220kv变电站设计毕业设计论文

'电气与电子信息学院毕业设计说明书题目220kV降压变电站电气一次部分设计专业：电气工程与自动化年级：2013级学生：学号：312013xxxxxxxxx指导教师：王萌完成日期：2017年5月25日 220kV变电站电气部分设计摘要：本文是对220kV变电站进行电气部分的总体设计与综合规划。分析了相应的原始资料后，整理其相关数据，分别确立了220Kv，110kV以及10kV电压侧的主接线形式，使其满足电网稳定安全运行的基本条件。再根据负荷的数据确定其主变压器型号，台数与容量等。得到各元件的参数之后，再进行相应的网络简化，选择各电压侧的短路点进行短路电流计算，再根据最终的计算结果来选择和校验电气设备。同时本次设计简单的进行了相应的防雷接地设计以及配电装置的设计，最后再绘制了电气主接线图关键词:220kV，变电站，电气主接线，电气设备选择Abstract：Thispaperistheoveralldesignandcomprehensiveplanningoftheelectricalpartofthe220kVsubstation.Therawdatawereanalyzedtoextracttherelevantdataneededforthedesign,confirmedthemainconnectionformof220kV,110kV,35kVandtheelectricalsubstationmainconnectiontomeettherequirementsofreliability,flexibilityandeconomy.Accordingtotheloaddata,itdeterminestheunits,capacityandthemodelofthemaintransformerandtheparametersofeachelement.Bytheequivalentnetworksimplification,choicethepointsofshort-circuitandcalculatethecurrentofshort-circuit,thecalculationresultsasabasisforselectionofcircuitbreaker,transformer,busandotherelectricalequipment;Thispaperhascarriedonthesimpleintroductionandtheanalysistothelightningprotectiongroundingandthedistributionunit,finallyhascarriedontheelectricalmainwiringdiagramdrawing.Keywords：220kV,substation,electricalmainwiring,electricalequipmentselection 目录1.前言11.1选题背景11.2国内外研究现状11.2.1国内研究动态11.2.2国外研究动态11.3本文研究内容22.原始资料32.1站址地理位置介绍32.2建设性质和规模32.3负荷侧预测表33.电气主接线43.1主接线设计原则43.2主接线设计的基本要求43.3电气主接线的选择比较53.4电气主接线的最终方案选择84.主变压器的选择94.1主变压器的选择原则94.2主变压器的确定94.3主变压器的型号参数114.4站用变压器的选择115.短路电流计算135.1短路的类型135.2短路电流计算目的135.3短路电流计算方法135.4云南元阳拟建变电站的短路电流计算书145.4.1变电站短路电流计算条件基本假定145.4.2基准值选取145.6.3短路等值网络绘制15 5.6.4各元件参数标幺值计算165.6.5220kV母线短路电流计算185.6.6110kV母线短路电流计算205.6.710kV母线短路电流计算225.8短路电流计算结果236.导体和电气设备的选择246.1高压断路器和隔离开关的选择和校验246.1.1220kV侧断路器、隔离开关的选择和校验256.1.2110kV侧断路器、隔离开关的选择和校验286.1.310kV侧断路器、隔离开关的选择和校验306.2电流互感器、电压互感器的选择与校验336.2.1220kV侧电流互感器、电压互感器的选择和校验346.2.2110kV侧电流互感器、电压互感器的选择和校验366.2.310kV侧电流互感器、电压互感器的选择和校验376.3导体的选择和校验396.3.1220kV侧母线选择和校验406.3.2110kV侧母线选择和校验416.3.310kV侧母线选择和校验426.4电气设备选型汇总437.配电装置447.1对配电装置的基本要求447.2配电装置的类型447.3.1屋外配电装置447.3.2屋内配电装置457.4此次设计配电方式的采用458．防雷保护设计与接地设计468.1防雷保护设计468.2避雷器的选择与校验468.2.1220kV侧避雷器的选择和校验47 8.2.2110kV侧避雷器的选择和校验488.2.310kV侧避雷器的选择和校验488.3避雷针的配置498.4接地499.结论5110.总结与体会5211.谢辞（致谢）5312.参考文献54附录1.外文资料翻译 1.前言1.1选题背景从改革开放至今，在我国综合国力不断提高的背景下，整个城镇居民的生活质量也越发提高，随之其城镇地区的人均用电量也是在不停地迅猛增长中。我国初期所建设成的变电站的总体容量早已不能适应如今飞速发展的经济状况所导致的电能需求的大幅度增量。为解决供电量的问题，其重要的针对方法便是新建变电站。本课题所拟建的220kV变电站将会为所建地云南元阳带来积极的经济增长。在居民以及企业电能需求如此大的情况下，做到让电能能够有效安全的传输，供电质量的提高以及大电网的并列运行进行电能输送，以及对于自动化技术的进一步提升的空间都是如今建设变电站所需要一步步考虑的问题。因此，如何合理的设计一个在技术和管理上能同时适应电力市场化体制和竞争需要的变电站，是这次设计的主要目的。所以，我借助于这次毕业设计的机会，选择《220kV变电站电气一次部分设计》这个课题作为研究方向，不管是对我个人还是社会都具有非常重大的意义。1.2国内外研究现状1.2.1国内研究动态现阶段而言，对于变电站典型方案的总体设计与规划是我国研究的主要方向。在研究的过程中，对于以往已经建成的变电站进行评估与类比，在进行组合，最后制作出典型方案，并且进行相应的优化项目，最后能够满足整个电网的总体建设水平与供电能力。对于标准化的较高要求，将其典型设计与我国如今的技术与管理相互结合，统一技术标准与工程的流程，一边降低建设成本，一边加快建设的总体进度，提高了工程的总体效应。全国统一的联合电网是我国今后发展的目标。1.2.2国外研究动态 在国外，有一些国家的经济发展一直处于一种十分缓慢的进程，其中的一部分原因与电能的极度紧张是密不可分的。电力资源的紧张使得工厂企业的生产变得缓慢，也就阻碍了总体经济的增长。因此为了满足国民用电的需求，这些国家采用各种方式例如提高电压来降低电能的损耗。而一些发达国家正是由于对于电能的高度重视，不断的提高电能的质量以及输送能力，不断地提高变电站的灵活性，其经济也随之发展迅速。1.3本文研究内容本文基于拟建于云南元阳的220kV变电站向城市近郊供电的原始资料，着重对电气一次部分进行研究和设计。设计重点在以下几个方面:（1）选择变电所主变的相关类型。（2）绘制适合实际的变电所的电气主接线方案，并选择一个较佳方案。（3）进行短路电流计算。（4）根据短路计算得出的结果所需的电气设备和导线进行选型和校验。（5）进行配电装置的相关设计。（6）进行防雷保护规划设计以及接地系统的设计。本课题的框架结构，见图1.1。图1.1本论文的整体研究思路 2．原始资料2.1站址地理位置介绍拟建的220kV变电站位于云南元阳，建成后主要为开发区绿春县，元阳县提供电力供应。对元阳地方经济增长产生积极作用。本工程区属于南阳地区的浅丘地貌，地势较为平坦，交通较为方便。2.2建设性质和规模.待建的云南元阳的220kV变电站的电源，是有由双回的220kV线路送到变电站；在本所的220kV侧母线，向负荷处输送出3回线路。110kV侧母线共向负荷输送出2回线路；10kV侧母线共向负荷处输送出12回线路。电压等级：220/110/35kV2.3负荷侧预测表表2.1110KV用户负荷统计资料负荷最大负荷（）回路数同时率炼钢厂400000.9520.85表2.210KV用户负荷统计资料负荷最大负荷（）回路数同时率生活园区27000.9520.85商业街10000.9520.85汽车厂23000.9520.85自来水厂27000.9520.85炼油厂13000.9520.85饲料厂37000.9520.85 3．电气主接线3.1主接线设计原则电气主接线方案的设计与选择是变电站电气设计所需要考虑的首要部分，同时也是电力系统正常运行不可缺少的关键阶段。在设计电气主接线时，待建的变电站在电网中的主要作用和综合性的地位是需要在建设变电站前所要思考的，而变电站整体的建设规模将决定变电站以后多年的供电效应与可提高的能力，设计时也需要考虑到变电站的重要负荷与本身所带的负荷、系统备用容量大小、甲方对乙方的相关技术要求等，然后基于这几点进行综合设计判定。参照变电站所在地区电力系统未来5~10年发展规划以及该变电站未来所接负荷的特性，按照业主提供电力系统接线图进行综合设计。一、主接线设计依据1.变电站的相关分类变电站按其重要性可分为三类。（1）系统枢纽变电站。其电压等级通常为330kV~500kV，在一般情况下有多个大型电源。（2）地区重要变电站。其电压等级通常为220kV~330kV。（3）一般变电站。此类的变电站电压等级通常为110kV。一般为分支变电站。2.变电站的整体建设规模变电站的整个建设的规模的设计与论证主要是参考其所在地区电力系统的5~10年相关的发展规划。在考虑到该地区的经济因素的前提条件下，一般将装设两台主变压器。而装设3~4台主变压器一般用于330kV~500kV系统枢纽变电。3．系统备用容量大小对于有装设了多台主变压器而共同运行的变电站而言，当其中一台发生事故被继电保护装置切除或周期性停运检修时，剩下的主变压器容量可以至少承担该站所接负荷的70%，在计及整个变电站发生随机事故概率的情况下都必须保证对Ⅰ类负荷的供电和尽可能保障Ⅱ类负荷的电力供应。3.2主接线设计的基本要求一、可靠性 在电能生产、传输和分配的整个流通环节中首先应当满足供电的可靠性，这是变电站是否正常的安全稳定运行的前提条件。主接线可靠性的具体要求为：（1）尽量能够避免变电站全部停运解列这种恶性事故发生。（2）检修时能保证电力供应。二、灵活性主接线的设计所要求的灵活性是指在变电站建成之后能够更为便捷方便的对它进行周期性检修。同时，能够满足为增加当地经济增长而必要的扩建计划。（1）检修必须安全迅速的停运相关的电气设备，同时依然保证对当地进行安全稳定的电力供应，使得当地的发展不会因此受到影响。（2）能够完成灵活调度。保证安全快速的投入或切除相关的电气设备。同时能够按照基本要求或者计划迅速的使变压器进入到另一运行状态。（3）能够安全的过渡到最终的接线设计方案。在不增加停电时间或不影响对负荷的连续供电情况下，投入新的变压器。同时，在工程结束后还应做到新的电力网的稳定运行，并且能够在扩建的整个过程中尽可能的缩小相关人员的工作量。三、经济性主接线在满足相对较高的可靠性和灵活性的前提下，尽量做到具有良好的经济效益、节约建设施工成本以及后期的扩建成本，力争做到经济效益最优化。3.3电气主接线的选择比较方案一：侧采用双母线带旁路母线接线；和侧采用单母线分段接线。其主要优点是：双母线接线易于变电站相关负荷侧的平衡扩建，并且可以采用成套的配电装置，外带旁路母线极大的提高了供电可靠性，能保证在220kV侧停电或检修的时候能够保证持续供电。而剩余的两个电压等级侧的接线方式能够保证在检修而导致行相关电气设备停运时有持续的电能供应，使得云南元阳附近的城镇内的重要负荷能够持续供电，同时在发生故障的时候，能迅速的恢复持续的供电状态，保证周边的经济发展不会因此受到影响。其缺点是：220kV侧的双母线接线待旁路母线的安装，维修，维护的费用过高，操作较为复杂，投资过大。而110kV侧的单母线分段接线的维修和投资也比较大，后期不易扩展。方案一简图，如图3.1。 图3.1主接线方案一方案二：侧采用双母线接线；和侧采用单母线分段接线。其主要优点是：220kV运行过程过程供电较为单母线接线可靠，调度较为灵活，即为一组母线运行时另一组母线备用。而剩余的两个电压等级侧的接线方式的优点如方案一所诉。其主要缺点依然是是：其安装，维修，维护的费用过高操作较为复杂，投资过大。方案二简图，如图3.2。图3.2主接线方案二 方案三：采用双母线带旁路母线接线；110kV侧采用单母线带旁路母线接线，侧采用单母线分段接线。