變電站電氣一次設(shè)計(jì)研究

李潤(rùn)瑩（郴州郴能電力勘察設(shè)計(jì)有限公司，湖南郴州423000）

變電站電氣一次設(shè)計(jì)研究

李潤(rùn)瑩（郴州郴能電力勘察設(shè)計(jì)有限公司，湖南郴州423000）

在變電站的設(shè)計(jì)過(guò)程中，電氣一次設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，電氣一次設(shè)計(jì)的安全和穩(wěn)定是保證電網(wǎng)正常運(yùn)行的重要條件。本文主要結(jié)合實(shí)例闡述了變電站電氣一次設(shè)計(jì)要點(diǎn)，希望能夠?yàn)橥薪梃b和參考。

變電；電氣一次；主接線；設(shè)備；變電器

1 工程概況

某110kV變電所所在地區(qū)地勢(shì)平坦，交通便利，空氣較清潔，區(qū)平均海拔300m，最高氣溫40℃，最低氣溫5℃，年平均氣溫23℃。年平均雷電日55日/年，土壤電阻率高達(dá)1000Ω· M。該變電站向該地區(qū)用35kV和10kV兩個(gè)電壓等級(jí)供電。

2 電氣主接線設(shè)計(jì)

2.1 初步方案設(shè)計(jì)

根據(jù)原始資料，此變電站有三個(gè)電壓等級(jí)：110/35/10kV，故可初選三相三繞組變壓器，根據(jù)變電站與系統(tǒng)連接的系統(tǒng)圖知，變電站有兩條進(jìn)線，為保證供電可靠性，可裝設(shè)兩臺(tái)主變壓器。為保證設(shè)計(jì)出最優(yōu)的接線方案，初步設(shè)計(jì)以下兩種接線方案供最優(yōu)方案的選擇。

方案一：110kV側(cè)采用雙母線接線，35kV側(cè)采用單母分段接線，10kV側(cè)采用單母分段接線。

方案二：110kV側(cè)采用單母分段接線，35kV側(cè)采用雙母線接線，10kV側(cè)采用單母分段。

兩種方案接線形式分別見(jiàn)圖1～2。

圖1 方案一

圖2 方案二

2.2 最優(yōu)方案確定

2.2.1 技術(shù)比較

在初步設(shè)計(jì)的兩種方案中，方案一：110kV側(cè)采用雙母線接線；方案二：110kV側(cè)采用單母分段接線。采用雙母線接線的優(yōu)點(diǎn)：①系統(tǒng)運(yùn)行、供電可靠；②系統(tǒng)調(diào)度靈活；③系統(tǒng)擴(kuò)建方便等。采用單母分段接線的優(yōu)點(diǎn)：①接線簡(jiǎn)單；②操作方便、設(shè)備少等；缺點(diǎn)：①可靠性差；②系統(tǒng)穩(wěn)定性差。所以，110kV側(cè)采用雙母線接線。在初步設(shè)計(jì)的兩種方案中，方案一：35kV側(cè)采用單母分段接線；方案二：35kV側(cè)采用雙母線接線。由原材料可知，問(wèn)題中未說(shuō)明負(fù)荷的重要程度，所以，35kV側(cè)采用單母分段接線。

2.2.2 經(jīng)濟(jì)比較

對(duì)整個(gè)方案的分析可知，在配電裝置的綜合投資，包括控制設(shè)備，電纜，母線及土建費(fèi)用上，在運(yùn)行靈活性上35kV、10kV側(cè)單母線形接線比雙母線接線有很大的靈活性。

由以上分析，最優(yōu)方案可選擇為方案一，即110kV側(cè)為采用雙母線接線，35kV側(cè)為單母線形接線，10kV側(cè)為單母分段接線，其接線圖見(jiàn)圖1。

3 電氣一次設(shè)備設(shè)計(jì)

3.1 主變壓器的選擇

3.1.1 主變壓器臺(tái)數(shù)的選擇

為保證供電可靠性，變電站一般裝設(shè)兩臺(tái)主變，當(dāng)只有一個(gè)電源或變電站可由低壓側(cè)電網(wǎng)取得備用電源給重要負(fù)荷供電時(shí)，可裝設(shè)一臺(tái)。本設(shè)計(jì)變電站有兩回電源進(jìn)線，且低壓側(cè)電源只能由這兩回進(jìn)線取得，故選擇兩臺(tái)主變壓器。

3.1.2 主變壓器型式的選擇

（1）相數(shù)的確定

在330kV及以下的變電站中，一般都選用三相式變壓器。因?yàn)橐慌_(tái)三相式變壓器較同容量的三臺(tái)單相式變壓器投資小、占地少、損耗小，同時(shí)配電裝置結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，運(yùn)行維護(hù)較方便。如果受到制造、運(yùn)輸?shù)葪l件限制時(shí)，可選用兩臺(tái)容量較小的三相變壓器，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理時(shí)，也可選用單相變壓器。

