110kV變電站電氣一次部分設(shè)計(jì)

陳洋

（廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司柳州供電局 廣西柳州市 545005）

110kV變電站電氣一次部分設(shè)計(jì)

陳洋

（廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司柳州供電局 廣西柳州市 545005）

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，為了滿足社會(huì)現(xiàn)代化生產(chǎn)和人們生活發(fā)展的需求，設(shè)計(jì)110kV變電站，是當(dāng)前供電企業(yè)急切需要進(jìn)行的一項(xiàng)具有深遠(yuǎn)意義的技術(shù)措施。因此，作好110kV變電站的設(shè)計(jì)是電網(wǎng)建設(shè)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。本文對(duì)變電站電氣一次設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

變電站；變壓器；短路電流；電氣設(shè)備

引言

本文的110kV變電站主要設(shè)備的組成主要有主變壓器、電氣主接線、控制裝置、避雷裝置以及無功補(bǔ)償設(shè)備。根據(jù)最大持續(xù)工作電流及短路計(jì)算的計(jì)算結(jié)果，對(duì)高壓熔斷器、隔離開關(guān)、母線、絕緣子和電壓互感器、電流互感器進(jìn)行了選型，從而完成了110kV電氣一次部分設(shè)計(jì)。

1 變電站設(shè)計(jì)總體分析

1.1 變電站的設(shè)計(jì)要求

本次設(shè)計(jì)變電站為110kV城西降壓變電站，有110kV、35kV、10kV三個(gè)電壓等級(jí)，變電站最終規(guī)模的進(jìn)出線回路數(shù)為：

110kV：4回（其中 2回備用）；35kV：5回（其中 1回備用）；10kV：10回（其中2回備用）。

1.2 系統(tǒng)電源情況

與本變電所連接的系統(tǒng)電源共有3個(gè)，其中110kV及35kV系統(tǒng)變電所各一個(gè)，110kV電廠一個(gè)，具體為：①110kV系統(tǒng)變電所（長(zhǎng)平變）：在該所高壓母線上的短路容量為533MVA，該所距待設(shè)計(jì)變電所9kM。②35kV系統(tǒng)變電所（龍?jiān)醋儯涸谠撍邏耗妇€上的短路容量為250MVA，該所距待設(shè)計(jì)變電所3.3kM。③最小短路容量為最大短路容量的3/4，電廠不變。

2 負(fù)荷分析計(jì)算與主變壓器的選擇

2.1 負(fù)荷分析計(jì)算

2.1.1 負(fù)荷計(jì)算的目的

計(jì)算負(fù)荷是供電設(shè)計(jì)計(jì)算的基本依據(jù)，計(jì)算負(fù)荷確定得是否正確合理，直接影響到電器和導(dǎo)線電纜的選擇是否經(jīng)濟(jì)合理。如計(jì)算負(fù)荷確定過大，將使電氣設(shè)備和導(dǎo)線選得過大，造成投資和有色金屬的消耗浪費(fèi)，如計(jì)算負(fù)荷確定過小又將使電氣設(shè)備和導(dǎo)線電纜處于過早老化甚至燒毀，造成重大損失，因此負(fù)荷計(jì)算的準(zhǔn)確與否是保證供電系統(tǒng)電氣設(shè)備選擇合理、安全運(yùn)行的重要前提。