其220kV侧以及10kV侧的电气主接线方案的选择的主要的优点和缺点如方案一和方案二所诉。110kV侧的接线方案的优点在方案一中对于单母线分段接线的优点再加上能够极大的提高了供电可靠性，能极大的保障周边经济发展必要的电力供应。而其缺点也很明显，在经济建设这个角度而言依然是需要考虑的，如方案一和方案二指出的一样，对于外带旁路母线的设计，其安装维修的投资与费用都很大，检修的过程也是比较复杂。方案三简图，如图3.3。图3.3主接线方案三方案四：侧为双母线接线带旁路母线；侧采用单母线带旁路母线接线；侧采用单母线分段接线。其主要的优缺点如方案一，方案二以及方案三所诉。方案四简图，如图3.4。 图3.4主接线方案四3.4电气主接线的最终方案选择通过方案一，方案二以及方案三和方案四的优缺点比较，在考虑云元阳拟建的变电站的基本要求和相关设计说明以及地理条件。以及此次设计的220kV变电站在云南元阳起着地区重要变电站的作用，为保证能够积极促进云南元阳周边的经济发展与相关的城镇建设等，其220kV侧应该保证有着较高的可靠性和灵活性，便于今后的扩展。而110kV和10kV侧也应保持一定的可靠性和灵活性，但是有些其负荷不需要24小时持续供电。在故障时近几件不会因为供电中断的原因而对其经济的建设与发展造成相应的损失。因此此次云南元阳的220kV变电站的电气主接线采用方案一，即为220kV侧为双母线接线带旁路母线，110kV和10kV侧采用单母线分段接线。 4.主变压器的选择4.1主变压器的选择原则为了能够有效减少电能在传输过程中的损耗，提高电压等级是一个很好的解决方案，而变压器就很好地扮演了电压等级变化这一角色。一、主变压器容量的选择（1）主变压器容量一般按待建变电站所在地区电网对于未来5~10年的负荷规划进行选择，同时应适当估算未来10~20年后当地经济发展情况以及与之对应的电能需求。（2）变电站所要选择的容量很大程度上是由采用该主变压器的变电站并入系统中的电网结构来决定的。在由多台变压器共同工作的正常供电状态下，当其中的一台变压器因为事故或者检修而停运时，为保证该地区的正常的经济建设与经济发展，因此在此运行状态下，变电站的容量能满足所有接入该系统的负荷对于电能至少的需求。（3）维修是否方便，用品与备件是否适用，标准化以及系列化是否符合要求也是主变压器容量的选择必须要考虑的方向。二、主变压器台数的选择（1）对大城市郊区的变电站，在中、低压侧已经构成环网的情况下，变电站的台数选为两台最为合适。（2）对于地区孤立的变电站或者大型工业专用变电站，在考虑主变台数时，应评估装设三台的可能性。（3）对于规划只装设两台主变的变电站，其容量应按大于变压器容量的1~2级进行设计规划，以便在负荷发展时，更换变压器的容量。4.2主变压器的确定（1）变压器台数的确定首先根据上面所述的关于主变压器台数的选择原则，然后对原始的负荷侧的数据进行预测分析，并且已知本文所设计的220kV变电站为地区重要变电站。通过综合性的分析，此次所设计变电站应装设两台主变压器。（2）变压器容量的确定最大综合负荷的计算公式： （4-1）式中，—各电压侧的最大负荷预测；m—出线回路数；—各出线的自然功率因数；—同时系数，一般取值是在0.8～0.95之间。根据原始数据，同时率取0.85；—线损率，取5%。由原始资料的负荷预测表可知：110kV侧:35kV侧:则总的负荷则最大综合计算负荷考虑到此次设计的变电站应该考虑到5年的规划，其年负荷规划公式：式中，—规划的年数，此处取值为5；因此考虑到此变电站的五年内的规划要求可得根据变压器选择对于容量的要求，考虑到该地区的负荷对于电能的愿景需求，则可以求出其最后的容量：（3）主变压器相数的选择 本次设计中采用三相变压器。三相变压器能够达到高度隔离，同时拥有容易转换的电压抽头，从该地的经济建设考虑，为达到稳定的电能供应，故采用三相变压器（4）主变压器绕组数的选择由于此次云南元阳待建的变电站有三个电压等级220kv/110kv/35kv，因此本次设计应当选择三绕组变压器。（5）主变压器绕组连接方式的选择由《电力工程设计手册》可知，主变压器绕组的连接方式分为两种。即为星形连接以及三角形连接。在考虑主变压器的连接方式时，其变电站的电力系统要求所接入的电网必须和该变电站的连接方式保持一致。4.3主变压器的型号参数根据上述分析结果以及最后的条件计算结果，查阅《电力工程电气设备手册（电气一次部分）》可得，负荷条件的主变压器型号为：SFPSZ10-50000/220技术参数如表4.1所示:表4.1主变压器SFPSZ10-50000/220参数表型号SFPSZ10-50000/220容量（kVA）50000额定电压（kV）高压220±8*1.25%中压121低压11联结组标号YN，yn0,d11损耗(kW)空载46.2负载212.0空载电流0.26%阻抗电压高-中14%高-低24%中-低9%4.4站用变压器的选择站用电的负荷通常在无特殊要求的情况下应该按照0.2%的变电站的总容量和变压站每侧的总负荷来确定，通常设置2台站用变压器相互备用。已知总负荷为：∴ 由于本次设计变电站最低电压等级为10kV，所以可通过一级电压降落选用2台站用变压器。查《电力工程电气设备手册：电气一次部分》，所选站用变压器的型号为SL7-400/10。技术参数如下:表4.2站用变压器SL7-400/10参数表型号SL7-400/10容量（kVA）400额定电压(Kv)高压10低压0.4联结组标号YN，yn0损耗(W)空载980负载5800空载电流3.2%阻抗电压4% 5.短路电流计算5.1短路的类型在电力系统中的一般简单的短路故障可以分为四种类型：三相短路、两相短路、两相短路接地以及单相接地短路。在实际运行中得出结论，单相接地短路发生的可能性是最大的，大概占了70%左右；而两相短路相对少一点，三相短路发生的概率是最少的，但是三相短路发生的概率虽然是最少的，但是其后果却很严重，所以应该要有足够的重视。5.2短路电流计算目的（1）通过其计算结果可以进行高压电器的选择。（2）短路电流计算得出的计算结果和结论是进行继电保护装置设计的必要数据。（3）确定中性点接地方式。（4）通过最终的计算结果进行分析，可以得到限制短路电流的相应措施以及电气设备的保护措施。。5.3短路电流计算方法短路电流的相关计算主要是进行三相短路的计算。导体以及电气设备的选型也是通过三相短路电流计算的结果所得的。在进行短路电流计算时，先假设个电压等级侧发生三相短路，用符号d在相应的位置进行标注。同时在选取基准值之后对电气设备进行正序阻抗的计算，整个过程均采用标幺值的标注方式，并且绘制出简化的正序电抗图以用来使计算更为简便。然后以每个标注d点处单独发生短路故障作为前提条件按照各个元件的正序阻抗计算公式进行最核心的计算步骤。最终将得到每个短路点相应的短路电流以及冲击电流。 5.4云南元阳拟建变电站的短路电流计算书5.4.1变电站短路电流计算条件基本假定（1）系统发生短路的过程中各个电机之间不发生摇摆。对于短路点，其计算所得出的电流数值稍稍偏大些。（2）在相应的短路电流计算过程中，视各元件的参数保持不变，便于计算。（3）在实际的电力系统运行时，每相之间存在过度电阻。在此次的短路电流计算过程中，把这种过渡电阻等于0。（4）在整个短路电流计算过程中，需要进行计算的元件或设备只需要考虑它本身的阻抗，忽略其他设备对它产生的影响。并且用于计算的元件或设备用纯电阻表示。5.4.2基准值选取查阅《电力工程电气设计手册》可知不同电压等级下常用基准值如表5.1和5.2所示。由表5.1、5.2可知，选取的基准容量=100MW；选取的基准电压=230kV、=115kV、=10.5kV表5.1常用基准值（常用基准值=100MW）基准电压（kV）3.156.310.515．751837基准电流（kA）18.339．165.503.673.211.56基准电抗（Ω）0.09920.3871.102.483.2413.7表5.2常用基准值（常用基准值=100MVA）基准电压（kV）63115162230345525基准电流0.9160.5020.3560.2510.1670.11 （kA）基准电抗（Ω）39.7132262529119027565.6.3短路等值网络绘制拟建的云南元阳220kv变电站的系统接线图如下图5.1所示。图5.1原始资料系统接线图根据云南元阳的系统接线图可以得到相应的短路等值正序电抗图。如图5.2所示。 图5.2短路等值正序电抗图其中，～，为电源的正序阻抗；～为架空线路的正序阻抗；～为双绕组变压器的正序阻抗；～,～为三绕组变压器的正序阻抗；d1点为220kV侧短路点，d2点为110kV侧短路点，d3点为10kV侧短路点。分别对d1,d2,d3点进行短路电流计算。5.6.4各元件参数标幺值计算（1）架空线路：其线路的电抗标幺值计算公式：(5-1）当计及80kM的线路时，故同时，取；；因此 同理可推得；；；；；（2）发电机：发电机电抗标幺值计算公式：(5-2）当计及60WM的发电机容量时，取；；因此同理可推得；；（3）双绕组变压器双绕组变压器电抗标幺值计算公式：(5-3）当计及65WM的变压器容量时，取；因此同理可推得；（4）三绕组变压器三绕组变压器的参数公式为：(5-4） 根据所选的主变压器型号SFPSZ10-50000/220，可知通过上述公式可得出：三绕组变压器的电抗标幺值计算依然可根据公式(5-3)可求出：由上述计算已经得到各个电气元件相应的电抗标幺值，故作出带标幺值数值的正序阻抗图，如图5.3所示图5.3短路等值正序电抗图5.6.5220kV母线短路电流计算当220kV侧的d1点发生三相短路后，其化简的正序阻抗图如图5.4所示。 图5.4正序阻抗图（1）将，，通过星形与三角形之间的变换后，网络化简后得到相应的转移电抗，其最后得出的短路阻抗图如下图5.5所示。图5.5正序阻抗图由图可知，；；（2）在求得其转移阻抗后，需要求得计算220kV侧的短路电流所需的各个电源的转移阻抗，其通过计算阻抗获得转移阻抗的公式为：(5-4）通过（1）求出的转移阻抗值可以得出：；；（3）查询计算曲线数字表，等到相应的短路周期电流的标幺值。查表过程中，本次云南元阳拟建的变电站所涉及到的三个电源均由汽轮机进行供电。通过《电力系统分析理论（第二版）》的附录，将查表结果做表5.3。表5.3汽轮发电机计算曲线数字表 0.41312.6172.0832.1720.66691.4931.5501.7440.48092.2011.9192.055（4）计算短路电流有名值。首先先计算短路电流的基准值。计算过程如下所示：由于汽轮机的短路周期电流成衰减趋势，因此冲击电流以及最大短路容量都应该考虑0S的时刻。因此可求出0S时的短路电流有名值为根据所求出的0S时刻的短路电流有名值，可以通过相应的公式求出冲击电流和短路容量。其公式如下：(5-5）(5-6）可计算出相应的结果：，其中取值为1.85.6.6110kV母线短路电流计算当110kV侧的d2点发生三相短路时，其化简的正序阻抗图如图5.6所示 图5.6正序阻抗图（1）将，，通过星形与三角形之间的变换后，将得到的和合并得到新的电抗。再将和以及进行网络化简后得到相应的转移电抗，其最后得出的短路阻抗图如下图5.7所示。图5.7正序阻抗图由图可知，；（2）在求得其转移阻抗后，如220kV侧短路一样需要计算其转移阻抗，通过计算转移阻抗的公式(5-4）可以得出：；当时，可以近似的认为其短路电流的周期幅值已经不随时间的变化而变化，因此可以直接运用短路周期电流的标幺值。其计算过程如下： （3）先计算110kV侧的短路电流的基准值。计算过程如下所示：然后对短路电流周期分量的有名值计算：根据求出的短路电流有名值，对其进行短路冲击电流和短路容量的计算，根据公式（5-5）以及（5-6）可得：5.6.710kV母线短路电流计算当10kV侧的d3点发生三相短路时，其化简的正序阻抗图如图5.8所示:图5.8正序阻抗图（1）整个计算过程与110kV侧的短路电流计算方法与步骤一致，通过对电抗图的网络化简得到计算的最终结果：；计算转移阻抗的结果：； （2）当时，可以近似的认为其短路电流的周期幅值已经不随时间的变化而变化，因此可以直接运用短路周期电流的标幺值。其计算过程如下：（3）先先计算10kV侧的短路电流的基准值。计算过程如下所示：然后对短路电流周期分量的有名值计算：关于其相对应的短路冲击电流和短路容量的计算，根据公式（5-5）以及（5-6）可得：5.8短路电流计算结果本变电站短路电流计算结果表，如表5.4所示。表5.4短路电流计算结果表短路电流点（kA）（kA）（kA）（kA）（kVA）d115.814.015.140.26294.3d23.53.53.58.9697.2d326.126.126.166.4474.4 6.导体和电气设备的选择在本次云南元阳拟建的220kV的变电站的设计中，对导体和电气设备的选择是对提升云南元阳的经济发展的一个系统工程，也是电气总体设计的重要内容。