水利水电工程高压配电装置设计规范.docx

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水利水电工程高压配电装置设计规范

水利水电工程高压配电装置设计规范

中华人民共和国水利部发布

前言

修订《高压配电装置设计技术规程》SDJ5-85的依据为水利部水利水电规划设计管理局水总局科[2001]1号“关于下达2001年度水利水电勘测设计技术标准制定、修订项目计划及主编单位的通知”。

1总则

1.0.1水利水电工程高压配电装置（简称配电装置）的设计必须贯彻执行我国的法律、法规，并根据电力负荷性质及容量、环境条件和运行、安装维修等要求，在保证人身安全和设备安全的前提下，合理地选用设备和确定布置方案，积极慎重地采用行之有效的新技术、新设备、新布置和新材料，使设计做到安全可靠、技术先进、经济合理和维修方便。

1.0.2本规范适用于新建水利水电工程3～500kV配电装置的设计，扩建和改建工程的配电装置设计可参照执行。

1.0.3配电装置设计应根据工程特点、规模和发展规划，做到远近期结合，以近期为主，并适当考虑扩建的可能。

1.0.4配电装置设计必须坚持节约用地的原则，少占良田。

1.0.5配电装置设计应考虑水土保持、环境保护的影响。

1.0.6配电装置设计应选用效率高、能耗小的电气设备。

1.0.7配电装置设计除应执行本规范的规定外，还应符合国家现行的有关标准和规范的规定。

2引用标准

   下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文，在本标准出版时，所示版本有效。

所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。

《标准电压》（GB156）

《高压输变电设备的绝缘配合》（GB311.1）

《标准电流》（GB/T762）

《标准频率》（GB/T1980-1996）

《电压互感器》（GB1207）

《电流互感器》（GB1208）

《交流高压断路器》（GB1984）

《交流高压隔离开关和接地开关》（GB1985）

《城市区域环境噪声标准》（GB3096）

《（IP代码）外壳防护等级》（GB4208）

《电容式电压互感器》（GB/T4703）

《72.5kV及以上气体绝缘金属封闭开关设备》（GB7674）

《电磁辐射防护规定》（GB8702）

《环境电磁波卫生标准》（GB9175）

《高压开关设备通用技术条件》（GB11022）

《交流无间隙金属氧化物避雷器》（GB11032）

《工业企业厂界噪声标准》（GB12348）

《三相交流短路电流计算》（GB/T15576）

《高压交流架空送电线无线电干扰限值》（GB15707）

《高压架空线路和发电厂变电所环境污秽区分级及外绝缘选择标准》（GB/T16434）

《35～110kV变电所设计规范》（GB50059）

《3～110kV高压配电装置设计规范》（GB50060）

《66kV及以下架空电力线路设计规范》（GB50061）

《电力工程电缆设计规范》（GB50217）

《水喷雾灭火系统设计规范》（GB50219）

《电力设施抗震设计规范》（GB50260）

《并联电容器装置设计规范》（GB50277）

《220～500kV变电所设计技术规程》（SDJ2）

《气体绝缘金属封闭开关设备技术条件》（DL/T617）

《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》（DL/T620）

《变电所总布置设计规程》（DL/T5056）

《水力发电厂过电压保护和绝缘配合设计技术导则》（DL/T5090）

《110～500kV架空送电线路设计技术规程》（DL/T5092）

《水力发电厂气体绝缘金属封闭开关设备配电装置设计规程》（DL/T5139）

《水电工程三相交流系统短路电流计算导则》（DL/T5163）

3环境条件

3.0.1配电装置布置和导体、电器、架构的选择，应满足在当地环境条件下正常运行、维修、短路和过电压状态的安全要求。

屋外配电装置中的电气设备和绝缘子，应根据当地污秽等级（见附录A）采取相应的外绝缘标准及其它防尘、防腐等措施，并应便于清扫。

3.0.2选择裸导体和电器使用的环境温度应符合表3.0.2规定。

表3.0.2选择裸导体和电器的环境温度

类别

 安装场所

 环境温度（℃）

最高

最低

裸导体

屋外

最热月平均最高温度

屋内

该处通风设计温度

电 器

屋外

年最高温度

年最低温度

屋内其它位置

该处通风设计温度

注1:

年最高（或最低）温度为一年中所测得的最高（或最低）温度的多年平均值。

注2:

最热月平均最高温度为最热月每日最高温度的月平均值，取多年平均值。

注3:

选择主变压器室、电抗器室、油开关室、母线室（洞）的环境温度时，可取该处通风设计最高排风温度。

注4:

选择屋内裸导体及其它电器的环境温度,若该处无通风设计温度资料时,可取最热月平均最高温度加5℃。

3.0.3选择导体和电器使用环境的相对湿度，应采用当地湿度最高月份的平均相对湿度。

对湿度较高的场所，应采用该处实际相对湿度。

当无资料时，相对湿度可比当地湿度最高月份的平均相对湿度高5%。

在湿热带地区应采用湿热带型电器产品，在亚湿热带地区可采用普通电器产品，但应根据当地运行经验采取防潮、防水、防锈、防毒及防虫等防护措施。

3.0.4周围环境温度低于电气设备、仪表和继电器的最低允许温度时，应装设加热装置或采取保温措施。

   在积雪、覆冰严重地区，应采取防止冰雪引起事故的措施。

   隔离开关的破冰厚度，应大于安装场所最大覆冰厚度。

3.0.5设计屋外配电装置及选择导体和电器时的最大风速，可采用离地10ｍ高，30年一遇10min平均最大风速。

500kV电器宜采用离地10ｍ高，50年一遇10min平均最大风速。

设计最大风速超过35ｍ/s的地区，在屋外配电装置的布置中，宜采取降低电气设备的安装高度、加强设备与基础的固定等措施。

3.0.6地震设防烈度超过7度的地区，配电装置的抗震设计应符合现行国家标准GB50260的规定。

3.0.7对周围环境温度高于40℃处的电器，其外绝缘在干燥状态下的试验电压应乘以温度校正系数,温度校正系数按本规范（3.0.7）计算:

                     Kt=1+0.0033（T-40）                          （3.0.7）

式中Kt——温度校正系数;

    T——环境空气温度（℃）。

3.0.8海拔超过1000ｍ的地区，配电装置应选择适用于该海拔高度的电器、电瓷产品，其外部绝缘的冲击和工频试验电压应符合现行国家标准的有关规定，配电装置内最小空气间隙值应按海拔高度进行修正。

4导体和电器的选择

4.1一般规定

4.1.1设计选用的导体和电器，其允许最高工作电压不得低于该回路的最高运行电压，其长期允许电流不得小于该回路的可能最大持续工作电流。

屋外导体和电器应考虑日照对其载流量的影响。

4.1.2验算导体和电器额定峰值耐受电流、额定短时耐受电流以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程的设计规划容量计算，并应考虑电力系统中期发展规划（中期发展规划可为本期工程建成后5～15年）。

   确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式计算。

   校验导体和电器用的短路电流，应符合现行国家有关标准的规定。

4.1.3导体和电器的额定峰值耐受电流、额定短时耐受电流以及电器的短路开断电流，可按三相短路验算，同时要考虑直流分量的校验。

当单相、两相接地短路电流大于三相短路电流时，应按严重情况验算。

4.1.4验算导体短路热效应的计算时间，宜采用主保护动作时间加相应的断路器全分闸时间。

当主保护有死区时，应采用对该死区起作用的后备保护动作时间，并应采用相应的短路电流值。

   验算电器短路热效应的计算时间，应采用电器相应规定时间。

4.1.5用高压限流熔断器保护的导体和电器，可根据限流熔断器的特性验算其额定峰值耐受电流和额定短时耐受电流；用高压熔断器保护的电压互感器回路，可不验算其额定峰值耐受电流和额定短时耐受电流。