2.1.2 負(fù)荷分析

（1）35kV側(cè)負(fù)荷：

S35kV=[1.05×0.9×（5.24+5.16+4.42+6）]/0.85=23.15（MVA）

（2）10kV側(cè)負(fù)荷：

S10kV=[1.05×0.9×（1.8+1.2+1.24+0.49+3.56+1.07+1.28+1.51+2+2）]/0.85=17.96（MVA）

（3）所用電負(fù)荷：

S所=（照明用電+生活區(qū)用電+其余的或連續(xù)的負(fù)荷之和）×0.85

=（3.24+3.2+4.5+2.7+1.1+2.5+7.7+10+20+4.5+6）×0.85

=0.052343（MVA）

（4）穿越功率：

S穿越＝P/cos準(zhǔn)＝1.9/0.85＝2.23（MVA）

（5）總負(fù)荷：

S總＝S35kV+S10kV+S所+S穿越＝43.4（MVA）

2.2 主變選擇

2.2.1 主變臺(tái)數(shù)的考慮原則

變壓器的容量、臺(tái)數(shù)直接影響到變電站的電氣主接線形式和配電裝置的結(jié)構(gòu)。它的確定除了依據(jù)傳遞容量基本原始資料外，還要根據(jù)電力系統(tǒng)5～10年的遠(yuǎn)景發(fā)展計(jì)劃，輸送功率的大小、饋線回路數(shù)、電壓等級(jí)以及接入電力系統(tǒng)中的緊密程度等因素，進(jìn)行綜合分析與合理的選擇。如果變壓器的容量選擇過大，臺(tái)數(shù)過多，不僅增加投資，增大占地面積，而且也增加了運(yùn)行電能的損耗，設(shè)備未能充分發(fā)揮效益；若容量選的過小，將可能滿足不了變電站的電力負(fù)荷的需要，這在技術(shù)上是不合理的。

2.2.2 變壓器聯(lián)結(jié)組別的選擇

確定原則：在具有三種電壓的變電站中，如通過主變壓器各側(cè)繞組的功率均達(dá)到該變壓器容量的15%以上或低壓側(cè)雖無負(fù)荷，但在變電站內(nèi)需設(shè)無功補(bǔ)償設(shè)備時(shí)，主變壓器宜采用三繞組變壓器。

在本變電站中：

S35kV/S總=（23.15/43.4）×100%=53%＞15%

S10kV/S總=（17.96/43.4）×100%=41%＞15%

因此，主變壓器選為三繞組變壓器。

2.3 繞組連接方式的確定

變壓器繞組的連接結(jié)方式必須和系統(tǒng)電壓相位一致，否則不能并列運(yùn)行。我國(guó)電力系統(tǒng)中高壓繞組一般采用星形連接的方式，低壓繞組采用三角形連接。綜合考慮變壓器的穩(wěn)定性和選擇原則，確定所選變壓器繞組接線方式為YN/Yn0/d11接線方式。

3 電氣主接線設(shè)計(jì)

電氣主接線主要是指在發(fā)電廠、變電所、電力系統(tǒng)中，為滿足預(yù)定的功率傳送和運(yùn)行等要求而設(shè)計(jì)的，表明高壓電氣設(shè)備之間相互連接關(guān)系的傳送電能的電路。電氣主接線以電源進(jìn)線和引出線為基本環(huán)節(jié)，以母線為中間環(huán)節(jié)構(gòu)成的電能輸配電路圖。

3.1 電氣主接線應(yīng)滿足的要求

（1）可靠性。主接線系統(tǒng)應(yīng)保證用戶供電的可靠性，特別是保證對(duì)重要負(fù)荷的供電。

（2）靈活性。主接線系統(tǒng)應(yīng)能靈活地適應(yīng)各種工作情況，特別是當(dāng)一部分設(shè)備檢修或工作情況發(fā)生變化時(shí)，能夠通過倒換開關(guān)的運(yùn)行方式，做到調(diào)度靈活，不中斷向用戶的供電。在擴(kuò)建時(shí)應(yīng)能很方便的從初期建設(shè)到最終接線。

（3）經(jīng)濟(jì)合理。主接線系統(tǒng)還應(yīng)保證運(yùn)行操作的方便以及在保證滿足技術(shù)條件的要求下，做到經(jīng)濟(jì)合理，盡量減少占地面積，節(jié)省投資。

3.2 幾種母線接線方式的優(yōu)缺點(diǎn)

