陳洋

（廣西電網(wǎng)有限責任公司柳州供電局 廣西柳州市 545005）

110kV變電站電氣一次部分設(shè)計

陳洋

（廣西電網(wǎng)有限責任公司柳州供電局 廣西柳州市 545005）

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，為了滿足社會現(xiàn)代化生產(chǎn)和人們生活發(fā)展的需求，設(shè)計110kV變電站，是當前供電企業(yè)急切需要進行的一項具有深遠意義的技術(shù)措施。因此，作好110kV變電站的設(shè)計是電網(wǎng)建設(shè)的一個重要環(huán)節(jié)。本文對變電站電氣一次設(shè)計進行分析。

變電站；變壓器；短路電流；電氣設(shè)備

引言

本文的110kV變電站主要設(shè)備的組成主要有主變壓器、電氣主接線、控制裝置、避雷裝置以及無功補償設(shè)備。根據(jù)最大持續(xù)工作電流及短路計算的計算結(jié)果，對高壓熔斷器、隔離開關(guān)、母線、絕緣子和電壓互感器、電流互感器進行了選型，從而完成了110kV電氣一次部分設(shè)計。

1 變電站設(shè)計總體分析

1.1 變電站的設(shè)計要求

本次設(shè)計變電站為110kV城西降壓變電站，有110kV、35kV、10kV三個電壓等級，變電站最終規(guī)模的進出線回路數(shù)為：

110kV：4回（其中 2回備用）；35kV：5回（其中 1回備用）；10kV：10回（其中2回備用）。

1.2 系統(tǒng)電源情況

與本變電所連接的系統(tǒng)電源共有3個，其中110kV及35kV系統(tǒng)變電所各一個，110kV電廠一個，具體為：①110kV系統(tǒng)變電所（長平變）：在該所高壓母線上的短路容量為533MVA，該所距待設(shè)計變電所9kM。②35kV系統(tǒng)變電所（龍源變）：在該所高壓母線上的短路容量為250MVA，該所距待設(shè)計變電所3.3kM。③最小短路容量為最大短路容量的3/4，電廠不變。

2 負荷分析計算與主變壓器的選擇

2.1 負荷分析計算

2.1.1 負荷計算的目的

計算負荷是供電設(shè)計計算的基本依據(jù)，計算負荷確定得是否正確合理，直接影響到電器和導(dǎo)線電纜的選擇是否經(jīng)濟合理。如計算負荷確定過大，將使電氣設(shè)備和導(dǎo)線選得過大，造成投資和有色金屬的消耗浪費，如計算負荷確定過小又將使電氣設(shè)備和導(dǎo)線電纜處于過早老化甚至燒毀，造成重大損失，因此負荷計算的準確與否是保證供電系統(tǒng)電氣設(shè)備選擇合理、安全運行的重要前提。

2.1.2 負荷分析

（1）35kV側(cè)負荷：

S35kV=[1.05×0.9×（5.24+5.16+4.42+6）]/0.85=23.15（MVA）

（2）10kV側(cè)負荷：

S10kV=[1.05×0.9×（1.8+1.2+1.24+0.49+3.56+1.07+1.28+1.51+2+2）]/0.85=17.96（MVA）

（3）所用電負荷：

S所=（照明用電+生活區(qū)用電+其余的或連續(xù)的負荷之和）×0.85

=（3.24+3.2+4.5+2.7+1.1+2.5+7.7+10+20+4.5+6）×0.85

=0.052343（MVA）

（4）穿越功率：

S穿越＝P/cos準＝1.9/0.85＝2.23（MVA）

（5）總負荷：

S總＝S35kV+S10kV+S所+S穿越＝43.4（MVA）

2.2 主變選擇

2.2.1 主變臺數(shù)的考慮原則

變壓器的容量、臺數(shù)直接影響到變電站的電氣主接線形式和配電裝置的結(jié)構(gòu)。它的確定除了依據(jù)傳遞容量基本原始資料外，還要根據(jù)電力系統(tǒng)5～10年的遠景發(fā)展計劃，輸送功率的大小、饋線回路數(shù)、電壓等級以及接入電力系統(tǒng)中的緊密程度等因素，進行綜合分析與合理的選擇。如果變壓器的容量選擇過大，臺數(shù)過多，不僅增加投資，增大占地面積，而且也增加了運行電能的損耗，設(shè)備未能充分發(fā)揮效益；若容量選的過小，將可能滿足不了變電站的電力負荷的需要，這在技術(shù)上是不合理的。

