配網(wǎng)110kV變電所設(shè)計(jì)探討

蘭州倚能電力設(shè)計(jì)咨詢有限公司 李錫偉

城市區(qū)域的人口比較密集，土地資源短缺，在進(jìn)行變電所工程建設(shè)和改造過(guò)程中，要想實(shí)現(xiàn)最佳建設(shè)效果，并且獲得更多的綜合效益，就要對(duì)變電所的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行改善和優(yōu)化。電力部門在進(jìn)行具體建設(shè)的過(guò)程中，要對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比對(duì)，選擇最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。當(dāng)前，在進(jìn)行變電所建設(shè)和改造的過(guò)程中，均對(duì)設(shè)計(jì)工作提出更高的要求。在開展設(shè)計(jì)工作的過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)城市的建設(shè)要求和變電所的運(yùn)行特點(diǎn)，進(jìn)行方案內(nèi)容的制作，才能提高方案應(yīng)用的可行性，從而為后期工程的建設(shè)提供科學(xué)的指導(dǎo)[1]。

1 電氣項(xiàng)目設(shè)計(jì)

1.1 110kV接線方式的選擇

我國(guó)在進(jìn)行110kV變電所的高壓側(cè)設(shè)計(jì)時(shí)，綜合考慮供電可靠、運(yùn)行靈活、操作檢修方便等原因，大多數(shù)采用單母線的分段接線方式。這種接線方式在應(yīng)用的過(guò)程中，繼電保護(hù)形式比較簡(jiǎn)單，而且有比較成熟的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，后期在開展運(yùn)行維護(hù)工作時(shí)，工作比較簡(jiǎn)單，面臨的故障問(wèn)題比較少，且都有成熟的解決方式，系統(tǒng)的總體運(yùn)行安全性能得到有效的提高。隨著現(xiàn)階段電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的不斷改善和優(yōu)化，在進(jìn)行變電所設(shè)計(jì)時(shí)，采用的接線方式更加簡(jiǎn)化，也會(huì)采用橋接的接線方式，這種接線操作也比較簡(jiǎn)單快捷，而且相關(guān)技術(shù)在應(yīng)用時(shí)沒(méi)有較大的缺點(diǎn)[2]。

在應(yīng)用線路變壓器組接線形式進(jìn)行具體建設(shè)時(shí)，變壓器組的應(yīng)用范圍正在不斷地?cái)U(kuò)大。因?yàn)椴捎眠@種接線方式建設(shè)的系統(tǒng)接線更加簡(jiǎn)單，在運(yùn)行時(shí)可靠性比較高，而且建設(shè)方式比較穩(wěn)定，有利于變電所向著自動(dòng)化和無(wú)人化的方向進(jìn)行發(fā)展。但是這種接線方式在應(yīng)用時(shí)也存在較大的缺點(diǎn)，如果高壓任何一側(cè)失電，都要停止供電，還要對(duì)部分用戶進(jìn)行限電。在進(jìn)行具體規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，要保證主變?nèi)萘磕軌驖M足設(shè)計(jì)的要求，才能使用這種接線方式。

目前，我國(guó)各個(gè)城區(qū)在進(jìn)行變電所建設(shè)的過(guò)程中，面臨的負(fù)荷率比較高。在對(duì)其進(jìn)行整體規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，所產(chǎn)生的容量無(wú)法滿足設(shè)計(jì)的要求，所以大多數(shù)變電所都采用了內(nèi)橋接線的建設(shè)形式[3]。

1.2 主設(shè)備的平面布置

當(dāng)前，在進(jìn)行變電所建設(shè)的過(guò)程中，城市用電總量正在不斷地提高，所以在進(jìn)行城市供電負(fù)荷中心變電所建設(shè)時(shí)，要對(duì)供電半徑進(jìn)行縮小，才能提高整體供電能力和質(zhì)量，減少線損的發(fā)生概率，降低施工階段的造價(jià)成本。近年來(lái)，我國(guó)大部分城市采用綜合建設(shè)方式，建設(shè)出來(lái)的變電所應(yīng)用效果比較好，不僅節(jié)約土地資源，而且能夠滿足城市環(huán)境的發(fā)展要求。但因?yàn)槌鞘薪?jīng)濟(jì)的發(fā)展速度比較快，一些原有的變電所建設(shè)形式，已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)階段城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需求。所以，要對(duì)原有的變電所進(jìn)行改造，在進(jìn)行改造的過(guò)程中，要對(duì)變電所進(jìn)行整體的規(guī)劃和設(shè)計(jì)[4]。

