进度中期待意外，并对突发事件作充分的应对。比如，城市审查金斯伯里项目之后，我们得知需要降低建筑物的高度，以遵守城市向邻居社区居委会作出的承诺，另外一个情况时，地权边界的差异是我们减小了建筑物的宽度。G两个站点的中继保护和控制两个变电站的继电保护都采用基于微处理器的差动和过电流继电保护计划。馈线断路器的控制和状态和馈线模拟数量的监控已经通过继电保护器和通讯处理器完成。总线断路器的控制和状态以及电容器组的开关组件和30/40/50-MVA变压器的载分接开关的控制是通过基于可编程逻辑控制器的监管，控制和数据采集系统完成的。H结论-99- 山城110kV降压变电站设计该项目在预算内按时完成。变电站的邻居对变电站的外观非常满意，市议员还参加了金斯伯里变电站的剪彩仪式。从项目的大小和所需时间来看，它似乎是一个不可能完成的任务。然而，不可能完成的任务完成了，原因如下：有能力有经验的设计、施工团队承包商/工程师团队和业主共同为双方的利益而工作的当事人的联盟。各方同心协力完成任务的承诺抗打击和随机应变能力项目参与者的持续合作对邻居问题的敏感跟邻居积极努力的沟通所有项目活动信息新金斯伯里变电站和国家街变电站是ComEd强大输配电系统的不可分割的部分，为芝加哥中心商业区提供可靠的电力。-99- 山城110kV降压变电站设计A1.2原文SubstationDesignandConstructioninanUrbanEnvironmentFrankShainauskas,EngineeringDirector-PowerDeliveryServices,Sargent&Lundy,LLC;JonD.Andrews,Principal,TylkGustafsonReckersWilsonAndrews,LLC;EdwardCrockett,LeadElectricalEngineer-PowerDeliveryServices,Sargent&Lundy,LLC;MikeRowe,Director;"CommonwealthEdisonCompany;andKarlMiller,ExecutiveManager,KennyConstructionCompanyAbstractManyurbanutilitiesareevaluatingandupgradingtheirtransmissionanddistributionsystemstoprovideadequateandreliablepowertomeettheirgrowingbusinessandresidentialareaneeds.Limitedareasfornewsubstationincongestedurbanareas,therequirementtoobtaincitypermitsandcommunityapproval,aswellastheneedtoprovideuninterruptedservicetocustomersduringconstruction,requiresinnovative,flexible,andcostefficientsubstationdesigns.InthispaperwereviewthedesignandinstallationoftwonewCommonwealthEdisonsubstationsnearthecentralbusinessdistrictofChicago.ⅠINTRODUCTIONInthesummerof1999,CommonwealthEdison(ComEd)experiencedequipmentfailuresthatresultedinoutagesinthebusinessdistrictoftheCityofChicago.Asaresult,ComEdperformedsystemevaluationsinthesummerandfallof1999andidentifiedweakpointsinthetransmissionanddistributionsystem.Aspartoftheevaluationprocess,anumberofsolutionsweredevelopedaspartofanoverallsystemreliabilityprogramwithanimplementationscheduleextendingoveraperiodofseveralyears.Theresultofthesesolutions,onceimplemented,wouldbeamorerobusttransmissionanddistributionsysteminthecentralbusinessdistrictofChicago.ToimprovereliabilityintheChicagoLoopandnorthsideofChicago,ComEddecidedtobeginworknecessarytoestablisha138-kVloopedsystem.AmongthetargetsforimprovingreliabilitywerethereplacementoftheexistingKingsburysubstationandtheadditionofanewStateStreetsubstation.TheexistingKingsburysubstationwasfedbya69-kVradiallinefromtwoseparate-99- 山城110kV降压变电站设计locations.Thisstationwouldbereplacedwithnew,highercapacityequipmentthatwouldbefedfromarecentlyconstructed138-kVgas-insulatedsubstation(GIS)ringbuslocatedadjacenttothesite.AnotherportionofthefirstphaseoftheprogramwastobuildanewStateStreetsubstationthatwouldalsocontaina138-kVGIS,ringbusfedby138-kVlinesfromtwoseparatesubstations.ThecompletionofthesetwoprojectswouldprovideComEdwithmorecapacity,ahigherlevelofreliabilityandbetteroperatingflexibility.Ⅱ.PROJECTDESCRIPTIONThetwoprojectswereEPC(engineer-procure-construct)projectsthatwereawardedtotheprojectteamofKennyConstruction,M.J.Electric,andSargent&Lundy.KennyConstructionwasthegeneralcontractorresponsiblefortheciviYstructura1constructionontheproject,installationofundergroundtransmissionanddistributionfeedstothestations,overallprojectmanagementandsafety.M.J.Electricwastheelectricalcontractorresponsiblefortheelectricalinstallationwork.Sargent&Lundywastheengineeringfirmresponsibleforthedesign,constructionqualitymanagementandcommissioning.ComEdwasalsoanintegralmemberoftheprojectteamprovidinginputregardingdesignrequirementsforprotectiverelaying,controls,andoperatingprocedures.Becauseoftheintricaciesoftheprojects,closecooperationandcommunicationamongallteammemberswasessential.TheawardoftheKingsburyprojectwasmadeinJulyof2000,andcompletionofthesubstation(i.e.testedandenergized)wasinJuneof2001.TheawardoftheStateStreetprojectwasmadeinMarchof2001,andthesubstationwasenergizedinJuneof2002.Thesizeandlocationofthesiteforeachofthesetwoprojectshadamajorimpactonthetypeofsubstationthatwasdesigned.Thesite,equipment,scopeofworkandsurroundingneighborhoodofeachprojectaredescribedbelow.A.KingsburyTheKingsburySubstationwasbuiltonthesiteofanexisting1920svintage,five-storywarehouselocatedinaresidential/lightcommercialneighborhoodjustafewblocksnorthwestofdowntownChicago.Aspartofthescopeoftheproject,thewarehousewasdemolishedpriortobeginningconstructionofthesubstation.Thesitefootprintis110feetby98feet.Duetothesmallsizeofthelotandthehighlyvisibleurbanlocation,theKingsburysubstationwasdesignedasatotallyenclosedsubstation.Theoverallbuildingis73feethighandconsistsofthefollowingareas:CableSpace(EL.-10ft):Exitandentryof12-kVfeedersand138-kVtransformerleads.FirstFloor(EL.0ft):Four30/40/50-MVAtransformerseachlocatedinitsown40-footby40-foot,four-sidedvault.Mezzanine(EL.27-7"):Stationservicetransformers,distributionpanelsandaCO2tankforfireprotection.SecondFloor(EL.41"-1"):Sixty-eightcubiclesof13.2-kV,750-MVA,indoormetal-cladswitchgear,battery,batterychargers,acanddcdistributionpanelsforstationservice,andHVACequipment.ThirdFloor(EL.56"-7"):Spaceforforty-two13.2-kVcurrentlimitinginductorsfeeder.-99- 山城110kV降压变电站设计Roof(EL.73"""):Coolingtowers,makeupairhandlingunit,andfour-roofexhaustfans.ThescopeofworkforthisEPCProjectwastodemolishtheexistingfive-storywarehouse,designthenewfacilitytobeconstructed,procureallequipmentandmaterialsrequired(exceptforthe132113.2-kV30/40/50-MVAtransformers,whichwereprocuredbyComEd),constructthenewsubstationbuilding,andinstallandtestalltheequipmentrequiredtomakethesubstationoperational.Theconfigurationofthe13.2-kVsubstationconsistsoftworingsconnectedbyanormallyopen,ringtiecircuitbreaker.Eachofthe13.2-kVringscontainssixbuses,whichsupplyundergroundfeedersandareconnectedbybustiecircuitbreakers.Eachringissuppliedbytwoofthe30/40/50MVA,132/13.2-kVtransformerswithloadtapChangersTheKingsburysiteisboundedonthewestbyanexistingsix-storywarehouse,onthenorthbyOhioStreet,ontheeastbyanewlyconstructed132-kVGISBuilding,andonthesouthbyanalley.Acrossthisalleytothesouth,thissiteisindirectviewofupscalecondominiums.Therecenthistoryofconstructionactivityintheareaandtheproximityofthecondominiumsmadetheresidentsverysensitivetoanynewconstructionactivitythatwastotakeplaceinthearea.Constructionoftheindoor,132-kVGIs,immediatelyeastofthesite,startedinAugust1999andwasbeingcompletednearthetimethatconstructionwouldbeginonthenewKingsburystation.Needlesstosay,thecondominiumresidentswerenothappyaboutanotherconstructionproject.Thissensitivityofthecondominiumownerswasaddressedthroughaseriesofmeetingswiththecondoassociation.ThesemeetingswereajointeffortoftheprojectteamandComEd.Thepurposeofthemeetingswastodeveloparapportwiththecondoowners,keepthemapprisedofthecurrentconstructionstatusandtheissuesthatmightaffectthem,anddemonstratehowtheprojectteamwastakingtheirconcernsintoconsideration.Inadditiontothecondominiumsouthofthesite,therewasanexistingsix-storywarehouseonthewesternboundaryofthesitethatwasusedasawinestoragefacilitybysomeofthemajorhotelsintheChicagoarea.Thiswinestoragefacilitywasverysensitivetovibrationandpowerinterruptionsthatcouldruinthewinestoredthere.Allofthesereasons-i.e.,aesthetics,noise,vibration,andpublicperception-madethissiteverychallengingfortheconstructionofanewsubstation.TheProjectTeamwasconcernedwithimpactingtheneighbors,ruiningthewine,andconsequentlydevelopingabadreputationforComEd.B.StateStreetTheStateStreetSubstationwasbuiltonthesiteofanexistingparkinglotlocatedinaresidential/lightcommercialneighborhoodfourteenblocksSouthofdowntownChicago.TheeastboundaryofthesiteistheCTArapidtransitelevatedtrainOrangeandGreenLine,whichwasinserviceduringtheentireproject.TheexistingparkinglothadbeenconstructedonlandreclaimedfromLakeMichiganintheearly1900"s.Theparkinglotwasdemolishedpriortobeginningconstructionofthesubstation.TheproximityoftheCTAelevatedtrainandthesubsurfaceconditionsofthereclaimedlandprovidedchallengesfortheteamthatincludedsignificantdewateringandearthretention.TheconstructionteamalsohadtocontendwithlimitedworkhoursneartheCTAtracksduringheavytraintrafficatrushhour.Thesitefootprintisapproximately300feetby113feet,whichwaslargeenoughtoaccommodateapartially-99- 山城110kV降压变电站设计enclosedsubstation.The30/40/50-MVAtransformerswereinstalledoutdoors,whilethe138-kVGISequipmentandthe13.2-kVindoormetal-cladswitchgearwereenclosedinseparatebuildings.Thesiteconsistsofthefollowingareas:GIsBuildingCableSpace(EL.