小議某110kV中心變電站工程的一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)-電力論文發(fā)表

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小議某110kV中心變電站工程的一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)
林杰
摘　要: 110kV變電站電氣一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括以下步驟：電氣主接線設(shè)計(jì)、配電裝置、電氣平面布置、系統(tǒng)保護(hù)、電氣設(shè)備選擇。本文對(duì)某110kV變電站一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討分析，可供大家交流。
關(guān)鍵詞:變電站；設(shè)計(jì);電氣主接線;設(shè)備選型;布置方式
變電站是電力系統(tǒng)中變換電壓、接受和分配電能、控制電力的流向和調(diào)整電壓的電力設(shè)施，它通過其變壓器將各級(jí)電壓的電網(wǎng)聯(lián)系起來，在電力系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。近年來110kV變電站的建設(shè)迅猛發(fā)展�？茖W(xué)的變電站設(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，體現(xiàn)“增容、升壓、換代、優(yōu)化通道”的技術(shù)改造思路。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。
1 　工程簡(jiǎn)介
某中心變電站,其兩回電源,一回由A區(qū)220kV變電站引取,另一回由B區(qū)110kV變電站轉(zhuǎn)接。該供電工程初步設(shè)計(jì)中,經(jīng)多方案經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較,確定了3臺(tái)主變壓器、110kV和35kV均為雙母線接線的方案。35kV采用戶內(nèi)成套配電裝置；變電站室外110kV配電裝置布置形式為管形鋁母線半高型布置。
2 　電氣主接線及設(shè)備選型
變電站有110kV和35kV兩個(gè)電壓等級(jí),其主接線均為雙母線。110kV采用雙母線是在綜合考慮了變壓器臺(tái)數(shù)為3臺(tái),110kV配電裝置布置方式、斷路器選型以及該區(qū)開發(fā)規(guī)模的不確定性、負(fù)荷難以預(yù)測(cè)等諸多因素后確定的,特別是考慮了雙母線接線對(duì)于雙回路出線方式易于擴(kuò)建的特點(diǎn)。
35kV主接線則是基于向同一地點(diǎn)的出線均為雙回路且出線回路較多的條件而采用了雙母線接線。在35kV高壓配電室的端頭設(shè)置了兩個(gè)向規(guī)劃的熱電車間的聯(lián)絡(luò)線間隔,其它4回出線也避免了出變電站后的交叉跨越問題。4個(gè)預(yù)留的備用出線位置布置在配電室另一側(cè)。高壓配電室內(nèi)沒有硬母線交叉,簡(jiǎn)捷、美觀。
主變壓器接地方式:根據(jù)有關(guān)規(guī)程規(guī)范對(duì)110kV主變壓器接地的規(guī)定,主變110kV 側(cè)中性點(diǎn)經(jīng)隔離開關(guān)接地,并在中性點(diǎn)裝設(shè)中性點(diǎn)專用氧化鋅避雷器保護(hù)。運(yùn)行時(shí),主變110kV 側(cè)中性點(diǎn)實(shí)際接地方式由本變電站所在電網(wǎng)的調(diào)度部門統(tǒng)一調(diào)度以使全網(wǎng)的綜合零序電抗與綜合正序電抗之比符合一定比例。也就是說實(shí)際運(yùn)行時(shí)主變110kV 側(cè)中性點(diǎn)有可能采用中性點(diǎn)不接方式。