江蘇連云港220kVGIS變電站一次系統設計研究

劉偉

摘要：本文以江蘇連云港某石化有限公司為例，對變電站的電氣一次系統進行設計。根據配置方案，繪制變電站電力系統結構簡圖的等值電路圖，并計算出系統的短路電流。由供電的可靠性、經濟性以及發展空間來選擇GIS系統的斷路器，隔離開關，電壓互感器，電流互感器，熔斷器及成套配電裝置等。

關鍵詞：GIS變電站；一次系統設計；短路計算

中圖分類號：TD602 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）11-0143-02

現代電力系統是集發電、變電、輸電、配電的一個綜合系統[1]。變電站是電力系統中的重要部分，其功能是變換電壓等級、匯集送電能，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[2]。GIS設備從20世紀60年代問世以來，其電壓等級已從高壓發展到超高壓及特高壓。隨著斷路器智能滅弧技術的應用和提升以及單斷口耐壓水平的不斷提高，GIS朝著超高壓、大容量方向發展[3]。GIS智能變電站的設計主要是基于GIS設備而發展的。

1 接入系統方案設計

根據該石化有限公司220kV智能變電站的站址及電網規劃，結合該地區實際情況，變電站接入系統方案為：220kV進線2回，電壓等級為220kV，由徐圩新區工業園220kV東港進線線路上破口接入。

2 變電站總體結構設計

變電站用戶用電負荷重，供電網絡復雜，對供電可靠性要求高，因此總體設計時，需要考慮變電站周邊環境，供電用戶用電需求量，接線方案選擇等因素，按照相關設計技術規程及技術導則綜合分析進行系統設計。按照智能化集成化的發展方向，變電站一次系統設計應體現智能性和先進性。變電站一次系統設計應從變電站站址選擇、接入系統方案設計、電氣主接線設計三個方面考慮，如圖1所示。

該石化有限公司220kV GIS智能變電站負擔該石化有限公司的供電，其下級包含該石化有限公司內6個35kV區域變電站，并負責向該集團公司在江蘇連云港工業園區內的規劃待建的其他幾個子公司供電。結合該地區實際情況，220kV變電站的電氣主接線設計采用單母線分段斷路器接線形式，設置專用分段斷路器，主接線設計采用單母線分段接線，220kV電氣主接線圖如圖2所示。

3 主變壓器選擇

主變壓器的容量和臺數直接會影響電氣主接線形式和配電裝置的設計，因此，主變壓器容量的選擇不僅需要參考原始資料，還應該根據系統所在區域未來的發展規劃，并兼顧未來可能會新增主要負荷的數量、出線回路數和電壓等級等諸多因素進行綜合分析和選擇。在不同環境下，對變壓器要求也不一樣。對于裝兩臺主變壓器的變電所來說，每臺變壓器的額定容量可以同時滿足兩個條件，一個是任何一臺變壓器獨立運行時的額定容量不低于該線路所有耗電設備的總的負荷的60%到70% ，同時當一臺主變壓器停止運行時，另外的變壓器的容量可以滿足對系統中一級二級用電負荷的正常供電。結合本設計系統的情況，單臺變壓器容量選擇180000kVA比較合適。變壓器三繞組的連接方式，主要有星型和三角形連接方式，因為220kV電壓等級會有大電流接地，中性點連接方式的考慮下，連接組別一般采用YN形式。變壓器電壓選擇時在計入線路電壓損耗情況下，需要能夠保證供電線路終端的電壓達到額定值，以確保供電質量，在本設計中變壓器電壓 220kV側電壓選230kV，110kV側電壓選115kV，35KV側電壓選38.5kV。

4 無功補償

由于變電站輸電線路上需要將變壓器等電氣設備連接線路進行補償，必須提高功率因數，減少對電源系統的無功功率需求量，提高電力系統的有效供電效果，同時減少供電系統中的電壓損失，減少無功功率，從而提高電力網絡的供電質量，減少電能損失。常用的無功補償的方法有調相機補償、電容器組補償等，因為無功功率的產生主要是感性功率，應用最多的是在由于電力系統的無功負荷均是感的低壓部分并聯電容器。補償方式中并聯的電容器裝置，總的容量可以根據電力系統無功負荷規劃進行相應的設計。結合實際情況，該變電站35kV側電容器容量為12MVar，選用ABB公司的電容器組，其中400kVar電容器12臺，520kVar電容器18臺，分別構成8000kVar基本組和4000kVar調節組。本設計采用內熔絲電容器組，電容器組電氣連接設備包括真空斷路器、接地開關、隔離開關、限流器、電抗器等，電容器組電氣接線圖如圖3所示。

5 短路電流

在系統設計時，為了合理選擇電氣設備，在電氣設備發生短路時候可以穩定運行，消除可能的引起短路的影響因素，需要計算短路電流，短路電流的計算結果見表1。

由于短路的后果十分嚴重，工作中我們必須想方設法消除可能引起短路的一切因素，并進行短路電流的計算，以便正確的選擇電氣設備，使電氣設備具有足夠的動穩定性和熱穩定性，保證其在可能發生的最大短路電流時仍然能夠穩定運行。同時，為了正確設置繼電保護裝置的短路保護整定值，合理選擇切除短路故障的開關電器和限制短路電流的元件，都需要有短路電流數據作為參照。

6 電氣設備的選擇

變電站主要電氣設備選擇時，應該以保證安全、可靠為前提，根據工程實際情況綜合考慮投資成本、新技術、新設備等因素。本設計中變電站主要的電氣設備有GIS斷路器，隔離開關，電壓互感器，電流互感器，熔斷器及成套配電裝置等。

配電裝置設備主要有220kVGIS進線間隔，220kVGIS主變進線間隔，220kVGIS母聯間隔，220kVGIS母線間隔四個部分。結合實際情況，經過產品比較，選用ABB公司的配電裝置，具體型號見表2。

7 結語

本文對變電站一次系統進一步進行系統設計，對系統中應用的主要設備進行了設計選型，主要有主變壓器的選擇，無功補償裝置選擇，結合實際參數對短路電流進行了詳細的計算，對GIS設備的選型進行了詳細的比較，確定了該220kV智能變電站一次系統總體結構。

參考文獻

[1]劉振亞.智能電網技術[M].北京：中國電力出版社，2010：65-90.

[2]弋東方.電力工程電氣設計手冊電氣一次部分[M].北京：中國電力出版社，1989.

[3]徐大可.數字化變電站的現狀和網絡結構[J].電世界，2008，49（11）：1-3.

[4]GB 50059-2011.35～110kV 變電站設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2011.

[5]劉耀鋒.220kV室外配電裝置的設計優化[J].電力自動化設備，2005，25（7）：88-89.

Abstract：In this paper， a 220Kv GIS substation of the limited petrochemical company is taken as the study project in Lianyungang， Jiangsu. this project is mainly based on the design of the parimary power system. According to this substation configuration scheme， Equivalent circuit diagram of substation power system structure drawing， and Calculate the system's short-circuit current.Based on the reliability， economy and development space of the substation to Choose GIS systemCircuit breakers， disconnectors， voltage transformers， current transformers， fuses and Complete sets of power distribution equipment.

Key Words：GIS substation；A system design；Short circuit calculationendprint