110kV紅草變電站電氣初步設(shè)計(jì)

陳麗丹 郭紹奇 張 堯,

（1.華南理工大學(xué)廣州汽車學(xué)院電氣工程系，廣州 510800；2.吉林省電力勘測設(shè)計(jì)院廣州分院，廣州 510730；3.華南理工大學(xué)電力學(xué)院，廣州 510640）

1 工程概況

汕尾城區(qū)110kV網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱，在負(fù)荷中心的老城區(qū)尚未形成環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。在負(fù)荷中心區(qū)只有汕尾和香洲兩座110kV變電站，主變總?cè)萘繛?03MVA，變電站負(fù)載率較高；另外，220kV桂竹站 10kV配出按每臺(tái)主變折合成 50MVA容量，可送出容量為203MVA，未形成一鎮(zhèn)一站的分層分區(qū)供電格局。紅草鎮(zhèn)的負(fù)荷由桂竹站的兩回10kV配電線路供電。然而，紅草鎮(zhèn)的負(fù)荷已接近滿載，無法滿足新增負(fù)荷的要求，從桂竹站再配出新的 10kV配電線，因受間隔位置和出線走廊的限制，很難實(shí)現(xiàn)，也不符合“分層分區(qū)”的供電原則，并且由于線路長度超過5km，在重載下電壓偏低。為改善汕尾城區(qū)110kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，滿足汕尾城區(qū)西部電力需求，廣東電網(wǎng)公司汕尾供電局根據(jù)分層分區(qū)的供電原則，在紅草鎮(zhèn)擬建一座110kV變電站[1]。

建設(shè)規(guī)模：一期工程建設(shè)兩臺(tái)50MVA變壓器，最終規(guī)模為三臺(tái) 50MVA變壓器。額定容量：50MVA；短路阻抗：16%。110kV 出線最終四回，二回至220kV 桂竹站，一回至尖山嶺，一回備用。至 220kV桂竹站兩回線為同塔雙回線路，長度2×10.5km；至尖山嶺線路為單回路，新建段長度4.85km。

110 kV采用敞開式常規(guī)設(shè)備，主變進(jìn)線和出線采用架空出線。

每臺(tái)主變10 kV側(cè)擬建12回出線（電纜出線），#1、#2主變各帶一臺(tái)站用變。

110kV紅草站接入系統(tǒng)首選方案示意圖見圖1，圖中加粗黑線為接入線路。

圖1 紅草站接入系統(tǒng)示意圖（首選方案）

2 電氣主接線設(shè)計(jì)

2.1 主變選擇

1.主變?nèi)萘窟x擇

在變電站主接線設(shè)計(jì)中根據(jù)計(jì)算負(fù)荷選擇主變壓器的容量，綜合考慮各種因素計(jì)算出來的負(fù)荷稱為計(jì)算負(fù)荷，用計(jì)算負(fù)荷選擇變壓器容量比較切合實(shí)際。

（1）選擇依據(jù)[2]

按變電所建成后5～10年規(guī)劃負(fù)荷選擇，并適當(dāng)考慮到遠(yuǎn)期10～20年的負(fù)荷發(fā)展，對城郊變電所，主變壓器容量應(yīng)與城市規(guī)劃相結(jié)合。

裝有兩臺(tái)以上主變壓器的變電所，應(yīng)考慮一臺(tái)主變壓器停運(yùn)時(shí)，其余主變壓器容量不應(yīng)小于60%的全部負(fù)荷，并保證Ⅰ類、Ⅱ類負(fù)荷的供電。

（2）負(fù)荷計(jì)算

式中，Pimax為各出線的最大負(fù)荷；cos?i為各出線的功率因素；Kt為同時(shí)系數(shù)；α%表示線損率，取5%。

（3）10kV低壓側(cè)近期負(fù)荷

其出線每臺(tái)主變回路數(shù)為12回，取Kt為0.85，結(jié)合負(fù)荷情況分析。

以此，并依據(jù)《汕尾市“十一五”電網(wǎng)規(guī)劃》紅草站供電區(qū)電力需求預(yù)測結(jié)果，本工程一期建設(shè)兩臺(tái)50MVA變壓器，最終規(guī)模為三臺(tái)50MVA變壓器。

2.主變型式的選擇

（1）變壓器相數(shù)的確定：根據(jù)站址地勢開闊，不受運(yùn)輸條件限制時(shí)，在330kV及其以下的發(fā)電廠和變電所中均采用三相變壓器的原則，本初步設(shè)計(jì)采用三相變壓器。

