吳永波

(珠海華成電力設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 珠海 519000)

變電站的功能是變換電壓等級(jí)、匯集配送電能，主要包括變壓器、母線、線路開關(guān)設(shè)備、建筑物及電力系統(tǒng)安全和控制所需的設(shè)施。對(duì)變電站電氣設(shè)備進(jìn)行改造,能提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定性,科學(xué)的變電站設(shè)備改造設(shè)計(jì)方案能夠提升配電網(wǎng)的供電能力和適應(yīng)性，降低配電網(wǎng)損耗和供電成本，減少電力設(shè)施占地資源。同時(shí)可以增加系統(tǒng)的可靠性，節(jié)約占地面積，使變電站的配置達(dá)到最佳，不斷提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本文針對(duì)某110kV變電站的電氣設(shè)備改造設(shè)計(jì)進(jìn)行了闡述。

1 變電站設(shè)計(jì)原則

遵循國(guó)家及行業(yè)部門的有關(guān)規(guī)程規(guī)范，以科學(xué)求實(shí)岡地制宜，加快工程建設(shè)，降低工程造價(jià)

(1)提高經(jīng)濟(jì)效益為宗旨進(jìn)行設(shè)計(jì)。本次改造，在滿足最新負(fù)荷供電需求的基礎(chǔ)上盡量維持原建變電站的總體布置形式和接線形式，在不增大變電站占地面積的前提下，優(yōu)化變電站的站容站貌和站內(nèi)變交通以方

(2)便工作人員的運(yùn)行監(jiān)視和維護(hù)工作。變電站改造工程的設(shè)計(jì)應(yīng)符合“無人值班”站的要求。

(3)變電站的改造需分階段進(jìn)行第一階臣改造敷設(shè)2號(hào)主變壓器35kV側(cè)高壓電纜；第二階臣在脫空10kV側(cè)負(fù)荷后進(jìn)行10kV高壓開關(guān)柜室，以及控制室的土建改造工作和相應(yīng)電氣設(shè)備的安裝工作；第三階段進(jìn)行控制竄設(shè)備和其他二次設(shè)備的改造工作；第四階段，在原控制室的基礎(chǔ)上進(jìn)行通信載波機(jī)室和并聯(lián)電容器室的土建改造工作和相應(yīng)電氣設(shè)備的安裝丁作。

(4)本工程處于地震烈度Ⅵ度區(qū)。土建結(jié)構(gòu)按Ⅶ度設(shè)防。

2 改造規(guī)模和設(shè)計(jì)范圍

2.1 改造規(guī)模和目的

變電站的改造規(guī)模如下：

(1)主變壓器：1號(hào)主變壓器被等容量更換為31.5MVA三繞組有載調(diào)壓電力變壓器。變壓器中性點(diǎn)接線方式重新設(shè)計(jì) (110kV中性點(diǎn)需設(shè)放電間隙及避雷器)。

(2)l1OkV設(shè)備：110kV側(cè)斷路器全部更換為SF6斷路器，更換110kV側(cè)部分電壓互感器、電流互感器和避雷器。

(3)35kV配電裝置：由于目前2號(hào)主變壓器的35kV母線跨越控制室和配電室，為配合主控制室、10kV配電室及通信載波機(jī)室的土建施工。因此需要將2號(hào)主變壓器的35kV側(cè)采用高壓電力電纜引出，并相應(yīng)建設(shè)該回電纜的敷設(shè)通道。

(4)10kV配電裝置：10kV側(cè)接線改為單母線分段帶旁路接線，共16回出線，盤柜雙列布置，采用XGN2-10型開關(guān)框，內(nèi)裝ZN65A和ZNl2型真空斷路器。

新增成套型并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置兩組，容量為每組4000kvar原有一組電容器拆除。原10kV開關(guān)柜室拆除后就地重建。成套并聯(lián)電容器布置在并聯(lián)電容器室內(nèi)。

(5)二次設(shè)備控制窀。35kV保護(hù)全部更換為微機(jī)型保護(hù)裝置；10kV開關(guān)采用微機(jī)保護(hù)，就地布置：并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置采用微機(jī)保護(hù)；更換微機(jī)五防裝置-套；原直流裝置不更換，但需要校核蓄電池容量；更換電度表屏一面刑用原有電能表將所有電能表接人現(xiàn)有負(fù)荷電量管理系統(tǒng)；對(duì)新增回路安裝全電子電度表'并接入負(fù)荷電量管理系統(tǒng)。將控制室搬至新建的10kV開關(guān)柜室樓上。

(6)載波通信機(jī)室和并聯(lián)電容器室。利用原主控室和休息竄的場(chǎng)地新建通信載波機(jī)室和并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置室。

