淺析變電站電氣設備改造設計

吳永波

(珠海華成電力設計院有限公司，廣東 珠海 519000)

變電站的功能是變換電壓等級、匯集配送電能，主要包括變壓器、母線、線路開關設備、建筑物及電力系統安全和控制所需的設施。對變電站電氣設備進行改造,能提高電網安全穩定性,科學的變電站設備改造設計方案能夠提升配電網的供電能力和適應性，降低配電網損耗和供電成本，減少電力設施占地資源。同時可以增加系統的可靠性，節約占地面積，使變電站的配置達到最佳，不斷提高經濟效益和社會效益。本文針對某110kV變電站的電氣設備改造設計進行了闡述。

1 變電站設計原則

遵循國家及行業部門的有關規程規范，以科學求實岡地制宜，加快工程建設，降低工程造價

(1)提高經濟效益為宗旨進行設計。本次改造，在滿足最新負荷供電需求的基礎上盡量維持原建變電站的總體布置形式和接線形式，在不增大變電站占地面積的前提下，優化變電站的站容站貌和站內變交通以方

(2)便工作人員的運行監視和維護工作。變電站改造工程的設計應符合“無人值班”站的要求。

(3)變電站的改造需分階段進行第一階臣改造敷設2號主變壓器35kV側高壓電纜；第二階臣在脫空10kV側負荷后進行10kV高壓開關柜室，以及控制室的土建改造工作和相應電氣設備的安裝工作；第三階段進行控制竄設備和其他二次設備的改造工作；第四階段，在原控制室的基礎上進行通信載波機室和并聯電容器室的土建改造工作和相應電氣設備的安裝丁作。

(4)本工程處于地震烈度Ⅵ度區。土建結構按Ⅶ度設防。

2 改造規模和設計范圍

2.1 改造規模和目的

變電站的改造規模如下：

(1)主變壓器：1號主變壓器被等容量更換為31.5MVA三繞組有載調壓電力變壓器。變壓器中性點接線方式重新設計 (110kV中性點需設放電間隙及避雷器)。

(2)l1OkV設備：110kV側斷路器全部更換為SF6斷路器，更換110kV側部分電壓互感器、電流互感器和避雷器。

(3)35kV配電裝置：由于目前2號主變壓器的35kV母線跨越控制室和配電室，為配合主控制室、10kV配電室及通信載波機室的土建施工。因此需要將2號主變壓器的35kV側采用高壓電力電纜引出，并相應建設該回電纜的敷設通道。

(4)10kV配電裝置：10kV側接線改為單母線分段帶旁路接線，共16回出線，盤柜雙列布置，采用XGN2-10型開關框，內裝ZN65A和ZNl2型真空斷路器。

新增成套型并聯電容補償裝置兩組，容量為每組4000kvar原有一組電容器拆除。原10kV開關柜室拆除后就地重建。成套并聯電容器布置在并聯電容器室內。

(5)二次設備控制窀。35kV保護全部更換為微機型保護裝置；10kV開關采用微機保護，就地布置：并聯電容器補償裝置采用微機保護；更換微機五防裝置-套；原直流裝置不更換，但需要校核蓄電池容量；更換電度表屏一面刑用原有電能表將所有電能表接人現有負荷電量管理系統；對新增回路安裝全電子電度表'并接入負荷電量管理系統。將控制室搬至新建的10kV開關柜室樓上。

(6)載波通信機室和并聯電容器室。利用原主控室和休息竄的場地新建通信載波機室和并聯電容補償裝置室。

2.2 設計范圍

針對上述改造內容的電氣、土建、通信以及防雷接地、給排水等全部設計工作。

3 電氣主接線

根據變電站改造工程現場查勘紀要以及變電站原來的設計，變電站改造后的最終規模為：主變容量為2臺31500kVA三相三繞組有載調壓降壓變壓器；變電站以110kV、35kV、10kV三個電壓等級出線；110kV側為單母線分段帶旁路接線2回進線，2回出線；35kV側為雙母線接線，出線8回；10kV側為單母線分段帶旁路接線，設一組專用旁路斷路器。出線16回，并在10kV裝設兩組并聯電容補償裝置和兩組站用電變壓器。

4 短路電流計算及設備選擇

4.1 短路電流計算

根據供電局提供的目前系統歸算到本站110kV母線上的阻抗值和各側短路電流的計算結果，并考慮為系統將來預留一定的發展裕度，經計算校核提出變電站各側的短路電流值。基準容量為100MVA。短路電流計算簡圖見圖1。

圖1 短路電流計算簡圖

4.2 改造設備選擇

本工程位于地震烈度Ⅵ度區，屬Ⅲ級污穢區所選電力設備經校驗完全滿足運行、檢修、短路和過電壓的要求。

(1)1號主變壓器。為了降低電能損耗和年運行費用避用低損耗的銅芯三相雙繞組有載調壓油浸式變壓器。

(2)110kV斷路器。選用先進、可靠、檢修周期長的SF6斷路器。

(3)l10kV電流巨感器。選用常規戶外油浸式全密封電流互感器LCWB6型。

目前，電力市場上還有一種干式高壓電流互感器。這種電流互感器是由干式高壓套管和貫穿式電流互感器組合而成具有無油、無瓷、體積小、重量輕、防火、防爆、污閃電壓高、維護工作量小等優點。這種電流互感器避免了常規戶外油浸式全密封電流砭感器具有的易漏油、維護工作量大且有爆炸危險等缺點能滿足本站的技術要求。