主變35kV 側(cè)中性點(diǎn)不接地。隔離開關(guān)接地刀閘的配置:根據(jù)《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)》中接地刀閘配置的有關(guān)規(guī)定,110kV 每個(gè)間隔中的兩組母線側(cè)隔離開關(guān)(高位安裝),一臺(tái)不帶接地刀閘,另一臺(tái)在斷路器側(cè)帶接刀閘。線路(變壓器) 側(cè)隔離開關(guān)配雙接地刀;母線避雷器、電壓互感器原設(shè)計(jì)共用一組帶雙接地刀閘的隔離開關(guān),實(shí)施時(shí)根據(jù)電力系統(tǒng)的反事故措施要求取消了隔離開關(guān)的母線側(cè)接地刀閘。
110kV高壓斷路器選用六氟化硫斷路器。六氟化硫斷路器與少油斷路器相比,具有斷流容量大、全分?jǐn)鄷r(shí)間短、維護(hù)工作量小的特點(diǎn)。以同一廠家生產(chǎn)的兩型斷路器比較,少油斷路器全開斷時(shí)間0107s,額定開斷電流有1518、21、25kA三種規(guī)格,配用液壓操作機(jī)構(gòu);六氟化硫斷路器全開斷時(shí)間≤60ms,額定開斷電流有3115、40、50kA三種規(guī)格。二者最大的區(qū)別是六氟化硫斷路器連續(xù)開斷電流次數(shù)高達(dá)20次,累計(jì)開斷電流達(dá)4200kA。廠家資料中無少油斷路器連續(xù)開斷電流次數(shù)的數(shù)據(jù),但據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn)一般為3～6 次,其每年每臺(tái)平均檢修時(shí)間約需5～7天。
近年來,國(guó)內(nèi)六氟化硫開關(guān)電器的制造水平大大提高,各知名高壓電器制造廠家能夠生產(chǎn)10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV 各電壓等級(jí)的產(chǎn)品,困擾六氟化硫斷路器多年的氣體泄露問題得以有效解決,各廠家生產(chǎn)的六氟化硫斷路器其SF6氣體年漏氣率均已小于1%。近幾年開發(fā)的自能式110kV 六氟化硫斷路器,采用自能式滅弧原理,它開斷短路電流所需的能量從電弧本身獲得,而需要操作機(jī)構(gòu)的能量,僅僅是原來壓氣式斷路器的25%左右。該型斷路器因分閘功率小而配用彈簧操作機(jī)構(gòu),徹底避免了氣動(dòng)、液壓機(jī)構(gòu)存在的因漏氣、漏油不能保持預(yù)置壓力的潛在隱患,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作噪聲低、傳動(dòng)可靠、機(jī)械壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。本工程即采用了此型斷路器,配用彈簧操作機(jī)構(gòu)。
110kV隔離開關(guān)選用GW5型,其結(jié)構(gòu)為V形,兩個(gè)棒式支柱絕緣子分別固定在一個(gè)底座上,交角為50。該型隔離開關(guān)是半高型布置方式高位隔離開關(guān)比較理想的選型,為統(tǒng)一計(jì),全站均選用該型隔離開關(guān)。
110kV其它設(shè)備如電流互感器、電壓互感器、避雷器等均選用近年來流行的設(shè)備,不再一一列舉。
主變壓器設(shè)計(jì)選用了SF9 型雙繞組電力變壓器。目前通用的110kV三繞組電力變壓器,其繞組接線通常為YN/yn0/d11接線。該電網(wǎng)中110kV變壓器均為這種方式。本設(shè)計(jì)中主變采用110/35kV雙繞組變壓器,為保持該供電網(wǎng)絡(luò)中35kV系統(tǒng)的相序一致,增加電網(wǎng)發(fā)展的靈活性,變壓器繞組接線為YN/yn0 。當(dāng)變壓器110kV中性點(diǎn)不接地時(shí),由于變壓器鐵芯磁化曲線的非線性,對(duì)于三相三柱式的電力變壓器,其產(chǎn)生的三次諧波磁通將通過鐵芯、空氣和外殼構(gòu)成通路,會(huì)使鐵軛夾件和油箱等鐵磁物體產(chǎn)生附加的鐵損耗,降低變壓器的效率并引起局部發(fā)熱。為此,該變壓器需在鐵芯柱上加一個(gè)△接線的附加繞組。
