220kV 變電站前期規(guī)劃設(shè)計(jì)

黃志慶

（國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司安溪縣供電公司，福建 安溪362400）

擬建的220kV 竹園變位于安溪縣西南部，而2012 年安溪電網(wǎng)需220kV 供電負(fù)荷約352MW，屆時(shí)若竹園220kV 變電站未能建成，則220kV 容載比僅為1.53，由于安溪電網(wǎng)南、北部負(fù)荷不平衡，小水電主要分布于北部地區(qū)，南部主要依靠仙苑變（2×180MVA）供電，2009 年仙苑變最高負(fù)荷為230MW，主變最高負(fù)載率達(dá)64%，且仙苑變位于安溪縣東南部，對(duì)安溪中南及西南部區(qū)域供電距離較長(zhǎng)，損耗較大。故為滿足電網(wǎng)負(fù)荷持續(xù)快速發(fā)展的需要，理順安溪南部電網(wǎng)，便于新建110kV 變電站的接入，以及完善泉州北部220kV 網(wǎng)架，2012 年建成220kV 竹園變一期工程是必要的。

1 變電站選址原則

1.1 變電站選址的思路

依據(jù)遠(yuǎn)景規(guī)劃目標(biāo)年負(fù)荷分布預(yù)測(cè)的結(jié)果，利用“規(guī)劃軟件”中變電站選址容量?jī)?yōu)化軟件自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算，得到遠(yuǎn)景目標(biāo)年的變電站布點(diǎn)和主變?nèi)萘糠桨浮Ｒ罁?jù)城市規(guī)劃和地形地貌的實(shí)際情況通過(guò)規(guī)劃專(zhuān)家的修正得到最終的變電站布點(diǎn)方案，利用規(guī)劃軟件自動(dòng)計(jì)算變電站的供電范圍，確定變電站應(yīng)帶的負(fù)荷大小。隨著安溪南部區(qū)域負(fù)荷的進(jìn)一步增長(zhǎng)，僅依靠仙苑變的供電能力已不能滿足供電要求。根據(jù)區(qū)域負(fù)荷需求及電網(wǎng)目標(biāo)網(wǎng)架規(guī)劃，為節(jié)約土地、降低單位造價(jià)，并滿足遠(yuǎn)景發(fā)展需要，竹園變主變?nèi)萘坎捎?80MVA，最終規(guī)模按3×180MVA 考慮，本期建設(shè)規(guī)模為1×180MVA。

1.2 變電站選址系統(tǒng)的基本功能

變電站選址模塊主要有以下的特點(diǎn)：1.2.1 在各個(gè)小區(qū)負(fù)荷密度已知的情況下，確定目標(biāo)年各新建變電站的位置及容量；1.2.2 以滿足負(fù)荷需求及各種其它約束，同時(shí)使所需投資及運(yùn)行費(fèi)用之和最小；1.2.3 要充分考慮負(fù)荷分布的不均勻性，同時(shí)，變電站選擇應(yīng)滿足其所供負(fù)荷并留有一定的容量裕度，且所供負(fù)荷應(yīng)處于所允許的供電半徑內(nèi)，具體可從竹園變110kV 本期接線示意圖看出變電站選址基本符合半徑要求。

圖1 竹園變110kV 本期接線示意圖

本文擬建的竹園變站，從交通運(yùn)輸方面分析，站址北面約370 米有9.0m 寬的鎮(zhèn)村公路通過(guò)，該路為新建混凝土路面，路況良好，能滿足主變的運(yùn)輸要求，運(yùn)輸條件便利，可節(jié)省運(yùn)輸成本。從環(huán)境評(píng)價(jià)方面分析，選址、選線符合地方規(guī)劃要求，路徑選擇基本合理，對(duì)地方社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到較大的促進(jìn)作用，其經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益明顯，且工程運(yùn)行后對(duì)當(dāng)?shù)厮h(huán)境、大氣環(huán)境基本無(wú)影響。從征地方面分析，站址用地為農(nóng)保地，政府?dāng)M結(jié)合虎邱鎮(zhèn)中原工業(yè)小區(qū)開(kāi)發(fā)調(diào)整為工業(yè)用地，場(chǎng)地內(nèi)現(xiàn)為山坡低洼地茶園，地方政府已同意置換，無(wú)拆遷，僅需考慮青苗賠償費(fèi)用，同時(shí)站址土方自行平衡，站區(qū)圍墻外四側(cè)均需設(shè)邊坡圍護(hù)，護(hù)坡面積超過(guò)4000m2，又可減少土建成本。

圖2 站址現(xiàn)狀圖片

2 電氣設(shè)計(jì)

2.1 短路電流計(jì)算及主要設(shè)備選擇

短路電流按遠(yuǎn)景220kV 母線三相短路電流進(jìn)線計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1：