(4)110kV電壓瓦感器。選用常規戶外油浸式全密封電壓互感器JCC6型。

(5)35kV高壓電力電纜及附件。由于電纜采用戶外電纜架敷設，岡此選用單芯交聯聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝聚氯乙烯護套電力電纜。

(6)10kV高壓開關柜。選用安全可靠的XGN2-10型箱型固定式金屬封閉開關柜。柜內進線回路裝設ZNl2-10型真空斷路器，出線回路裝設ZN65A-12型真空斷路器。

(7)并聯電容補償裝置。選用集合式高壓并聯電容補償裝置。該裝置型號為TBB-400叫4000ACW，采用在中性點側串聯電抗器的Y型接線方式。此種接線方式具有接線簡單、布置方便清晰的優點，而且針對電容器內部故障的繼電保護可采用的方式較多對串聯電抗器的動熱穩定要求和對避雷器的通流容量要求均較低。

(8)主變壓器中性點設備。改造后的主變壓器110kV中性點裝設有放電間隙、單極隔離開關和氧化鋅避雷器可以滿足對主變壓器中性點接地或不接地的運行要求。

由于本站35kV出線總長僅69km經估算電容電流僅約8A,因此主變壓器35kV中性點不需裝設消弧線圈。

5 電氣設備布置

變電站本次改造工程的重點主要集中在設備改造和主控制樓的改造匕，因此變電站的總布置方案、各級電壓的進出線方向和110kV、35kV配電裝置的形式基本維持不變。主控制樓的布置位置和樓外通道設置結合地形、地貌條件考慮.主控制樓主體建筑結構、通道設置和戶內設備布囂遵照規程、規范及防火要求和各建筑物的功能要求進行設計。110kV配電裝置維持原來的布置不變采用戶外集中式布置。35kV配電裝置采用屋內開敞式布置，布置在單獨的35kV配電裝置樓內。

5.1 35kV高壓電纜敷設方式

2號主變壓器35kV出線電纜的改造是整個改造工程的第一步。該回電纜可能的敷設方式有三種：第一種為新建電纜溝敷設；第二種為采用電纜橋架在主變壓器場架空敷設；第三種為采用電纜橋架沿控制窀邊坡敷設。若采用第一種方式出然會與站內現有的電纜溝和排水溝交叉不利于施工和敷設。若采用第二種方式需要新建橋架柱施工盛大且必然與站內10kV母線交叉。若采用第三種方式不需要土建施工工程量小經濟性好。因此，推薦2號主變壓器35kV側高壓電力電纜采用電纜橋架明敷的方式敷設在主變壓器場和10kV開關宦之間的臺地邊坡上。電纜上方加裝保護設施.防止控制樓的施工威脅電纜外絕緣。

5.2 主控制樓布置方式

主控制樓底層為10kV開關柜室、通信載波機室和并聯電容補償裝置宅。第二層為控制室、蓄電池室和其他一些輔助房間。根改造步驟。在脫空10kV側負荷后先對現有的10kV高壓開關柜審改造然后再將控制審設備遷至新建的控制審，最后冉建設通信載波機窀和并聯電容補償裝置室及樓上的輔助性建筑物。由于10kV開關柜室側的改造不能影響控制摩的運行，因此對10kV開關柜窄側建筑物的改造只能在現有的10kV開關柜室基礎上進行。

方案一：開關柜為雙列布置，以盡量減小房間的長度，但是設備布置較復雜，需采用3回母線橋聯絡兩列開關柜。

方案二：開關柜為雙列布置.公用柜布置在一列進出線柜布置一列。這樣設備布置清晰，僅需采用2回母線橋聯絡兩列開關柜膽是房間長度遠超過方案一。因受場地的限制推薦方案一為最終方案。

5.3 1號主變壓器布置

因改造后的1號主變壓器的外形尺寸為7370mm×4330mm×5190mm(長×寬×高)。而現有的主變儲油池尺寸僅有6800mm×6200mm,故需要對1號主變儲油池進行擴建。另外，還需在兩臺主變壓器之間增設主變事故油池和油水分離裝置。

6 過電壓保護及接地

6.1 過電壓保護

按《電力設備過電壓保護設計技術規程》，為防止10kV側隔離開關斷開后，主變高壓繞組對主變低壓繞組的靜電感應和電磁感應過電壓損壞主變低壓繞組，在主變低壓側裝設一組氧化鋅避雷器。主變110kV中性點除裝設氧化鋅型避雷器外還裝有放電間隙。為防止電氣設備遭受直擊雷站內采用避雷針保護。為避開新建的主控制樓2號避雷針異地重建‘并與接地裝置可靠連接。

6.2 接地

在新建的主控制樓地下0.8m處采用50mm×6mm鍍鋅扁鋼敷設一閉合接地網作為控制樓主接地網。另外.在各層樓板上利用樓板鋼筋和鍍鋅扁鋼敷設均壓網有效降低接觸電勢和跨步電勢，保護工作人員的人身安全。改造后的控制樓的接地網和開關站的接地網有效地連接成一個整體。改造后全站的工頻接地電阻值不應大于0.5Ω。

避雷器接地引下線均設置垂直接地體。控制樓、配電裝置的現澆樓板、柱筋與地網可靠連接接地。所有電氣設備與地網連接點均作明顯標志。

結語

綜上說述，變電站電氣設備改造對改善變電站供電性能有著重要的影響，若熟練掌握了相關的知識將會在改造過程中發揮出重要的作用，但還需要依靠技術人員的不斷實踐研究。

[1] 毛卓平.淺談變電站電氣設計[J].電力建設，2011年02期.

[2] 應瑋.110kV城市變電站設計的回顧與展望[J].上海電力，2001年02期.