35kV高壓配電設(shè)備選用XGN —35K(S) 型雙母線鎧裝固定式高壓成套配電裝置。設(shè)計(jì)時(shí)原考慮選用移開式開關(guān)柜,建設(shè)單位認(rèn)為該變電站均為雙回路出線,且35kV配電裝置體積、重量較大,手車的互換性不夠理想,采用移開式設(shè)備的意義不大。設(shè)計(jì)采納了建設(shè)方的意見。但當(dāng)時(shí)35kV雙母線固定式配電裝置尚未有正式產(chǎn)品,經(jīng)與多家廠商聯(lián)系,各廠家均承諾可根據(jù)已有的單母線帶旁路系統(tǒng)進(jìn)行改裝。經(jīng)設(shè)計(jì)、廠家、建設(shè)方共同努力,如期完成了產(chǎn)品開發(fā)并投入運(yùn)行。
開關(guān)柜內(nèi)高壓斷路器選用ZN28—4015 型高壓真空斷路器。為限制操作過電壓,出線開關(guān)柜的線路側(cè)安裝過電壓吸收裝置。設(shè)計(jì)時(shí)35kV主接線采用雙母線的主要目的是為了便于出線,因此開關(guān)制造前設(shè)計(jì)、廠家、建設(shè)三方商議不考慮開關(guān)柜的等電位操作功能(等電位操作是指在母線斷路器閉合的條件下,兩母線處于同一電位時(shí)進(jìn)行進(jìn)出線間隔兩臺(tái)母線隔離開關(guān)的倒換操作,其操作過程中具有兩臺(tái)隔離開關(guān)同時(shí)閉合的過程,實(shí)現(xiàn)連續(xù)供電條件下進(jìn)出線的倒換母線操作)。變電站投運(yùn)后,運(yùn)行人員認(rèn)為110kV系統(tǒng)的等電位操作功能非常方便、靈活,因此提出要求為35kV系統(tǒng)增加等電位操作功能,該功能在廠家的配合下得以實(shí)現(xiàn)。
35kV系統(tǒng)由16臺(tái)開關(guān)柜組成,其中電源進(jìn)線3臺(tái)、出線6臺(tái)、避雷器2臺(tái)、電壓互感器2臺(tái)、母聯(lián)1臺(tái)、所用電2臺(tái)。進(jìn)出線全部為架空方式。為了滿足不同時(shí)停電檢修時(shí)不同回路帶電導(dǎo)體間距離不小于2400mm的要求,采用了避雷器、電壓互感器分柜設(shè)置的方式。
3 　變電站布置方式
110kV配電裝置布置:110kV戶外配電裝置采用管形鋁母線半高型布置方式,鋼筋混凝土架構(gòu)。共7個(gè)間隔,每個(gè)間隔寬8m。其中進(jìn)線間隔兩個(gè),變壓器間隔3個(gè),母聯(lián)間隔1個(gè),兩組避雷器、電壓互感器共用1 個(gè)間隔。每個(gè)間隔兩側(cè)為П形梁,共8基,高度為815m。П形梁頂部安裝母線絕緣子。兩相鄰П形梁間的柱子以橫梁相連,高度6125m ,用以安裝高位隔離開關(guān)。其它電氣設(shè)備在П形架構(gòu)或單柱上低位安裝。
　　變壓器進(jìn)線間隔和母聯(lián)間隔,其硬母線上方有進(jìn)出線門型架至變壓器門型架間的鋼芯鋁絞線,跨距達(dá)2715m。為控制上、下導(dǎo)線間的距離,計(jì)算門型架的受力,設(shè)計(jì)使用計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行了導(dǎo)體力學(xué)計(jì)算。計(jì)