4.1.6载流导体一般选用铝、铝合金或铜材料。

4.1.7导体和导体、导体和电器的连接处，连接接头应可靠。

   硬导体间的连接宜采用焊接。

需要断开的接头及导体和电器端子的连接处，应采用螺栓连接。

不同材质的导体连接时，应采取过渡措施。

导体无镀层接头接触面的电流密度应符合要求。

4.1.8裸导体的正常最高工作温度不应大于+70℃，在计及日照影响时，钢芯铝线及管形导体不宜大于+80℃。

   当裸导体接触面处有镀（搪）锡的可靠覆盖层时，其最高工作温度可提高到+85℃。

   特种耐热导体的最高工作温度可根据制造厂提供的数据选择使用，但要考虑高温导体对连接设备的影响，并采取防护措施。

4.1.9验算额定短时耐受电流时,裸导体的最高允许温度,对硬铝及铝锰合金可取+200℃，硬铜可取+300℃，短路前的导体温度应采用额定负荷下的工作温度。

4.1.10在按回路正常工作电流选择裸导体截面时，导体的长期允许载流量，应按所在地区的海拔高度及环境温度进行修正。

   裸导体的长期允许载流量及其修正系数可按附录B和附录C执行。

   导体采用多导体结构时，应计及邻近效应和热屏蔽对载流量的影响。

4.1.11除配电装置的汇流母线外，导体的截面宜按经济电流密度选择。

导体的经济电流密度可参照附录D选取。

   当无合适规格导体时，导体面积可按经济电流密度计算截面的相邻下一档选取。

4.1.12在正常运行和短路时，电器引线的最大作用力不应大于电器端子允许的荷载。

屋外配电装置的导体、套管、绝缘子和金具，应根据当地气象条件和不同受力状态进行力学计算。

其安全系数不应小于表4.1.12的规定。

表4.1.12导体和绝缘子的安全系数

类别

荷载长期作用时

荷载短时作用时

套管、支持绝缘子a及其金具

2.5

1.67

悬式绝缘子b及其金具

5.3

3.3

软导体

4

2.5

硬导体c

2.0

1.67

 注：

短时作用的荷载，系指在正常状态下长期作用的荷裁与在安装、检修、短路、地震等状态下短

    时增加的荷载的总和。

 a：

管型母线的支柱绝缘子，除校验抗弯机械强度外，尚须校验抗扭机械强度。

 b：

悬式绝缘子的安全系数系对应于破坏荷载，若对应于1h机电试验荷载，其安全系数应分别改为4

   和2.5。

 c：

硬导体的安全系数系对应于破坏应力，若对应于屈服点应力，其安全系数应分别改为1.6和

   1.4。

4.1.13配电装置的绝缘水平应符合现行国家标准GB311.1、DL/T620和DL/T5090的规定。

4.1.14电压为110kV及以上的电器及金具在1.1倍最高工作相电压下，晴天夜晚不应出现可见电晕，110kV及以上导体的电晕临界电压应大于导体安装处的最高工作电压。

