220kV變電站電源的小型化和可靠性設(shè)計

蔣佶 呂朋偉

摘要 變電站臨時施工電源是為了滿足變電站在施工過程中電焊機、切割機、濾油機、真空泵、電錘等電氣設(shè)備用電，以及臨時辦公及生活用電需要而設(shè)置，而且隨著施工機械化程度的提高和電動工具的普遍使用，施工電源顯得越來越重要。而且施工電源的設(shè)計、報裝、使用、拆除等各環(huán)節(jié)涉及接口單位多，存在拆裝復(fù)雜、用電不規(guī)范、經(jīng)濟(jì)性差、安全性差等特點。因此，通過對22 0kV變電站臨時施工用電的設(shè)計研究，整合施工電源電氣設(shè)備，實現(xiàn)小型化、模塊化的施工電源系統(tǒng)，可有效解決變電站臨時施工電源中存在的各種問題。

【關(guān)鍵詞】施工電源 模塊化 可靠性

目前施工單位在新建變電站工程施工時，臨時施工電源一般采用在戶外柱上安裝油浸式變壓器，采用跌落保險保護(hù)，臨時搭設(shè)圍墻安裝配電箱，變壓器和配電箱連接需要臨時敷設(shè)電纜，工程完工后又需要拆除變壓器、配電箱以及二者之間的連線，安全用電更顯重要。各地都對變電站施工現(xiàn)場臨時用電的安全管理進(jìn)行了嚴(yán)格規(guī)定，但是大都局限于現(xiàn)場施工的規(guī)范管理，供電設(shè)備仍舊采用分散布置方式的形式，雖然對現(xiàn)場的安全、規(guī)范施工起到一定的作用，但是治標(biāo)不治本，沒有從根本上解決用電安全隱患，很多施工現(xiàn)場還存在著用電不規(guī)范、亂拉線纜的現(xiàn)象，對安全生產(chǎn)構(gòu)成了極大的威脅。因此，通過對不同電壓等級變電站臨時施工用電的設(shè)計研究，整合施工電源電氣設(shè)備，設(shè)計小型化、模塊化的施工電源系統(tǒng)，可有效解決變電站臨時施工電源中存在的各種問題。通過標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計方案，規(guī)范變電站現(xiàn)場施工臨時用電，可極大的提高現(xiàn)場施工用電的安全性。

1 220kV變電站臨時施工電源設(shè)計方案

根據(jù)湖北某220kV變電站臨時施工電源使用情況，該項目施工電源變壓器采用315kVA的油浸變壓器，一級配電箱根據(jù)責(zé)任方不同，分為土建施工、電氣施工、辦公生活區(qū)、主變?yōu)V油四條線路，并預(yù)留一條應(yīng)急出線回路。

該項目采用需要系數(shù)法進(jìn)行設(shè)備功率的計算：

電焊機的設(shè)備功率是將額定容量換算到負(fù)載持續(xù)率￡為100%時的有功功率

Pe= Sr√Ercosφ kW

Sr一一一電焊機的額定容量，kVA;

coscp一一額定功率因數(shù)

er一一電動機額定負(fù)載持續(xù)率。

電動機的設(shè)備功率等于額定功率。

用電設(shè)備的計算負(fù)荷

有功功率Pc=K Pe kW

無功功率Qc= Pe tgφ kVar

視在功率Se=√Pc²+Qc²⁴kVA

K為需要系數(shù)

根據(jù)變電站各施工階段使用的施工設(shè)備容量，結(jié)合以上公式，同期系數(shù)按0.6估算，得出變壓器容量約為23 0kVA?？紤]一定的裕量，因此該項目配備一臺315kVA的配電變壓器可以滿足使用要求。

2 施工電源系統(tǒng)的可靠性設(shè)計方案

2.1 整體布局方案

施工電源lOkV高壓側(cè)采用SF6氣體絕緣柜，其高度僅為1.5米，寬度為0.375米，低壓柜在固定柜的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，高度改為1.6米，箱體整體高度低至1.95米，較常規(guī)方案降低0.6米左右，實現(xiàn)了小型化設(shè)計。