3.2.1 雙母線接線方式

優(yōu)點(diǎn)：①正常運(yùn)行時(shí)，兩組母線和斷路器都同時(shí)投入，運(yùn)行調(diào)度十分靈活。②當(dāng)一組母線故障或者轉(zhuǎn)為檢修時(shí)，所有回路都可以通過另一組母線繼續(xù)運(yùn)行。③檢修任何一組母線或者任何一臺(tái)斷路器時(shí)，所有進(jìn)出線都不需要進(jìn)行切換操作。

缺點(diǎn)：①運(yùn)行方式改變時(shí)，需要用母線隔離開關(guān)進(jìn)行倒閘操作，操作步驟復(fù)雜，容易出現(xiàn)誤操作，導(dǎo)致人身和設(shè)備事故。②任一回路斷路器檢修時(shí)，該回路仍需停電。③母線側(cè)的隔離開關(guān)大幅增加，并且母線長(zhǎng)度也相應(yīng)加長(zhǎng)，配電裝置結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，占地面積和投資都有所增加。

3.2.2 單母線接線方式

優(yōu)點(diǎn)：接線簡(jiǎn)單清晰、設(shè)備少、投資少、運(yùn)行操作方便、且有利于擴(kuò)建。

缺點(diǎn)：可靠性、靈活性差、母線故障時(shí)，各出線必須全部停電。

3.2.3 單母線分段接線方式

優(yōu)點(diǎn)：①母線發(fā)生故障時(shí)，僅故障母線停止供電，非故障母線仍可繼續(xù)工作，縮小母線故障影響范圍。②對(duì)雙回線路供電的重要用戶，可將雙回路接于不同的母線段上，保證對(duì)重要用戶的供電。

缺點(diǎn)：當(dāng)一段母線故障或檢修時(shí)，必須斷開在該段上的全部電源和引出線，這樣減少了系統(tǒng)的供電量，并使該回路供電的用戶停電。

綜合考慮供電可靠性和經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化，母線接線方式選擇110kV側(cè)采用雙母線接線方式，35kV側(cè)采用單母線分段接線方式，10kV側(cè)采用單母線分段接線方式。

4 短路電流計(jì)算

4.1 短路電流的危害

在電力系統(tǒng)中發(fā)生短路故障時(shí)，在短路回路中短路電流要比額定電流大幾倍至幾十倍，通常可達(dá)數(shù)千安。短路電流通過電氣設(shè)備和導(dǎo)線必然要產(chǎn)生很大的電能，并且使設(shè)備溫度急劇上升有可能損壞設(shè)備；發(fā)生接地短路時(shí)所出現(xiàn)的不對(duì)稱短路電流，將對(duì)通信線路產(chǎn)生干擾；當(dāng)短路點(diǎn)離發(fā)電廠很近時(shí)，將造成發(fā)電機(jī)失去同步，而使整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行解列。

4.2 短路電流實(shí)用計(jì)算的基本假設(shè)條件

①系統(tǒng)在正常工作時(shí)三相是對(duì)稱的；②電力系統(tǒng)中各元件的磁路不飽和，即各元件的電抗值與電流大小無關(guān)；③電力系統(tǒng)各元件電阻，一般在高壓電路中都略去不計(jì)，但在計(jì)算短路電流的衰減時(shí)間常數(shù)應(yīng)計(jì)及元件電阻。此外，在計(jì)算低壓網(wǎng)絡(luò)的短路電流時(shí)，應(yīng)計(jì)及元件電阻，但可以不計(jì)算復(fù)阻抗，而是用阻抗的絕對(duì)值進(jìn)行計(jì)算；④輸電線路的電容忽略不計(jì)；⑤變壓器的勵(lì)磁電流忽略不計(jì)，相當(dāng)于勵(lì)磁阻抗回路開路，這樣可以簡(jiǎn)化變壓器的等值電路。

5 電氣設(shè)備的選擇

盡管電力系統(tǒng)中各種電氣設(shè)備的作用和工作條件并不一樣，具體選擇方法也不相同，但對(duì)它們的基本要求卻是一致的。電氣設(shè)備要能可靠的工作，必須按正常條件進(jìn)行選擇。

