110千伏變電站電氣設(shè)計(jì)與應(yīng)用

【摘 要】本文通過(guò)對(duì) 110kV 變電站電氣設(shè)計(jì)中電氣主接線接線方式的選擇、短電電流計(jì)算、主要設(shè)備的配置、直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)、配電裝置布置、消弧及過(guò)電壓保護(hù)裝置設(shè)計(jì)等方面作論述 ，通過(guò)合理計(jì)算 ，從而達(dá)到 110kV 變電站電氣設(shè)計(jì)安全、技術(shù)先進(jìn)、可靠和經(jīng)濟(jì)的目的。

【關(guān)鍵詞】110kV；變電站；電氣設(shè)計(jì)

一、變電站電氣主接線設(shè)計(jì)

變電站電氣主接線主要就是指由變電站中一些例如變壓器、開關(guān)、刀閘、互感器、母線以及避雷器等的電氣設(shè)備，按照一定的順序經(jīng)過(guò)連接的一種電路，其目的用來(lái)匯集和分配電能。而影響電氣主接線的關(guān)鍵因素是電氣主接線方案，該方案要根據(jù)變電站的相關(guān)規(guī)劃以及電氣主接線在變電站系統(tǒng)中的具體作用來(lái)確定。主接線方案的確定標(biāo)志著變電站總體規(guī)模的確定，在某種意義上來(lái)說(shuō)主接線方案的運(yùn)行正常與否直接關(guān)系著變電站系統(tǒng)整體運(yùn)行的可靠性、 靈活性以及經(jīng)濟(jì)性。目前，在用戶110kV的變電站工程電氣設(shè)計(jì)中，主要是終端變電站和中間變電站，以終端變電站為主。終端變電站接近110kV變電站負(fù)荷中心，一般為兩路進(jìn)線，通過(guò)變配電設(shè)施，將電能分配給各個(gè)電壓等級(jí)的用戶，變電站的高壓側(cè)主接線形式主要有2種：高低壓側(cè)均采用單母線分段接線、高壓側(cè)內(nèi)橋接線，低壓側(cè)采用單母線接線。 對(duì)于單母線分段接線方式其供電可靠性高，運(yùn)行較為靈活不易誤操作，但存在一定的不足，即所涉及到的高壓設(shè)備較多，增大了占地面積以及投資資本。對(duì)于高壓側(cè)內(nèi)橋接線方式，主要用在線路的進(jìn)出較為方便，。適合于那些在高壓線路運(yùn)行較為頻繁，且不受到電網(wǎng)穿越功率而經(jīng)過(guò)城網(wǎng)變電站的情況，但也存在一定的缺點(diǎn)，即運(yùn)行不靈活用電不可靠。綜合以上接線方式的不同特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)110kV變電站主接線方式時(shí)，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況來(lái)選擇不同方式的接線，以期達(dá)到最佳的接線效果。

二、 短電電流計(jì)算

短路就是指截流體相與相之間或相與地（或中性線）發(fā)生非正常接通的情況。短路是時(shí)電力系統(tǒng)中最經(jīng)常發(fā)生的故障，危害極大。在選擇電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體、繼電保護(hù)整定值等時(shí)，必需進(jìn)行短路電流計(jì)算。因此，考慮限制短路電流值是設(shè)計(jì)中應(yīng)重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。

短路電流計(jì)算時(shí)首先要考慮短路電路的電參數(shù)，如阻抗、電壓、電源容量等，然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)變換求得電源到短路點(diǎn)之間的等值總阻抗，最后按照公式或運(yùn)行曲線求出短路電流。

對(duì)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)而言，一般采用運(yùn)算曲線來(lái)計(jì)算任意時(shí)刻的短路電流。所謂運(yùn)算曲線，是按我國(guó)電力系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)得到發(fā)電機(jī)的參數(shù)，逐個(gè)計(jì)算在不同阻抗條件下，某時(shí)刻的短路電流，然后取所有短路電流的平均值，作為運(yùn)行曲線在某時(shí)刻和計(jì)算電抗情況下的短路電流值。

三、配置主要設(shè)備

（一） 主變壓器

主變壓器的選擇主要包括變壓器的容量、變壓器的形式、繞組連接方式、變壓器的調(diào)壓方式和變壓器阻抗的選擇。變壓器的容量和臺(tái)數(shù)的選擇根據(jù)計(jì)算負(fù)荷、負(fù)荷性質(zhì)、用戶要求以及相關(guān)電力行業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范、其他行業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行選擇。在運(yùn)輸條件允許時(shí)選用三相變壓器，分接頭選擇時(shí)，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)情況和發(fā)展的需要，采用有載調(diào)壓方式，一般采用110 kV±8×1.25% /10.5kV和110 kV±8×1.25% /11kV調(diào)壓方式，中壓側(cè)的均設(shè)調(diào)壓開關(guān)，有利于電壓質(zhì)量的提高和滿足運(yùn)行調(diào)度的靈活性要求。。用戶工程一般選用自然冷卻或風(fēng)冷油浸式變壓器，但在變壓器的輸出容量受溫升、空間等限制時(shí)，可采用強(qiáng)油風(fēng)冷循環(huán)方式。

（二） 斷路器

一般高壓斷路器選用原則 ：1）按正常工作條件包括電壓、電流、頻率、機(jī)械荷載等選擇；2）按短路條件包括短時(shí)耐受電流、峰值耐受電流、關(guān)合和開斷電流等選擇；3）按環(huán)境條件包括溫度、濕度、海拔、地震等選擇；4）按承受過(guò)電壓能力包括絕緣水平等選擇；5）按各類高壓電器的不同特點(diǎn)包括開關(guān)的操作性能、熔斷器的保護(hù)特性配合、互感器的負(fù)荷及準(zhǔn)確等級(jí)等選擇。

四、直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)

直流系統(tǒng)額定電壓采用DC220V或DC110V，單母線分段接線，設(shè)一組閥控式鉛酸蓄電池組和雙套冗余配置的高頻開關(guān)電源充電裝置，并設(shè)置一套微機(jī)型直流接地自動(dòng)檢測(cè)裝置。規(guī)模較大的或半地下的110kV變電站，也可設(shè)置兩組閥控式鉛酸蓄電池組。蓄電池容量按2h事故放電時(shí)間考慮，蓄電池容量一般為100～200Ah（110V為200Ah）。每組蓄電池由103～104只（110V為52只）閥控式密封鉛酸蓄電池組成，不設(shè)端電池。

五、交流不停電電源（UPS）系統(tǒng)設(shè)計(jì)

變電站配置一套交流不停電電源（UPS）系統(tǒng)，可采用模塊化N+1冗余配置，一般每套容量5kVA左右。UPS為變電站內(nèi)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、保護(hù)裝置及通信設(shè)備等重要二次設(shè)備提供不停電電源。工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)變電站的規(guī)模和UPS負(fù)荷，對(duì)UPS容量進(jìn)行計(jì)算確定。

六、設(shè)計(jì)消弧及過(guò)電壓保護(hù)裝置

該裝置是能迅速消除中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)弧光接地給電氣設(shè)備帶來(lái)危害的新技術(shù)產(chǎn)品，是確保 10kV、35kV 系統(tǒng)弧光接地過(guò)電壓和諧振過(guò)電壓不致造成危害的有效措施。中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)加裝本裝置后，一旦系統(tǒng)發(fā)生單相弧光接地，裝置可在 30ms 之內(nèi)動(dòng)作，不僅使故障點(diǎn)的電弧立即熄滅，同時(shí)也有效地限制了弧光接地過(guò)電壓；裝置運(yùn)作后，允許 200A 的電容電流連續(xù)通過(guò) 2h以上，以便用戶可以在完成轉(zhuǎn)移負(fù)荷的倒閘操作之后再處理故障線路；本裝置可將發(fā)生在相與相之間的各種過(guò)電壓限制在 3.5 倍以下。

七、結(jié)語(yǔ)

110kV變電站電氣設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合工程，它是電力系統(tǒng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要組成部分。 要想做到110kV變電站電氣設(shè)計(jì)的完美實(shí)現(xiàn)，除了有一份成功的變電站電氣設(shè)計(jì)方案之外，還需要注意諸如配電器、電氣設(shè)備以及接線方式等方面的選擇問(wèn)題，只有這樣才能使變電站在實(shí)際的運(yùn)行中獲得最大的效益，才能使變電站電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)用電的安全性。才能最終確保電力系統(tǒng)較高的經(jīng)濟(jì)效益以及社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 呂欣.110kV變電站部分電氣一次設(shè)計(jì)[J].北京電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2010（10） ：18～20.

作者簡(jiǎn)介：

楊兆博，（1973.9-），男，漢，大專，國(guó)網(wǎng)冀北玉田縣供電公司園區(qū)供電所，研究方向：110千伏變電站設(shè)計(jì)。