施工電源系統(tǒng)采用品字型品字型布置方式，對比目字型布置方案，可有效減小艙體長度，優(yōu)化后艙體長x寬x高的尺寸為：2.75x2.3x1.95m。

2.2 結(jié)構(gòu)強度設(shè)計方案

為保證施工電源的輕度要求，采用以下方案進(jìn)行處理：艙體主框架采用一體化焊接鋼結(jié)構(gòu);立柱采用2.5mm厚雙層鋼板焊接而成;頂蓋采用加強型設(shè)計;底座采用槽鋼焊接。并且從艙體的吊裝、側(cè)面受風(fēng)（12級）、頂部覆（20mm）三種工況進(jìn)行有限元分析，通過計算框架的變形和等效應(yīng)力，驗證結(jié)構(gòu)強度的可行性和合理性。

吊裝分析結(jié)果表明，進(jìn)行艙體吊裝時，產(chǎn)生最大變形發(fā)生在艙體底座短邊位置，最大變形0.8mm，艙體零部件所受應(yīng)力小于143MP，吊杠處應(yīng)力57MP<235MP，結(jié)構(gòu)吊裝安全。

12級風(fēng)（風(fēng)速34m/s）工況分析結(jié)果表明，最大變形發(fā)生在艙體中間立柱上部，最大變形為0.97mm，零部件受力小于50MPa，結(jié)構(gòu)抗風(fēng)壓安全。

艙頂覆冰（20mm）工況分析結(jié)果表明，最大變形發(fā)生在艙體頂部短邊支撐板處，最大變形為0.55mm，零部件受力小于30MPa，結(jié)構(gòu)抗覆冰負(fù)荷安全。

2.3 保溫設(shè)計方案

為保證外殼等級10K的設(shè)計要求：變壓器門上部安裝兩個風(fēng)機（風(fēng)量l60m³/h）進(jìn)行強制散熱，低壓柜本體與對應(yīng)艙門加開散熱孔。

風(fēng)機強制散熱情況下，熱仿真結(jié)果顯示，在環(huán)境溫度45℃時，變壓器附近溫度最高達(dá)到51℃，低壓柜附近溫度最高為47.9℃，符合外殼等級要求。

2.4 防腐蝕設(shè)計方案

使用本身具有防腐性能的鍍鋁鋅板作為外殼材料，防腐處理采用特殊材料和防腐工藝相結(jié)合技術(shù);采用除銹、除油、噴砂等前處理工藝，以保證表面清潔度和粗糙度要求;采用底漆、中間漆、面漆三層防護(hù)體系，提升使用壽命，防腐年限達(dá)到30年。

3 無功補償設(shè)計

變電站施工用電設(shè)備采用大量的電動機、電焊機等設(shè)備，這些設(shè)備投入運行以后，將產(chǎn)生很大的感性電流，這種電流它不做工，是無功電流，進(jìn)而產(chǎn)生無功功率，無功功率的出現(xiàn)不僅導(dǎo)致發(fā)電機出力下降，降低了輸配電設(shè)備效率，而且還增大了網(wǎng)損，嚴(yán)重影響供電質(zhì)量。這些損耗在變壓器及線路中轉(zhuǎn)變成熱量散發(fā)，使得變壓器及配電設(shè)備溫度升高。不僅影響設(shè)備的利用率，還可能由于溫度過高，破壞設(shè)備的絕緣，縮短設(shè)備的使用壽命，甚至損壞設(shè)備。對無功進(jìn)行補償，能夠降低輸電線路及變壓器的損耗，增加電網(wǎng)的傳輸能力，提高設(shè)備的利用率，減少設(shè)備的容量，改善電壓的質(zhì)量，節(jié)約電費的支出。

無功補償配置原則，參考國家電網(wǎng)公司文件（2008-1282）《國家電網(wǎng)公司電力系統(tǒng)無功補償配置技術(shù)原則》，lOkV電壓等級按照變壓器容量20%-40%配置，本項目按照30%容量配置一套lOOkVA的無功補償裝置，可滿足使用要求。

4 結(jié)束語

本文通過對220kV變電站模的用電需求分析，以及研究變電站施工電源系統(tǒng)涉及的關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計出小型化、模塊化的施工電源系統(tǒng)來代替目前雜亂無章的臨時施工電源，可提高工作效率，節(jié)約人力、物力成本。該設(shè)備運用在電網(wǎng)建設(shè)中，能達(dá)到優(yōu)化設(shè)備利用率、降低成本、提高工作效率的目的，具有極強的推廣價值。

參考文獻(xiàn)

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