（2）變壓器繞組數(shù)量選擇：根據(jù)相應(yīng)規(guī)定并結(jié)合本次設(shè)計(jì)的具體實(shí)際情況，選擇雙繞組變壓器。

（3）調(diào)壓方式的確定：綜合實(shí)際分析，本設(shè)計(jì)中變電站的主變宜采用有載調(diào)壓方式，這樣可保證電壓能維持在允許范圍內(nèi)。

（4）各側(cè)電壓等級(jí)的選擇：作為電源側(cè)，為保證向線路末端供電的電壓質(zhì)量，即保證在有 10%電壓損失的情況下，線路末端的電壓應(yīng)保證額定值并考慮節(jié)能等因素，110kV側(cè)應(yīng)該選115kV，10kV側(cè)選10.5kV。

（5）全絕緣、半絕緣、繞組材料：110kV側(cè)采用分級(jí)絕緣方式，并且選用與中性點(diǎn)絕緣等級(jí)相當(dāng)?shù)谋芾灼骷右员Ｗo(hù)。10kV側(cè)為中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)中的變壓器，其中性點(diǎn)都采用全絕緣。

另參考南網(wǎng)典型設(shè)計(jì) CSG-110B-3B24AWD方案，選出紅草站主變壓器型式如表1所示。

表1 110kV紅草站推薦選用主變

2.2 電氣主接線方式選擇

電氣主接線是由高壓電器通過連接線，按功能要求組成接受和分配電能的電路，作為傳輸強(qiáng)電流、高電壓的網(wǎng)絡(luò)，故又稱一次接線或電氣主接線，電氣主接線的設(shè)計(jì)是發(fā)電廠或變電站設(shè)計(jì)的主體[3]。

結(jié)合本次工程具體特點(diǎn)，并根據(jù)變電站主接線的設(shè)計(jì)原則、技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果及參考文獻(xiàn)[4]，110kV接線采用單母線分段接線，本期暫為單母線隔離開關(guān)分段；10kV接線采用單母線四分段接線，#1、#3主變 10kV單開關(guān)進(jìn)線，#2主變10kV雙開關(guān)進(jìn)線，其A、B 段母線分別與#1主變10kV母線和#3主變10kV母線相聯(lián)。110kV紅草站電氣主接線方案示意如圖2所示。

圖2 紅草站單母線分段接線示意圖

3 短路電流計(jì)算

短路是電力系統(tǒng)的嚴(yán)重故障，所謂短路，是指一切不正常的相與相之間或與地（對于中性點(diǎn)接地的系統(tǒng)）發(fā)生通路的情況[5]。因此，在主接線設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮限制Id的措施，即需要計(jì)算Id值。

3.1 短路點(diǎn)的選擇

為計(jì)算短路電流，本次設(shè)計(jì)采用簡化實(shí)用計(jì)算方法，等值電路圖簡化為如圖3所示。對于110kV側(cè)，取母線短路點(diǎn)K1，校驗(yàn)所有110kV電氣設(shè)備；10kV側(cè)，取母線短路點(diǎn) K2，校驗(yàn)所有 10kV母線相連接的電氣設(shè)備。

圖3 三相短路電流計(jì)算系統(tǒng)等值簡圖

3.2 短路電流的計(jì)算結(jié)果

按照參考文獻(xiàn)6短路電流具體計(jì)算過程，在最大運(yùn)行方式下進(jìn)行計(jì)算，此時(shí)的三相短路電流值最大，一般工程計(jì)算中計(jì)算三相短路電流及其沖擊電流。計(jì)算過程如下：

1.計(jì)算參數(shù)

選取基準(zhǔn)值SB=100MVA，UB=Uav=115kV，系統(tǒng)電抗XS.max= 0 .04（最大運(yùn)行方式），線路阻抗取X= 0 .4Ω/ k m 。