变电站的可靠运行，电网的对用户的提供的电能质量的保证以及电力系统运行的安全性都取决于导体的电气设备的有关选择。为了让所选的电气设备与导体能够长期处于正常的安全稳定的运行状态，其选型必须具备拥有较高的可靠性及经济性。在通过额定电压，额定电流以及环境因素对其设备等选型结束后，必须对三相短路条件下的校热稳定性和动稳定性进行校验。此次拟建的220kV变电站设计中的导体和电气设备选型包括：高压断路器和隔离开关的选型、电流和电压互感器的选型，导体的选型。并对所选导体和部分电气设备进行校热稳定性和动稳定性校验。6.1高压断路器和隔离开关的选择和校验高压断路器以及隔离开关对于电力网或者电力系统的稳定运行而言，都是主系统中及其重要的开关电器。在对高压断路器和隔离开关进行设备选型的时候，所选设备应满足平时正常运行、周期性检修维护、发生事故短路以及出现过电压情况的各种运行要求，同时应结合该地区环境条件和远景规划综合考虑。最终所选择的高压电器应是便于安装调试和维护，且具有较好的经济性。给出相对应的技术条件，根据《电力工程电气设备手册（电气一次部分）》以及所搜集的近期一些220kV变电站设计资料，对高压断路器以及隔离开关进行选择并进行相对应的校验。高压断路器选择的技术条件：（1）额定工作电压(6-1)（2）额定工作电流(6-2)（3）额定开断电流(6-3) （4）额定关合电流(6-4)（5）热稳定校验(6-5)（6）动稳定校验(6-6)式中—电网的额定电压；—电网的最大负荷电流；—短路电流有名值；—短路冲击电流；隔离开关由于不具备灭弧装置，故不能用来开断和接通负荷电流以及短路电流。因此，不对开断电流和关合电流进行校验，隔离开关的额定电压、额定电流选择和热稳定性、动稳定校验和断路器一致。6.1.1220kV侧断路器、隔离开关的选择和校验一、断路器的选择和校验（1）断路器的选择变电站220kV侧的为变压器的总量总和，故故流过断路器的最大持续电流故额定工作电压额定工作电流额定开断电流 额定关合电流根据上述计算比较结果，查《电力工程电气设备手册（电气一次部分）》，选择满足要求的高压断路器的型号为LW12-220，技术参数如下表6.1：表6.1LW12—220技术参数表型号额定工作电压（kV）额定工作电流（A）额定开断电流（kA）额定闭合电流（kA）LW12-220220200040100型号热稳定电流（kA）动稳定电流（kA）额定开断时间（s）固有分闸时间（s）4SLW12-220401000.030.03（2）断路器的校验热稳定校验：设主保护动作时间，后备保护动作时间。同时根据表6-1数据，得额定开断时间，固有分闸时间。故短路时间因为，因此不计非周期热效应。则短路电流的热效应等于周期分量的热效应。其周期分量热效应的公式为(6-7)根据公式（6-7）可得：同时根据表6-1数据，得 因为，所以满足热稳定校验。动稳定校验：根据表6.1数据得。由拟建的变电站的220kV侧的短路计算结果得。因为，所以满足动稳定校验。二、隔离开关的选择和校验（1）隔离开关的选择流过断路器的最大持续电流故额定工作电压额定工作电流根据以上条件，选择满足要求的隔离开关的型号为GW4—220，其技术参数如下表6.2：表6.2GW4—220技术参数表型号额定工作电压（kA）额定工作电流（A）热稳定电流（kA）动稳定电流（kA）4SGW4—2202206001450（2）隔离开关的校验热稳定校验：根据表6-2数据，得 因为，所以满足热稳定校验。动稳定校验：根据表6.2数据，同时可知所以满足动稳定校验。6.1.2110kV侧断路器、隔离开关的选择和校验（1）断路器的选择变电站110kV侧的应取该侧的负荷综合，根据原始资料，其负荷总和为40000kW，因此。故流过断路器的最大持续电流额定工作电压额定工作电流额定开断电流额定关合电流根据上述计算比较结果，查《《电力工程电气设备手册（电气一次部分）》》，选择的满足要求的高压断路器的型号为LW11-110，技术参数如下表6.3：表6.3LW11—110技术参数表型号额定工作电压（kV）额定工作电流（A）额定开断电流（kA）额定闭合电流（kA）LW11-110110160031.580 型号热稳定电流（kA）动稳定电流（kA）额定开断时间（s）固有分闸时间（s）3SLW11-11031.5800.050.04（2）断路器的校验热稳定校验：设主保护动作时间，后备保护动作时间。同时根据表6.3数据，得额定开断时间，固有分闸时间。故短路时间因为，，因此不计非周期热效应。则短路电流的热效应等于周期分量的热效应。其周期分量热效应为同时根据表6.3数据，得因为，所以满足热稳定校验。动稳定校验：根据表6.3数据得。由拟建的变电站的110kV侧的短路计算结果得。因为，所以满足动稳定校验。二、隔离开关的选择和校验（1）隔离开关的选择 流过断路器的最大持续电流故额定工作电压额定工作电流根据以上条件查手册，选择的满足要求的隔离开关的型号为GW4—110，其技术参数如下表6.4：表6.4GW4—110技术参数表型号额定工作电压（kA）额定工作电流（A）热稳定电流（kA）动稳定电流（kA）4SGW4—1101106302050（2）隔离开关的校验热稳定校验：根据表6.4数据，得因为，所以满足热稳定校验。动稳定校验：根据表6.4数据得。同时可知所以满足动稳定校验。6.1.310kV侧断路器、隔离开关的选择和校验（1）断路器的选择 拟建的变电站10kV侧的也应取该侧的负荷综合，根据原始资料负荷侧统计，其负荷总和为40000kW，因此。故流过断路器的最大持续电流额定工作电压额定工作电流额定开断电流额定关合电流根据上述计算比较结果，查《电力工程电气设备手册（电气一次部分）》，选择的满足要求的高压断路器的型号为ZN-10/1250-31.5，技术参数如下表6.5：表6.5ZN-10/1250-31.5技术参数表型号额定工作电压（kV）额定工作电流（A）额定开断电流（kA）额定闭合电流（kA）ZN-10/1250-31.510125031.580型号热稳定电流（kA）动稳定电流（kA）额定开断时间（s）固有分闸时间（s）2SLW11-11031.5800.30.06（2）断路器的校验热稳定校验：设主保护动作时间，后备保护动作时间。同时根据表6.5数据，得额定开断时间，固有分闸时间。故短路时间 因为，因此不计非周期热效应。则短路电流的热效应等于周期分量的热效应。其周期分量热效应为同时根据表6.5数据，得因为，所以满足热稳定校验。动稳定校验：根据表6.3数据得。由拟建的变电站的10kV侧的短路计算结果得。因为，所以满足动稳定校验。二、隔离开关的选择和校验（1）隔离开关的选择流过断路器的最大持续电流故额定工作电压额定工作电流根据以上条件查手册，选择的满足要求的隔离开关的型号为CN2-10/110，其技术参数如下表6.6：表6.6CN2-10/110-220技术参数表型号额定工作电压（kA）额定工作电流（A）热稳定电流（kA） 动稳定电流峰值（kA）5SCN2-10/1101010004080（2）隔离开关的校验热稳定校验根据表6.6数据，得因为，所以满足热稳定校验。动稳定校验：根据表6.6数据得同时可知所以满足动稳定校验。6.2电流互感器、电压互感器的选择与校验互感器是属于电力系统中的一种传感器，它主要是在电力系统之中通过测量仪表，继电保护设备等二次设备来获取电气一次回路的信息。互感器将大电压以及大电流按照比例转换成低电压以及小电流。互感器的一次侧接在一次系统，而它的二次侧则接在测量仪表和机电保护装置上。互感器的每一个二次绕组都必须存在一个较为可靠的接地，通过此来防止绕组间绝缘损坏而造成的二次部分长期存在的电压，并一次可靠的接地来保证工作人员在进行相应的测量工作或者接触机电保护设备时的安全。互感器主要包括电流互感器和电压互感器两大类。它们在结构上主要都是电磁式的，在电力系统中被广泛的采用。电流互感器的选择：（1）瓷绝缘或者树脂浇筑绝缘结构的电流互感器适用于3～20kV的屋内配电装置；油浸磁箱式的绝缘结构的独立电流互感器适用于35kV及以上的配电装置。 （2）当一次侧的电流比较小（400A以下）宜优先采用一次绕组多匝式；220kV及以上电压等级其二次侧的额定电流宜采用1A。强电系统二次侧的额定电流均采用5A。（3）其一次侧的额定工作电压和额定工作电流满足：；（4）关于准确度等级和额定容量的选择。首先，互感器的准确度等级不得低于其所供测量仪表的准确度等级。其0.2级准确度适用于大容量发电机和变压器或电网以及供电企业之间的电能交换等。0.2～0.5级的准确度适用于装于重要回路中的互感器；0.5～1级一般用于小容量的负荷或者100MW以下发电机组的厂用电。电流互感器校验的技术条件：；电压互感器的选择：（1）浇筑式或者油浸式电压互感器一般满足于6～35kV的屋内配电装置；电容式互感器或者油浸式电压互感器一般满足于110～220kV的配电装置；电容式互感器一般为550kV的配电装置。（2）二次侧电压应满足：（3）其准确度等级以及额定容量的选择与电流互感器的等级等级和额定容量的选择一致。6.2.1220kV侧电流互感器、电压互感器的选择和校验一、电流互感器的选择和校验(1)电流互感器的选择额定工作电压额定工作电流根据以上的条件，选择油浸磁箱式的绝缘结构的独立电流互感器，由于云南元阳的220kV变电站220kV侧是安装在户外的中型配电装置，属于重要回路，因此选择0.2～0.5级准确度，选出符合要求的电流互感器型号LCWB-220,详见表6.7表6.7LCWB-220电流互感器参数表 型号额定电流比（A）次级组合准确级次10%倍数热稳定电流（kA）动稳定电流（kA）二次负荷倍数（倍）3SLCWB-2202600/5B/B/B/0.20.240VA1540100（2）电流互感器的校验热稳定校验：与断路器和隔离开关的热稳定校验方式一致，先求其周期分量热效应：同时根据表6.7数据，得因为，所以满足热稳定校验。动稳定校验：根据表6.7数据得。由拟建的变电站的220kV侧的短路计算结果得。因为，所以满足动稳定校验。二、电压互感器的选择由于现在要选择的是220kV侧的户外配电装置，因此选用的互感器应该为电容式互感器或者油浸式电压互感器，并且其二次侧的电压满足。根据以上的需要，选出符合要求的电压互感器型号,详见表6.8表6.8电流互感器参数表型号额定电压（kA）二次负荷（kA）最大容量（VA）初级绕组 次级绕组剩余电压绕组0.2级0.5级1.0级3.0级15030012006.2.2110kV侧电流互感器、电压互感器的选择和校验一、电流互感器的选择和校验(1)电流互感器的选择额定工作电压额定工作电流根据以上的条件，其拟建的变电站110kV侧为安装在户外的配电装置，且属于重要回路，因此选择0.2～0.5级准确度，选出符合要求的电流互感器型号LCWD2-110,详见表6.9表6.9LCWD2-110电流互感器参数表型号额定电流比（A）次级组合准确级次二次负荷（）10%倍数1s热稳定倍数（倍）动稳定倍数（倍）0.5级1级3级一次负荷（）倍数（倍）LCWD2-1102300/50.5/B/B0.522152587.5（2）电流互感器的校验热稳定校验：其周期分量热效应为同时根据表6.9数据，得因为， 所以满足热稳定校验。动稳定校验：根据表6.9数据由拟建的变电站的110kV侧的短路计算结果得。因为，所以满足动稳定校验。二、电压互感器的选择110kV侧依然选择户外配电装置，因此选用的互感器应该为电容式互感器或者油浸式电压互感器，并且其二次侧的电压满足。根据以上的需要，选出符合要求的电压互感器型号,详见表6.10表6.10电流互感器参数表型号额定电压（kA）二次负荷（kA）最大容量（VA）初级绕组次级绕组剩余电压绕组0.2级0.5级1.0级3.0级15030012006.2.310kV侧电流互感器、电压互感器的选择和校验一、电流互感器的选择和校验(1)电流互感器的选择额定工作电压额定工作电流 由于10kV侧采用的是屋内的配电装置，因此电流互感器采用的是瓷绝缘或者树脂浇筑绝缘结构的电流互感器，其准确度可选择0.5。根据以上要求，选出符合要求的电流互感器型号LMZD2-10,详见表6.11表6.11LMZD2-10电流互感器参数表型号额定电流比（A）次级组合准确级次二次负荷（）10%倍数1s热稳定倍数（倍）动稳定倍数（倍）0.5级1级3级一次负荷（）倍数（倍）LMZD2-101200/50.5/D0.51.21.2204090（2）电流互感器的校验热稳定校验：其周期分量热效应为同时根据表6-11数据，得因为，所以满足热稳定校验。动稳定校验：根据表6.11数据由拟建的变电站的10kV侧的短路计算结果得。因为，所以满足动稳定校验。二、电压互感器的选择10kV侧选择户内的配电装置，因此选用的互感器应该为浇筑式或者油浸式电压互感器，并且其二次侧的电压满足：。