內(nèi)蒙古電力(集團)有限責任公司巴彥淖爾供電分公司變電管理一處 候 敏
隨著社會經(jīng)濟不斷發(fā)展,各地對求供電穩(wěn)定可靠性要求越來越高。電力在全世界扮演著重要的角色,因此采取什么方法來保障電力的穩(wěn)定供應(yīng),是我國電力企業(yè)需要考慮的核心問題。變電站的一次設(shè)備作為電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)點,如何對其進行調(diào)控,影響著電力能否安全穩(wěn)定地輸送。本文就220kV變電站的一次系統(tǒng),重心要放在整個一次系統(tǒng)的硬件設(shè)計方面,尤其是工程選址與設(shè)備配裝等,要做到設(shè)計充分合理,為整個電力系統(tǒng)提供保障。
就整個電力系統(tǒng)來說,其所有環(huán)節(jié)大概有以下幾個方面,分別是發(fā)電與變電以及輸電和配電等。而變電站在電力系統(tǒng)中主要對電壓進行變壓,并且集中產(chǎn)生的電能并進行輸送電能等[1]。其中,一次系統(tǒng)設(shè)計較為重要,在一次系統(tǒng)設(shè)計不足的情況下,整個電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性都得不到保障。因此,220kV變電站必須重視該方面的設(shè)計模式。
220kV變電站的設(shè)計必須以現(xiàn)實情況為標準,要滿足整個電力系統(tǒng)的需求,要做到最大效率、全面協(xié)調(diào)以及可持續(xù)發(fā)展等方面。而要滿足這些方面,對變電站一次系統(tǒng)的要求較高,所以其設(shè)計方案必須經(jīng)過不斷完善,最后得出好的方案來滿足各個方面的需求,適應(yīng)整個電力系統(tǒng)所處的環(huán)境。
雷擊對整個變電站的危害較大,有研究統(tǒng)計過,變電站的事故接近一半是由于雷擊造成[2]。當雷電打在變電站的設(shè)備上時,會將設(shè)備進行擊穿,導(dǎo)致整個絕緣子損壞嚴重,嚴重影響了變電站的正常運行,并且雷云下的感應(yīng)過電壓等也會影響到電力設(shè)備的正常運行,由此可見對于雷擊的危害整個電力系統(tǒng)企業(yè)應(yīng)該著重關(guān)心。
2.2.1 感應(yīng)過電壓
感應(yīng)過電壓是導(dǎo)致變電站受雷擊的重要原因之一。其具體原理是靜電感應(yīng),在雷云聚集下的架空導(dǎo)線會受到靜電感應(yīng),其上方會聚集很多異性電荷,這些異性電荷依附于架空導(dǎo)線,這就導(dǎo)致了當發(fā)生打雷時,整個架空線路上的異性電荷得以釋放,進而形成自由電荷,導(dǎo)致過電壓的產(chǎn)生[3]。
2.2.2 直擊雷過電壓
雷云放電中,雷電直擊電力設(shè)備就叫做直擊雷過電壓,當雷電直擊設(shè)備后,整個電力設(shè)備會受到巨大的打擊,大量的電流進入設(shè)備從而形成巨大電壓。并且這些雷電形成的電流通過熱效應(yīng),對于整個變電站的安全運行威脅較大。
2.2.3 雷電波
雷電波是由于以上兩種雷擊電壓而產(chǎn)生的,這種雷電波會以架空線路為路線進入變電站內(nèi)部,當整個變電站對于雷電的防護不達標時,也會造成整個變電站的部分電氣設(shè)備損壞,導(dǎo)致電力事故的發(fā)生,造成企業(yè)經(jīng)濟損失。
