輸水工程隧洞35kV變電站設計分析

甘天文

（水利部新疆維吾爾自治區水利水電勘測設計研究院）

0 引言

阿勒泰二期輸水工程全長約2.68km，地形復雜，以山地為主，地質條件惡劣，在施工過程中必須依靠大型機械，對電力配備要求較高。因此，施工變電站既要滿足工地的用電要求，又要根據地質條件確保用電安全，在變電站設計過程中要把設備選型、過電壓保護、防雷接地等問題作為設計要點。

1 變電站規模概況

根據工程規模和施工工藝，設計本項目變電站建設1臺6300kVA（35／20kV）和1臺6300kVA（35／10kV）降壓變壓器。根據規范標準，變電站電氣主接線：①35kV采用單母線接線：1回35kV進線，2回主變進線（短路電流31.5kA）；②20kV采用單母線接線：終期1回主變進線、1回20kV電纜饋線、1回接地變＋消弧線圈饋線（短路電流25kA）；③10kV采用單母線接線：終期1回主變進線、3回10kV電纜饋線（短路電流25kA）。變電站按終期規模一次建設。

2 主要電氣設備選擇設計分析

變電站主要電氣設備選型需遵循以下原則：①電氣設備長期額定工作條件；②短路條件下的動、熱穩定校驗；③高壓斷路器、隔離開關、主母線、電力電纜等［1］。

2.1 主變壓器和電氣設備選型設計

（1）主變壓器

該變電站采用35kV三相雙繞組油浸自冷有載調壓降壓變壓器，具體型號：SZ11－6300／35，技術參數如表1所示［2］。

表1 SZ11-6300／35變壓器技術參數

（2）主要電氣設備選擇

該變電站主要設備根據電壓不同，所選擇的設備也存在差別，其中35kV電路見表2所示，20kV和10kV電路如表3所示。

表2 35kV主要設備表

表3 20kV／10kV主要設備表

（續）

20kV和10kV配電裝置分別采用KYN□－24／12型鎧裝移開式高壓開關設備，集裝箱內布置，斷路器柜選用優質固封極柱式真空型斷路器；電壓互感器采用抗鐵磁諧振型［3］。

2.2 變電站中性點接地方式選擇設計

該變電站主變35kV和10kV中性點均不接地，而20kV線路主要為TBM供電，電纜線路長度為12.2km。根據經驗式（1）［4］，計算出Ic＝24.4A，考慮變電所增加電容電流為13%，故算得的最終電流為27.6A。

式中，Ic為 電容電流，A；Up為耐受電壓，kV；L為電纜長度，km。

根據規定，電容電流超過10A需加裝消弧線圈。所以該變電站20kV母線設置“1套20kV接地變＋消弧線圈成套裝置”，其中消弧線圈容量Q計算式見式（2）［5］。計算得Q＝430kVA，考慮一定余量，最終確定Q值為600kVA。

式中，k為系數，取值1.35；UN為系統標稱電壓，kV。

2.3 變電站導體選型設計

本工程導體選擇根據DL／T5222《導體和電器選擇設計技術規定》進行，遵循以下5個原則：①母線載流量按母線最大電流考慮，按發熱條件及撓度進行校驗；②各級電氣設備間連接按回路通過最大電流考慮，按發熱條件校驗；③35kV出線回路的導體截面按不小于送電線路的截面考慮；④導體截面應進行電暈校驗及對無線電干擾校驗；⑤主變壓器引線載流量按各側額定容量計算［6］。

（1）35kV導體選擇

1）主母線選型。根據變電站規劃容量，在滿足動、熱穩定，電暈，機械強度等條件下，本工程35kV主母線選擇鋼芯鋁絞線，導線型號LGJ-240／30。

2）主變壓器進線回路導體選擇。主變壓器進線回路由經濟電流密度及熱穩定控制，選用LGJ-240／30導線。

（2）20kV導體選擇

1）主變壓器進線回路導體選擇。主變壓器低壓側進線工作電流173.2A（按主變容量6300kVA考慮）。20kV主變進線選用ZR－YJV62－18／20－1×185電纜，20kV主母線選用TMY－80×8矩形銅封閉母線。

2）20kV電纜其截面按允許工作電流選擇，滿足載流量、經濟電流密度及熱穩定的要求。選型為YJV23，電流截面為YJV23－18／20－3×185、YJV23－18／20－3×70。

（3）10kV導體選擇

1）主變壓器進線回路導體選擇。主變壓器低壓側進線工作電流346.4A（按主變容量6300kVA考慮）。10kV主變進線選用ZR－YJV62－8.7／15－1×300電纜，10kV主母線選用矩形銅封閉母線80×8。

2）10kV電纜其截面按允許工作電流選擇，滿足載流量、經濟電流密度及熱穩定的要求。選型為YJV23，電流截面為YJV23－8.7／15－3×120。

3 絕緣配合及過電壓保護設計分析

3.1 避雷器選擇設計

35kV、20kV及10kV氧化鋅避雷器按《國家電網公司輸變電工程2018年版通用設備》選型，作為各電壓絕緣配合的基準，主要技術參數如表4所示［7］。

表4 氧化鋅避雷器主要技術參數

3.2 電氣設備絕緣水平設計

35kV系統以雷電過電壓決定設備的絕緣水平，在此條件下一般都能耐受操作過電壓的作用。雷電沖擊的配合，以雷電沖擊10kA殘壓為基準，配合系數取1.4。本項目變電站電氣設備的絕緣水平如表5所示（經核算滿足配合要求）。此外，本工程35kV戶外絕緣子串按合成絕緣子選型，采用FXBW（T）－35／70型懸式絕緣子串，泄漏比距≥31mm／kV；屋外電氣設備爬電比距≥31mm／kV［8］。

表5 電氣設備絕緣水平設計

4 結束語

本次設計的阿勒泰二期輸水工程2＃隧洞35kV變電站通過施工驗收后，各項條件均達到了使用要求，在使用過程中也沒有出現過任何安全和過載事故，由此可見各項參數是合理的。在設計施工變電站時，需要根據具體的施工機械要求設計其規模大小，不得照搬其他工程，而且后期調試和驗收，必須由專業技術人員負責，且簽訂責任書，保證工程質量。