1.3 主變壓器的選擇

在進(jìn)行變電所建設(shè)的過(guò)程中，至少要對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行10年期間的電力負(fù)荷發(fā)展情況進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計(jì)。一個(gè)變電所內(nèi)部所設(shè)置的主變壓器數(shù)量不能多于4臺(tái)，不能選用同種型號(hào)的主變壓器設(shè)備，要根據(jù)資金的投入情況和負(fù)荷的發(fā)展?fàn)顩r，對(duì)其分期建設(shè)形式進(jìn)行明確。

一般來(lái)說(shuō)，在對(duì)變電所進(jìn)行具體設(shè)計(jì)時(shí)，可采用兩卷變的建設(shè)形式，如果存在特殊的需要，可以選用35kV的電壓等級(jí)，并且對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)對(duì)比。要根據(jù)區(qū)域內(nèi)用戶負(fù)荷的差別，對(duì)供電的可靠性進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)。

在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中，主變高壓側(cè)套管不設(shè)CT，中性點(diǎn)設(shè)套管CT，采用常規(guī)式互感器。配置主變本體智能組件裝設(shè)于主變本體智能控制柜（IP55），實(shí)現(xiàn)對(duì)主變瓦斯、壓力釋放器等本體信號(hào)，有載檔位控制，中性點(diǎn)刀閘遙信、遙控等相關(guān)參量就地?cái)?shù)字化測(cè)量。主變本體智能組件作為過(guò)程層設(shè)備，與間隔層設(shè)備采用光纜連接，與主變本體采用電纜連接，非電量保護(hù)跳閘由本體智能終端擴(kuò)展電氣回路通過(guò)控制電纜直接跳閘。

在對(duì)主變壓器進(jìn)行故障檢修的過(guò)程中，如果存在停電的現(xiàn)象，就要提高主變壓器的應(yīng)用容量。還要在允許的時(shí)間范圍內(nèi)，恢復(fù)一級(jí)和二級(jí)負(fù)荷的供電能力。要按照設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，保證城區(qū)的負(fù)荷密度能夠相互適用，并且對(duì)系統(tǒng)的短路容量進(jìn)行充分地考慮。在對(duì)變壓器的阻抗值進(jìn)行選擇時(shí)，要根據(jù)系統(tǒng)的短路容量和額定容量進(jìn)行具體的選擇。

根據(jù)研究證明，隨著主變壓器的容量增大，為了對(duì)短路容量進(jìn)行限制，可以運(yùn)用高阻抗變壓器設(shè)備。在進(jìn)行分接頭選擇時(shí)，要根據(jù)電網(wǎng)的電壓水平進(jìn)行具體的選用，可以選擇有載調(diào)壓變壓器設(shè)備。在選擇主要部件時(shí)，可以選用不銹鋼結(jié)構(gòu)。

1.4 110kV GIS設(shè)備的選擇

在對(duì)配網(wǎng)變電所進(jìn)行改造時(shí)，可以選用GIS設(shè)備。在進(jìn)行接線方式設(shè)計(jì)時(shí)，可以使用線路組或者內(nèi)橋接線的建設(shè)方式。因?yàn)镚IS設(shè)備在應(yīng)用的過(guò)程中具備較多的優(yōu)勢(shì)。設(shè)備的體積小，安裝時(shí)靈活，而且開斷的性能較好。并且，后期維護(hù)工作量較少、運(yùn)行可靠性較高、檢修周期較長(zhǎng)。GIS設(shè)備都要封裝在接地外殼中，保證設(shè)備在運(yùn)行的過(guò)程中，不會(huì)受到外界環(huán)境的較大影響，可以保護(hù)運(yùn)維人員的作業(yè)安全。如果變電所的建設(shè)位置與電源側(cè)的距離比較近，可以不設(shè)斷路器。在發(fā)生故障問(wèn)題時(shí)，直接跳線路的側(cè)電源開關(guān)。

戶外GIS設(shè)備運(yùn)行對(duì)于氣象環(huán)境條件要求較高，主要為以下幾點(diǎn)：一是極端低溫對(duì)GIS設(shè)備的影響。環(huán)境溫度低會(huì)造成SF6氣體的液化、氣隔氣壓降低，從而導(dǎo)致絕緣強(qiáng)度下降，引發(fā)事故，SF6氣體的液化點(diǎn)與溫度、壓力均有關(guān)系，當(dāng)環(huán)境溫度為-30℃時(shí)，GIS設(shè)備中氣隔壓力在0.5MPa時(shí)就會(huì)產(chǎn)生液化。若按照極端天氣情況考慮，采取在斷路器室、避雷器室、電壓互感器室外側(cè)增加加熱套的措施保證GIS正常運(yùn)行。

二是晝夜溫差對(duì)GIS設(shè)備的影響。晝夜溫差過(guò)大會(huì)導(dǎo)致設(shè)備外殼頻繁的熱脹冷縮，各氣隔接口處會(huì)頻繁地受到擠壓或拉伸力，容易導(dǎo)致連接處損壞漏氣，解決辦法一般為增加伸縮節(jié)進(jìn)行補(bǔ)償。