2.等值電抗計(jì)算

（1）對于線路L1（單回路）：

（2）將X12(1)、Xsmax、XT合并成

4.計(jì)算短路電流

（1）當(dāng)K1點(diǎn)三相短路時(shí)短路電流

將K1、K2點(diǎn)短路電流計(jì)算結(jié)果匯總?cè)绫?。

表2 紅草站最大運(yùn)行方式下短路電流計(jì)算結(jié)果表

由表2可看出，本站各側(cè)短路電流符合南網(wǎng)典設(shè)指標(biāo)，即110kV側(cè)20kA，10kV側(cè)40kA。

4 其他主要電氣設(shè)備選擇

根據(jù)額定電壓、額定電流，按短路條件校驗(yàn)電氣設(shè)備的熱穩(wěn)定性和動(dòng)穩(wěn)定性，絕緣水平條件，綜合考慮環(huán)境因素，進(jìn)行其他主要設(shè)備的計(jì)算、選型。

短路參數(shù)如下：

4.1 高壓斷路器的選擇

根據(jù)選型原則[6]和斷路器的額定電壓及額定電流符合條件，查設(shè)備手冊試選高壓斷路器為六氟化硫斷路器LW6-110/1600-55，其技術(shù)參數(shù)見表3。

表3 110kV紅草站高壓斷路器的選擇結(jié)果

1）動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)：

動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)合格。

2）熱穩(wěn)定校驗(yàn)：

110kV線路后備保護(hù)時(shí)間取 3s，時(shí)間級(jí)差取0.05s，斷路器固有分閘時(shí)間為0.06s。

Qr＞Qk熱穩(wěn)定校驗(yàn)合格。

所選高壓斷路器滿足校驗(yàn)條件。

4.2 隔離開關(guān)

根據(jù)選型原則和技術(shù)條件，可選擇戶外型單接地110kV隔離開關(guān)GW6-110D(W)，其技術(shù)數(shù)據(jù)見表4。

表4 110kV紅草站隔離開關(guān)的選擇結(jié)果

隔離開關(guān)校驗(yàn)：

1） 熱穩(wěn)定校驗(yàn)

因?yàn)镼r＞Qk，所以所選設(shè)備滿足設(shè)計(jì)的要求。

2） 動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)

比較可得滿足動(dòng)穩(wěn)定的要求。

通過以上校驗(yàn)可得：所選的斷路器和隔離開關(guān)均能滿足本次設(shè)計(jì)的要求。

4.3 電流互感器及電壓互感器的選擇

根據(jù)一次回路額定電壓和額定電流的選擇原則、二次額定電流的選擇原則、電流互感器準(zhǔn)確級(jí)和額定容量的選擇原則，電流互感器二次額定電流選用5A，準(zhǔn)確級(jí)為0.5級(jí)，型號(hào)為LGBJ-110型,其技術(shù)參數(shù)詳見表5。

電壓互感器按照相關(guān)選用原則，型號(hào)為TYD110/3-0.02H型，其技術(shù)參數(shù)見表6。

表5 干式電流互感器技術(shù)參數(shù)

表6 電容式電壓互感器技術(shù)參數(shù)

4.4 10kV側(cè)電氣設(shè)備的選擇

10kV側(cè)電氣設(shè)備的選擇同 110kV側(cè)電氣設(shè)備的選擇的條件和方式是一樣的，可以參照110kV側(cè)電氣設(shè)備的選擇。

5 結(jié)論

本文針對汕尾市紅草變電站初步設(shè)計(jì)的要求，結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。從理論上對變電站進(jìn)行了總體分析，然后對主要設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算與選型，具體涉及主變壓器、開關(guān)設(shè)備、互感器等主要設(shè)備，并對短路電流進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算，其結(jié)果符合南方電網(wǎng)典設(shè)指標(biāo)。該變電站電氣一次設(shè)計(jì)方案合理，可供實(shí)際工程借鑒參考，具有較強(qiáng)通用性和實(shí)用性。

[1] 紅草變電站可行性研究報(bào)告.廣東電網(wǎng)公司汕尾供電局,2009.

[2] 水利電力部西北電力設(shè)計(jì)院編.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(電氣一次部分).北京:中國電力出版社,2009.

[3] 熊信銀.發(fā)電廠電氣部分(第三版).北京:中國電力出版社,2009.

[4] 南方電網(wǎng)變電站標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)細(xì)化方案.第三卷110kV變電站標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)細(xì)化方案,第十篇 CSG-110B-3B24AWD方案,2009.

[5] 何仰贊,溫增銀.電力系統(tǒng)分析(第三版).武漢:華中科技大學(xué)出版社,2008.

[6] 陳躍.電氣工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)指南(電力系統(tǒng)分冊)第二版.北京:中國水利水電出版社,2009.