（2）繞組數(shù)的確定

在有三種電壓等級(jí)的變電站中，如果變壓器各側(cè)繞組的通過(guò)容量均達(dá)到變壓器額定容量的15%及以上，或低壓側(cè)雖然無(wú)負(fù)荷，但需要在該側(cè)裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備時(shí)，宜采用三繞組變壓器。

（3）繞組連接方式的確定

變壓器繞組連接方式必須和系統(tǒng)電壓相位一致，否則不能并列運(yùn)行。電力系統(tǒng)采用的繞組連接方式只有星接和角接，高、中、低三側(cè)繞組如何組合要根據(jù)具體工程來(lái)確定。我國(guó)110kV及以上電壓，變壓器繞組都采用星接，35kV也采用星接，其中性點(diǎn)多通過(guò)消弧線圈接地。35kV及以下電壓，變壓器繞組都采用角接。

主變壓器選SFSZ7-31500/110型，其參數(shù)如表1所示。

表1 主變壓器參數(shù)

其容量比為：15000/15000/15000。

3.2 斷路器的選擇與校驗(yàn)

斷路器型式的選擇：除需滿足各項(xiàng)技術(shù)條件和環(huán)境條件外，還考慮便于安裝調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)，并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后才能確定。根據(jù)我國(guó)當(dāng)前制造情況，電壓6～220kV的電網(wǎng)一般選用少油斷路器，電壓110～330kV電網(wǎng)，可選用SF6或空氣斷路器，大容量機(jī)組釆用封閉母線時(shí)，如果需要裝設(shè)斷路器，宜選用發(fā)電機(jī)專用斷路器。斷路器選擇的具體技術(shù)條件如下：

（1）電壓：Ug（電網(wǎng)工作電壓）≤Un

（2）電流：Ig·max（最大持續(xù)工作電壓）≤In

（3）開(kāi)斷電流：Idt≤Ikd

式中：Idt-斷路器實(shí)際開(kāi)斷時(shí)間t秒的短路電流周期分量；Ikd-斷路器的額定開(kāi)斷電流。

（4）動(dòng)穩(wěn)定：ich≤imax

式中：ich-斷路器極限通過(guò)電流峰值；imax-三相短路電流沖擊值。

（5）熱穩(wěn)定：I2∞tdz≤I2tt

式中：I∞-穩(wěn)態(tài)三相短路電流；其中：tdz=tz+0.05β2，由和短路電流計(jì)算時(shí)間。

經(jīng)過(guò)分析該變電站 110kV母線側(cè)與進(jìn)線側(cè)斷路器選SW6-110/1250-15.8型，35kV母線側(cè)與出線側(cè)選出斷路器型號(hào)為SW2-35/1000-24.8型，10kV母線側(cè)選出斷路器型號(hào)為SN10-10型，10kV出線側(cè)選出斷路器型號(hào)為SN10-10/630-16型。

3.3 隔離開(kāi)關(guān)的選擇及校驗(yàn)

隔離開(kāi)關(guān)是高壓開(kāi)關(guān)的一種，因?yàn)闆](méi)有專門的滅弧裝置，所以不能切斷負(fù)荷電流和短路電流。但是它有明顯的斷開(kāi)點(diǎn)，可以有效的隔離電源，通常與斷路器配合使用。隔離開(kāi)關(guān)型式的選擇，其技術(shù)條件與斷路器相同，應(yīng)根據(jù)配電裝置的布置特點(diǎn)和使用要求等因素進(jìn)行綜合的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，然后確定。其選擇的技術(shù)條件與斷路器選擇的技術(shù)條件相同。經(jīng)過(guò)分析，該變電站110kV母線側(cè)與進(jìn)線側(cè)選出隔離開(kāi)關(guān)GW4-110/600型，35kV母線側(cè)選出隔離開(kāi)關(guān)型號(hào)為GW2-35/1000型，35kV出線側(cè)選出隔離開(kāi)關(guān)型號(hào)為GW4-35/600型，10kV母線側(cè)選隔離開(kāi)關(guān)型號(hào)為GW2-10/2000型，10kV出線側(cè)選出隔離開(kāi)關(guān)型號(hào)為GN1-10/400型。

3.4 電流互感器的選擇及校驗(yàn)