表1 母線短路電流

根據(jù)短路電流計(jì)算結(jié)果并考慮適當(dāng)裕度，220kV 設(shè)備短路電流水平按照50kA 水平選擇，110kV 設(shè)備短路電流水平按照40kA 水平選擇。10kV 電抗器后設(shè)備，除主變進(jìn)線和電容器組回路設(shè)備的短路電流水平按31.5kA 考慮，其余均按25kA 選擇。主變壓器推薦選用戶外油浸式三相三卷變，冷卻方式采用自然油循環(huán)自冷（ONAN），型號(hào)為SSZ10-180000/220、電壓比220±8×1.25%/115/10.5kV；220kV、110kV 主設(shè)備選用SF6 絕緣的封閉組合電氣設(shè)備（GIS）；10kV 開(kāi)關(guān)柜推薦采用中置式鎧裝開(kāi)關(guān)柜（內(nèi)配真空斷路器），選用國(guó)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品；10kV 并聯(lián)補(bǔ)償裝置選用國(guó)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)戶外成套框架式補(bǔ)償裝置，電容器組串接5%干式空芯串聯(lián)電抗器；10kV 限流電抗器采用干式空芯電抗器，帶防雨罩；站用變壓器選用非晶合金油浸變壓器，容量250kVA，接線組別Dyn11，阻抗電壓4%，帶防護(hù)外殼；220kV、110kV 的母線采用防腐軟導(dǎo)線或GIS 母線管，引線采用防腐軟導(dǎo)線，其中220kV 斷路器與電流互感器之間跨道路的引線，選用鋁管母線，10kV 主變進(jìn)線采用鋁母排進(jìn)線。

2.2 電氣總平面布置及各級(jí)電壓配電裝置

參照《高壓配電裝置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（DL/T5352-2006），結(jié)合站址地理位置、系統(tǒng)接線、各電壓配電裝置布置方式及出線方向等，確定各級(jí)電壓配電裝置的布置型式。其中220kV 屋外配電裝置布置在站區(qū)西北側(cè)，朝西北方向架空出線；110kV 屋外配電裝置布置在站區(qū)東南側(cè)，朝東南方向架空出線；3 臺(tái)主變壓器布置在220、110kV 配電裝置區(qū)之間，變壓器間設(shè)防火墻，其間隔寬度為20 米。220kV、110kV 配電裝置均采用戶外GIS 落地單列布置型式，10kV 屋內(nèi)配電裝置則采用戶內(nèi)開(kāi)關(guān)柜單列離墻布置型式，其它的如10kV 限流電抗器、無(wú)功補(bǔ)償裝置、站用變采用戶外布置。

2.3 避雷器及絕緣子串?dāng)?shù)選擇

避雷器主要用于保護(hù)電氣設(shè)備免受高瞬態(tài)過(guò)電壓危害并限制續(xù)電流時(shí)間，電氣設(shè)備的絕緣水平由雷電過(guò)電壓決定，一旦出現(xiàn)不正常電壓，避雷器就產(chǎn)生作用，起到保護(hù)作用。氧化鋅避雷器是20 世紀(jì)70 年代出現(xiàn)的一種新型避雷器，它具有無(wú)間隙、無(wú)續(xù)流、殘壓低等優(yōu)點(diǎn)，已取代閥型避雷器、磁吹閥式避雷器，被廣泛應(yīng)用在電力系統(tǒng)之中。本工程各電壓等級(jí)避雷器均選用國(guó)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)氧化鋅避雷器，220kV、110kV 采用瓷絕緣外套，10kV采用硅橡膠絕緣外套。

絕緣子串片數(shù)的選擇，一般遵循以下原則：

（1）按爬電比距。根據(jù)所在地區(qū)污穢水平等級(jí)劃分，并規(guī)定各等級(jí)相應(yīng)的爬電比距，由爬電比距確定絕緣水平，再進(jìn)一步確定絕緣子片數(shù)；

（2）按污耐壓。污耐壓以長(zhǎng)串絕緣子真型試驗(yàn)確定，根據(jù)污耐壓等級(jí)設(shè)計(jì)污穢絕緣，再計(jì)算絕緣子懸垂串所需片數(shù)。

通過(guò)計(jì)算，本工程220、110kV 母線耐張絕緣子串采用合成絕緣子串，要求在額定運(yùn)行線電壓下的爬電比距≥25mm/kV，電弧距離分別大于等于1900mm 和1000mm。220kV 懸垂絕緣子串采用17 片XWP-70 防污型絕緣子；110kV 懸垂絕緣子串采用8片XWP-70 防污型絕緣子。瓷絕緣子串每片爬距按400mm 考慮。

3 二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 電流、電壓回路

電流二次回路設(shè)計(jì)原則：

（1）電流互感器二次繞組應(yīng)合理分配，保證主一保護(hù)的保護(hù)范圍最大化；

（2）220kV 和110kV 線路、母線保護(hù)應(yīng)選用5P 級(jí)電流互感器二次繞組；10-35kV 保護(hù)宜選用5P 級(jí)電流互感器二次繞組；