-14A):Exitandentryof138-kVsoliddielectrictransmissionlinesandtransformerleads.FirstFloor(EL.0ft):AneightbreakerGISringbus,controlandrelaypanels,andacanddcdistributionpanels.13.2-kVSwitchgearBuildingFirstFloor(EL.0ft):Spaceforforty-two13.2-kVcurrent-limitinginductorsatgrade.Thisfloorofthebuildingisopenonthreesidestotheatmosphereallowingtheuseofoutdoor-typeinductors.SecondFloor(EL.18"-8"):Sixty-sevencubiclesof13.2-kV,750-MVA,indoormetal-cladswitchgear,battery,batterychargers,acanddcdistributeonpanelsforstationservice,andHVACequipment.Outdoor(EL.0ft):Four30/40/50-MVAtransformerswithloadtapchangerslocatedin40-footby40-foot,three-sidedvaults,stationservicetransformers,andaCO2tankforfireprotectionofthetwositebuildings.Avaultwasalsoprovidedforafuturefifthtransformer.Foraestheticreasons,noiseabatement,safetyaswellassitesecurity,theentiresiteissurroundedwithaprecastconcretewall.OntheEastandWestsidesofthesite,thepre-castwallalsoservesasthebackwallfortheSwitchgearBuildingandthefrontwallfortheGISBuildingrespectively.Theheightofthewallvariesfrom25"atthetransformersto12"alongtherearoftheproperty.Truckaccesstothesiteisprovidedviatwo,motor-operated,decorativegates.Architecturaltreatmentswereincorporatedintothewalltogivetheexteriorofthefacilitytheappearanceofanattractivecommercialbuilding.Asasignificantcostsavingstotheprojectcomparedtoinstallingmasonryin-place,afactoryinstalledbrickveneerwasusedtoenhancetheappearanceofthewall.ThescopeofworkforthisEPCProjectwastodemolishtheexistingparkinglot,designthenewfacilitytobeconstructed,procureallrequiredequipmentandmaterials(exceptforthe138-kVGISwhichComEdhadalreadyacquired),constructthenewfacility,andinstallandtestalltheequipmentrequiredtomakethesubstationoperational.Theconfigurationofthe138-kVportionofthesubstationconsistsofaneightbreaker138-kVGISring-busforfourlinesandfourtransformerswithspaceprovisionsforaninthbreakertoserveafifth132/13.2-kVtransformer.Theconfigurationofthe13.2-kVsubstationconsistsoftworingsconnectedbyanormallyopen,ringtiecircuitbreaker.Eachofthe13.2-kVringscontainssixbuses,whichsupplyundergroundfeedersandareconnectedbybustiecircuitbreakers.Eachringissuppliedbytwoofthe30/40/50MVA,132/13.2-kVtransformerswiththeoptionofbeingtiedtoafuturefifth30/40/50MVAtransformer.Thesiteisboundedonthenorthbyanexistingfour-storywarehouse,ontheeastbyChicagoTransitAuthority(CTA)elevated(EL)tracks,onthesouthbya16-storycondominiumcomplex,andonthewestby3-storybrickresidences.DuetothecloseproximityoftheELtracks,theCTArequiredthattheirflagmentobepresentforallworkintheairwithinfiftyfeetofthetracksandthatspecialtrainingbeprovidedforthosedoingtheworkinthisarea.Theyalsoimposedatimerestrictionprohibitingworkintheairwithinfiftyfeetofthetracksduringrushhour.-99- 山城110kV降压变电站设计ⅢDESIGNCONSIDERATIONSDespitebeingdifferenttypesofsubstations,theKingsburyandStateStreetprojectssharedsomesimilaritiesindesign.Bothprojectshave30/40/50MVAOA/FA/FA,132/13.2-kVoutdoor"transformersthatwerefurnishedbythesamemanufacturerandbothstationshavevirtuallyidentical13.2-kVswitchgearbusconfigurations.ThesesimilaritiesworkedtomaketherelayingandprotectiondesignofStateStreetmoreefficientbyessentiallyduplicatingwhathadbeendoneontheKingsburyproject.Inaddition,bothstationsutilizedpre-castconcretepanelsforthebuildingmaterial.Pre-castconcreteallowedtheconstructiontoproceedefficientlywhileprovidingapleasingaestheticappearance.Finally,bothstationswereprovidedwithfireprotectionsystemsthatutilizeCO2forfiresuppressiontomeetthebuildingcoderequirementsoftheCityofChicago.Althoughtheysharesomedesignsimilarities,theKingsburyandStateStreetprojectdesignsarequitedifferent.ThemostobviousdifferenceisthatKingsburyisatotallyenclosedstationwhileStateStreetispartiallyenclosed.Assuch,theKingsburyprojectrequiredaventilationsystemcapableofmovinglargevolumesofairfortransformercooling,whileStateStreetdidnotsincethetransformerswerelocatedoutdoors.AnotherdistinctdifferenceisthattheKingsburyprojectdidnotcontain138-kVGIs,becausethisequipmentwasalreadyinstalledintheadjacentGrandsubstation.TheStateStreetprojectrequiredaseparatebuildingtohousethenew138-kV,indoorGIsthatwaspreviouslypurchasedbyComEd.Thesimilaritiesanddifferencesindesignofthesetwosubstationsarediscussedinmoredetailbelow.A.Foundations1):KingsburyThesoilconditionsatthesiteandthefoundationloadingindicatedthatafloatingslabfoundationwouldnotbeadequateforthisbuilding.Piles,stonecolumnfoundations,oraugeredcaissonswouldberequired.Withthevibrationsensitivityofthewinestoragefacilitywestofthissite,drivingpileswasoutofthequestion.FoundationpermitshadtobeobtainedforthisconstructionfromtheCityofChicago,however,theCitywasnotveryfamiliarwithstonecolumnfoundations.Becauseofthetightprojectscheduleandtheanticipateddifficultyinobtainingpermitsforthestonecolumnfoundations,augeredcaissonswereselected.ThesubmittalofinformationtotheCityforfoundationpermittingrequiredthatatleasttwosoilboringsbetakeninthemiddleoftheareaforthenewbuilding.Therewasanexistingwarehouseonthesubstationsiteyettobedemolished,andundernormalconditions,soilboringswouldnotbetakenuntilthedemolitionwascompleted.However,theprojectscheduleandthetimerequiredfortheCitytoissueafoundationpermitdidnotallowwaitinguntilthedemolitionofthebuildingwascomplete.Therefore,arrangementsweremadetohavethesoilboringstakeninsideofthebasementoftheexistingwarehousefacilitybeforedemolitionwasstarted.Thisprocedurewasunusualfornormalsubstationconstruction,butthisprojectwasnotanormalsubstationprojectandtimehadtobegainedwhereverpossible.2):State-99- 山城110kV降压变电站设计ThesoilconditionsattheStateStreetsiteallowedfortheuseofmatslabsforallofthefoundations.ThesoilboringrequirementsforthissitewerethesameasfortheKingsburysite,howeversincethissitewasaparkinglottheboringsweremucheasiertoobtain.However,theconstructionofthefoundationswasfardifferentfromthoseatKingsbury.TheStateStreetsiterequiredthatuptoeightfeetofcontaminatedsoilberemovedalongwithapproximately250,000gallonsofcontaminatedsubsurfacewater.Thiswaterwascollectedintankertrucksandtransportedtoalocationwhereitwaschemicallytreated,filteredandfinallydischarged.TheexistingfoundationsfortheadjacentCTAELtrackswereaboutfivefeetaboveourexcavationandthereforerequiredanearthretentionsystemcapableofpreventingthefoundationsfromslidingintotheexcavation.Asaresultofallthis,theentiresitewascompletelyenclosedbysheeting.Thesheetingrequiredthatdiagonalsupportstruts(rakes)extendintothesite,whichledtoavirtualmazeofsteelthathadtobetraversedtoinstallthebelowgradegroundingandconduitpackages.Thefoundationportionoftheworkwassuccessfullycompletedthankstothecarefullychoreographedactionsofthedesignandconstructionmanagementteam,theexcavatorandtheconcretecontractor.B.TransformerOilContainment1):KingsburyEachofthefour132/13.2-kV30140150-MVAtransformersatKingsburycontainapproximately7900gallonsofoil.Intheeventofatankrupture,theoilmustbecontainedtominimizethepossibilityoffireandtopreventtheoilfromleavingthesiteandenteringthecitysewersystem.Originally,theplanwastouseasingleoilcontainmenttankpipedtofloordrainsineachofthefourtransformercompartments.However,asthedesigndeveloped,itwasdecidedthatthetransformerfoundations,whichextendedfromthecablespaceuptothefirstfloorofthebuilding,werehollowboxestheycouldbeusedfortransformeroilcontainment.Abargratingdrainwasprovidedatoneendofeachtransformerfoundationtoallowforoildrainageintothefoundation.Intheeventofaspill,thefoundationwillneedtobepumpedoutandcleaned.Thisalternativeofnothavingtoprovideaseparateoilcontainmenttankandassociateddrainpipinggainedpreciousspaceinthecabletrainingareaunderthefirstfloorofthebuilding.2):StateThetransformeroilcontainmentdesignfortheStateStreetprojectwasmoreconventionalthanthedesignusedatKingsbury.Theoilcontainmentstructuresareessentiallylargeconcretetubsorpitsthatserveasthematfoundationofthetransformersandthefoundationfortheexteriorprecastwalls.Bycombiningthefiveseparatetransformeroilpitstomaketwolargepits,asignificantdecreaseintheamountofexcavationandconcreteworkwasobtained.Thepitsweresizedtocontaintheapproximately7900gallonsofoilfromonetransformeraswellasacontributionofwaterfromthetransformerdelugesystem.Sincethesepitsarelocatedoutdoors,alloftheaccumulatedwastewaterwillbedischargedintotheChicagosewersystem.Assuch,oilstopvalveswereincludedinthedesigntopreventthedischargeofoilintothesewers.C.Heating,Ventilation,andAirConditioning(HVAC)I):Kingsbury-99- 山城110kV降压变电站设计a):TransformerventilationEachofthefour132/13.2-kVtransformerswaslocatedinaseparatechamberorvaultinsidethebuilding.Thesevaultsposedacoolingproblemsincethetransformersarenormallydesignedtobeinstalledoutdoors.Thetransformersareconventional30/40/50-MVAsubstationtransformersexceptthattheyweresuppliedwithoutoilpumpsorfansmountedontheradiators.Theairflowforthetransformersisdivertedorforcedthroughtheradiatorsbyexternalfansprovidedinthebuilding.Theairflowratesrecommendedbythetransformermanufacturerwere80,000cfmforthefirststageofforcedcooling(i.e.,40MVA),and160,000cfmforthesecondstageofforcedcooling(i.e.,50MVA).Inaddition,thetransformershaveanemergencyoverloadcapacityof150%(i.e.,75MVA);forthisoverloadrating,therequiredairflowratewas250,000cfm.Theseairflowratesareverylargeandrequiredthree75-horsepower,60-inchdiametervaneaxialfansforeachtransformer,whicharelocatedonthemezzaninefloorjustabovethetransformervault.Thefansareoperatedbyvariablefrequencydrives(VFDs)andcontrolledasagroup(threefansforeachtransformer).VFDswereselectedforthetransformercoolingfansinordertoreducetheoperatingnoiselevel.The“conventional”waytooperatethefanswouldbetostartthefirstfanandrunitatfullspeeduntilthesecondfanisrequired,andthenstartthesecondfanandrunitatfullspeeduntilthethirdisrequired.This“startandrunatfullspeedoperatingphilosophygeneratesaconsiderableamountofaudiblenoise.WiththeVFDs,allthreefansarestartedwhencoolingisrequiredandtheyarerunatlowspeeduntiladditionalcoolingisrequired.Thespeedofallthreefansisthenadjustedasaunitandkeptaslowaspossibletominimizethenoiselevel.Eachofthefansisalsoequippedwithasilencerontheoutlettohelpminimizethenoise.Obtaininganddirectingtransformer-coolingairwasalsosomewhatunconventional.Onthewestsideofthebuildingwheretwoofthetransformersarelocated,airintakeacoustical-typelouverswereprovidedalongtheentirewallofeachtransformervault.Asheetmetal“shroud”wasinstalledaroundtheradiatorsofeachtransformertodirecttheairflowfromtheintakeventsthroughthetransformerradiators,throughthetransformervault,andoutthroughexhaustvents.However,thiscouldnotbedoneforthetwotransformerslocatedontheeastsideofthebuildingbecausethenewKingsburystationabutstheGrandStationCISBuilding;SincetheheightoftheCISBuildingisabout20feetlessthanKingsbury,wedecidedthatforeachofthesetransformerswewouldinstallaverticalairintakeplenumtorunalongtheeastwallofKingsburybetweenthetransformervaultandanintakepointjustbelowtheroofontheeastfaceofthewall.Thesheetmetal“shroud”installedaroundtheradiatorsofeachtransformerconnectstotheintakeplenumanddirectstheairflowthroughthetransformerradiators,throughthetransformervault,andoutthroughexhaustvents.b):BuildingHVACThesecondflooroftheKingsburysubstationcontainsthe13.2-kVmetal-cladswitchgearwiththeassociatedprotectiverelayingforthetransformers,13.2-kVbuses,13.2-kVfeederbreakers,13.2-kVcapacitorbreakers,and13.2-kVbustiecircuitbreakers.Thisfloorisair-conditionedviafour,ceiling-mounted,fancoilunits.Theseunitsaresuppliedbytwo,150-toncoolingtowerunitsandfive,30-tonwater-cooledcondensingunits.