根据以上的需要，选出符合要求的电压互感器型号JDJ-10,详见表6.12 表6.12JDJ-10电流互感器参数表型号额定电压（kA）二次负荷（kA）最大容量（VA）初级绕组次级绕组剩余电压绕组0.2级0.5级1.0级3.0级JDJ-10100.1801503206406.3导体的选择和校验一．导体的选型铝、铜以及铝合金是制成导体的主要材料。而载流导体一般使用铝或者铝合金。由纯铝制成的导体一般有管形、槽形以及矩形，而由铝合金制成的导体的形状只有管型一种。此次设计220kV母线的布置为户外布置，110kV母线的布置也为户外布置，10kV母线的布置为室内布置，参照以往相关变电站设计经验，220kV和110kV侧母线应选用钢芯铝绞线（即软母线），10kV母线采用矩形铝母线。软母线的选择是以（计算出的导体所在回路最大持续工作电流）为主要依据，查表《LGJ钢芯铝绞线规格及长期允许载流量》选出各电压等级母线型号。当采用钢芯铝绞线时，只需要进行热稳定校验。在计算10kV矩形铝母线导体允许电流时引入温度修正系数K，以实际工作温度，实际海拔取1000m以下作为选择温度系数依据。二．导体截面积选择（1）按照导体长期发热允许电流选择：其计算公式为：（6-8）式中，—导体所在的回路中最大持续电流；—在额定温度时导体的允许电流；—为综合修正系数，与实际温度和海拔相关。同时也可以通过 计算所得。其中为导体安装处的实际温度；为导体额定载流量的基准温度；为导体长期发热所能承受的最高温度。（2）按经济电流密度选择：其计算公式为：（6-9）式中，—经济电流密度。三．电晕电压校验110kV及其以上的裸导体需要按晴天不发生全面电晕的条件进行校验，即满足公式：（6-10）式中，—裸导体的临界电压；—裸导体的最大工作电压。四．热稳定校验在进行导体热稳定校验时，可通过导体短路时发热的计算公式得到短路热稳定所决定的导体最小的横截面积：（6-11）式中，—热稳定系数。6.3.1220kV侧母线选择和校验一、220kV母线的选择最大持续工作电流为根据原始资料分析，其最热月温度为，因此取温度为时的综合修正系数，取由可推得设定导体最高允许工作温度为, 考虑一定裕量，结合长期工程实践，参考《LGJ钢芯铝绞线规格及长期允许载流量》表，选取220kV母线型号为LGJ－210/25钢芯铝绞线。二、220kV母线的校验短路电流热效应导体热稳定截面计算时，在忽略集肤效应且取值为87的情况下，其的计算过程为故所选管型母线截面符合热稳定要求。6.3.2110kV侧母线选择和校验一、110kV母线的选择最大持续工作电流为根据原始资料分析，其最热月温度为，因此取温度为时的综合修正系数，取再根据导体在额定温度时的允许电流计算：设定导体最高允许工作温度为,考虑一定裕量，结合长期工程实践，参考《LGJ钢芯铝绞线规格及长期允许载流量》表，选取110kV母线型号为LGJ－70/40钢芯铝绞线。二、110kV母线的校验短路电流热效应导体热稳定截面计算时，在忽略集肤效应且取值为87的情况下，其 的计算过程为故所选管型母线截面符合热稳定要求。6.3.310kV侧母线选择和校验一、10kV母线的选择最大持续工作电流为根据原始资料分析，其最热月温度为，因此取温度为时的综合修正系数，取再根据导体在额定温度时的允许电流计算：设定导体最高允许工作温度为,考虑一定裕量，结合长期工程实践，通过查表选取10kV母线为100×8矩形铝母线。二、10kV母线的校验短路电流热效应导体热稳定截面计算时，在忽略集肤效应且取值为87的情况下，其的计算过程为故所选管型母线截面符合热稳定要求。 6.4电气设备选型汇总整章的电气设备选材如表6.13所示表6.13电气设备汇总220kV侧电气设备型号断路器LW12-220隔离开关GW4-220电流互感器LCWB-220电压互感器导线LGJ-210/25钢芯铝绞线110kV侧电气设备型号断路器LW11-110隔离开关GW4-110电流互感器LCWD2-110电压互感器导线LGJ-70/40钢芯铝绞线10kV侧电气设备型号断路器ZN-10/1250-31.5隔离开关CN2-10/110-220电流互感器LMZD2-10电压互感器JDJ-10导线100*8矩形铝导线7.配电装置 配电装置是变电站电气主接线的具体实现形式，它既起着接受电能的作用，又能起着分配电能的作用。它主要是由开关的电器、测量和保护的电器、母线以及一些必要的辅助设备组建而成的总体装置。它能够在正常的运行状态下接受、分配电能。在发生故障时，它能够迅速的切除其故障部分，使其重新回到正常运行的状态。7.1对配电装置的基本要求（1）运行可靠进行基本的配电装置安装后，能够使得整个涉及到的电网安全稳定的运行。同时能便于操作、巡视和检修。（2）保证检修人员安全保证检修人员安全的措施有用隔离墙把相邻电路的设备隔开、设置遮拦留出安全距离、设置安全出口等。（3）力求提高经济性在满足上述条件下，电气设备的布置应紧凑，节省空间，节约建材，并降低造价。（4）具有扩建的可能分析变电站实际情况，在配电装置结构和占地等方面留有一定扩建余地，满足日后应对负荷增长的扩建要求。7.2配电装置的类型配电装置按电器装设地点的不同，可分为屋外配电装置和屋内配电装置两种。7.3.1屋外配电装置屋外的配电装置有可以分为：中型配电装置、高型配电装置和半高型配电装置。（1）中型配电装置中型配电装置的所有电气设备布置均位于同一水平面内，同时带电部分对地保持一定的安全高度。其优点在于电气设备布置清晰、不易造成运行人员误操作、建设施工和平常维护方便、运行可靠、变电站的建设费用省、且国内外大量变电站采用此种布置方式相关运行经验成熟。但缺点在于占地面积过大。中型配电装置常用于电压等级为110kV~500kV变电站设计中。（2）高型配电装置 高型配电装置是将一组母线及隔离开关与另一组母线及隔离开关上下重叠布置。其优点在于可以节省空间。但缺点是建设需要耗费更多的钢材、造价高、经济效应相比中型布置不明显、运行维护不方便。高型配电装置适用于电压等级为220kV的变电站设计中。（3）半高型配电装置半高型配电装置是将母线置于高一层水平面，与断路器、电流互感器、隔离开关上下重叠布置。其优缺点介于上述两种类型之间。半高型配电装置适用于电压等级为110kV的变电站中。7.3.2屋内配电装置屋内配电装置按其布置型式可分为三层式、二层式、单层式。三层式将是所有的电器分别放置在各层中，其依据是各电器设备的重量。其优点在于具有较高的安全性、可靠性、以及节省占地面积等。但因其结构复杂、造价高、运行维护不便，目前已经很少使用。二层式将断路器和电抗器等较重设备布置在第一层，而母线、隔离开关等相对较轻的设备布置在第二层。二层式具有造价低、便于平时检修维护的优点，但占地面积较大。单层式占地面积较大，目前通行采用成套开关柜来减少占地面积。7.4此次设计配电方式的采用本次拟建的云南元阳变电站有220kV，110kV以及10kV三个电压等级。其及侧采用屋外配电方式布置，侧采用屋内配电方式布置。各等级的具体配电方式如下：220kV侧：采用屋外配电装置中的中型配电装置。整个布置过程清晰，能够很好的避免误操作，其可靠性高，施工与维护都都很方便。相比起其他两个配置方式，其本站220kV侧重要负荷较多，优先采用其中型配电装置。110kV侧：采用屋外配电装置中的半高型配电装置。半高型配电装置的占地面积虽然不如中型配电装置节省，但相比较高型配电装置，其投资与维护都较少，由于110kV侧的负荷没有20kV侧的负荷那么重要，为了尽可能的缩减陈本，因此优先采用半高型配电装置。10kV侧：采用单层式屋内配置，结合10kV电气设备选型结果最终选择GFC-10型户内手车式高压开关柜。8．防雷保护设计与接地设计 变电所和发电厂是电力网供电质量以及电力系统稳定安全运行的枢纽部分。当它们因各种故障原因而处于停运状态时，可能会造成大面积的停电现象，甚至会严重影响该地区正常的生产以及国民经济状况，人们的正常生活也会因此受到严重影响。而雷击事故是造成停运状态的主要原因之一。因此，有效迅速的防雷保护措施在发电厂以及变电所中的配置是必须要求的。8.1防雷保护设计电力系统所遭受的雷害可能来自于两个方面。一是雷直击于变电所或者发电厂；二是雷击于输电线路，使其生成了雷电波向变电所或发电厂入侵。对于预防直击雷所可能造成的损害，一般会采用避雷针或者是避雷线。这两者可以有效的预防直击雷对于发电厂以及变电所的损害，其绕击和反击率也较低。入侵变电所或发电厂的雷电波是遭受雷害的主要原因，若不进行保护处理，它必定会造成发电厂或变电站电气设备的损坏。而对于入侵的雷电波，其主要的保护措施是在需要保护的变电所或发电厂内装设阀型避雷器。这种阀型避雷器能够有效的限制入侵波的幅值，使得内部的设备的过电压不会超过冲击的耐压值。8.2避雷器的选择与校验以限制过电压的幅值为主要手段的阀型避雷器是本次变电站设计中防雷保护的主要措施。在进行型号的选择时，必须优先考虑被保护电器的特点以及绝缘水平。阀型避雷器的类型选择如表8.1所示表8.1阀型避雷器类型型号型式适用范围FS配电用普通阀型10kV以下配电系统FZ电站用普通阀型3~220kV配电系统FCZ电站用磁吹阀型330kV配电系统或者需要限制类操作的220kV及以下配电系统阀型避雷器选择的技术条件：（1）额定工作电压(8-1)（2）灭弧电压校验 (8-2)（3）工频放电电压校验下限值：(8-3)上限值：(8-4)式中—电网的额定电压；—接地系数。对于1此次防雷设计，均取0.8；—工作中最高允许电压，一般；—工频放电电压系数，此次防雷设计中均取3。8.2.1220kV侧避雷器的选择和校验（1）阀型避雷器的选择根据表8.1阀型避雷器类型表，由于电压等级为220kV，因此选择适合220kV配电系统的FCZ型电站用磁吹阀型，再因为可选出符合要求的阀型避雷器FCZ2-220N,详见表8.2表8.2阀型避雷器FCZ2-220N参数表型号额定电压有效值（）灭弧电压有效值（）工作放电电压有效值（）冲击波电压峰值（）雷电冲击波残压峰值（）不小于不大于5kA10kAFCZ2-220N220250503580520520570（1）阀型避雷器的校验灭弧电压校验：因此满足灭弧电压的校验。工频放电电压校验： 下限值：上限值：因此满足工频放电电压的校验。8.2.2110kV侧避雷器的选择和校验（1）阀型避雷器的选择因为电压等级为110kV，因此选择适合110kV配电系统的电站用磁吹阀型。再因为可选出符合要求的阀型避雷器FZ-110N,详见表8.3表8-3阀型避雷器FZ-110N参数表型号额定电压有效值（）灭弧电压有效值（）工作放电电压有效值（）冲击波电压峰值（）雷电冲击波残压峰值（）不小于不大于5kA10kAFZ-110N110126253312375375415（1）阀型避雷器的校验灭弧电压校验：因此满足灭弧电压的校验。工频放电电压校验：下限值：上限值：因此满足工频放电电压的校验。8.2.310kV侧避雷器的选择和校验（1）阀型避雷器的选择因为电压等级为10kV，因此选择适合10kV配电系统的配电用普通阀型，再因为 可选出符合要求的阀型避雷器FS3-10,详见表8.4表8.4阀型避雷器FS3-10参数表型号额定电压有效值（）灭弧电压有效值（）工作放电电压有效值（）冲击波电压峰值（）雷电冲击波残压峰值（）不小于不大于5kA10kAFS3-101012.72631504750（1）阀型避雷器的校验灭弧电压校验：因此满足灭弧电压的校验。工频放电电压校验：下限值：上限值：因此满足工频放电电压的校验。8.3避雷针的配置在云南元阳拟建的变电站的防雷设计中，我会将220kV的户外配电装置采用避雷针的配置，配电装置的构架上是避雷针的安放地点。拟建的本变电站设计器件各电压等级的最高点均为其相应的进线端，高14m，次高为主控楼，高8m。按照以往经验和资料，云南元阳拟建的变电站将会在220kV电压等级侧的配电装置的构架上设计5根避雷针（3根独立避雷针30米和2根构架避雷针25米）。其110kV侧的配置情况与上一致。8.4接地根据地勘专业所提供资料，本次云南元阳拟建的变电站的计算用土壤电阻率为120欧姆/米，变电站接地采用在水平方向，以接带（－608镀锌扁钢）为主，以垂直方式接地（∠50505热镀锌角钢）为辅的接地装置。 9.结论在本次毕业设计中，我从实际出发，在对云南元阳需要拟建变电站的站址的原始资料进行分析过后，将设计方案定为：220kV侧采用双母线带旁路母线接线，110kV侧采用单母线分段接线，10kV侧采用单母线分段接线。同时，通过对每一侧电压负荷的计算与前景规划，确定了主变压器。并且成功的选择出了相应的电气设备。最后进行了简单的配电装置的配置以及防雷装置的设计。相信这所变电站未来会为云南元阳的经济发展以及当地的建设带来全新的力量。这次设计所选择出的所有电气设备的型号汇总如下表9-1。