4.1.15110kV及以上单根导线和分裂导线应计算其电晕临界电压。

   海拔高度不超过1000m的地区，在常用相间距离情况下，导体型号或外径不小于表4.1.15所列数值时，可不进行电晕校验。

表4.1.15可不进行电晕校验的最小导体型号及外径

电压（kV）

110

 220

 330

 500

软导线型号

LGJ-70

LGJ-300

LGKK-600

2×LGJ-300

2×LGKK-600

3×LGJ-500

管型导体外径（mm）

Ф20

Ф30

Ф40

4.1.16泵站电气设备应根据系统情况采取相应无功补偿措施。

4.2导体的选择

4.2.1软导线

 1220kV及以下软导线宜选用钢芯铝绞线；330kV软导线宜选用空心扩径导线；500kV软导线宜选用特轻型铝合金分裂导线。

 2220kV及以下分裂导线的间距可取100～200mm，330kV及以上分裂导线的分裂间距可取200～400mm。

   在确定分裂导线间隔棒的间距时应考虑短路动态拉力的大小和时间对构架和电器接线端子的影响，避开动态拉力最大值的临界点。

对架空导线，间隔棒的间距可取较大的数值，对设备间的连接导线，间距可取较小的数值。

 3在空气中含盐量较大的沿海地区或周围气体对铝有明显腐蚀的场所，宜选用防腐型铝绞线或铜绞线。

4.2.2敞开硬导体

 1发电机回路采用硬导体时可选用矩形、双槽形和圆管形。

20kV及以下回路的正常工作电流在4000A及以下时，宜选用矩形导体；在4000～8000A时，宜选用双槽形导体或圆管形导体。

   35kV～66kV配电装置硬导体可采用矩形导体。

   110kV及以上配电装置硬导体宜用铝合金管形导体。

   500kV配电装置硬导体宜采用单根大直径圆管形导体，固定方式可采用支持式或悬吊式。

 2验算额定峰值耐受电流时，硬导体的最大应力不应大于相应导体的最大允许应力。

   重要回路（如发电机，主变压器回路及配电装置汇流母线等）的硬导体应力计算，还应考虑共振的影响。

 3校验槽形导体额定峰值耐受电流时，其片间电动力可按形状系数法进行计算。

 4屋外管形导体荷载组合可采用表4.2.2-4所列条件。

表4.2.2-4荷载组合条件

状态

风速

自重

引下线重

覆冰重量

短路电动力

地震力

正常时

有冰时的风速

最大风速

短路时

50%最大风速且不小15m/s

√

地震时

25%最大风速

相应震级的地震力

 注：

为计算时应采用的荷载条件。

 5屋外管形导体应校验微风振动。

当计算风速为1.5～5m/s时，可采用在管内加装阻尼线、加装动力消振器或采用长托架等措施避免微风振动。

 6为消除220kV及以上管形导体的端部效应，可适当延长导体端部或在端部加装屏蔽电极。

 7为减少钢构发热，当裸导体工作电流大于1500A时，不应使每相导体的支持钢构、钢筋混凝土内的钢筋及钢导体支持夹板的零件（套管板、双头螺栓、压板、垫板等）构成闭合磁路。