-99- 山城110kV降压变电站设计Thethirdfloorofthestationcontains13.2-kVair-core,current-limitingfeederinductorsand13.2-kVmetal-cladcapacitorbanks.Thisfloorisnotair-conditionedbutisventilatedthroughintakeairlouversonthewestwallofthebuildingandfourexhaustfanslocatedontheroof.TheseroofexhaustfansarealsoequippedwithVFDstominimizethenoiselevel.Freshairisprovidedtothebuildingbya40,000-cfm,outdoor,makeupair-handlingunitwithanelectricpre-heatcoilthatisductedtoalllevels.Thisunitislocatedontheroofofthebuilding.Thesecondfloorsupplyairducthasa30-tondirectexpansioncoolingcoil,whichpre-coolsthefreshairthatpressurizesthesecondfloor.DedicatedwallexhaustfansservethebatteryroomandtheHVACequipmentroomthatarelocatedonthesecondfloor.TheHVACequipmentroomcontainsrefrigerationgasmonitoringthatstartstheexhaustfanandprovidesanalarmindicatingleakageofrefrigerant.Tominimizethenoiselevelthattheneighboringcondominiumownerswouldexperience,watercoolingtowerunitswereselectedforairconditioningofthebuilding.Wefeltthatconventionalair-conditioningunits,cyclingonandoffwithtemperature,wouldgenerateconsiderablenoiseandirritatetheneighbors.ThecoolingtowersselectedareprovidedwithVFDstocontrolfanspeedandnoise.Inaddition,thesecoolingtowersarelocatedinaheatedenclosureontheroofofthebuildingtofurtherreducethenoiseandprovidecapabilityofwinteroperationofthecoolingtowers.Theenclosureforthecoolingtowersalsoprovidesvisualscreeningtomaketheviewoftheroofmoreaestheticallypleasing.2):StateBythetimethatStateStreetprojectbegandesign,ComEdhadrevisedtheirphilosophyregardinghaveofurbansubstations.ItwasdecidedthattheStateStreetsubstationwouldnotbeprovidedwithair-conditioning.TheSwitchgearandGISBuildingsatStatewouldbedesignedforamaximumtemperatureof104”Fusingventilationonlyandalimitedamountofventilationduct,withtheunderstandingthatincertaincases(duringveryhotandhumidtimes)thistemperaturemightbeexceeded.Theonlyair-conditioningatthesiteconsistsofasmall,dedicated,panel-mountedair-conditioningunitwithinthepersonalcomputer(PC)cabinetusedforSCADAcontrolandmonitoring.Theheatingandventilation(WV)systemsprovidedatStatearedescribedbelow.a):SwitchgearbuildingThegroundflooroftheSwitchgearBuildingisopenonthreesidesanddoesnotrequireanyHN.Thesecondfloorcontainstwoseparateswitchgearroomsandeachroomhasitsowndedicatedair-handlingunit(AHU)HNsystemthatincludesaheatingcoil,filter,louveredintakeplenumandminimalamountofdischargeduct.Eachroomispressurizedtoanetpositivepressureof1/8”to1/4”w.g.toeliminatedust,dirt,fumes,andinfiltrationfromenteringthearea.Theswitchgearroomsaredesignedtomaintaina104-degreedrybulbtemperatureinsummerandaminimumtemperatureof50degreesFinthewintertimeondesigntemperatureconditiondays.Supplementalheatingisprovidedviawall-mounted,thermostaticallycontrolledunitheaters.Thebatteryroom,locatedonthesecondflooroftheSwitchgearBuilding,isprovidedwithtwo(2)-100%capacity-99- 山城110kV降压变电站设计exhaustfanstomaintainnegativepressurewithintheroombyexhaustingairfromtheBatteryRoomdirectlytotheoutdoors.Oneoutoftwooftheexhaustfansoperatecontinuouslytomaintainanegativepressureintheroom.Thefansareautomaticallyalternatedonaweeklybasistoensurethatbothfansremainfunctional.Eachfanoperationissensedandcontrolledelectricallyatthemotorstarter.Ifoneofthefansfailsacurrentmonitoringdevicesensesthisfailureandstartsthealternatefan.Ifafanshouldfail(stoprunning)orfailtostart,asignalissenttotheSCADAsystemtoalarmamalfunction.VentilationairfortheBatteryRoomisdrawnfromtheswitchgearroom.b):GIsbuildingThisbuildingcontainsalargecommonareathatisphysicallyseparatedintotwoequipmentareas(oneforCISequipmentandtheotherforrelayandcontrolpanels)byaeightfoothighconcretemasonryunit(CMU)blockwall.Thesetwoequipmentareasareconsideredonebeatingandventilatingzone/area.TheHNsystemforthisareaconsistsoftwo-SO%redundantairhandlingunitseachwithaheatingcoil,filter,louveredintakeplenumandminimalamountofdischargeduct.Thespaceispressurizedtoanetpositivepressureof1/8"toW"w.g.Theroomisdesignedtomaintaina104-degreedrybulbtemperatureinsummerandaminimumtemperatureofSOdegreesFinthewintertimeondesigntemperatureconditiondays.Supplementalheatingisprovidedviawall-mounted,thermostaticallycontrolledunitheaters.D.FireProtectionEventhoughtheKingsburyandStateStreetSubstationsareunmannedfacilities,theCityofChicagorequiresthatfireprotectionbeinstalledinallofthebuildings.Percode,allairinletandoutletwallopeningsarerequiredtohave3-hourfirerated,UL-labeledsmokeandfiredampersforisolationofeachfire-protectedarea.ThefireprotectionsystemsinstalledinthebuildingsatKingsburyandStateStreetareverysimilarandconsistoftwofireprotectionsystems-CO2andwater.Eachsystemisdescribedbelow.I):Kingsburya):CO2Duetotheelectricalequipmentlocatedwithinthebuilding,themainfireprotectionsystemutilizesCO2gasthatissuppliedbyastoragetanklocatedinsidethebuildingonthemezzaninefloor.ThebuildingisdividedintotenCO2fireprotectionzonesandeachzoneistriggeredbyheatandsmokedetectorslocatedwithinthezone.TheCityofChicagofirecoderequiresthataspecificconcentrationofCO2gasbemaintainedineachfirezonefor20minutesandthattheCO2systemhasthecapabilitytomakeaseconddumpofCO2gasintothezone.DuetotheneedtomaintainaspecificconcentrationofCO2gasinthefirezone,eachventilationintakelouverandexhaustlouverwasprovidedwithfiredampers(operatedbythefiredetectionsystem)tocloseoffthezoneandminimizeCO2leakage.Thelargeairflowrates(e.g.80,000cfmto250,000cfm)withinthetransformervaultsmakethedetectionandsuppressionofafiresomewhatdifficultintheseareas.Toaddressthisdifficulty,thefollowingoperatingsequencewasadaptedforthedetectionandsuppressionofatransformervaultfire:(1)thefireisdetectedviaacombinationofheatdetectors,smokedetectors,andinfraredsensors,(2)thetransformercoolingfansaretripped,(3)thefiredampersareclosedafterashortdelaytoallowthefantocoastdown,(4)CO2gasisreleased.-99- 山城110kV降压变电站设计FourdifferenttypesofsafetyfeatureswereprovidedwiththeCO2systemtoensuretheprotectionofpersonnel.First,C02-gas-operatedsirenswereprovidedinvariousareasofthebuildingtoprovideawarningbeforethesystemdumpsgasandthesystemisprovidedwithadelaytimertoallowpersonneltoexitthebuildingbeforeCO2gasisreleased.Second,manualcutoffstationsfortheCO2systemwereprovidedoneachfloorsothataspecificCO2zonecanbedisabledwhenmaintenanceisbeingperformedinthatzone.Third,manualCO2releasestationswerealsoprovidedonthefirstflooratthebuildingentrancesothatthesystemcanbetrippedbysomeoneevacuatingthebuildingduringafire.Fourth,oxygen-depletionmonitorswereprovidedinspecificareasofthebuilding,andtheoutputsofthesemonitorsaredisplayedattheentrancetothebuildingtoadvisefireprotectionpersonnelandmaintenancepersonnelifthereisCO2gasinthebuilding.WhenusingCO2gasforfiresuppression,personnelsafetyisalwaysaprincipleconcern.b):SprinklersystemInadditiontotheCO2system,awatersprinklersystemwasprovidedtocoverthestairwells,thefirepumproominthecablespaceonthelowerlevel,andthe"drivethrough"areaonthefirstfloorofthebuilding.SprinklerswereselectedforthestairwellstoprovideasafeexitforpersonnelwithinthebuildingsincetheCO2gasconcentrationinanyfireprotectionzoneissufficienttoasphyxiateanyonecaughtinthezonewhenCO2isreleased.Thesprinkledsystemswillprotectthestairwellareaswhileprovidingabreathableexitintheeventofafire.2):Statea):CO2ThemainfireprotectionsystemutilizesCO2gasthatissuppliedbyastoragetanklocatedoutdoorsatgrade,whichservesboththeSwitchgearBuildingandtheGISBuilding.TheGISBuildingrequiresonlyoneCO2fireprotectionzone,whiletheSwitchgearBuildingwasdividedintofourzones.SimilartotheKingsburydesign,eachzoneistriggeredbyheatandsmokedetectorslocatedwithinthezone,andthefourdifferenttypesofsafetyfeatures(sirens,manualcutoffstations,manualreleasestations,andoxygen-depletionmonitors)wereprovidedwiththeCO2systemtoensuretheprotectionofpersonnel.b):SprinklersystemAwatersprinklersystemwasprovidedtocoverthestairwellsofbothbuildingsaswellasthecablespaceareaoftheGISBuilding.E.AestheticsI):KingsburySincethenewKingsburySubstationBuildingabutstheGrand138-kVGISBuilding,thearchitecturaldetailsoftheKingsburyBuildingwerecarriedoverfromtheGISBuilding.Thebuildingelevationsweretreatedwithbrickandblockandprovidedwitharchitecturallypleasinglouvers.Becauseoftheventilationrequirementsforthebuilding,aconsiderableamountofthesurfaceareaoftheKingsburyBuildingwaslouvered.Uponcompletionofconstruction,thenorthsideoftheKingsburyBuildingandtheGISBuildingwerelandscapedtosatisfycitypermitrequirementsand-99- 山城110kV降压变电站设计produceapleasingandunifiedappearance.2):StateWhilethenewStreetSubstationdidnothaveanyexistingbuildingsdirectlynexttoittoimitate,theCitywantedthenewsubstationtofitinwiththegeneralsurroundings.Thecommunity,whichhasrecentlyseenalargeresidentialgrowth,didnotwantanindustriallookingfacility,andforsecurityreasons,ComEddidnotwantthestationtolooklikeasubstation.Becauseoftheseissues,anarchitectwashiredtodevelopseveralalternativesforthelookofthenewsubstation,whichwouldmeettherequirementsoftheCity,ComEd,andthecommunity,whilekeepingcoststoaminimum.Itisworthnotingthatthetimerequirementsforthisprocesscanbeextensive.Onanotherrecentproject,thecity"saestheticreviewandapprovalprocesstookafullyearforallpartiestoagreeonthefinal"look"oftheproposedsubstation.Thisisaconsiderationthatmustbeaddressedwhenbeginninganynewprojectinaurbanarea.F.PermittingKingsbury&StateInmostmajorurbanareas,permittingcanbeamajorissuetodealwithfromatimestandpoint.Chicagoisnoexception.TheCityhascooperatedinassistingourteam,sincetheyunderstandtheneedforthenewinfrastructure.Despitethehelp,therearestillbottlenecksthatoccurinthesystemandampletimemustbegiventothisprocess;ourdesignteambaslearnedtoexpecttheunexpectedandtoallowsufficientcontingenciesintheprojectschedule.Forexample,afteronereviewoftheKingsburyprojectwiththecity,weweretoldtolowerthebuildingheightinordertomeetcommitmentsmadebythecitytotheneighborhoodcommunity.Onanotheroccasion,adiscrepancyinthepropertyboundariesrequiredthatwereducethewidthoftheentirebuilding.G.ProtectiveRelayingandControls-BothStationsTheprotectiverelayingforbothsubstationsutilizedifferentialandovercurrentprotectiverelayingschemesthatemploymicroprocessor-basedrelays.Controlandstatusofthefeedercircuitbreakersandmonitoringoftheanalogquantitiesforthefeederswasaccomplishedthroughtheprotectiverelaysandcommunicationprocessors.Controlandstatusofthebustiecircuitbreakers,andthecapacitorbankswitchingdevices;andcontroloftheloadtapchangersonthe30/40/50-MVAtransformerswasaccomplishedviaaprogrammablelogiccontroller(PLC)basedsupervisorycontrolanddataacquisition(SCADA)system.H.ConclusionsTheprojectswerecompletedontimeandunderbudget.Thesubstationneighborswerepleasedwiththeappearanceofthesubstations,andtheCityAldermanevenparticipatedintheribbon-cuttingceremonyfortheKingsburysubstation.Basedonthemagnitudeandtimekameoftheprojects,itseemedlike"MissionImpossible."However,MissionImpossiblewastransformedintoMissionPossible,duetothefollowingfactors:Acapableandexperienceddesign/constructprojectteam.AnAlliancebetweentheContractor/engineerteamandtheownertoworktogetherforthebenefitofbothparties.Acommitmentfromallpartiestoworktogetherto"makeithappen."-99- 山城110kV降压变电站设计Anabilitytorollwiththepunchesandaccommodatechanges.Continuouscoordinationofallprojectparticipants.Controlofdemolitionactivitiesassociatedwiththeprojects.Awarenessoftheneighbors"sensitiveissues.Anactiveefforttocommunicateinformationonallprojectactivitiestotheneighbors.ThenewKingsburyandStateSubstationsareintegralpartsofComEd"srobusttransmissionanddistributionsystem,supplyingreliablepowerinthecentralbusinessdistrictofChicago.-99- 山城110kV降压变电站设计附录2图纸A2.1电气主接线图A2.2电气总平面布置图A2.3110kV主变进线断面图A2.435kV出线间隔断面图A2.5避雷针布置及保护范围图A2.6主变主保护电流电压回路图A2.7主变主保护控制及信号原理图A2.8主变高压侧电流电压回路图A2.9主变高压侧控制及信号原理图-99-'