2.2 設(shè)計(jì)范圍

針對(duì)上述改造內(nèi)容的電氣、土建、通信以及防雷接地、給排水等全部設(shè)計(jì)工作。

3 電氣主接線

根據(jù)變電站改造工程現(xiàn)場(chǎng)查勘紀(jì)要以及變電站原來的設(shè)計(jì)，變電站改造后的最終規(guī)模為：主變?nèi)萘繛?臺(tái)31500kVA三相三繞組有載調(diào)壓降壓變壓器；變電站以110kV、35kV、10kV三個(gè)電壓等級(jí)出線；110kV側(cè)為單母線分段帶旁路接線2回進(jìn)線，2回出線；35kV側(cè)為雙母線接線，出線8回；10kV側(cè)為單母線分段帶旁路接線，設(shè)一組專用旁路斷路器。出線16回，并在10kV裝設(shè)兩組并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置和兩組站用電變壓器。

4 短路電流計(jì)算及設(shè)備選擇

4.1 短路電流計(jì)算

根據(jù)供電局提供的目前系統(tǒng)歸算到本站110kV母線上的阻抗值和各側(cè)短路電流的計(jì)算結(jié)果，并考慮為系統(tǒng)將來預(yù)留一定的發(fā)展裕度，經(jīng)計(jì)算校核提出變電站各側(cè)的短路電流值。基準(zhǔn)容量為100MVA。短路電流計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖1。

圖1 短路電流計(jì)算簡(jiǎn)圖

4.2 改造設(shè)備選擇

本工程位于地震烈度Ⅵ度區(qū)，屬Ⅲ級(jí)污穢區(qū)所選電力設(shè)備經(jīng)校驗(yàn)完全滿足運(yùn)行、檢修、短路和過電壓的要求。

(1)1號(hào)主變壓器。為了降低電能損耗和年運(yùn)行費(fèi)用避用低損耗的銅芯三相雙繞組有載調(diào)壓油浸式變壓器。

(2)110kV斷路器。選用先進(jìn)、可靠、檢修周期長(zhǎng)的SF6斷路器。

(3)l10kV電流巨感器。選用常規(guī)戶外油浸式全密封電流互感器LCWB6型。

目前，電力市場(chǎng)上還有一種干式高壓電流互感器。這種電流互感器是由干式高壓套管和貫穿式電流互感器組合而成具有無油、無瓷、體積小、重量輕、防火、防爆、污閃電壓高、維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)。這種電流互感器避免了常規(guī)戶外油浸式全密封電流砭感器具有的易漏油、維護(hù)工作量大且有爆炸危險(xiǎn)等缺點(diǎn)能滿足本站的技術(shù)要求。

(4)110kV電壓瓦感器。選用常規(guī)戶外油浸式全密封電壓互感器JCC6型。

(5)35kV高壓電力電纜及附件。由于電纜采用戶外電纜架敷設(shè)，岡此選用單芯交聯(lián)聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝聚氯乙烯護(hù)套電力電纜。

(6)10kV高壓開關(guān)柜。選用安全可靠的XGN2-10型箱型固定式金屬封閉開關(guān)柜。柜內(nèi)進(jìn)線回路裝設(shè)ZNl2-10型真空斷路器，出線回路裝設(shè)ZN65A-12型真空斷路器。

(7)并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置。選用集合式高壓并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置。該裝置型號(hào)為TBB-400叫4000ACW，采用在中性點(diǎn)側(cè)串聯(lián)電抗器的Y型接線方式。此種接線方式具有接線簡(jiǎn)單、布置方便清晰的優(yōu)點(diǎn)，而且針對(duì)電容器內(nèi)部故障的繼電保護(hù)可采用的方式較多對(duì)串聯(lián)電抗器的動(dòng)熱穩(wěn)定要求和對(duì)避雷器的通流容量要求均較低。

(8)主變壓器中性點(diǎn)設(shè)備。改造后的主變壓器110kV中性點(diǎn)裝設(shè)有放電間隙、單極隔離開關(guān)和氧化鋅避雷器可以滿足對(duì)主變壓器中性點(diǎn)接地或不接地的運(yùn)行要求。

由于本站35kV出線總長(zhǎng)僅69km經(jīng)估算電容電流僅約8A,因此主變壓器35kV中性點(diǎn)不需裝設(shè)消弧線圈。

5 電氣設(shè)備布置

變電站本次改造工程的重點(diǎn)主要集中在設(shè)備改造和主控制樓的改造匕，因此變電站的總布置方案、各級(jí)電壓的進(jìn)出線方向和110kV、35kV配電裝置的形式基本維持不變。主控制樓的布置位置和樓外通道設(shè)置結(jié)合地形、地貌條件考慮.主控制樓主體建筑結(jié)構(gòu)、通道設(shè)置和戶內(nèi)設(shè)備布囂遵照規(guī)程、規(guī)范及防火要求和各建筑物的功能要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。110kV配電裝置維持原來的布置不變采用戶外集中式布置。35kV配電裝置采用屋內(nèi)開敞式布置，布置在單獨(dú)的35kV配電裝置樓內(nèi)。

