220kV變電站電源的小型化和可靠性設計

蔣佶 呂朋偉

摘要 變電站臨時施工電源是為了滿足變電站在施工過程中電焊機、切割機、濾油機、真空泵、電錘等電氣設備用電，以及臨時辦公及生活用電需要而設置，而且隨著施工機械化程度的提高和電動工具的普遍使用，施工電源顯得越來越重要。而且施工電源的設計、報裝、使用、拆除等各環節涉及接口單位多，存在拆裝復雜、用電不規范、經濟性差、安全性差等特點。因此，通過對22 0kV變電站臨時施工用電的設計研究，整合施工電源電氣設備，實現小型化、模塊化的施工電源系統，可有效解決變電站臨時施工電源中存在的各種問題。

【關鍵詞】施工電源 模塊化 可靠性

目前施工單位在新建變電站工程施工時，臨時施工電源一般采用在戶外柱上安裝油浸式變壓器，采用跌落保險保護，臨時搭設圍墻安裝配電箱，變壓器和配電箱連接需要臨時敷設電纜，工程完工后又需要拆除變壓器、配電箱以及二者之間的連線，安全用電更顯重要。各地都對變電站施工現場臨時用電的安全管理進行了嚴格規定，但是大都局限于現場施工的規范管理，供電設備仍舊采用分散布置方式的形式，雖然對現場的安全、規范施工起到一定的作用，但是治標不治本，沒有從根本上解決用電安全隱患，很多施工現場還存在著用電不規范、亂拉線纜的現象，對安全生產構成了極大的威脅。因此，通過對不同電壓等級變電站臨時施工用電的設計研究，整合施工電源電氣設備，設計小型化、模塊化的施工電源系統，可有效解決變電站臨時施工電源中存在的各種問題。通過標準化的設計方案，規范變電站現場施工臨時用電，可極大的提高現場施工用電的安全性。

1 220kV變電站臨時施工電源設計方案

根據湖北某220kV變電站臨時施工電源使用情況，該項目施工電源變壓器采用315kVA的油浸變壓器，一級配電箱根據責任方不同，分為土建施工、電氣施工、辦公生活區、主變濾油四條線路，并預留一條應急出線回路。

該項目采用需要系數法進行設備功率的計算：

電焊機的設備功率是將額定容量換算到負載持續率￡為100%時的有功功率

Pe= Sr√Ercosφ kW

Sr一一一電焊機的額定容量，kVA;

coscp一一額定功率因數

er一一電動機額定負載持續率。

電動機的設備功率等于額定功率。

用電設備的計算負荷

有功功率Pc=K Pe kW

無功功率Qc= Pe tgφ kVar

視在功率Se=√Pc²+Qc²⁴kVA

K為需要系數

根據變電站各施工階段使用的施工設備容量，結合以上公式，同期系數按0.6估算，得出變壓器容量約為23 0kVA?？紤]一定的裕量，因此該項目配備一臺315kVA的配電變壓器可以滿足使用要求。

2 施工電源系統的可靠性設計方案

2.1 整體布局方案

施工電源lOkV高壓側采用SF6氣體絕緣柜，其高度僅為1.5米，寬度為0.375米，低壓柜在固定柜的基礎上進行優化設計，高度改為1.6米，箱體整體高度低至1.95米，較常規方案降低0.6米左右，實現了小型化設計。

施工電源系統采用品字型品字型布置方式，對比目字型布置方案，可有效減小艙體長度，優化后艙體長x寬x高的尺寸為：2.75x2.3x1.95m。

2.2 結構強度設計方案

為保證施工電源的輕度要求，采用以下方案進行處理：艙體主框架采用一體化焊接鋼結構;立柱采用2.5mm厚雙層鋼板焊接而成;頂蓋采用加強型設計;底座采用槽鋼焊接。并且從艙體的吊裝、側面受風（12級）、頂部覆（20mm）三種工況進行有限元分析，通過計算框架的變形和等效應力，驗證結構強度的可行性和合理性。

吊裝分析結果表明，進行艙體吊裝時，產生最大變形發生在艙體底座短邊位置，最大變形0.8mm，艙體零部件所受應力小于143MP，吊杠處應力57MP<235MP，結構吊裝安全。

12級風（風速34m/s）工況分析結果表明，最大變形發生在艙體中間立柱上部，最大變形為0.97mm，零部件受力小于50MPa，結構抗風壓安全。

艙頂覆冰（20mm）工況分析結果表明，最大變形發生在艙體頂部短邊支撐板處，最大變形為0.55mm，零部件受力小于30MPa，結構抗覆冰負荷安全。

2.3 保溫設計方案

為保證外殼等級10K的設計要求：變壓器門上部安裝兩個風機（風量l60m³/h）進行強制散熱，低壓柜本體與對應艙門加開散熱孔。

風機強制散熱情況下，熱仿真結果顯示，在環境溫度45℃時，變壓器附近溫度最高達到51℃，低壓柜附近溫度最高為47.9℃，符合外殼等級要求。

2.4 防腐蝕設計方案

使用本身具有防腐性能的鍍鋁鋅板作為外殼材料，防腐處理采用特殊材料和防腐工藝相結合技術;采用除銹、除油、噴砂等前處理工藝，以保證表面清潔度和粗糙度要求;采用底漆、中間漆、面漆三層防護體系，提升使用壽命，防腐年限達到30年。

3 無功補償設計

變電站施工用電設備采用大量的電動機、電焊機等設備，這些設備投入運行以后，將產生很大的感性電流，這種電流它不做工，是無功電流，進而產生無功功率，無功功率的出現不僅導致發電機出力下降，降低了輸配電設備效率，而且還增大了網損，嚴重影響供電質量。這些損耗在變壓器及線路中轉變成熱量散發，使得變壓器及配電設備溫度升高。不僅影響設備的利用率，還可能由于溫度過高，破壞設備的絕緣，縮短設備的使用壽命，甚至損壞設備。對無功進行補償，能夠降低輸電線路及變壓器的損耗，增加電網的傳輸能力，提高設備的利用率，減少設備的容量，改善電壓的質量，節約電費的支出。

無功補償配置原則，參考國家電網公司文件（2008-1282）《國家電網公司電力系統無功補償配置技術原則》，lOkV電壓等級按照變壓器容量20%-40%配置，本項目按照30%容量配置一套lOOkVA的無功補償裝置，可滿足使用要求。

4 結束語

本文通過對220kV變電站模的用電需求分析，以及研究變電站施工電源系統涉及的關鍵技術，設計出小型化、模塊化的施工電源系統來代替目前雜亂無章的臨時施工電源，可提高工作效率，節約人力、物力成本。該設備運用在電網建設中，能達到優化設備利用率、降低成本、提高工作效率的目的，具有極強的推廣價值。

參考文獻

[1]井立宏，淺談施工現場臨時電源管理[J].科技創業家，2012 （07）.

[2]工業與民用配電設計手冊第三版[M].北京：北京市鐵成印刷廠，2005.