主变压器型号SFPSZ10-50000/220站用变压器型号SL7-400/10220kV侧电气设备型号断路器LW12-220隔离开关GW4-220电流互感器LCWB-220电压互感器导线LGJ-210/25钢芯铝绞线避雷器FCZ2-220N110kV侧电气设备型号断路器LW11-110隔离开关GW4-110电流互感器LCWD2-110电压互感器导线LGJ-70/40钢芯铝绞线避雷器FZ-110N10kV侧电气设备型号断路器ZN-10/1250-31.5隔离开关CN2-10/110-220电流互感器LMZD2-110电压互感器JDJ-10导线100*8矩形铝导线避雷器FS3-10表9-1所选电气设备型号汇总 10.总结与体会大学这段路程即将到达终点，一步一个脚印让我们逐渐成熟，逐渐走向社会，而这次关于220kV变电站设计的毕业生设计，也是我这段路程上的最后一个阶段。每一个方案的设计，每一个步骤的书写，每一个方法的验证，都是整个大学四年对于所学的专业课的知识的积累一步步形成的。一开始准备这个题目的时候，虽然本次论文的主题是关于云南元阳拟建的220kV变电站的设计方向和内容，在以前的课程设计有接触过类似的题目，但是毕业设计需要更高的设计要求，需要更详尽的数据分析以及更加严谨的数学计算，也使得最终的成果具有更好的实际参考意义。就像毕业设计里面最开始的主接线方案设计和选择，对于每一种的主接线方案的侧重和优劣势必须综合每一侧的负荷以及整个实际情况而考虑，也需要做到舍小取大，它不能凭空按照自己的想象选择结合了所有优点的方案，也需要考虑实际的经济基础。后面的电气设备选择和校验也是相同的道理，整个选材的手册2000多页，每一个设备都有若干种都适合本次设计所需要的设备，选择出一个最合理的设备是我在本次设计中所需要着重思考的。同时也感谢这次完成毕业设计的机会，让我能够重新复习大学本科阶段的有关知识。同时在整个毕业设计的过程中，通过不断的发现问题然后积极思考解决问题，使得自身在工程设计方面也更有经验。通过接近半年的时间，本次毕业设计在循序渐进中顺利完成，整个收获非常多。从一个项目将其一步一步从零开始，一步一步逐渐完善，到最后的总结，这是一段非常宝贵的经验，也是一段受益终生的经验。无论在做任何事情，或者完成任何项目时，都需要不断进取，不断突破，将知识与实际相结合，询问前辈的建议，再加上自己的独立思考，整个完成的过程也将一步步的走向成功。总之，感谢这次毕业设计。通过这次毕业设计，让我学会了如何在困难面前处事不惊，从容面对，如何去精益求精，如何去完善自己所缺少的经验。这将是我今后学习与生活中最宝贵的人生财富。 11.谢辞（致谢）首先，我必须要感谢电气与电子信息学院为我们开设了这门毕业设计的考核课程，让我们在大学的最后阶段能够自主的结合自己大学时期所学的知识来完成一次设计工程设计的机会，让我们能够拥有多方位解决问题的经历；同时，也十分感谢学校的图书馆为我们提供的大量可靠的设计文稿以及相关专业设计的课程资料与书籍，使我们能够在有不懂的问题或者不是很详尽的方案时候能够找到新的突破口，也能让我们更为透彻的了解到这次毕业设计的核心要领，这也是难能可贵的地方。其次，在这接近半年的整个的设计过程以及四年的专业课学习中，感谢我的指导老师王萌老师以及魏金诚老师的悉心指导与热心帮助，同时也感谢其他电力系统与自动化专业的老师们教给我知识，教会我如何学习，传授了我未来在工作岗位的一些经验。也是因为这些老师们，在我有错误的时候能及时帮我指出，也是他们让我能够更加透彻，更加清晰的了解到毕业设计的宗旨，在此，再次向他们表示感谢。最后，感谢我的同学们，感谢大家无私地共享一些相关题目的设计经验，使他们帮助我更加顺利的完成了本次毕业设计。在这一次独立完成设计的过程中，也学到了同学之间彼此关心、谦和、互相帮助的优良品质，谢谢所有帮助。 12.参考文献[1]刘天琪、邱晓燕.电力系统分析理论[M].(第二版).北京：科学出版社，2011年6月.[2]水利电力部西北电力设计院.电力工程电气设计手册1电气一次部分[M].北京：水利水电出版社，1989年12月.[3]熊信银.发电厂电气部分[M].(第四版).北京：中国电力出版社，2009年7月.[4]刘振亚.国家电网公司110-500kV变电站通用设备典型规范[M].北京：中国电力出版社，2007年3月.[5]詹红霞.电力系统继电保护原理及新技术应用[M].北京：人民邮电出版社，2011年9月.[6]国家电网公司.220kV变电站通用通用设计规范.2009年1月.[7]刘振亚.国家电网公司输变电工程典型设计220kV变电站分册[M].北京：中国电力出版社，2005年12月.[8]王永华.高压断路器、电流互感器、母线、电缆短路电流(动、热稳定)校验公式[J].安徽建筑，2006(3)[9]杨保初、刘晓波、戴玉松.高电压技术[M].(第三版).重庆：重庆大学出版社，2015年1月.[10]张广溢、郭前岗.电机学[M].(第三版).重庆：重庆大学出版社，2012年7月.[11]文远芳.高电压技术[M].武汉：华中科技大学出版社，2005年.[12]华智明、张瑞林.电力系统[M].重庆：重庆出版社，2004年. 附录1外文资料翻译译文：智能变电站设计中关于三维综合设计系统的应用摘要:就传统的电力设计以及施工而言，已经能够满足相应的要求，但是在这个领域里尚未建立工程数据库的支持，数据之间的相关性差，由于设计专业人员之间协调不足，设计容易导致错误，因此会使得现场问题和设计结果在项目的各个方面不能够得到充分利用。随着三维一体化设计系统技术渗透到各行各业，近年来在变电站的设计方面以及国家电网公司常用设备的安装维修运行等都引进了三维一体化的设计技术，在这些提供了技术条件的变电站设计中，都采用一种虚拟现实技术。根据变电站项目的相关特点，我们现在提出了关于变电站设计应用中的虚拟现实技术的前景。关键词:数据库;变电站设计;虚拟现实技术;3D集成1.介绍随着信息技术的飞速发展，三维设计已成为未来电力工程设计发展的必然趋势和普遍需求。作为数字智能变电站的核心，三维模型必须通过功能齐全的三维集成系统应用智能3D设计，生成智能变电站应用，以国家电网通用设计主配线和配电系统为中心，并根据通用工程设计的适当选择，根据项目规模适当调整主布线，然后选择线路的方向并停止门的出口位置，调整设备的类型，并根据国家电网公司的通用设备接口，将设计参数与工程设计参数相关联，同时让设计人员绘制配电设备的自动生成间隔横截面图和总体布局的平面图。并且同时检查设备的安全性，并计算电线的机械防雷和接地设计、设备、材料等统计工作。而在变电站空间、设备、附件、类型、尺寸、间距等信息则可以通过数字技术存储在模型程序中，由于变电站直观简单，因此可以在图形界面中直接修改。将图形和数据库同步关联和计划。同时，横截面、安装图纸、材料清单，以及提及所有修改的所有连接图均保证工程设计的一致性。目前，变电站设计基本采用AUTOCAD二维图形平台，正处于计算机辅助起草阶段，缺乏专业软件，并且图形工作量大，重复工作量多。在整个过程之中其修改内容不能与链接相关，否则将容易出错。而且无法实现相关的专业计算和校验、设备和材料的人工统计。并且只能使用民用库存数据，同时只能够手工绘制相应的图纸。2.项目理论与实践基础2.1．项目研究内容的简要说明 数字变电站的目标主要是通过三维设计管理系统来进行实现，3D设计系统和数据库管理系统的应用都基于数据库反映了3D、2D或1D形式变电站的现实与逻辑关系，并且同时所有图表映射的数据库数据、图表都是一致的。为了实现变电站高效管理的建设和运行，变电站各阶段的所有信息将从设计、采购、制造、施工、调试、运行、维护等方面统一规划。要在设计阶段建立如此庞大的数据库，必须依靠全面有效的三维设计体系和高度集成的数据库管理系统。三维综合设计系统具有构建变电站生命周期信息平台的能力，可为业主提供数字变电站，基本工作如下：1）在项目开始时建立时统一识别系统，从设计通过数据仓库平台开始，工程公司和工程公司的信息有效交付给适当的采购部门以及施工部门，最终将进行变电站的运行维护。2）基于以3D设计系统的变电站设计为核心设计手段，通过数字变电站技术协同设计网络，确保在正确的时间，正确的地点，获取正确的信息后进行相应的设计。3）使用集成协同工程设计、有效控制版本和相应的工作流程，集中控制和管理所有技术文件、版图纸和升级，使设计知识和成果完整地保存在统一的中央数据库中。4）通过整合所有甲方和承包商的变电站项目管理和运行管理系统，组建最终的数字变电站，对现场和现场施工安装，同时对调试和集中管理质量控制信息进行安排。5）随着项目进展，我们将继续积累数据，维护数据的一致性，建立标准化模型、数据、图纸以及文件。在项目建成后，业主可以最终提交变电站未来运行所需的运行维护数据，方便数字变电站维修管理。2.2．三维数字变电站实用基础三维数字变电站的具体应用可分为三个阶段。在设计阶段，为了实现三维模型与强大的信息文档结合，形成了工厂信息系统的完整三维可视化。它需要如此多的信息，如大量设计相关的一维和二维设计信息、材料、成品的综合三维模型，以及建设和运行和维护必要的信息。在基础设施建设阶段，甲方和施工单位采用三维模型查询设计信息，直接提取库存各种设计图纸、设备材料与模型，并向采购系统提供详细的采购信息，模拟施工进度和基础设施以及检修，同时提升预留空间，直观的三维模型指导施工，通过INTERNET网络向远程施工现场提供视觉设计通信服务在生产运行中，甲方通过企业数据仓库提供标准的项目模板。变电站工程信息统一设置在设计和管理界面，可以查阅所有图纸之间的智能关系、设计内容、图纸，同时可以自动生成工程材料汇总表、卷目录。在整个过程中，查询各个阶段的信息为核心的阶段，同时还包括建立3D模型和数据库、辅助运行操作、维护和运行辅助数据维护、对应的文件管理，培训人员等。项目工作流程如图1.三维模型能够实现统计计算，生成数字模型施工图。软件不仅可以通过三维和多角度显示变电站的实际情况，使得所有设备，电线和结构的特殊关系如平面打印，也可以实现真正的防雷检查、精确的材料统计、三维模型。另外，为了更好地了解设计意图和设计优势，可以在变电站中使用三维动画报告设计，用三维视觉充分体现项目设计。变电站平台和数字传输应用程序的三维设计查询和检索信息，为甲方和项目管理单位提供极大的便利，无需大量工程图纸，只需通过网络浏览器即可。 三维变电站将能够看到现实的虚拟尺寸模型，以及所有的工程图纸和文件、所有的工程数据。操作十分简单，只需点击模型即可。同时它可以自动访问文件数据。即使不用在长期的研究所、施工现场，只需登录网络即可查看实时设计进度、施工进度、采购状态、调试参数、设备状态的实际运行情况，以及还能直接在模型中注释评论。3.研究内容和实施计划图形技术在三维现实中占有很大的比重。如何将真实的视觉体验带到数字空间的关键是是否能够模拟真实世界中的所有表面,这是一种包括照明计算、图形等通过设置纹理层的输入和操作的过程,在过程中可以使用的输出作为下一层的输入,也可以作为最终的结果。对于3D硬件的两个API，OpenGL和Direct3D有它们的固定渲染管道，也就是管道。诸如位置，法线，纹理坐标等顶点的数据将被提供给管道，然后定义光源4,5，你可以得到一个渲染的图像。在这个特定的呈现过程中，程序设计人员没有办法控制。从DirectX 8和OpenGL扩展开始，在渲染流水线中引入了可编程特性，图形硬件开始支持可编程特性，这样开发者就可以编写一个小程序，并在图形卡上运行它来控制渲染的过程。图形硬件的功能是由流水线的功能单元开发成两个可编程单元:顶点单元和像素单元。对顶点单位和像素单位通过编程,你不仅可以优化算法,但也不能完成最初实现功能,如分发负载顶点之间的管道和像素管道承载能力;通过自定义算法,提高固定功能的算法,甚至完全创建原始算法。在微软DirectX中，这段程序代码被称为Shadier。实际上，Shadier(渲染或着色)是程序拥有操作3D对象的能力，并且可以由GPU来执行。通过这些程序，程序员可以得到他们最想要的3D图形效果。一个3D场景通常包含多个Shadier。其中一些Shadier负责处理3D对象的表面，有些负责处理临时缓存的屏幕对象。有两种类型的Shadier，一种是峰值水平，被称为顶点Shadier，取代了照明部分的固定渲染管道，程序员可以控制顶点转换、照明等。处理顶点着色浆果的硬件单元称为顶点Shadier处理器(顶点处理单元)。另一个是像素级的像素着色器，它可以替代固定渲染管道中的光栅部分。程序员可以控制像素颜色和纹理采样。在硬件单元中处理像素Shadier称为像素Shadier处理器(s-像素处理单元)。同时，引入了文件格式来独立地保存代码:文件格式。因为它独立于程序的修复，因此用户可以更改不同的Fx文件，并且可以轻松地改善程序的视觉效果，而无需重新编译程序。在渲染过程中引入可编程特性是一种实时渲染的革命，这给了开发人员更多的创造性自由，因此用户可以创造更好的效果。在这个项目中，我们使用Shadier来定义模型的材料，一方面，改进了的光照算法，并使纹理融合得到了优化，另一方面，这有利于在将来很容易地修改材料的结果。该程序使用模块化结构。模块是相互独立的。标准化的参数用于传递数据。一方面，这有助于维护一个清晰的结构，同时也有助于修改和维护。