5.1 高壓斷路器的選擇

高壓斷路器是發(fā)電廠與變電站中主系統(tǒng)的重要開關(guān)器，能斷開電氣設(shè)備中負(fù)荷電流和短路電流。

本變電站主要考慮在室外，所以斷路器全部在室外，而SF6斷路器具有優(yōu)良的開斷性能、維護(hù)方便等特點(diǎn)，所以此次高壓斷路器全部選擇SF6斷路器。

5.2 隔離開關(guān)的選擇

隔離開關(guān)用于各級(jí)電壓，用作改變電路連接或使線路或設(shè)備與電源隔離，它沒有斷流能力，只能先用其它設(shè)備將線路斷開后再操作。

通過對(duì)短路電流計(jì)算和動(dòng)熱穩(wěn)定校驗(yàn)，綜合配電裝置特點(diǎn)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件，確定隔離開關(guān)型號(hào)為GW4。

6 配電裝置及電氣總平面布置設(shè)計(jì)

6.1 配電裝置概述

配電裝置是發(fā)電廠和變電站的重要組成部分，它是根據(jù)主接線的聯(lián)結(jié)方式，由開關(guān)電器、保護(hù)和測(cè)量電器，母線和必要的輔助設(shè)備組建而成，用來接受和分配電能的裝置。它主要包括開關(guān)設(shè)備、保護(hù)裝置和輔助設(shè)備。

6.2 配電裝置的確定

本變電所三個(gè)電壓等級(jí)：即110kV、10kV根據(jù)《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)》規(guī)定，110kV及以上多為屋外配電裝置，35kV及以下的配電裝置多采用屋內(nèi)配電裝置，故本所110kV采用屋外配電裝置，10kV采用屋內(nèi)配電裝置。

設(shè)計(jì)的變電站位于市郊區(qū)，地質(zhì)條件良好，所用土地工程量不大，且不占良田，所以該變電所110kV電壓等級(jí)均采用普通中型配電裝置，具有運(yùn)行維護(hù)、檢修且造價(jià)低、抗震性能好、耗鋼量少而且布置清晰、運(yùn)行可靠、不易誤操作、各級(jí)電業(yè)部門無論在運(yùn)行維護(hù)還是安裝檢修方面都積累了比較豐富的經(jīng)驗(yàn)。

若采用半高型配電裝置，雖占地面積較少，但檢修不方便，操作條件差，耗鋼量多。選擇配電裝置，首先考慮可靠性、靈活性及經(jīng)濟(jì)性，所以，本次設(shè)計(jì)的變電所，110kV采用戶外，10kV采用戶內(nèi)，該變電所是最合適的。

6.3 電氣總平面布置的要求

①充分利用地形，方便運(yùn)輸、運(yùn)行、監(jiān)視和巡視等；②出線布局合理、布置。

6.4 電氣總平面布置

（1）變電站內(nèi)路面寬度設(shè)計(jì)為3.5m，巡視道路路面寬度設(shè)計(jì)為1m。

（2）儲(chǔ)油池和擋油板的長(zhǎng)度尺寸比設(shè)備外廓尺寸每邊大1m。儲(chǔ)油池內(nèi)鋪設(shè)厚度不小于300mm的卵石層。

（3）主控樓的位置在便于運(yùn)行人員相互聯(lián)系，便于巡視檢查和觀察屋外設(shè)備和減少電纜長(zhǎng)度，避開噪音影響地段，在可布置的主配電裝置一側(cè)，配電裝置之間結(jié)合前面設(shè)施進(jìn)行布置。

[1]《電氣工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)指南—電力系統(tǒng)分冊(cè)》.北京：中國(guó)水利電力出版社.

[2]《電力系統(tǒng)分析》（第二版）.北京：中國(guó)電力出版社.

[3]《電力工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》.上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社.

TM63

A

1004-7344（2016）13-0090-02

2016-4-25

陳洋（1988-），男，助理工程師，雙學(xué)士，主要從事輸電線路運(yùn)行維護(hù)等工作。