隧道變電所電源供電解決方案研究

李 杰

(遼寧新發展公路科技養護有限公司 沈陽市 110005)

0 引言

近年來,隨著我國經濟高速發展,設備加工及制造工藝日益完善,工業生產和生活自動化的提高導致用電需求大大增加,對電網的供變電技術有了新的要求,變電站的供電技術及方法有了新的發展方向。[1]文章選雙喜嶺隧道變電所作為研究對象,對隧道變電所的雙電源供配電進行全面詳細闡述。重點說明了在當前社會背景下,國內供配電發展的現狀以及未來發展的方向。介紹了隧道變電所的主要設施及功能,變壓器臺數選擇,變壓器容量選擇,以及主接線的種類和各種接線的優缺點,最終確定了變電所的主接線方式。

1 隧道變電所的主要設施及功能

隧道變電所供配電主要包括:高壓供電部分、變壓部分、備用電源部分、供配控制及切換部分、用電設施部分。高壓供電部分包括:進線柜、開關柜、計量柜;變壓部分包括:變壓器;備用電源包括:柴油發電機、UPS電源、EPS電源;用電設施包括:風機、照明、監控系統、通信系統等。針對以上各部分在供配電及用電的不同作用,詳細闡述變電所總體分析及主變選擇、電氣主接線選擇方案。

1.1 隧道變電所的供電分析及主要變壓器的選型

隧道變電所供配電是由變壓器、供電線路、用電設備組成,包括照明、風機等連接在所有回路中的所有設備。隧道變電所上端承接電網公司,下端連接隧道內所有用電設備,發揮著變換電壓和分配電能的作用。

變壓器數量應根據負荷大小、種類及經濟性為原則進行選擇,以下情況同時存在一種或多種時需要選擇兩臺或兩臺以上數量的變壓器:(1)電能需求量極大;(2)根據季節變換負荷也隨之有較大的變化;(3)負荷非常集中。雙喜嶺隧道內用電設備固定,用電需求不大,因此該隧道滿足選擇設置一臺變壓器的條件。

但考慮到雙喜嶺隧道地處山區,所用電為農業供電,會出現電壓不穩或停電現象,如果有可以當作備用電源的柴油發電機或者UPS等電源時,可以設置一臺變壓器,但必須具備上述兩種條件中的一種或者同時存在。雙喜嶺隧道變電所選擇方案為二者同時存在。

1.2 配電主接線方式的選擇

主接線是配電中非常重要的一個環節,主接線方式的選擇直接影響設備運行的可靠性和增減設備的靈活性,直接關系著供配電控制設備的選擇以及配電裝置、保護裝置、自動裝置的選型,是供配電整體投資的決定性因素。

2 隧道變電所的總體分析及主變選擇

2.1 隧道變電所的總體情況分析

此隧道變電所采用一座10kV終端變電所,以供給雙喜嶺隧道雙方向隧道用電設備,還包括雙喜嶺隧道變電所內消防設施的用電。雙喜嶺隧道地處山區,該處供電為農業用電。雙喜嶺隧道為兩端變電所供電,兩端變電所格局相同。每端變電所設有高壓室、變壓器室、柴油發電機室、配電室、弱電機房等。兩端變電所相同,故取雙喜嶺隧道莊河端變電所來具體說明本變電所的供配電系統的電氣設計。

隧道內主要用電設施有:風機18套、照明控制回路12條、交通信號燈2組、車道指示器14套及監控設施等。設計需要的設施有高壓配電室,設置有高壓電源引入柜、主受柜、計量柜、配出柜,后送至變壓器。設置室內三相干式變壓器、置發電機組、有配套的切換柜。二次線路設置有進線柜、節能控制柜、EPS電源、風控制柜、交流低壓配電柜、電容柜等子供配電系統。

2.2 變壓器容量的選擇

變壓器作為高低壓連接裝置,對供電系統的運行和電壓等級的變換起到至關重要的作用,所以變壓器選擇必須謹慎合理,否則將會帶來很大的經濟損失[1]。

(1)選擇原則

統計負荷大小是確定變壓器容量、控制設備的型號及導線截面的重要依據。

變壓器所承擔負載統計常用有兩種方法,一是需要系數法,二是二項式法和利用系數法。此兩種方法在國內普遍使用。需要系數法比較簡便,廣泛使用,雙喜嶺隧道變電所設計采用的是需要系數法。