模块设计过程设计可分为数据模块设计、菜单模块设计和交互式动画模块设计。数据模块设计主要考虑纹理处理、模型制作、与目标硬件的配置，设置纹理的格式和分辨率，控制多边形的总数，多边形的预算分配，总的模型数据格式和结构。设计菜单模块的目的是减少使用的难度，并将重点放在用户体验上。在交互式动画模块设计中，不需要算法的效率，但是您应该尝试维护一个清晰的逻辑结构来简化维护。（1）典型的工程图书馆管理软件使用大型网络数据库来规范典型的通用设计工程的设计、设备制造商常用的数据、备用库、设备和其他典型的集中管理，以方便搜索和下载，并通过许可设置确保数据库的安全性。与此同时，平台数据库对网络成员开放。成员可以同时扩展开放设备数据库。设备库中的许多图形设备参数都存储在设备库中。通过网络管理和许可机制，实现数字设计数据和流程管理。（2）设备的三维参数化建模平台独特的参数化三维设备模型,只要输入的关键参数,您将生成一个平面,横截面,设备的侧面和固体,得到“实时修改三维设备”(参数变化,设备实时更新)。软件提供了一种快速而简单的方法来创建三维的设备，这样它就可以很容易地绘制出三维图形。（3）总布局和部分设计师选择线出口方向和坑门位置，并选择适合国家电网通用设计的程序员，平台将自动生成初步的电子总平面，设计者进行调整，平台将自动生成最终的电气总平面。该平面包含大的三维数据库信息，如设备参数和大小、建筑尺寸、线材类型和各种设备的数量。它可以自动生成一个材质表。对于一般的布局，设计师如果想要分配截面视图，可以切割它，这可以由配电单元的截面材料来生成。（4）关于变电站照明防雷计算的3-d图是平面图形绘制的一个过程。平设计师只需要在不同的地方放置避雷针即可。只要设计师类型对避雷针的位置和高度,平台将自动生成三个sionalanti-thunder图,如果有建筑或设备暴露在范围外,平台会发现避雷针不能满足需要,就会生成一个计算说明书。（5）功能强大的计算功能设计平台可以做计算功能:1)短路电流计算和设备选择，2)电变电表的动态接地;3)线张力计算;4)电计算;5)次电路继电保护设置计算;6)电缆和统计;7)悬管计算软件。4.总结该方法通过三维集成技术来组合各种数据，构建虚拟步调系统进行变电站设计，提供设计，规划，决策和视觉参考，为进一步修改的程序员提供了有用的工具。在这种方法中，用于数据集成、复杂专业数据的三维现实技术通过虚拟现实技术进行视觉反映，更有利于交流、识别问题、提高改进、提高处理效率、优化施工。这种方法可称之为是最有效的变电站设计工程助理。通过互联网发布设计，让更多的人能够了解它，甚至可以参与决策，让人们可以从变电站的普遍知识中受益，增强人们对变电站的了解。这也可以增加应用环境的理论水平，使人们能够更快地了解它。原文： TheUseofThree-DimensionalIntegratedDesignSysteminSmartSubstationDesignAbstract:Thetraditionalpowerdesign,construction,hasbeenabletomeettherequirements,butithasnotbeenestablishedengineeringdatadatabasesupportandthecorrelationbetweenthedataispoor,duetoinadequatecoordinationamongdesignprofessionals,designeasilyleadtomistakes,fieldproblems,anddesignresultsfailedinallaspectsoftheprojecttobefullyutilized.Withthetechnologyofthree-dimensionalintegrateddesignsystempenetratesinallwalksoflife,theintroductionofthree-dimensionalintegrateddesignsystemsubstationdesignsolutionsandtheapplicationofcommondevicesofStateGridCorporationinrecentyears,whichprovidetechnicalconditionsfortheapplicationofvirtualrealitytechnologyinsubstationdesign.Accordingtoitsowncharacteristicsofsubstationproject,wenowproposeprospectonvirtualrealitytechnologyinsubstationdesignapplication.Keywords:Database;SubstationDesign;VirtualRealityTechnology;3DIntegration1.IntroductionWiththerapiddevelopmentofinformationtechnology,three-dimensionaldesignhasbecomeaninevitabletrendanduniversaldemandinthedevelopmentofpowerengineeringdesigninthefuture.Asthecoreofdigitalintelligentsubstation,three-dimensionalmodelmustapplyintelligent3Ddesignthroughfull-featuredthree-dimensionalintegratedsystemthatproducesintelligentsubstationapplication,basingonthemodelcaseofmainwiringanddistributionsystemsofuniversaldesignintheStateGridCorporation,anddependingonappropriatechoiceofgenericengineeringdesign,appropriateadjustmentsinthemainwiringaccordingtotheprojectsize,andthenchoosethedirectionofthelineandstopthedooroutletlocationtoadjustthedevicetypeandrelateengineeringdesignparametersaccordingtotheStateGridCorporationcommondeviceinterfaceallowingdesigners,automaticgeneratedintervalcrosssectionalviewoftheelectricaldistributionequipmentandgenerallayoutofthefloorplan.Anditcanbeabletocheckthesecurityofthedeviceandcalculatemechanicallightningprotectionofthewireandgroundingdesign,equipment,materialsandotherstatisticalwork.Thesubstationspace,equipment,accessories,appendagesoftype,size,spacing,andotherinformationcanbestoredinthemodelprogrambytheuseofdigitaltechnology,thesubstation,intuitiveandsimplecanbereferencedanddirectlymodifiedinagraphicalinterface.Graphicsanddatabasearesynchronicallylinked,plan,crosssection,installationdrawings,billofmaterials,mentioningownedlinkagemapofallmodificationsall ensureconsistencyofengineeringdesign.Currently,thesubstationdesignusesAUTOCADtwo-dimensionalgraphicsplatformbasically,itisincomputer-aideddraftingstage,lacksprofessionalsoftware,thegraphicsworkloadisheavy,andduplicationofeffortaremany.Modifythecontentscannotberelatedtolinkage,oritwillpronetoerror.Anditcannotachievetherelevantprofessionalcomputingandthechecksum,equipmentandmaterialsrequiredartificialstatistics,civilinventorydataanddrawingsdrawnbyhandfinishing.2.TheoreticalandPracticalBasisoftheProject2.1.TheBriefPrincipleDescriptionoftheResearchContentsofProjectsTheobjectofdigitalsubstationismainlyachievedbythree-dimensionaldesignmanagementsystem,applicationof3Ddesignsystemanddatabasemanagementsystemsarebasedonthedatabase,reflectingrealityandlogicrelationofsubstationin3D,2Dor1Dform,Allfigures,tablesaremappeddatabasedata,chartanddataareconsistent.Inordertoachievetheconstructionandoperationofthesubstationefficientmanagementoftheprocess,allinformationofeachstageofthesubstationwillbeunifiedplanningfromdesign,procurement,manufacturing,construction,commissioning,operation,maintenancetodecommissioningandbeingkeptinadatawarehouseuntidily.Toachieveestablishmentofsuchalargedatabaseatthedesignstage,wemustrelyonacomprehensiveandefficientsystemofthree-dimensionaldesignandhighlyintegrateddatabasemanagementsystem.Three-dimensionalintegrateddesignsystemhastheabilitytobuildsubstationlifecycleinformationplatformandcanprovideadigitalsubstationfortheowners,thebasicworksareasfollows.1)Theunifiedidentificationsystemisestablishedatthebeginningoftheproject,beganatthedesignthroughdatawarehouseplatform,theinformationfromengineeringcompaniesandengineeringfirmseffectivelydeliveredtotheappropriateprocurement,constructionsector,andultimatelytooperationandmaintenance.2)Substationdesignbasedonthe3Ddesignsystemasthecoredesignmeans,throughanetworkofdigitalsubstationtechnologycollaborativedesign,ensuringattherighttime,rightplace,rightinformation.3)UsingintegratedCollaborativeprojectsdesign,effectivecontrolversionsandthecorrespondingworkflow,centralizedcontrolandmanagementofalltechnicaldocumentationandpublishingdrawingsandupgrades,makingthedesignknowledgeandachievementsintactinaunifiedcentraldatabase.4)Scheduleon-siteandon-siteconstructionandinstallation,commissioning,andcentralizedmanagementofqualitycontrolinformationbyintegratingalloftheownersandcontractorssubstationprojectmanagementandoperationalmanagementsystem,formingthefinalfiguressubstation,digitalandknowledgemanagement.5)Withtheprogressoftheproject,wewillcontinuetoaccumulatedataandmaintaindataconsistency,establisha