算數(shù)學(xué)模型參見《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)》第8—4節(jié)“導(dǎo)線實(shí)用力學(xué)計(jì)算”的有關(guān)內(nèi)容。筆者將附錄8—4中所列的FORTRAN語(yǔ)言源程序移植為C語(yǔ)言程序,對(duì)本工程進(jìn)行了計(jì)算。根據(jù)工程地點(diǎn),氣象參數(shù)采用浙江I級(jí)氣象區(qū)數(shù)據(jù),計(jì)算了最高溫度、最大荷載、最大風(fēng)速、最低氣溫、三相上人檢修、單相上人檢修條件下的水平拉力、導(dǎo)線弧垂、支座反力,以及不同溫度下的施工安裝曲線數(shù)據(jù),為土建專業(yè)進(jìn)行構(gòu)架設(shè)計(jì)及施工時(shí)控制弧垂提供了可靠數(shù)據(jù)。
35kV高壓配電室布置:35kV配電裝置戶內(nèi)一字形布置,與110kV 戶外配電裝置平行。要求廠家實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜的五防功能。配電室端頭墻上出兩回35kV出線作為與規(guī)劃的熱電車間的聯(lián)絡(luò)線。配電室端頭的兩只開關(guān)柜作為這兩回線路的出線間隔。一臺(tái)開關(guān)柜后的出線沿柜后墻至山墻,另一臺(tái)開關(guān)柜的柜后出線水平跨越本柜后,沿開關(guān)柜前墻至山墻。為保證兩回出線的相序一致,要求其中一臺(tái)柜在制造時(shí)與其它開關(guān)柜的出線相序反相。所有進(jìn)出線在戶內(nèi)部分均采用封閉母線,由開關(guān)柜生產(chǎn)廠家統(tǒng)一制造,保證外形及色彩的一致性。為有效利用預(yù)
留位置,備用位置的開關(guān)柜提供了架空和電纜出線兩種方式,在滿足不同時(shí)停電檢修距離的條件下盡量采用架空出線。為此,35kV高壓配電室下方設(shè)地下層作為35kV出線電纜及各開關(guān)柜控制電纜的通道。
控制室及輔助設(shè)施布置:控制室及輔助設(shè)施與35kV高壓配電室連體布置,成一字形,二層結(jié)構(gòu),其中一層布置有辦公室、會(huì)議室、庫(kù)房等房間,作為供電工區(qū)的辦公用房。二層布置有控制室、通信室、值班人員休息室等。設(shè)計(jì)過程中,體現(xiàn)以人為本的觀念,從細(xì)微處著眼,工藝與土建專業(yè)人員密切配合,在房間長(zhǎng)寬比例、層高、走廊寬高比例、樓梯陡度上仔細(xì)推敲,力求最優(yōu)。二層根據(jù)各房間功能及面積采用不同層高,既使室內(nèi)高度適中,又使建筑外形錯(cuò)落有致,富于變化,一改工業(yè)建筑單調(diào)、呆板的形象。二層控制室、通信室、值班休息室、
電氣試驗(yàn)室地面采用防靜電地板,這些房間的的原始地平較二層其它房間低350mm ,鋪設(shè)木地板后整個(gè)二層保持同一地平,沒有多余臺(tái)階。控制室外臨110kV配電裝置、主變壓器及大門方向兩面設(shè)通長(zhǎng)陽(yáng)臺(tái),一端連接控制室消防出口及外樓梯,另一端連接控制室正常陽(yáng)臺(tái)出口。二層樓梯間對(duì)面房間加隔墻隔斷,外間為輿洗室,設(shè)墩布池、洗手池,里間作為值班人員簡(jiǎn)易廚房,配置了一臺(tái)電源插座箱。110kV配電裝置四周設(shè)圍欄。圍欄外為站內(nèi)環(huán)形道路,圍欄內(nèi)設(shè)硬化檢修小道。場(chǎng)地內(nèi)非硬化部分種植草坪美化環(huán)境。
4 小結(jié)
變電站設(shè)計(jì)是個(gè)綜合系統(tǒng)工程，是電力系統(tǒng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的重要組成部分。一份成功的變電站設(shè)計(jì)方案可以在實(shí)際工程中取得最優(yōu)的效益:增加系統(tǒng)的可靠性，節(jié)約占地面積以及建設(shè)成本，使變電站的配置達(dá)到最佳，保證較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
參考文獻(xiàn)：
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