（3）多個(gè)二次設(shè)備共用同一交流電流回路時(shí)，應(yīng)按保護(hù)、安全自動(dòng)裝置、錄波裝置、故障測(cè)距的順序依次串接。

電壓二次回路設(shè)計(jì)原則：

（1）電壓互感器端子箱、匯控柜或開(kāi)關(guān)柜處應(yīng)配置分相總空氣開(kāi)關(guān)，并實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)視。

（2）保護(hù)、安全自動(dòng)裝置與自動(dòng)化設(shè)備、錄波裝置采集的三相電壓取自電壓互感器繞組應(yīng)遵循先后順序，依次為第一套相關(guān)保護(hù)、第二套相關(guān)保護(hù)、錄波裝置。

（3）220kV、110kV 線路保護(hù)和測(cè)控裝置用的同期電壓均取自線路電壓互感器(單相)的第一個(gè)繞組的電壓。

（4）對(duì)電壓互感器的每組二次繞組，其電壓并列與電壓切換用的直流電源應(yīng)取自同一段直流母線。

3.2 電源回路

電源回路設(shè)計(jì)要求：

（1）遠(yuǎn)動(dòng)裝置、交換機(jī)、時(shí)間同步系統(tǒng)等含冗余配置的設(shè)備，應(yīng)配置兩路取自不同直流母線段的直流電源。

（2）對(duì)于配置雙電源模塊的單裝置，其雙電源進(jìn)線應(yīng)取自同一路直流電源。

（3）電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)設(shè)備，應(yīng)配置兩路取自不同母線段的電源，優(yōu)先采用直流電源，采用交流電源時(shí)應(yīng)取自交流不間斷電源系統(tǒng)。

（4）集中組屏的測(cè)控裝置宜采用輻射供電方式，每面屏配置一路直流電源，在測(cè)控屏上通過(guò)直流空氣開(kāi)關(guān)分別為各裝置電源和信號(hào)電源供電；安裝在開(kāi)關(guān)柜上的保護(hù)測(cè)控一體化裝置，宜采用環(huán)形接線方式，開(kāi)環(huán)供電。

3.3 控制及信號(hào)回路

根據(jù)保護(hù)配置原則，合理配置各保護(hù)，同時(shí)調(diào)度要求上送信號(hào)應(yīng)做必做，并確保能可靠上送。比如監(jiān)控后臺(tái)斷路器、隔離（接地）開(kāi)關(guān)的分合位置，保護(hù)動(dòng)作、裝置故障、運(yùn)行異常、操作箱信號(hào)，CT、PT、主變壓器、斷路器、隔離(接地)開(kāi)關(guān)、GIS 本體信號(hào)等；遠(yuǎn)動(dòng)裝置、交換機(jī)、相量測(cè)量系統(tǒng)、直流系統(tǒng)、交流不間斷電源系統(tǒng)、時(shí)間同步系統(tǒng)、消防及火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、視頻及環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等全站公用系統(tǒng)的“電源消失”、“裝置故障”等報(bào)警信號(hào)應(yīng)接入公用測(cè)控裝置；監(jiān)控網(wǎng)中，保護(hù)裝置和測(cè)控裝置宜分別接入不同的交換機(jī)。

4 土建設(shè)計(jì)

本工程變電站地處安溪縣虎邱鎮(zhèn)中元村西面小山丘，規(guī)劃中的安溪縣虎邱鎮(zhèn)中原工業(yè)小區(qū)西南面。工程建設(shè)符合當(dāng)?shù)爻擎?zhèn)總體規(guī)劃要求。為了減少遠(yuǎn)期購(gòu)地難度，站區(qū)按最終規(guī)模（3×180MVA）進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，一次購(gòu)地并進(jìn)行平整，站內(nèi)分期建設(shè)。站址場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高較高，不受當(dāng)?shù)匕倌暌挥鲎罡吆樗坏挠绊懀瑹o(wú)需采取特別的防排洪措施。站址地形為東、南高，中間低，在強(qiáng)暴雨時(shí)需考慮站區(qū)東、南面小山坡形成的坡面漫流的影響，坡頂設(shè)截洪溝。按本站最終規(guī)模，根據(jù)站址總體規(guī)劃、自然地形條件、工藝布置要求，綜合進(jìn)出線條件，建筑物防火間距、消防通道以及交通運(yùn)輸?shù)纫蛩剡M(jìn)行總平面設(shè)計(jì)。

5 結(jié)論

本工程為220kV 變電站工程，通過(guò)前期規(guī)劃設(shè)計(jì)，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并予以修正，避免后期返工，貽誤工期，還使得施工時(shí)有據(jù)可依，施工進(jìn)度更快，節(jié)約成本。