对于工作电流大于4000A的裸导体的邻近钢构，应采取避免构成闭合磁路或装设短路环等措施。

 8在有可能发生不均匀沉陷或振动的场所，硬导体和电器连接处，应装设伸缩接头或采取防振措施。

   为了消除由于温度变化引起的危险应力，矩形硬铝导体的直线段一般每隔20m左右设置一个伸缩接头。

对滑动支持式铝管母线一般每隔30～40m设置一个伸缩接头；对滚动支持式铝管母线应根据计算确定。

 9导体伸缩接头可采用定型伸缩接头产品，其截面应大于所连接导体的截面。

4.2.3离相封闭母线

 1额定电流为4000A及以上的发电机主回路可采用离相封闭母线，其分支回路也宜采用离相封闭母线。

 2离相封闭母线外壳宜选用全连式，可根据安装条件选用一点或多点接地方式。

一点接地时，必须在其中一处短路板上设置一个可靠的接地点；多点接地时，可在每处但至少在其中一处短路板上设置一个可靠的接地点。

接地回路应能满足短路电流额定峰值耐受电流、额定短时耐受电流的要求。

   离相封闭母线外壳的防护等级一般为IP54。

所有附属设备柜体的防护等级不小于IP54（户外）、IP31（户内）。

 3当离相封闭母线通过短路电流时，外壳的感应电压应不超过24V。

 4离相封闭母线应对导体和外壳支持强度进行详细的力学计算、校验，确定支架、支柱绝缘子、母线、外壳的强度。

并应考虑热胀冷缩对固定方式的影响。

 5离相封闭母线冷却方式宜采用自然冷却。

 6为便于现场焊接和安装调试，离相封闭母线相间的外壳净距一般不小于300mm，外壳底部距地一般不小于230mm，边相外壳距墙一般不小于300mm。

当回路中装有断路器时，上述尺寸应与断路器外形尺寸相协调。

 7离相封闭母线与设备连接应符合下列条件：

1）

为便于拆卸，连接处应采用螺栓连接，螺栓连接的导电接触面应镀银；

2）

离相封闭母线外壳和设备外壳之间应绝缘并隔振，离相封闭母线外壳应按全连式要求保证完整回路，且设备应采用封闭母线型；

3）

离相封闭母线因设备分段后，应在分段离相封闭母线最低处设置排水阀，以便定期排放壳内凝结水；

   离相封闭母线应设置三相短路试验装置、检修孔、伸缩补偿装置。

封闭母线与电器的连接处，导体和外壳应设置可拆卸的伸缩接头。

当直线段长度在20m左右时以及有可能发生不均匀沉陷的场所，导体和外壳一般设置焊接的伸缩接头。

自然冷却离相封闭母线应在户内外穿墙处设置密封绝缘套管或采取其他措施，防止外壳中户内外空气对流而产生结露。

 8布置在地下洞室等潮湿场所的离相封闭母线宜采取热风保养、微正压充气或绝缘子加热等防潮措施。

4.2.4共箱封闭母线

 1回路额定电流为6300A以下时，可采用共箱封闭母线。

 2对于有水、汽、导电尘埃等场所，应采用相应防护等级的产品。

 3共箱封闭母线超过20m长的直线段、不同基础连接段及设备连接处等部位，应设置热胀冷缩或基础沉降的补偿装置。

 4共箱封闭母线的外壳各段间必须有可靠的电气连接，其中至少有一段外壳应可靠接地。

共箱母线箱体宜采用多点接地。

 5共箱封闭母线在穿外墙处，宜装设户外型导体穿墙套管及密封隔板。

共箱封闭母线应避免共振。

 6各制造段间导体的连接可采用焊接或螺栓连接，与设备的连接应采用螺栓连接。

电流大于等于3000A的导体，其螺栓连接的导电接触面应镀银。

   当导体额定电流小于等于3000A时，可采用普通炭素钢紧固件，当导体额定电流大于3000A时应采用非磁性材料紧固件。

 7共箱封闭母线的外壳段间可采用焊接或可拆连接。

 8共箱封闭母线宜在适当部位设置检修孔和防结露装置。

4.2.5气体绝缘母线（GIL）

 1导电回路的相互连接其结构上应做到：

固定连接应有可靠的应力补偿结构，不允许采用螺纹部位导电的结构方式；触指插入式结构应保证触指压力均匀；铝合金母线的导电接触部位应镀银。

 2外壳采用铝合金板焊接。

并按压力容器有关标准设计、制造与检验。

 3气体绝缘母线可划分成若干隔室，以达到满足正常使用条件和限制隔室内部电弧影响的要求。

   相邻隔室因漏气或维修作业而使压力下降时，隔板应能确保本隔室的绝缘性能不发生显著的变化。

   充有绝缘气体的隔室和充有液体的相邻隔室（例如电缆终端或变压器）间的隔板，不应出现任何泄漏影响两种介质绝缘性能。

   气体绝缘母线隔室的划分应有利于维修和气体管理。

最大气体隔室的容积应和气体服务小车的储气罐容量相匹配。

 4每个封闭压力系统（隔室）应设置密度监视装置，制造厂应给出补气报警密度值。

