隧道變電所電源供電解決方案研究

李 杰

(遼寧新發(fā)展公路科技養(yǎng)護(hù)有限公司 沈陽(yáng)市 110005)

0 引言

近年來,隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展,設(shè)備加工及制造工藝日益完善,工業(yè)生產(chǎn)和生活自動(dòng)化的提高導(dǎo)致用電需求大大增加,對(duì)電網(wǎng)的供變電技術(shù)有了新的要求,變電站的供電技術(shù)及方法有了新的發(fā)展方向。[1]文章選雙喜嶺隧道變電所作為研究對(duì)象,對(duì)隧道變電所的雙電源供配電進(jìn)行全面詳細(xì)闡述。重點(diǎn)說明了在當(dāng)前社會(huì)背景下,國(guó)內(nèi)供配電發(fā)展的現(xiàn)狀以及未來發(fā)展的方向。介紹了隧道變電所的主要設(shè)施及功能,變壓器臺(tái)數(shù)選擇,變壓器容量選擇,以及主接線的種類和各種接線的優(yōu)缺點(diǎn),最終確定了變電所的主接線方式。

1 隧道變電所的主要設(shè)施及功能

隧道變電所供配電主要包括:高壓供電部分、變壓部分、備用電源部分、供配控制及切換部分、用電設(shè)施部分。高壓供電部分包括:進(jìn)線柜、開關(guān)柜、計(jì)量柜;變壓部分包括:變壓器;備用電源包括:柴油發(fā)電機(jī)、UPS電源、EPS電源;用電設(shè)施包括:風(fēng)機(jī)、照明、監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等。針對(duì)以上各部分在供配電及用電的不同作用,詳細(xì)闡述變電所總體分析及主變選擇、電氣主接線選擇方案。

1.1 隧道變電所的供電分析及主要變壓器的選型

隧道變電所供配電是由變壓器、供電線路、用電設(shè)備組成,包括照明、風(fēng)機(jī)等連接在所有回路中的所有設(shè)備。隧道變電所上端承接電網(wǎng)公司,下端連接隧道內(nèi)所有用電設(shè)備,發(fā)揮著變換電壓和分配電能的作用。

變壓器數(shù)量應(yīng)根據(jù)負(fù)荷大小、種類及經(jīng)濟(jì)性為原則進(jìn)行選擇,以下情況同時(shí)存在一種或多種時(shí)需要選擇兩臺(tái)或兩臺(tái)以上數(shù)量的變壓器:(1)電能需求量極大;(2)根據(jù)季節(jié)變換負(fù)荷也隨之有較大的變化;(3)負(fù)荷非常集中。雙喜嶺隧道內(nèi)用電設(shè)備固定,用電需求不大,因此該隧道滿足選擇設(shè)置一臺(tái)變壓器的條件。

但考慮到雙喜嶺隧道地處山區(qū),所用電為農(nóng)業(yè)供電,會(huì)出現(xiàn)電壓不穩(wěn)或停電現(xiàn)象,如果有可以當(dāng)作備用電源的柴油發(fā)電機(jī)或者UPS等電源時(shí),可以設(shè)置一臺(tái)變壓器,但必須具備上述兩種條件中的一種或者同時(shí)存在。雙喜嶺隧道變電所選擇方案為二者同時(shí)存在。

1.2 配電主接線方式的選擇

主接線是配電中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié),主接線方式的選擇直接影響設(shè)備運(yùn)行的可靠性和增減設(shè)備的靈活性,直接關(guān)系著供配電控制設(shè)備的選擇以及配電裝置、保護(hù)裝置、自動(dòng)裝置的選型,是供配電整體投資的決定性因素。

2 隧道變電所的總體分析及主變選擇

2.1 隧道變電所的總體情況分析

此隧道變電所采用一座10kV終端變電所,以供給雙喜嶺隧道雙方向隧道用電設(shè)備,還包括雙喜嶺隧道變電所內(nèi)消防設(shè)施的用電。雙喜嶺隧道地處山區(qū),該處供電為農(nóng)業(yè)用電。雙喜嶺隧道為兩端變電所供電,兩端變電所格局相同。每端變電所設(shè)有高壓室、變壓器室、柴油發(fā)電機(jī)室、配電室、弱電機(jī)房等。兩端變電所相同,故取雙喜嶺隧道莊河端變電所來具體說明本變電所的供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)。

