35kV總降壓變電所工程用電優(yōu)化設(shè)計(jì)

王志文++智雨++王道鑫

摘 要：為解決某采礦廠工程用電，擬建35/6kV總降壓變電所一座，進(jìn)行35kV總降壓變電所的優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過負(fù)荷分組，功率因素補(bǔ)償，系統(tǒng)主要接線及運(yùn)行方式設(shè)計(jì)，短路電流計(jì)算，變壓器選取和保護(hù)接地雷擊漏電等安全措施處理，基本構(gòu)成了采礦廠35kV變電站的設(shè)計(jì)，可以滿足生產(chǎn)生活需要，達(dá)到安全用電要求，同時(shí)兼顧可行性、經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性。

關(guān)鍵詞：變電所 負(fù)荷計(jì)算 功率補(bǔ)償 保護(hù)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）06（c）-0064-02

變電所是電力系統(tǒng)中一個(gè)重要的構(gòu)成單元，它主要通過一定的接線方式由電氣設(shè)備與配電網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。在電力系統(tǒng)中承擔(dān)受電、變壓、分配電能的重要任務(wù)。因此設(shè)計(jì)變電所十分關(guān)鍵、意義重大。對(duì)于35kV總降壓變電所的供電設(shè)計(jì)，不僅應(yīng)滿足采礦作業(yè)過程中的用電需求，還應(yīng)選擇好合適的電氣設(shè)備，達(dá)到可靠性、經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性。

3 電氣接線與保護(hù)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)主接線方案的選擇

該變電所是35/6KV，變電所是電源進(jìn)線的終端，由于電源存在賈莊引線，使變壓器分列運(yùn)行來保證供電的可靠性，同時(shí)將單回路供電改為雙回路供電。

內(nèi)橋、外橋、全橋三種接線方式構(gòu)成橋式接線。

由隔離開關(guān)與母線聯(lián)接一次主變壓器，對(duì)與變電所（環(huán)形供電），在操作中，切合空載變壓器常被迫使用隔離開關(guān)。當(dāng)主變壓器電壓超過35KV，容量超過7500KVA時(shí)，隔離開關(guān)的切合能力不能滿足它的空載電流。在這樣的條件下應(yīng)改用全橋接線，它由五個(gè)斷路器構(gòu)成。

由兩斷路器（進(jìn)線）、兩斷路器（變壓器一次側(cè)）和聯(lián)絡(luò)短路器（35KV母線上）構(gòu)成全橋接線。其適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)變壓器、線路的操作方便，運(yùn)行靈活，繼電保護(hù)全面，且易于擴(kuò)展成單母線分段式高壓有穿越時(shí)負(fù)荷時(shí)的中間變電站。但是所需設(shè)備多，投資較大，占地面積大。外橋接線：它由一次側(cè)兩斷路器主變壓器和聯(lián)絡(luò)短路器（外橋上）組成，進(jìn)線由隔離開關(guān)受電。

3.2 保護(hù)設(shè)計(jì)

除了防雷保護(hù)，接地保護(hù)等常規(guī)保護(hù)意外，還有短路保護(hù)。

為避免雷擊發(fā)生，被保護(hù)設(shè)備與避雷針之間的距離應(yīng)當(dāng)大于5M，而被保護(hù)設(shè)備的接地體與避雷針的之間的距離應(yīng)當(dāng)大于3M，同時(shí)沖擊接地電阻（避雷針）應(yīng)當(dāng)小于10歐姆。在雷電先導(dǎo)的初始時(shí)期，先導(dǎo)離地面應(yīng)當(dāng)較高，所以不受地面物體的影響，但當(dāng)先導(dǎo)發(fā)展的方向向下至某一高度時(shí)，由于接閃器位置較高并具有良好的接地性，先導(dǎo)的發(fā)展方向?qū)⑹艿浇娱W器（地面上）影響，使得先導(dǎo)沿著接閃器方向發(fā)展，在其上由于靜電感應(yīng)積聚的電荷（與先導(dǎo)相反極性），顯著地增強(qiáng)了其附近電場(chǎng)強(qiáng)度，此時(shí)接閃器開始歪曲先導(dǎo)放電電場(chǎng)，將先導(dǎo)放電引向接閃器本身，以此達(dá)到保護(hù)被保護(hù)物的要求。

