淺析110kV變電站電氣設(shè)計(jì)

黎 明

廣西鴻泰勘察設(shè)計(jì)有限公司,廣西南寧 530008

淺析110kV變電站電氣設(shè)計(jì)

黎 明

廣西鴻泰勘察設(shè)計(jì)有限公司,廣西南寧 530008

本文通過對110kV變電站電氣設(shè)計(jì)中電氣主結(jié)線方式的選擇、短電電流計(jì)算、主要設(shè)備的配置、直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)、配電裝置布置及消弧及過電壓保護(hù)裝置設(shè)計(jì)等方面作了論述，通過合理計(jì)算，從而達(dá)到110kV變電所電氣設(shè)計(jì)安全、技術(shù)先進(jìn)、可靠和經(jīng)濟(jì)的目的。

110kV；變電站；電氣設(shè)計(jì)

0 引言

變電站是輸配電系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，是電網(wǎng)的主要監(jiān)控點(diǎn)。合理地選擇110kV變電站電氣主結(jié)線和開關(guān)站類型，在電網(wǎng)的安全供電及經(jīng)濟(jì)方面，均有著重要的意義。本文是針對某地區(qū)電網(wǎng)110kV變電站主結(jié)線方案和開關(guān)站選型研究的總結(jié)，引證的一些結(jié)論已在實(shí)際工作中得到驗(yàn)證和應(yīng)用。

1 選擇電氣主結(jié)線方式

為了保證變電站供電的可靠性和靈活性，在變電站設(shè)計(jì)中，往往采用較復(fù)雜的主接線。主接線的完善運(yùn)用雖然保證了供電可靠性，但存在接線方式復(fù)雜、運(yùn)行操作煩瑣、檢修維護(hù)量大、投資大、占地面積多的缺點(diǎn)。因此，在變電站電氣設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)、變壓器負(fù)載率、電氣設(shè)備特點(diǎn)及上級電網(wǎng)強(qiáng)弱等因素來確定變電所主接線方式。一般終端變電所高壓側(cè)主接線形式選用線路—變壓器組接線和內(nèi)橋接線。

線路—變壓器組接線是最簡單主接線方式。高壓配電裝置只配置2個(gè)設(shè)備單元，接線簡單清晰，占地面積小，送電線路故障時(shí)由送電端變電所出線斷路器跳閘。當(dāng)1臺(tái)主變或一條線路故障退出運(yùn)行，只需在變電所低壓側(cè)作轉(zhuǎn)移負(fù)荷操作，就能確保100%負(fù)荷正常用電，且不影響相鄰變電所的運(yùn)行。內(nèi)橋接線是終端變電所最常用的主接線方式。其高壓側(cè)斷路器數(shù)量較少，線路故障操作簡單、方便，系統(tǒng)接線清晰，保護(hù)配置整定簡單。當(dāng)送電線路發(fā)生故障時(shí)，只需斷開故障線路的斷路器，對其它回路的正常運(yùn)行不造成影響。因此，對于地方電網(wǎng)中110 kV終端變電所，如主變?nèi)萘坎荒軡M足N-1要求，采用內(nèi)橋主接線方式有利于提高系統(tǒng)供電可靠性。

2 短電電流計(jì)算

短路就是指截流體相與相之間發(fā)生非正常接通的情況。短路時(shí)電力系統(tǒng)中最經(jīng)常發(fā)生的故障，危害極大。因此，考慮限制Id值是主接線設(shè)計(jì)中應(yīng)重點(diǎn)考慮的問題。對電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)而言，一般采用運(yùn)算曲線來計(jì)算任意時(shí)刻的短路電流。所謂運(yùn)算曲線，是按我國電力系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)得到汽輪發(fā)電機(jī)的參數(shù)，逐個(gè)計(jì)算在不同阻抗條件下，某時(shí)刻的短路電流，然后取所有短路電流的平均值，作為運(yùn)行曲線在某時(shí)刻和計(jì)算電抗情況下的短路電流值。

3 配置主要設(shè)備

3.1 主變壓器

從型式上看，變電站主變壓器的選擇一方面為了盡量減小對周邊的噪聲污染，偏重于選擇噪聲水平低的自冷式變壓器；另一方面為了節(jié)約投資盡量選擇以風(fēng)冷式為主的變電器。主變的調(diào)壓開關(guān)近年來全部國產(chǎn)化，主變儲(chǔ)油柜采用金屬波紋式儲(chǔ)油柜，主變高壓側(cè)采用110 kV±8×1.25%調(diào)壓方式。對于主變35 kV側(cè)電壓基準(zhǔn)值為多少以及是否調(diào)壓、10 kV側(cè)電壓基準(zhǔn)值為多少存在較大分歧。結(jié)合全國各地區(qū)的實(shí)際情況，筆者認(rèn)為，中、低壓側(cè)采用38.5kV±2×2.5%/10.5kV比較符合現(xiàn)場運(yùn)行需求，尤其是對于增容改造變電站更為實(shí)用。在一臺(tái)時(shí)價(jià)300多萬元左右的三卷變壓器而言，中壓側(cè)的均設(shè)調(diào)壓開關(guān)，有利于電壓質(zhì)量的提高和滿足運(yùn)行調(diào)度的靈活性要求。