隧道內(nèi)主要用電設(shè)施有:風(fēng)機(jī)18套、照明控制回路12條、交通信號(hào)燈2組、車道指示器14套及監(jiān)控設(shè)施等。設(shè)計(jì)需要的設(shè)施有高壓配電室,設(shè)置有高壓電源引入柜、主受柜、計(jì)量柜、配出柜,后送至變壓器。設(shè)置室內(nèi)三相干式變壓器、置發(fā)電機(jī)組、有配套的切換柜。二次線路設(shè)置有進(jìn)線柜、節(jié)能控制柜、EPS電源、風(fēng)控制柜、交流低壓配電柜、電容柜等子供配電系統(tǒng)。

2.2 變壓器容量的選擇

變壓器作為高低壓連接裝置,對(duì)供電系統(tǒng)的運(yùn)行和電壓等級(jí)的變換起到至關(guān)重要的作用,所以變壓器選擇必須謹(jǐn)慎合理,否則將會(huì)帶來很大的經(jīng)濟(jì)損失[1]。

(1)選擇原則

統(tǒng)計(jì)負(fù)荷大小是確定變壓器容量、控制設(shè)備的型號(hào)及導(dǎo)線截面的重要依據(jù)。

變壓器所承擔(dān)負(fù)載統(tǒng)計(jì)常用有兩種方法,一是需要系數(shù)法,二是二項(xiàng)式法和利用系數(shù)法。此兩種方法在國(guó)內(nèi)普遍使用。需要系數(shù)法比較簡(jiǎn)便,廣泛使用,雙喜嶺隧道變電所設(shè)計(jì)采用的是需要系數(shù)法。

(2)負(fù)荷資料

變電所內(nèi)負(fù)荷:22.82kW;機(jī)電負(fù)荷:24kW;隧道內(nèi)負(fù)荷:605.10kW;共計(jì):651.92kW。

(3)負(fù)荷計(jì)算

負(fù)荷容量Pe=651.92kW

需要系數(shù)Kd=0.65

同時(shí)系數(shù)Ki=0.95,功率因數(shù)cosφ=0.85

tgφ=0.62

有功計(jì)算負(fù)荷:Pc=KiKdPe=402.56kW

無(wú)功計(jì)算負(fù)荷:Qc=Pctgφ=237.11kvar

視在功率計(jì)算負(fù)荷:Sc=Pc/cosφ=473.6kW·A

2.3 變壓器數(shù)量的選擇

確定所選擇變壓器的容量、冷卻方式,除了根據(jù)所承擔(dān)的負(fù)荷、變壓器的使用環(huán)境外,還需要考慮到隧道未來3～5年的發(fā)展規(guī)劃,留有一定的余量。變壓器的選用還應(yīng)考慮所需電壓等級(jí)、進(jìn)出線回路數(shù)、外型尺寸等,要進(jìn)行全面分析和考慮[1]。

2.3.1主變臺(tái)數(shù)的考慮原則

(1)在此次設(shè)計(jì)中雙喜嶺變電所采用一臺(tái)變壓器,一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)供電。變壓器采用普通雙繞組變壓器。

(2)由于雙喜嶺變電所地處山區(qū),所供為農(nóng)業(yè)用電。為了保證系統(tǒng)的電能質(zhì)量,可采用變壓器分接頭對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的需要,適當(dāng)?shù)恼{(diào)整分接頭的位置來調(diào)節(jié)電壓,以確保系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性[1]。