2.2.2 變壓器聯(lián)結(jié)組別的選擇

確定原則：在具有三種電壓的變電站中，如通過主變壓器各側(cè)繞組的功率均達到該變壓器容量的15%以上或低壓側(cè)雖無負荷，但在變電站內(nèi)需設(shè)無功補償設(shè)備時，主變壓器宜采用三繞組變壓器。

在本變電站中：

S35kV/S總=（23.15/43.4）×100%=53%＞15%

S10kV/S總=（17.96/43.4）×100%=41%＞15%

因此，主變壓器選為三繞組變壓器。

2.3 繞組連接方式的確定

變壓器繞組的連接結(jié)方式必須和系統(tǒng)電壓相位一致，否則不能并列運行。我國電力系統(tǒng)中高壓繞組一般采用星形連接的方式，低壓繞組采用三角形連接。綜合考慮變壓器的穩(wěn)定性和選擇原則，確定所選變壓器繞組接線方式為YN/Yn0/d11接線方式。

3 電氣主接線設(shè)計

電氣主接線主要是指在發(fā)電廠、變電所、電力系統(tǒng)中，為滿足預(yù)定的功率傳送和運行等要求而設(shè)計的，表明高壓電氣設(shè)備之間相互連接關(guān)系的傳送電能的電路。電氣主接線以電源進線和引出線為基本環(huán)節(jié)，以母線為中間環(huán)節(jié)構(gòu)成的電能輸配電路圖。

3.1 電氣主接線應(yīng)滿足的要求

（1）可靠性。主接線系統(tǒng)應(yīng)保證用戶供電的可靠性，特別是保證對重要負荷的供電。

（2）靈活性。主接線系統(tǒng)應(yīng)能靈活地適應(yīng)各種工作情況，特別是當一部分設(shè)備檢修或工作情況發(fā)生變化時，能夠通過倒換開關(guān)的運行方式，做到調(diào)度靈活，不中斷向用戶的供電。在擴建時應(yīng)能很方便的從初期建設(shè)到最終接線。

（3）經(jīng)濟合理。主接線系統(tǒng)還應(yīng)保證運行操作的方便以及在保證滿足技術(shù)條件的要求下，做到經(jīng)濟合理，盡量減少占地面積，節(jié)省投資。

3.2 幾種母線接線方式的優(yōu)缺點

3.2.1 雙母線接線方式

優(yōu)點：①正常運行時，兩組母線和斷路器都同時投入，運行調(diào)度十分靈活。②當一組母線故障或者轉(zhuǎn)為檢修時，所有回路都可以通過另一組母線繼續(xù)運行。③檢修任何一組母線或者任何一臺斷路器時，所有進出線都不需要進行切換操作。

缺點：①運行方式改變時，需要用母線隔離開關(guān)進行倒閘操作，操作步驟復(fù)雜，容易出現(xiàn)誤操作，導(dǎo)致人身和設(shè)備事故。②任一回路斷路器檢修時，該回路仍需停電。③母線側(cè)的隔離開關(guān)大幅增加，并且母線長度也相應(yīng)加長，配電裝置結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，占地面積和投資都有所增加。

3.2.2 單母線接線方式

優(yōu)點：接線簡單清晰、設(shè)備少、投資少、運行操作方便、且有利于擴建。

缺點：可靠性、靈活性差、母線故障時，各出線必須全部停電。

3.2.3 單母線分段接線方式

優(yōu)點：①母線發(fā)生故障時，僅故障母線停止供電，非故障母線仍可繼續(xù)工作，縮小母線故障影響范圍。②對雙回線路供電的重要用戶，可將雙回路接于不同的母線段上，保證對重要用戶的供電。

缺點：當一段母線故障或檢修時，必須斷開在該段上的全部電源和引出線，這樣減少了系統(tǒng)的供電量，并使該回路供電的用戶停電。

綜合考慮供電可靠性和經(jīng)濟最優(yōu)化，母線接線方式選擇110kV側(cè)采用雙母線接線方式，35kV側(cè)采用單母線分段接線方式，10kV側(cè)采用單母線分段接線方式。

4 短路電流計算

4.1 短路電流的危害

在電力系統(tǒng)中發(fā)生短路故障時，在短路回路中短路電流要比額定電流大幾倍至幾十倍，通?？蛇_數(shù)千安。短路電流通過電氣設(shè)備和導(dǎo)線必然要產(chǎn)生很大的電能，并且使設(shè)備溫度急劇上升有可能損壞設(shè)備；發(fā)生接地短路時所出現(xiàn)的不對稱短路電流，將對通信線路產(chǎn)生干擾；當短路點離發(fā)電廠很近時，將造成發(fā)電機失去同步，而使整個電力系統(tǒng)的運行解列。

4.2 短路電流實用計算的基本假設(shè)條件

①系統(tǒng)在正常工作時三相是對稱的；②電力系統(tǒng)中各元件的磁路不飽和，即各元件的電抗值與電流大小無關(guān)；③電力系統(tǒng)各元件電阻，一般在高壓電路中都略去不計，但在計算短路電流的衰減時間常數(shù)應(yīng)計及元件電阻。此外，在計算低壓網(wǎng)絡(luò)的短路電流時，應(yīng)計及元件電阻，但可以不計算復(fù)阻抗，而是用阻抗的絕對值進行計算；④輸電線路的電容忽略不計；⑤變壓器的勵磁電流忽略不計，相當于勵磁阻抗回路開路，這樣可以簡化變壓器的等值電路。

5 電氣設(shè)備的選擇

盡管電力系統(tǒng)中各種電氣設(shè)備的作用和工作條件并不一樣，具體選擇方法也不相同，但對它們的基本要求卻是一致的。電氣設(shè)備要能可靠的工作，必須按正常條件進行選擇。

5.1 高壓斷路器的選擇

高壓斷路器是發(fā)電廠與變電站中主系統(tǒng)的重要開關(guān)器，能斷開電氣設(shè)備中負荷電流和短路電流。

本變電站主要考慮在室外，所以斷路器全部在室外，而SF6斷路器具有優(yōu)良的開斷性能、維護方便等特點，所以此次高壓斷路器全部選擇SF6斷路器。

5.2 隔離開關(guān)的選擇

隔離開關(guān)用于各級電壓，用作改變電路連接或使線路或設(shè)備與電源隔離，它沒有斷流能力，只能先用其它設(shè)備將線路斷開后再操作。

通過對短路電流計算和動熱穩(wěn)定校驗，綜合配電裝置特點和技術(shù)經(jīng)濟條件，確定隔離開關(guān)型號為GW4。

6 配電裝置及電氣總平面布置設(shè)計

6.1 配電裝置概述

配電裝置是發(fā)電廠和變電站的重要組成部分，它是根據(jù)主接線的聯(lián)結(jié)方式，由開關(guān)電器、保護和測量電器，母線和必要的輔助設(shè)備組建而成，用來接受和分配電能的裝置。它主要包括開關(guān)設(shè)備、保護裝置和輔助設(shè)備。

6.2 配電裝置的確定

本變電所三個電壓等級：即110kV、10kV根據(jù)《電力工程電氣設(shè)計手冊》規(guī)定，110kV及以上多為屋外配電裝置，35kV及以下的配電裝置多采用屋內(nèi)配電裝置，故本所110kV采用屋外配電裝置，10kV采用屋內(nèi)配電裝置。

設(shè)計的變電站位于市郊區(qū)，地質(zhì)條件良好，所用土地工程量不大，且不占良田，所以該變電所110kV電壓等級均采用普通中型配電裝置，具有運行維護、檢修且造價低、抗震性能好、耗鋼量少而且布置清晰、運行可靠、不易誤操作、各級電業(yè)部門無論在運行維護還是安裝檢修方面都積累了比較豐富的經(jīng)驗。

若采用半高型配電裝置，雖占地面積較少，但檢修不方便，操作條件差，耗鋼量多。選擇配電裝置，首先考慮可靠性、靈活性及經(jīng)濟性，所以，本次設(shè)計的變電所，110kV采用戶外，10kV采用戶內(nèi)，該變電所是最合適的。

6.3 電氣總平面布置的要求

①充分利用地形，方便運輸、運行、監(jiān)視和巡視等；②出線布局合理、布置。

6.4 電氣總平面布置

（1）變電站內(nèi)路面寬度設(shè)計為3.5m，巡視道路路面寬度設(shè)計為1m。

（2）儲油池和擋油板的長度尺寸比設(shè)備外廓尺寸每邊大1m。儲油池內(nèi)鋪設(shè)厚度不小于300mm的卵石層。

（3）主控樓的位置在便于運行人員相互聯(lián)系，便于巡視檢查和觀察屋外設(shè)備和減少電纜長度，避開噪音影響地段，在可布置的主配電裝置一側(cè)，配電裝置之間結(jié)合前面設(shè)施進行布置。

[1]《電氣工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計指南—電力系統(tǒng)分冊》.北京：中國水利電力出版社.

[2]《電力系統(tǒng)分析》（第二版）.北京：中國電力出版社.

[3]《電力工程設(shè)計手冊》.上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社.

TM63

A

1004-7344（2016）13-0090-02

2016-4-25

陳洋（1988-），男，助理工程師，雙學(xué)士，主要從事輸電線路運行維護等工作。