3.2 斷路器

其實(shí)一般斷路器選用原則：1）空開額定工作電壓大于等于線路額定電壓；2）空開額定電流大于等于線路負(fù)載電流；3）空開電磁脫扣器整定電流大于等于負(fù)載最大峰值電流（負(fù)載短路時(shí)電流值達(dá)到脫扣器整定值時(shí)，空開瞬時(shí)跳閘。一般D型代號的空開出廠時(shí)，電磁脫扣器整定電流值為額定電流的8～12倍。）也就是說短路跳閘而電機(jī)啟動(dòng)電流是可以避開的。

4 設(shè)計(jì)直流系統(tǒng)

全站設(shè)一套直流系統(tǒng)，按雙充雙饋配置，用于站內(nèi)一、二次設(shè)備、通信及自動(dòng)化系統(tǒng)的供電。直流系統(tǒng)電壓采用220V，選用200Ah蓄電池組，108只，分兩組，全所事故停電按2小時(shí)考慮。直流系統(tǒng)采用單母線分段接線，設(shè)分段開關(guān)，每段母線各帶一套充電裝置和一組蓄電池組，充電裝置采用高頻開關(guān)電源，模塊按N＋1原則配置，每組充電機(jī)選用4塊20A模塊。蓄電池采用閥控式密封鉛酸電池，放置方式采用專用蓄電池室。每套系統(tǒng)設(shè)一套微機(jī)型絕緣監(jiān)測裝置和蓄電池容量檢測儀，采用混合型供電方式。110kV部分采用放射型供電，每一間隔按雙回路方式直接從直流饋線屏獲取電源。10kV部分則按10kV母線分段情況設(shè)置。每一段母線均按雙回路配置。

5 布置配電裝置

變電站工程中一般由于站址場地狹窄，加之110kV出線規(guī)模較大，故110kV配電裝置采用三相共箱式結(jié)構(gòu)的全封閉六氟化硫絕緣的組合電器，采用戶外中型支持管型母線雙列式布置。一組母線配垂直斷口單柱隔離開關(guān)，另一組母線配雙柱水平單斷口旋轉(zhuǎn)式隔離開關(guān)。此種布置的特點(diǎn)是主變進(jìn)線、母聯(lián)、分段及母設(shè)間隔與出線間隔以母線對稱布置，不單獨(dú)占用間隔，有效壓縮了配電裝置的縱向尺寸。GIS的結(jié)構(gòu)為緊湊型三相共箱式，三相導(dǎo)體共面布置，所有開關(guān)設(shè)備均采用了彈簧/電動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)，由1臺(tái)機(jī)構(gòu)操作，三相聯(lián)動(dòng)。由于無需壓縮空氣供給系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了無油化、無氣化。

6 設(shè)計(jì)消弧及過電壓保護(hù)裝置

該裝置是能迅速消除中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)弧光接地給電氣設(shè)備帶來危害的新技術(shù)產(chǎn)品，是確保10kV、35kV系統(tǒng)弧光接地過電壓和諧振過電壓不致造成危害的有效措施。中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)加裝本裝置后，一旦系統(tǒng)發(fā)生單相弧光接地，裝置可在30ms之內(nèi)動(dòng)作，不僅使故障點(diǎn)的電弧立即熄滅，同時(shí)也有效地限制了弧光接地過電壓；裝置運(yùn)作后，允許200A的電容電流連續(xù)通過2h以上，以便用戶可以在完成轉(zhuǎn)移負(fù)荷的倒閘操作之后再處理故障線路；本裝置可將發(fā)生在相與相之間的各種過電壓限制在3.5倍以下。裝置為金屬鎧裝封閉開關(guān)柜，具有弧光接地過電壓保護(hù)功能、諧振過電壓保護(hù)功能、故障信息上傳功能和裝置本體故障保護(hù)等功能。

7 結(jié)論

電網(wǎng)中小型110kV變電站的電氣設(shè)計(jì)應(yīng)本著具體問題具體分析的原則，根據(jù)變電站在電力系統(tǒng)中的地位和作用、負(fù)荷性質(zhì)、出線回路數(shù)、設(shè)備特點(diǎn)、周圍環(huán)境及變電站規(guī)劃容量等條件和具體情況，在滿足供電可靠性、功能性、具有一定靈活性的前提下,盡量優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，精選設(shè)計(jì)手段。

[1]劉婭.110kV變電站部分電氣一次設(shè)計(jì)淺析[J].民營科技，2009(6).

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1674-6708（2011）35-0111-02

黎明，職稱：工程師，研究方向：智能綜合自動(dòng)化變電站