4 設(shè)備選擇

4.1 變電所主變壓器臺(tái)數(shù)的選擇

為滿足用電負(fù)荷對(duì)于供電可靠性的基本要求。對(duì)供有大量一級(jí)、二級(jí)負(fù)荷的變電所，應(yīng)采用兩臺(tái)變壓器。當(dāng)一臺(tái)變壓器檢修或發(fā)生故障時(shí)，另一臺(tái)變壓器能對(duì)一級(jí)、二級(jí)負(fù)荷繼續(xù)供電。對(duì)無一級(jí)且只有二級(jí)負(fù)荷的變電所，可采用一臺(tái)變壓器，但必須在低壓側(cè)鋪設(shè)另有自備電源或者與其他變電所相聯(lián)的聯(lián)絡(luò)線作為備用電源。對(duì)晝夜負(fù)荷變動(dòng)較大和季節(jié)性負(fù)荷，宜采用經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的變電所，亦可考慮采用兩臺(tái)變壓器。除上述兩種情況外，車間變電所一般宜采用一臺(tái)變壓器。雖為三級(jí)負(fù)荷，但由于是容量很大、負(fù)荷集中的變電所，也可采用兩臺(tái)或以上變壓器。在確定變電所主變壓器數(shù)量時(shí)，應(yīng)留有適量的余地來適當(dāng)考慮負(fù)荷的發(fā)展。

4.2 變電所主變壓器容量選擇

（1）變電所只裝一臺(tái)主變壓器的情況。

主變壓器的容量應(yīng)當(dāng)滿足所有用電設(shè)備總量符合的需要，即：

變電所裝有兩臺(tái)主變壓器的情況

單一臺(tái)變壓器的容量應(yīng)當(dāng)同時(shí)滿足下述兩個(gè)條件：

①當(dāng)任何一臺(tái)變壓器單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)當(dāng)滿足計(jì)算負(fù)荷的大約60%至70%的需求，即：

=（0.6～0.7）

③當(dāng)任何一臺(tái)變壓器單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)當(dāng)滿足所有一級(jí)、二級(jí)負(fù)荷的需要，即：

（2）單臺(tái)主變壓器容量上限（車間變電所）。

主變壓器（車間變電所）的單臺(tái)容量，受短路穩(wěn)定度要求和低壓開關(guān)電器斷流能力的限制；另外，可以使變壓器的空間位置更加接近車間負(fù)荷中心，來減少低壓配電線路的電能損耗、電壓損耗和有色金屬消耗量一般應(yīng)小于1000kV·A。

（3）適當(dāng)考慮負(fù)荷的發(fā)展。

宜適當(dāng)考慮今后5至10年電力負(fù)荷的增長(zhǎng)可能，對(duì)于干式變壓器的過負(fù)荷能力較小的特點(diǎn)，更宜留有較大的裕量。

4.3 變壓器的選擇

（1）35/6.3kV變壓器的選擇。根據(jù)采礦系統(tǒng)與選礦系統(tǒng)計(jì)算負(fù)荷知：

=（0.6～0.70）×663.8kV·A=397.8～464.7kV·A

=（0.6～0.70）×642.1kV·A=385.2～449.5kV·A

因此確定每臺(tái)主變壓器的容量為500kV·A。選擇兩臺(tái)S9—500/35變壓器。

（2）6/0.4kV變壓器選擇。

采礦系統(tǒng)：

破碎系統(tǒng)1 527kV·A

破碎系統(tǒng)2

選礦系統(tǒng)：

選礦系統(tǒng)642.1kV·A

每個(gè)系統(tǒng)變壓器容量為800kV·A。

4.4 斷路器的選擇

控制電氣回路的分合開關(guān)稱之為斷路器，空氣斷路器或開關(guān)以空氣為滅弧介質(zhì)、六氟化硫斷路器或開關(guān)以SF6氣體為滅弧介質(zhì)。作為電氣回路的總開關(guān)，斷路器一般通過額定電流負(fù)荷選擇。