5.1 35kV高壓電纜敷設(shè)方式

2號(hào)主變壓器35kV出線電纜的改造是整個(gè)改造工程的第一步。該回電纜可能的敷設(shè)方式有三種：第一種為新建電纜溝敷設(shè)；第二種為采用電纜橋架在主變壓器場(chǎng)架空敷設(shè)；第三種為采用電纜橋架沿控制窀邊坡敷設(shè)。若采用第一種方式出然會(huì)與站內(nèi)現(xiàn)有的電纜溝和排水溝交叉不利于施工和敷設(shè)。若采用第二種方式需要新建橋架柱施工盛大且必然與站內(nèi)10kV母線交叉。若采用第三種方式不需要土建施工工程量小經(jīng)濟(jì)性好。因此，推薦2號(hào)主變壓器35kV側(cè)高壓電力電纜采用電纜橋架明敷的方式敷設(shè)在主變壓器場(chǎng)和10kV開關(guān)宦之間的臺(tái)地邊坡上。電纜上方加裝保護(hù)設(shè)施.防止控制樓的施工威脅電纜外絕緣。

5.2 主控制樓布置方式

主控制樓底層為10kV開關(guān)柜室、通信載波機(jī)室和并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置宅。第二層為控制室、蓄電池室和其他一些輔助房間。根改造步驟。在脫空10kV側(cè)負(fù)荷后先對(duì)現(xiàn)有的10kV高壓開關(guān)柜審改造然后再將控制審設(shè)備遷至新建的控制審，最后冉建設(shè)通信載波機(jī)窀和并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置室及樓上的輔助性建筑物。由于10kV開關(guān)柜室側(cè)的改造不能影響控制摩的運(yùn)行，因此對(duì)10kV開關(guān)柜窄側(cè)建筑物的改造只能在現(xiàn)有的10kV開關(guān)柜室基礎(chǔ)上進(jìn)行。

方案一：開關(guān)柜為雙列布置，以盡量減小房間的長(zhǎng)度，但是設(shè)備布置較復(fù)雜，需采用3回母線橋聯(lián)絡(luò)兩列開關(guān)柜。

方案二：開關(guān)柜為雙列布置.公用柜布置在一列進(jìn)出線柜布置一列。這樣設(shè)備布置清晰，僅需采用2回母線橋聯(lián)絡(luò)兩列開關(guān)柜膽是房間長(zhǎng)度遠(yuǎn)超過方案一。因受場(chǎng)地的限制推薦方案一為最終方案。

5.3 1號(hào)主變壓器布置

因改造后的1號(hào)主變壓器的外形尺寸為7370mm×4330mm×5190mm(長(zhǎng)×寬×高)。而現(xiàn)有的主變儲(chǔ)油池尺寸僅有6800mm×6200mm,故需要對(duì)1號(hào)主變儲(chǔ)油池進(jìn)行擴(kuò)建。另外，還需在兩臺(tái)主變壓器之間增設(shè)主變事故油池和油水分離裝置。

6 過電壓保護(hù)及接地

6.1 過電壓保護(hù)

按《電力設(shè)備過電壓保護(hù)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》，為防止10kV側(cè)隔離開關(guān)斷開后，主變高壓繞組對(duì)主變低壓繞組的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)過電壓損壞主變低壓繞組，在主變低壓側(cè)裝設(shè)一組氧化鋅避雷器。主變110kV中性點(diǎn)除裝設(shè)氧化鋅型避雷器外還裝有放電間隙。為防止電氣設(shè)備遭受直擊雷站內(nèi)采用避雷針保護(hù)。為避開新建的主控制樓2號(hào)避雷針異地重建‘并與接地裝置可靠連接。

6.2 接地

在新建的主控制樓地下0.8m處采用50mm×6mm鍍鋅扁鋼敷設(shè)一閉合接地網(wǎng)作為控制樓主接地網(wǎng)。另外.在各層樓板上利用樓板鋼筋和鍍鋅扁鋼敷設(shè)均壓網(wǎng)有效降低接觸電勢(shì)和跨步電勢(shì)，保護(hù)工作人員的人身安全。改造后的控制樓的接地網(wǎng)和開關(guān)站的接地網(wǎng)有效地連接成一個(gè)整體。改造后全站的工頻接地電阻值不應(yīng)大于0.5Ω。

避雷器接地引下線均設(shè)置垂直接地體?？刂茦恰⑴潆娧b置的現(xiàn)澆樓板、柱筋與地網(wǎng)可靠連接接地。所有電氣設(shè)備與地網(wǎng)連接點(diǎn)均作明顯標(biāo)志。

結(jié)語

綜上說述，變電站電氣設(shè)備改造對(duì)改善變電站供電性能有著重要的影響，若熟練掌握了相關(guān)的知識(shí)將會(huì)在改造過程中發(fā)揮出重要的作用，但還需要依靠技術(shù)人員的不斷實(shí)踐研究。

[1] 毛卓平.淺談變電站電氣設(shè)計(jì)[J].電力建設(shè)，2011年02期.

[2] 應(yīng)瑋.110kV城市變電站設(shè)計(jì)的回顧與展望[J].上海電力，2001年02期.