standardizedmodel,data,drawings,documents.Aftertheprojectiscompleted,theownerscanfinallysubmittocontainsubstationoperationandmaintenancedatarequiredforthefutureoperationofthesubstation,digitalsubstationmaintenancemanagement.2.2.ThePracticalBasisofThree-DimensionalDigitalSubstationThree-dimensionaldigitalsubstationspecificapplicationscanbedividedintothreestages.Inthedesignphase,inordertoachieveathree-dimensionalmodelwithapowerfulcombinationofinformationdocuments,formacompletethree-dimensionalvisualizationofplantinformationsystem.Itneedssomuchinformation,suchasanintegratedthree-dimensionalmodelofalargenumberofdesign-relatedone-dimensionalandtwo-dimensionaldesigninformation,materials,finishedproducts,andconstructionandoperationandmaintenanceofthenecessaryinformation.Intheinfrastructureperiod,ownersandconstructionunitusethree-dimensionalmodeltoquerydesigninformationanddirectextractioninventoryofavarietyofdesigndrawings,equipmentandmaterialslinkingwithmodel,providedetailedprocurementinformationtotheprocurementsystemandsimulateconstructionprogressoftheinfrastructureandoverhaulliftingreservedspace,intuitivethree-dimensionalmodeltoguidetheconstruction,providevisualdesigncommunicationservicestoremoteconstructionsitethroughINTERNETnetworkIntheproductionrun,theownersprovideastandardprojecttemplatethroughenterprisedatawarehouse,theX.L.Liuetal.634engineeringinformationofthesubstationisunifiedsetinInterfaceofdesignandmanagement,intelligencerelationbetweenalldrawings,designcontentglance,drawingnumberisautomaticallygeneratedaccordingtovolume,automatedSummarytableofgenerationengineeringmaterials,volumesdirectory.Queriesvariousstagesofinformationasthecoreofthesystem,3Dmodelanddatabase,auxiliaryrunoperation,maintenanceandoperationoftheauxiliarydatamaintenance,filemanagement,trainingofpersonnel,andsoon.TheProjectWorkflowasFigure1.Three-dimensionalmodelisabletoachievestatisticalcalculationtogeneratedigitalmodelconstructiondrawings[3].Softwarecannotonlymanifestrealscenarioofsubstationthroughthreedimensionsandamultiangle,makingalltheequipment,wiresandspecialrelationshipofthestructuresasplainasprint,butcanalsoachievethereallightningprotectionchecking,precisematerialsstatisticsunderathree-dimensionalmodel.Inaddition,tobetterunderstandthedesignintentanddesignadvantages,youcanusethree-dimensionalanimationinthesubstationtoreportthedesign,three-dimensionalvisualfullyreflecttheprojectdesign.Substationplatformandthree-dimensionaldesignofdigitaltransferapplicationstoqueryandretrieveinformationtoprovidegreatconvenienceofownersandprojectmanagementunitscheckedwithoutmassive engineeringdrawings,simplyviaawebbrowser.Three-dSubstationwillbeabletoseerealisticvirtualdimensionalmodel,alltheengineeringdrawingsanddocuments,alloftheengineeringdata;justclickonthemodel.Itcanbedispersedinwaterwithautomaticaccesstofiledata.Evenwithouthavingtorunaroundinalonginstitute,constructionsites,runon-siteinspection,justlognetworkcanviewreal-timedesignschedule,constructionschedule,andprocurementstatus,debugparameters,theactualoperationofthedevicestatus,andannotatecommentsdirectlyonthemodel.3.TheResearchContentandImplementationPlanGraphicstechnologyaccountsforalargeshareofthethree-dimensionalreality.Howtobringrealvisualexperiencetothedigitalspace?Thekeyishowtosimulateallthesurfacesintherealworld,thisisthematerial,whichincludeslightingcalculations,graphicssuchastextureblendingbysettingthetexturelayer’sinputandoperation,theoutputcanbeusedasaninputforthenextlayer,canalsobeusedastheendresult,athershows.FortwoAPIof3Dhardware,OpenGLandDirect3Dhavetheirfixedrenderingpipeline,whichisthepipeline.Dataofverticessuchasposition,normal,texturecoordinatesandsoonwillbeprovidedtothepipeline,andthendefinethelightsource[4,5],youcangetanrenderedimage.Inthisparticularrenderingprocess,programdesignerhasnowaystocontrol.StartingfromDirectX8andOpenGLextensions,programmablefeaturewasintroducedintherenderingpipeline,Graphicshardwarebegantosupportprogrammablefeatures,sothatthedeveloperscouldwriteasmallprogramandrunitinthegraphicscardtocontroltherenderingprocess.Functionsofgraphicshardwareweredevelopedfrompipelinedfunctionalunitintotwoprogrammableunits:vertexunitsandpixelunits.Throughprogrammingaboutvertexunitsandpixelunits,youcannotonlyoptimizethealgorithm,butalsoimplementfunctionalitywhichcouldnotbecompletedoriginally,suchasdistributeloadbetweenthevertexpipelinesandpixelpipelinesontheirbearingcapacity;throughacustomalgorithm,improvethealgorithmoffixed-function,orevenwhollycreateoriginalalgorithms.IntheMicrosoftDirectX,thispieceofprogramcodeiscalledShadier.Infact,theShadier(renderorshaded)areprogramsowntheabilitytomanipulate3Dobjects,andcouldbeperformedbytheGPU.Throughtheseprograms,theprogrammerscanget3Dgraphicaleffectstheywantedmost.A3DscenegenerallycontainsmultipleShadier.SomeofthisShadierareresponsibleforprocessingthe3Dobject’ssurface,andsomeareresponsibleforhandlingscreenobjectswhicharecachedprovisionally.TherearetwokindsofShadier,oneisthepeaklevel,knownastheVertexShadier,replacinglightingpartfixedrenderingpipeline,programmerscancontrolvertextransformation,lighting,andsoon.ThehardwareunitwhichhandlesVertex