(2)負荷資料

變電所內負荷:22.82kW;機電負荷:24kW;隧道內負荷:605.10kW;共計:651.92kW。

(3)負荷計算

負荷容量Pe=651.92kW

需要系數Kd=0.65

同時系數Ki=0.95,功率因數cosφ=0.85

tgφ=0.62

有功計算負荷:Pc=KiKdPe=402.56kW

無功計算負荷:Qc=Pctgφ=237.11kvar

視在功率計算負荷:Sc=Pc/cosφ=473.6kW·A

2.3 變壓器數量的選擇

確定所選擇變壓器的容量、冷卻方式,除了根據所承擔的負荷、變壓器的使用環境外,還需要考慮到隧道未來3～5年的發展規劃,留有一定的余量。變壓器的選用還應考慮所需電壓等級、進出線回路數、外型尺寸等,要進行全面分析和考慮[1]。

2.3.1主變臺數的考慮原則

(1)在此次設計中雙喜嶺變電所采用一臺變壓器,一臺柴油發電機供電。變壓器采用普通雙繞組變壓器。

(2)由于雙喜嶺變電所地處山區,所供為農業用電。為了保證系統的電能質量,可采用變壓器分接頭對電壓進行調節。根據系統運行的需要,適當的調整分接頭的位置來調節電壓,以確保系統電壓的穩定性[1]。

2.3.2變壓器型號、柴油發電機型號的選擇

雙喜嶺隧道變電所用電設備總負荷為651.92kW,再通過對計算負荷分析以及查閱相關的變壓型號的書籍來確定變壓器的容量,變壓器的容量應當大于計算負荷并留有一定的余量;再通過分析變電所的所址情況來確定變壓器的環境影響,最終經過綜合考慮,計算確定變壓器的型號。由于雙喜嶺變電所為隧道變電所,擔負著行車安全,故選擇一臺變壓器及一臺柴油發電機作為備用。

最終確定各設備容量如下:

(1)變壓器:雙喜嶺隧道兩側的變壓器都選擇S9-630/10變壓器一臺,一次輸入10kV,二次輸出380V。

(2)發電機:雙喜嶺隧道變電所內配備的是額定功率630kVA威爾遜發電機組,電瓶供電電壓為直流24V。

3 隧道變電所主接線選擇

3.1 選擇的原則

根據變電所的要求,以“安全可靠、經濟適用、符合國情”為方針,確保原始資料的準確性,考慮實際工程建造中可能遇到的問題,遵守有關的技術規定和安全標準,保證設計方案的可靠性、靈活性和經濟性[1]。

3.2 主接線說明

低壓供配電系統的主接線形式一般采用普通單母線接線或單母線分段接線的方式。

(1)普通單母線接線的最大優點是接線簡單,該方式只有一組母線,所有的進、出線回路均接在這組母線上[1]。

(2)單母線分段接線利用隔離開關、斷路器等一次設備將單母線分成多段的接線形式,該方式的供電可靠性和靈活性大大提高[1]。

雙喜嶺變電所進線為一條10kV電源進線及一條柴發電源進線,如圖1所示。

圖1 變電所進線示意圖

根據現場資料分析,其出線為站內用電、風機柜、照明柜等8條。用電設備均從該8條回路中分出,該8條回路滿足現階段設備用電需求,因此最終決定該處8條回路主接線采用單母線分段的接線形式。

根據雙喜嶺隧道用電原始資料,從雙喜嶺隧道變電所用電需求考慮,從近期及遠景的發展規劃,經過比較確定采用一路10kV 電源和一路發電機電源一用一備供電。兩路電源有兩路獨立電源供給,高壓側為單母線分段聯絡接線,10kV 電源進線經獨立變電所的開關柜引出一路至本所ATS轉換柜,發電機電源由發電機接線端直接接入ATS轉換柜。轉換柜用電輸出與變電所低壓側采用單母線接線。

4 結語

通過對雙喜嶺隧道用電負荷的統計,查找相關規范和參照相關文獻,給出了雙喜嶺隧道變電所用一路10kV供電線路和一臺柴油發電機供電的雙電源供電方案,以及具體的設備選型、母線連接等方案,解決了山區供電不穩定及停電等緊急情況下影響隧道內通行安全的隱患。

隨著技術發展,變電所的設計將趨于智能化發展,各元器件將趨于模塊化,施工將更快捷,運行更可靠,保證變電所供配電系統運行的可靠性、安全性、先進型,也能提高生產及管理效益、管理自動化水平,減輕維護人員的勞動強度,降低運行維護成本[1]。