 5气体绝缘母线每个隔室的相对年泄漏率应不大于1%/年。

 6伸缩节主要用于装配调整（安装伸缩节），吸收基础间的相对位移或热胀冷缩（温度伸缩节）的伸缩量等。

   在气体绝缘母线和所连接设备分开的基础之间允许的相对位移（不均匀下沉）应由制造厂和用户协商确定。

 7气体绝缘母线宜采用多点接地方式。

同一相气体绝缘母线各节外壳之间宜采用铜或铝母线进行电气连接，气体绝缘母线在两端和中间（可根据母线的长度确定中间接地点的数量）三相互连后用一根接地线接地。

 8正常运行条件下，外壳的感应电压不应超过24V；在故障条件下，外壳的感应电压不应超过100V。

4.2.6电力电缆

 110kV及以下电力电缆可选用铜芯或铝芯。

35kV及以上电力电缆宜采用铜芯。

高落差电缆经技术经济比较亦可采用铝芯。

 2电缆型式应根据工程环境条件及敷设条件、运行维护经验、防火及环保要求等，通过技术经济比较选用。

地下工程、高落差场所宜选用交联聚乙烯绝缘电缆。

 3交联聚乙烯绝缘电缆对有径向防水要求时应采用铅套、皱纹铝套或皱纹不锈钢套作为径向防水层。

其截面应满足单相或三相短路故障时短路容量的要求。

 4交联聚乙烯绝缘电缆铅套和皱纹铝套除适合于一般场所外，特别适用于下列场所：

1）

铅套电缆：

适用于腐蚀较严重但无硝酸、醋酸、有机质（如煤泥）及强碱性腐蚀质，且受机械力（拉力、压力、振动等）不大的场所；

2）

皱纹铝套电缆：

适用于腐蚀不严重和要求承受一定机械力的场所（如直接与变压器连接、敷设在桥梁上、桥墩附近和竖井中）；

3）

皱纹不锈钢套电缆：

适用于腐蚀较严重和要求承受机械力的能力比皱纹铝套电缆更强的场所。

 5电缆终端的选择原则：

1）

终端的额定电压等级及其绝缘水平，不得低于所连接电缆的额定电压等级及其绝缘水平，终端的外绝缘应符合安装处海拔高程、污秽等环境条件所需泄露比距的要求；

2）

终端型式与电缆所连接电器的特点必须适应；

3）

充油电缆连接的终端应能耐受最高工作油压；

4）

与六氟化硫全封闭电器相连的电缆终端应采用全封闭式终端，其接口应能相互配合；

5）

电缆终端的机械强度，应满足安装处引线拉力、风力和地震力的要求。

 6正常运行时电缆金属护套上感应电压，在不接地端不应大于50V，当采取不能任意接触金属护层的安全措施时，不得大于100V；

 7交流单相电力电缆金属护套接地宜按下列方式设计：

1）

电缆线路不长，且金属护套上任一点的正常感应电压不超过第4.2.6条6款规定时，应采用一端直接接地方式。

2）

电缆线路较长，采用一端直接接地的感应电压超过第4.2.6条6款规定时，应采用交叉互联接地方式。

3）

当金属护层采用一端直接接地方式时，另一端则应经护套接地保护器接地。

 8交流110kV及以上单芯电缆在下列情况下宜在三相电缆之间并行布置均压线或回流线，并两端接地。

1）

可能出现的工频或冲击感应电压，超过电缆护层绝缘的耐受强度时。

2）

需抑制对电缆邻近弱电线路的电气干扰强度时。

 9对重要回路且可能有过热部位的电缆线路，宜设有温度检测装置。

4.3电器的选择

4.3.1高压断路器

 1对担负调峰任务的水电厂、蓄能机组、并联电容器组等需要频繁操作的回路，应选用适合频繁操作的断路器。

 235kV及以下电压级的断路器，宜选用真空断路器或SF6断路器。

66kV～220kV电压级的断路器，可选用SF6断路器、少油断路器。

330kV及以上电压级的断路器，宜选用SF6断路器。

当选用真空断路器切断弱绝缘电气设备时应装设过电压保护装置。

 3当断路器的两端为互不联系的电源时，设计中应按以下要求校验：

1）

断路器断口间的绝缘水平满足另一侧出现工频反相电压的要求；

2）

在失步下操作时的开断电流不超过断路器的额定反相开断性能；

3）

断路器同极断口间的公称爬电比距与对地公称爬电比距之比一般取为1.15～1.3；

4）

当断路器起联络作用时，其断口的公称爬电比距与对地公称爬电比距之比，应选取较大的数值，一般不低于1.2。

   当缺乏上述技术参数时，应要求制造部门进行补充试验。

 4断路器应根据其使用条件校验下列开断性能：

1）

近区故障条件下的开合性能；

2）

异相接地条件下的开合性能；

3）

失步条件下的开合性能；

4）

小电感电流开合性能；

5）

容性电流开合性能；

 5选择断路器接线端子的机械荷载，应满足正常运行和短路情况下的要求。

必要时应与厂家协商。

 6校核断路器的断流能力，宜取断路器实际开断时间的短路电流作