2.3.2變壓器型號(hào)、柴油發(fā)電機(jī)型號(hào)的選擇

雙喜嶺隧道變電所用電設(shè)備總負(fù)荷為651.92kW,再通過對(duì)計(jì)算負(fù)荷分析以及查閱相關(guān)的變壓型號(hào)的書籍來確定變壓器的容量,變壓器的容量應(yīng)當(dāng)大于計(jì)算負(fù)荷并留有一定的余量;再通過分析變電所的所址情況來確定變壓器的環(huán)境影響,最終經(jīng)過綜合考慮,計(jì)算確定變壓器的型號(hào)。由于雙喜嶺變電所為隧道變電所,擔(dān)負(fù)著行車安全,故選擇一臺(tái)變壓器及一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)作為備用。

最終確定各設(shè)備容量如下:

(1)變壓器:雙喜嶺隧道兩側(cè)的變壓器都選擇S9-630/10變壓器一臺(tái),一次輸入10kV,二次輸出380V。

(2)發(fā)電機(jī):雙喜嶺隧道變電所內(nèi)配備的是額定功率630kVA威爾遜發(fā)電機(jī)組,電瓶供電電壓為直流24V。

3 隧道變電所主接線選擇

3.1 選擇的原則

根據(jù)變電所的要求,以“安全可靠、經(jīng)濟(jì)適用、符合國(guó)情”為方針,確保原始資料的準(zhǔn)確性,考慮實(shí)際工程建造中可能遇到的問題,遵守有關(guān)的技術(shù)規(guī)定和安全標(biāo)準(zhǔn),保證設(shè)計(jì)方案的可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性[1]。

3.2 主接線說明

低壓供配電系統(tǒng)的主接線形式一般采用普通單母線接線或單母線分段接線的方式。

(1)普通單母線接線的最大優(yōu)點(diǎn)是接線簡(jiǎn)單,該方式只有一組母線,所有的進(jìn)、出線回路均接在這組母線上[1]。

(2)單母線分段接線利用隔離開關(guān)、斷路器等一次設(shè)備將單母線分成多段的接線形式,該方式的供電可靠性和靈活性大大提高[1]。

雙喜嶺變電所進(jìn)線為一條10kV電源進(jìn)線及一條柴發(fā)電源進(jìn)線,如圖1所示。

圖1 變電所進(jìn)線示意圖

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)資料分析,其出線為站內(nèi)用電、風(fēng)機(jī)柜、照明柜等8條。用電設(shè)備均從該8條回路中分出,該8條回路滿足現(xiàn)階段設(shè)備用電需求,因此最終決定該處8條回路主接線采用單母線分段的接線形式。

根據(jù)雙喜嶺隧道用電原始資料,從雙喜嶺隧道變電所用電需求考慮,從近期及遠(yuǎn)景的發(fā)展規(guī)劃,經(jīng)過比較確定采用一路10kV 電源和一路發(fā)電機(jī)電源一用一備供電。兩路電源有兩路獨(dú)立電源供給,高壓側(cè)為單母線分段聯(lián)絡(luò)接線,10kV 電源進(jìn)線經(jīng)獨(dú)立變電所的開關(guān)柜引出一路至本所ATS轉(zhuǎn)換柜,發(fā)電機(jī)電源由發(fā)電機(jī)接線端直接接入ATS轉(zhuǎn)換柜。轉(zhuǎn)換柜用電輸出與變電所低壓側(cè)采用單母線接線。

4 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)雙喜嶺隧道用電負(fù)荷的統(tǒng)計(jì),查找相關(guān)規(guī)范和參照相關(guān)文獻(xiàn),給出了雙喜嶺隧道變電所用一路10kV供電線路和一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)供電的雙電源供電方案,以及具體的設(shè)備選型、母線連接等方案,解決了山區(qū)供電不穩(wěn)定及停電等緊急情況下影響隧道內(nèi)通行安全的隱患。

隨著技術(shù)發(fā)展,變電所的設(shè)計(jì)將趨于智能化發(fā)展,各元器件將趨于模塊化,施工將更快捷,運(yùn)行更可靠,保證變電所供配電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、安全性、先進(jìn)型,也能提高生產(chǎn)及管理效益、管理自動(dòng)化水平,減輕維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,降低運(yùn)行維護(hù)成本[1]。