斷路器主要作用有：①正常情況下，斷開和接通高壓電路中的負(fù)荷及空載電流；②在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，配合自動(dòng)裝置和保護(hù)裝置，迅速切斷故障電流，防止事故更加嚴(yán)重，保證系統(tǒng)安全運(yùn)行。

該設(shè)計(jì)選擇斷路器的型號(hào)為SW-35/1500-24.8，由于采選廠采礦系統(tǒng)的電流為10.9A，采礦場(chǎng)選礦系統(tǒng)的電流為10.5A，故選擇該型號(hào)斷路器。其額定電流16A，額定電壓35KV，額定開斷電流為25KA，額定斷流容量200MVA，動(dòng)穩(wěn)定電流峰值為63KA，熱穩(wěn)定電流有效值為25KA，熱穩(wěn)時(shí)間為4S。

4.5 隔離開關(guān)的選擇

隔離開關(guān)是高壓開關(guān)電器中使用頻率最高的電器，它在電路中起隔離作用，同時(shí)，由于使用量大，工作可靠性要求高，對(duì)電廠、變電所的設(shè)計(jì)、建立和安全運(yùn)行影響深遠(yuǎn)。刀閘的主要特點(diǎn)是無滅弧能力，只能在沒有負(fù)荷電流的情況下分、合電路。選擇GW5-35/1000隔離開關(guān)。其額定電流為35千伏，最高工作電壓40.5千伏，額定電流630安培，動(dòng)穩(wěn)定電流80安培，熱穩(wěn)定電流31.5安培，動(dòng)穩(wěn)定時(shí)間4秒。

4.6 電流互感器的選擇

選擇LCW—35型電流互感器。

將數(shù)值較大的一次側(cè)電流通過一定的變比轉(zhuǎn)換為數(shù)值較小的二次側(cè)電流是LCW—35型電流互感器的主要作用。比如變比為400/5的電流互感器，可實(shí)現(xiàn)電流由一次側(cè)的400安培轉(zhuǎn)換為5安培。LCW-35型電流互感器為油浸、多匝、瓷絕緣戶外裝置。電流互感器供35千伏、50赫茲交流電流及繼電保護(hù)等作用。

4.7 消諧器的選擇

消諧器本質(zhì)是一種起阻尼與限流的作用的高容量非線性電阻器，有限制電壓互感器鐵磁諧振的作用。如果6至35千伏電網(wǎng)的中性點(diǎn)不接地，該電網(wǎng)的唯一對(duì)地金屬通道為TV一次繞組（母線上Y0接線）。通過TV一次繞組，電網(wǎng)對(duì)地電容有一個(gè)充放電的過渡過程。經(jīng)測(cè)量得到此時(shí)常有數(shù)安培（最高幅值）的工頻半波涌流通過TV，這樣的高電流有可能熔斷TV高壓熔絲。當(dāng)安裝消諧器后，這種工頻半波涌流將得到有效抑制，這樣高壓熔絲就不會(huì)因此涌流而熔斷。

由上述計(jì)算選擇LXQ-6消諧器。

4.8 開關(guān)柜選擇

XGN21—12型交流高壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備適用于三相交流50赫茲、12千伏單母線及單母線分段電力系統(tǒng)，主要應(yīng)用于發(fā)電廠、變電所及工礦企業(yè)、高層建筑的變配電中作為接受和分配電能之用，并對(duì)電路實(shí)行控制、保護(hù)和監(jiān)測(cè)，滿足IEC60298、GB3906、DL404 等標(biāo)準(zhǔn)的要求，并具備完善的“五防”功能。

5 結(jié)語

該研究完成了對(duì)35kV變電所電氣部分的設(shè)計(jì)。其中包括了對(duì)采礦系統(tǒng)、選礦系統(tǒng)的計(jì)算電流、短路電流，并對(duì)其無功功率進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算；包括對(duì)采礦系統(tǒng)等的電流計(jì)算、短路計(jì)算、無功功率補(bǔ)償計(jì)算；同時(shí)還做了變壓器、斷路器隔離開關(guān)等設(shè)備的選型。基本達(dá)到了普通變電所的性能要求。

參考文獻(xiàn)

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