電流互感器的型式應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境條件和產(chǎn)品情況選擇。對(duì)于6～20kV屋內(nèi)配電裝置，可采用瓷絕緣結(jié)構(gòu)或樹(shù)脂澆注絕緣結(jié)構(gòu)的電流互感器，對(duì)于35kV及以上配電裝置，一般用油浸箱式絕緣結(jié)構(gòu)的獨(dú)立式電流互感器，有條件時(shí)，應(yīng)盡量釆用套管式電流互感器。電流互感器的二次側(cè)額定電流有5A和1A兩種，一般弱電系統(tǒng)用1A，強(qiáng)電系統(tǒng)用5A，當(dāng)配電裝置距離控制室較遠(yuǎn)時(shí)，亦可考慮用1A。經(jīng)過(guò)分析，該變電站110kV母線側(cè)與進(jìn)線側(cè)選電流互感器型號(hào)為L(zhǎng)B-110/2600/5型，35kV母線側(cè)與出線側(cè)選電流互感器型號(hào)為L(zhǎng)CWD1-35/ 800/5型，10kV母線側(cè)選電流互感器型號(hào)為 LAJ-10/2000～6000/5型，10kV出線側(cè)選電流互感器型號(hào)為L(zhǎng)A-10/300/5型。

3.5 電壓互感器的選擇及校驗(yàn)

電壓互感器的型式應(yīng)根據(jù)使用條件選擇：6～20kV屋內(nèi)配電裝置，一般釆用油浸絕緣結(jié)構(gòu)，也可釆用樹(shù)脂繞注絕緣結(jié)構(gòu)的電壓互感器。35～110kV的配電裝置，一般釆用油浸絕緣結(jié)構(gòu)的電壓互感器，220kV以上，一般釆用電容式電壓互感器。當(dāng)需要和監(jiān)視一次回路單相接地時(shí)，應(yīng)選用三相五柱式電壓互感器，或有第三繞組的單相電壓互感器組。電壓互感器三個(gè)單相電壓互感器接線，主二次繞級(jí)連接成星形，以供電給測(cè)量表計(jì)，繼電器以及絕緣電壓表，對(duì)于要求相電壓的測(cè)量表計(jì)，只有在系統(tǒng)中性點(diǎn)直接接地時(shí)才能接入，附加的二次繞組接成開(kāi)口三角形，構(gòu)成零序電壓濾過(guò)器供電給繼電器和接地信號(hào)（絕緣檢查）繼電器。經(jīng)過(guò)分析，該變電站110kV選擇電壓互感器JCC-110型，35kV選擇電壓互感器JDJJ-35型，10kV選擇電壓互感器JDZ-10型。

3.6 防雷及過(guò)電壓保護(hù)裝置設(shè)計(jì)

避雷器是一種保護(hù)電器，用來(lái)保護(hù)配電變壓器，電站和變電所等電器設(shè)備的絕緣免受大氣過(guò)電壓或某些操作過(guò)電壓的危害。大氣過(guò)電壓由雷擊或靜電感應(yīng)產(chǎn)生；操作過(guò)電壓一般是由于電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況發(fā)生突變而產(chǎn)生電磁振蕩所致。避雷器有兩種：①閥型避雷器按其結(jié)構(gòu)的不同，又分為普通閥型避雷器和磁吹閥型避雷器；②管型避雷器，利用絕緣管內(nèi)間隙中的電弧所產(chǎn)生的氣體把電弧吹滅。用于線路作為防雷保護(hù)。閥型避雷器應(yīng)按下列條件選擇：①額定電壓：避雷器的額定電壓應(yīng)與系統(tǒng)額定電壓一致。②滅弧電壓：按照使用情況，校驗(yàn)避雷器安裝地點(diǎn)可能出現(xiàn)的最大的導(dǎo)線對(duì)地電壓，是否等于或小于避雷器的最大容許電壓（滅弧電壓）；在中性點(diǎn)非直接接地的電網(wǎng)中應(yīng)不低于設(shè)備最高運(yùn)行線電壓。在中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)中應(yīng)取設(shè)備最高運(yùn)行線電壓的80%。該變電站110kV母線接避雷器選FZ-110型，35kV母線接避雷器選FZ-35型，10kV母線接避雷器選FZ-10型。

4 結(jié)語(yǔ)

電氣一次設(shè)計(jì)是變電站設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一，主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括電氣主接線設(shè)計(jì)以及變壓器、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)等一些電氣一次設(shè)備的設(shè)計(jì)。變電站電氣一次設(shè)備的正常運(yùn)行對(duì)整個(gè)變電站正常運(yùn)行具有直接的影響。因而必須重視變電站電氣一次設(shè)計(jì)，降低變電站事故發(fā)生的頻率。

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TM63

A

2095-2066（2016）29-0078-02

2016-7-26

李潤(rùn)瑩（1983-），女，工程師，本科，主要從事電氣設(shè)計(jì)方面的工作。