三是GIS設(shè)備的安裝影響。GIS采用戶外布置，方便吊裝作業(yè)，在場(chǎng)地允許和吊車充足的情況下可同時(shí)進(jìn)行施工，加快安裝進(jìn)度，同時(shí)防塵防潮措施可考慮在現(xiàn)場(chǎng)安裝防塵室，除了做好防塵室的空氣干燥外，還應(yīng)在安裝連接法蘭處套上防塵套，施工人員穿著也應(yīng)采取防塵、除塵措施。

1.5 10kV主接線的設(shè)計(jì)

在進(jìn)行10kV系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，一般選用單母線分段接線的形式，每臺(tái)主變可以設(shè)置10回左右的出線，并且選用成套柜的戶內(nèi)布置形式。如果環(huán)網(wǎng)的建設(shè)并沒(méi)有完全形成，可以通過(guò)裝配式開關(guān)柜的應(yīng)用和旁路母線的設(shè)置，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。如果采用中置式的開關(guān)柜。在進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償裝置選擇時(shí)，應(yīng)該根據(jù)分散補(bǔ)償和集中相結(jié)合的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行具體的配置，還應(yīng)根據(jù)用戶的性質(zhì)來(lái)確定二次測(cè)的功率因數(shù)。因?yàn)楫?dāng)前在進(jìn)行建設(shè)的過(guò)程中，絕大多數(shù)區(qū)域采用了電纜材料進(jìn)行建設(shè)，設(shè)置的線路比較短，無(wú)功容量比較充足，只需要對(duì)主變?nèi)萘窟M(jìn)行補(bǔ)償。

1.6 10kV中性點(diǎn)運(yùn)行方式的設(shè)計(jì)

在進(jìn)行10kV配電網(wǎng)建設(shè)的過(guò)程中，很多城市區(qū)域采用中性點(diǎn)不接地的設(shè)置方式。在進(jìn)行具體建設(shè)時(shí)，如果發(fā)生單相接地故障問(wèn)題，不會(huì)中斷區(qū)域內(nèi)的供電情況。但隨著配電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市區(qū)域電纜線路設(shè)置的不斷增多。在進(jìn)行故障問(wèn)題解決時(shí)，如果不拆除線路，就會(huì)降低系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。所以在對(duì)中性點(diǎn)運(yùn)行方式進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可以結(jié)合區(qū)域內(nèi)的用電情況設(shè)置接地變壓器。

1.7 過(guò)電壓的保護(hù)和接地方式的具體選擇

在進(jìn)行變電所建設(shè)時(shí)，應(yīng)該設(shè)置防止雷電侵入的保護(hù)措施，應(yīng)該在變電所屋頂設(shè)置接閃器。在對(duì)屋頂?shù)谋芾讕нM(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可以選用圓鋼材料，并且設(shè)置單獨(dú)的避雷針進(jìn)行保護(hù)。在進(jìn)行具體建設(shè)時(shí)，應(yīng)該采用水平接地的建設(shè)形式，并且用垂直接地極進(jìn)行輔助建設(shè)。在設(shè)計(jì)主接地網(wǎng)時(shí)，可以利用外圍的空地區(qū)域埋設(shè)接地極。因?yàn)榻拥鼐W(wǎng)的改造存在較大的難度，所以要選用質(zhì)量更好的材料進(jìn)行主接地網(wǎng)的建設(shè)。

1.8 系統(tǒng)繼電保護(hù)配置方案的具體選擇

變電所內(nèi)應(yīng)采用支持DL/T860標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字式繼電保護(hù)裝置，保護(hù)直接采樣、直接跳閘?？玳g隔信息（啟動(dòng)母差失靈功能和母差保護(hù)動(dòng)作遠(yuǎn)跳功能等）采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸方式。110kV線路、110kV母聯(lián)（分段）采用保護(hù)測(cè)控一體化裝置。系統(tǒng)繼電保護(hù)還需具備保護(hù)不停電“一鍵式”傳動(dòng)、硬壓板在線監(jiān)測(cè)、保護(hù)“一鍵式”校驗(yàn)等功能。

以單母線分段接線形式為例，110kV保護(hù)配置應(yīng)包含：110kV每回線路配置一套線路保護(hù)，線路保護(hù)單套配置，保護(hù)應(yīng)具有完整的后備保護(hù)。線路保護(hù)均應(yīng)含三相一次重合閘功能。重合閘可實(shí)現(xiàn)三重和停用方式。110kV母聯(lián)配置母聯(lián)保護(hù)，斷路器按單套配置專用的、具備瞬時(shí)和延時(shí)跳閘功能的過(guò)電流保護(hù)；配置單套母線保護(hù)裝置。采用具備瞬時(shí)和延時(shí)跳閘功能的過(guò)電流保護(hù)。除此之外還應(yīng)配置故障錄波裝置、網(wǎng)絡(luò)分析裝置，用以監(jiān)測(cè)站控層網(wǎng)絡(luò)及過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)報(bào)文傳輸狀態(tài)。