ShadberriescalledVertexShadierProcessors(vertexprocessingunits).Theotheroneisthepixel-levelcalledthePixelShader,itcouldreplacegratingsectioninthefixedrenderingpipeline.Programmerscancontrolthepixelcolorandtexturesampling.HandlingPixelShadierinhardwareunitiscalledPixelShadierProcessor(s-pixelprocessingunit).IntheDirectX9Shadier,specializededitingandprogramminglanguageisintroduced—highlevelshadierlanguage(HLSL:High-LevelShadingLanguage).Atthesametime,fileformatisintroducedtosavecodeindependently:fileformat.Fixesindependentfromprograms,souserscanchangedifferentFxfilesandeasilyimprovetheVisualeffectoftheprogramwithoutrecompilingyourprogram.Introducingprogrammablefeaturesareintotheprocessofrenderingisarevolutiontoreal-timerendering;thisgivesdevelopersmorecreativefreedom,souserscancreatebettereffects.Inthisproject,weuseShadiertodefinematerialofourmodel,ontheonehand,thisimprovedilluminationalgorithmandmadetexture-blendingoptimized,ontheotherhand,thisinfavorofmodifyingthematerialresultseasilyinthefuture.Theprogramusesthemodularstructure.Modulesareindependentfromeachother.Standardizedparametersareusedtopassdata.Ontheonehandthishelpsmaintainaclearstructure,italsofacilitatesthemodificationandmaintenance.Moduledesignprocessdesigncanbesplitintodatamoduledesign,menumoduledesign,andinteractiveanimationmoduledesign.Datamoduledesignmainlyconsidersthetextureprocessing,modelmaking,theconfigurationinaccordancewiththetargethardware,setstheformatandresolutionoftextures,controlthetotalnumbersofpolygon,budgetallocationaboutpolygon,thetotalmodeldataformatandstructure.Designmenumodule’spurposeistoreducethedifficultyofuseandfocusontheuserexperience.Intheinteractiveanimationmoduledesign,efficiencyofalgorithmisnotrequired,butyoushouldtrytomaintainaclearlogicalstructuretoeasethemaintenance.1)TypicalengineeringlibrarymanagementSoftwareusesalargenetworkdatabasetostandardizethedesignofthetypicaluniversaldesignengineering,datacommonlyusedbyequipmentmanufacturers,sparelibraries,equipmentandothertypicalcentralizedmanagement,tofacilitatesearchanddownload,andensurethesecurityofthedatabasethroughpermissionsettings.Meanwhileplatformdatabaseisopentomembersofthenetwork.Memberscansimultaneouslyexpandtheopendevicedatabase.Alotofgraphicsdeviceparametersaboutequipmentarestoredintheequipmentlibrary.Throughnetworkmanagementandpermissionsmechanism,digitaldesigndataandprocessmanagementwillbeachieved.2)3-DParametricmodelingforequipmentBytheplatform’suniqueparametricthreedimensionalequipmentmodels,justenterthekeyparameters,youwillgenerateaplanar,cross-section,thesideviewandsolidofthedevice,andget“realtimemodificationstothe threedimensionaldevice”(parameterchanges,equipmentupdatedinrealtime).Softwareprovidesthefastandeasywaytocreatethree-dimensionaldevicesothatitcoulddrawathree-dimensionalshapeeasily.3)ThegenerationofgenerallayoutandsectionDesignerselectslineoutletdirectionandpitteddoorlocation,whileselectssuitableofnationalgridGeneraldesignprogrammer,platformwillautomaticallygeneratedpreliminaryelectricaltotalplane,designermakesadjustment,platformwillautomaticallygeneratedeventuallyelectricaltotalplane.Thistotalplanecontainslargethreedimensionaldatabaseinformation,suchasequipmentparameterandsize,architecturesize,wiretype,andthenumbersofvariousofequipment.Itcanautomaticallygenerateamaterialtable.Forgenerallayout,designerscancutitifhewantsthedistributionofthesectionalview,andthiscanbegeneratedbythepowerdistributionunitcrosssectionmaterials.4)3-DgraphaboutsubstationlightingprotectionAnti-thundercalculationisoneprocessofplanefiguredrawsforsubstation;platformprovidesthreedimensionalanti-thundersofdraws.Designeronlyneedstoplacelightningrodindifferentplaces.Soaslongasdesignertypesintothelocationandheightaboutlightningrod,platformwillautomaticallygeneratethreedimen-X.L.Liuetal.637sionalanti-thunderfigure,ifthereisarchitectureorequipmentexposingoutsidetherange,platformwillfindlightningrodnotmeetrequires,thenitwillgenerateaperspicuouscalculationbook.5)PowerfulcalculationfunctionDesignplatformscandocalculationfeaturesare:1)shortcircuitcurrentcalculationandequipmentselection,2)dynamicgroundingofsubstationmetergrate,3)wiretensioncalculation;4)electricitycalculation,and5)secondarycircuitrelayprotectionsettingcalculation,and6)cableandstatistics.7)Suspendedtubescalculationsoftware.4.SummaryThemethodcombinesvariousdatabyusingthree-dimensionalintegrationtechnology,buildsvirtualwalkthroughsystemforsubstationdesign,providesdesign,planning,decision-making,withavisualreference,andprovidesausefultoolforfurtherimprovementprogrammer.Inthismethod,three-dimensionalrealitytechnologyfordataintegration,complex,professionaldataarevisuallyreflectedthroughvirtualrealitytechnologyandthisismoreconducivetotheexchange,identifyproblems,provideimprovements,improveprocessingefficiency,andoptimizetheconstruction.Thismethodisthemosteffectivepowersubstationdesignengineeringaide.PublishingdesignviatheInternet,sothatmorepeoplecanlearnaboutitandevenparticipateindecisionmaking,benefitfromuniversalknowledgeofsubstation,andstrengthenpeople’sunderstandingofthesubstation.Thiscanalsoincreasethetheoreticallevelofapplicationenvironments,sothatpeoplecanreceiveitmorequickly. 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