整個一次系統(tǒng)設(shè)計重心要放到整體結(jié)構(gòu)上來,對于整個變電站的環(huán)境要調(diào)查清楚,尤其是水文與氣象環(huán)境等,充分調(diào)研后才能確定變電站的選址。整個變電系統(tǒng)的各項數(shù)值要進行范圍確定,如負荷水平與功率因數(shù)等,并且變電站的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后,要不斷進行討論完善,該部分探討必須包括變電站的地理位置、發(fā)展規(guī)模以及系統(tǒng)設(shè)備等方面,只有經(jīng)過充分論證,才能確保整個變電站的安全可靠[4]。
變壓器作為變換電壓的設(shè)備,可以改變不相等電壓之間的功率互換以及輸送,因此變壓器的選擇較為重要,從而做出合適的選用,如一個220kV變電站選用了1臺180MVA變壓器,并且同時預(yù)期將為3臺該容量的變壓器當成主要改變規(guī)模,而這個180MVA則是通過計算得到的(見表1)。
表1 220kV變電站中主變壓器的主要參數(shù)
為了保障220kV變電站的安全性和可靠性,需要嚴格規(guī)范接地工作,采用中性點接地方法,能夠在發(fā)生故障時使變電站啟動保護跳閘,將故障在第一時間隔離,減少單相短路情況發(fā)生,從而避免由于變電站設(shè)備損壞而造成的經(jīng)濟損失。
目前,主要有兩種接線形式,一是單母線分段接線,操作簡單,但不能夠做到及時調(diào)整,可靠性較低;二是雙母線分段接線,可變性強,其可靠性較高,但是對接線水平要求極高,整個接線工作難度加強,維護起來也較為煩瑣。因此,在進行電氣接線形式的設(shè)計時,要從各方面(如靈活性或經(jīng)濟效益等)進行考量。如某地接線形式通過早期預(yù)測,結(jié)合各方面因素,最終認為雙母線接線方式投入資金少,并且空間占用低,但是其安全可靠性與單母線雙分段方式相比略差,并且單母線接線方式不利于后續(xù)擴建等,根據(jù)綜合考慮最終以雙母線接線方式進行接線。圖1為主線接線形式的表達。
圖1 220kV變電站側(cè)電氣主接線形式
3.3.1 科學(xué)計算短路電流
在變電站實際運行中,故障的發(fā)生是不可避免的。而其中的短路故障是較為嚴重的一種,這種短路故障對整個系統(tǒng)的破壞力大,并且短路故障的形成原因很難確定,短路故障不單單只是造成停電,更嚴重的是對整個系統(tǒng)的設(shè)備進行損毀甚至破壞,必須有針對性的做出短路預(yù)測。
三相短路的發(fā)生率比較低,因此三相短路電流在整個接線形式、設(shè)備校驗中都是重中之重的參考標準,只有滿足了三相短路電流的必要條件,才能對發(fā)生此短路的電路運行提供保證。
3.3.2 優(yōu)化電氣設(shè)備選擇
當進行科學(xué)計算后,能夠得到一個計算結(jié)果,根據(jù)這個計算結(jié)果來選用電氣設(shè)備。在這個計算結(jié)果下,電氣設(shè)備的整個工作電壓與額定電流等都能滿足實際需要,尤其是在發(fā)生故障時也能得到保障,并且優(yōu)化電氣設(shè)備選擇對整體經(jīng)濟效益以及系統(tǒng)的可靠性也是一次提高。
配電裝置的功能就是對整個系統(tǒng)進行保護的設(shè)備,當電力系統(tǒng)某處發(fā)生故障時,可以立刻檢測出故障發(fā)生并且就故障發(fā)生處進行故障源的切斷,通過這種切斷的方式來維持整個系統(tǒng)的正常工作。這種配電裝置的設(shè)計必須要滿足可靠性、靈活性以及安全性等方面的要求,對于配電裝置的選取,也要結(jié)合具體情況。
4.1.1 避雷器種類