1.9 所用電和直流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在變電所中應(yīng)該設(shè)置兩臺(tái)變壓器，還要增加自動(dòng)閉鎖互投裝置，要對(duì)直流電源進(jìn)行組合設(shè)置。要保證電源的容量能夠滿足變電所故障問(wèn)題發(fā)生時(shí)，停電2h左右的放電容量?？梢赃x用閥控式密封鉛酸蓄電池進(jìn)行具體的建設(shè)。

2 無(wú)人值班變電所的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在對(duì)變電所進(jìn)行建設(shè)和改造時(shí)，要保證變電所的供電更加安全，還要保證變電所能夠與配網(wǎng)的自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行資源的共享。在對(duì)變電所進(jìn)行通信和信息數(shù)據(jù)采集測(cè)量時(shí)。要滿足各種功能的操作需求。因此要改變?cè)械慕ㄔO(shè)方式，通過(guò)建設(shè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，對(duì)變電所的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)督和管理。

變電所自動(dòng)化系統(tǒng)站控層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該按照安全分區(qū)劃分為安全Ⅰ、Ⅱ及Ⅳ區(qū)。其中，保護(hù)、監(jiān)控及站用交直流等系統(tǒng)部署于安全I(xiàn)區(qū)；故障錄波、計(jì)量、一次設(shè)備在線監(jiān)測(cè)、火災(zāi)消防、安全防衛(wèi)、動(dòng)環(huán)、智能鎖控等系統(tǒng)部署于安全Ⅱ區(qū)；智能巡視系統(tǒng)部署于安全Ⅳ區(qū)。站控層統(tǒng)一采用DL/T 860通信報(bào)文。

在進(jìn)行系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)，基本可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守的操作需求。因?yàn)?，在進(jìn)行這項(xiàng)系統(tǒng)應(yīng)用的過(guò)程中，各項(xiàng)工作的開展形式更加簡(jiǎn)單快捷?？梢栽谑覂?nèi)布置所有的設(shè)備，通過(guò)系統(tǒng)的保護(hù)和監(jiān)督，提高設(shè)備運(yùn)行的安全性。

3 土建項(xiàng)目設(shè)計(jì)

在對(duì)變電所的土建項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要保證平面的組合更加靈活，要對(duì)功能的分區(qū)界限進(jìn)行明確。還要減少外界環(huán)境對(duì)變電所運(yùn)行的干擾，要盡可能完善變電所的功能。設(shè)計(jì)人員在開展工作時(shí)，要保證變電所的建設(shè)，能夠與城市的景觀建設(shè)相協(xié)調(diào)。在進(jìn)行平面組合設(shè)計(jì)時(shí)，要充分地利用線條對(duì)建筑造型進(jìn)行豐富。應(yīng)該根據(jù)電氣設(shè)備的布置形式進(jìn)行柱網(wǎng)的設(shè)計(jì)，然后對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的規(guī)劃。在對(duì)室內(nèi)變壓器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要選擇無(wú)噪聲設(shè)備。如果變電所的建筑物和圍墻之間沒(méi)有設(shè)置通道，要預(yù)留一定的空間進(jìn)行消防通道的建設(shè)，要在室內(nèi)布置適量的消防滅火裝置。

綜上所述，在對(duì)配網(wǎng)110kV變電所進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要保證接線方式更加的簡(jiǎn)單，還應(yīng)采用全戶內(nèi)多層化的布置形式。通過(guò)小型化建筑的建設(shè)，融合現(xiàn)代的高科技，設(shè)計(jì)綜合自動(dòng)化無(wú)人值班系統(tǒng)。這種建設(shè)方式符合現(xiàn)代化城市建設(shè)的需要，可以滿足配網(wǎng)發(fā)展的要求。電力部門在進(jìn)行工程建設(shè)的過(guò)程中，不僅要提高對(duì)設(shè)計(jì)工作的重視程度，還應(yīng)對(duì)實(shí)際建設(shè)時(shí)存在的各項(xiàng)問(wèn)題進(jìn)行深入的分析和探討，從而采取有效的措施解決這些問(wèn)題，才能保證工程的建設(shè)質(zhì)量能夠得到進(jìn)一步的提高，促進(jìn)配網(wǎng)110kV變電所進(jìn)行可持續(xù)的發(fā)展。