要對變電站的防雷工作進行詳細要求,目前防雷方案有以下兩方面:一是針對直擊雷直擊變電站;二是雷電波的入侵。就直擊雷直擊變電站來說,經(jīng)常設(shè)立避雷針和避雷線。110kV以上的避雷針假設(shè)以房頂上作為架構(gòu)避雷針。避雷針種類可分為以下幾點:
第一,保護間隙:這種保護間隙與自動重合閘結(jié)合,其啟動時間很久,殘壓高,又因為其斷流能力不具備,所以經(jīng)常殘生續(xù)流。
第二,管式避雷器:即保護間隙的一次升級版本,不足之處是其本身也會產(chǎn)生截波,影響設(shè)備絕緣。保護間隙和管式避雷器僅僅使用在線路保護方面。
第三,閥式避雷器:只用于220kV以下電力系統(tǒng)。
第四,金屬氧化物避雷器(MOA):目前,全球范圍風評最好的避雷器,各個方面性能優(yōu)異,多數(shù)變電站采用MOA作為防雷保護。
4.1.2 避雷器的選擇
避雷器選擇技術(shù)條件:一是額定電壓Un:與系統(tǒng)額定電壓相等。二是滅弧電壓Umh:與避雷器產(chǎn)生的過電壓作比較的參數(shù)。三是工頻放電電壓Ugf:中性點不接地電網(wǎng)中,Ugf要大于運行相電壓最大值的3.5倍。中性點直接接地電網(wǎng)中,Ugf運行相電壓最大值的3倍。Ugf要大于1.8倍Umh。四是沖擊放電電壓Ucf:沖放電在1.5~20us內(nèi)的最小放電電壓值。該值一般已經(jīng)做好適配工作。五是殘壓Ure:Ure是沖擊電流流過閥片上產(chǎn)生的電壓降。
安裝原則:220kV與110kV的全線設(shè)置避雷線,而不足35kV的不架設(shè)避雷線,使用避雷針做防雷措施。110kV以上的避雷針假設(shè)以房頂上作為架構(gòu)避雷針。
4.2.1 進線保護
在220kV變電站的防雷措施中,經(jīng)常運用到進線保護技術(shù)。進線保護對通過避雷器的雷擊電流幅值與雷電波做調(diào)整,通過這種進線保護來對整個電氣設(shè)備做保護。一般來說,在這種規(guī)模的變電站進出線處添加避雷線就可以做到一定的保護,而這種避雷線的實際安裝位置也要結(jié)合實際情況來確定,通常情況下安裝位置選在出線1000~2000m處的進線上。
4.2.2 內(nèi)加裝避雷針
避雷針的安裝也是一種高效的保護手段,通過安裝避雷針,可以把雷電產(chǎn)生的電流傳入地面,這樣就能防范這些電流滲入設(shè)備而造成過高電壓從而導(dǎo)致設(shè)備的損壞。內(nèi)加裝避雷針對于整個變電站的防雷措施很有成效。同時,變電站的避雷針安裝要特別注意,其與各個電力設(shè)備或電力電路的距離必須在5m以上,并且避雷針引下線的接地電阻不能超過10Ω,從而減少雷擊以及其后果對變電站帶來的危害。
4.2.3 變壓器保護
變壓器是整個變電站的重要一環(huán),而能夠?qū)ψ儔浩髟斐晌:Φ囊蛩刂饕獊碓从诶纂姰a(chǎn)生的雷電波,如果沒有任何保護措施,雷電波進入變壓器后,不僅影響了變壓器的工作效率,還會使變電站的安全性以及可靠性大大降低。同時,變電站需要在每一組分段母線以及主母線上加裝閥式避雷器,通過這些避雷設(shè)備的安裝來滿足電氣設(shè)備與變壓設(shè)備的保護要求,并且這些避雷器必須聯(lián)結(jié)到變電裝置中的接地總網(wǎng)上,每一個連線必須滿足最短接線長度的標準要求。
變電站防雷工作至關(guān)重要,變電站的防雷水平如果不達標,造成大范圍的停電現(xiàn)象發(fā)生,影響供電系統(tǒng)可靠穩(wěn)定性。本文所提到的觀點在各個電力企業(yè)進行防雷設(shè)計時希望起到一定的參考價值,從而提高220kV變電站整體的防雷水平。