某機(jī)場(chǎng)變電站配電裝置的選型與設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)某機(jī)場(chǎng)變電站的運(yùn)行需求，對(duì)機(jī)場(chǎng)變電站配電裝置的選型與設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)分析，從實(shí)際的配電裝置應(yīng)用效果來(lái)看，滿足了機(jī)場(chǎng)變電站運(yùn)行的自動(dòng)化需求，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控目的。

關(guān)鍵詞：變電站;配電裝置;斷路器;保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)

0 引言

配電裝置在電力系統(tǒng)中占據(jù)著重要地位，配電裝置完好與否直接影響供電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。在機(jī)場(chǎng)運(yùn)行過程中，配電裝置尤為重要，為了保證機(jī)場(chǎng)供電的可靠性和飛機(jī)的飛行安全，提高供電效率，要合理配置配電裝置，保證變壓器等設(shè)備滿足實(shí)際運(yùn)行需求。

1 配電裝置選型的必要性

配電裝置選型是影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素，配電裝置的選型設(shè)計(jì)要滿足節(jié)約能源的需求。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，社會(huì)生產(chǎn)能力大幅提升，所需的電力也大幅增加，加上煤炭資源等的缺乏，電力系統(tǒng)出現(xiàn)供需不平衡現(xiàn)象，因此，必須要節(jié)約用電，選擇合適的節(jié)能配電裝置，降低電力損耗，提升設(shè)備工作效率?？紤]到用電設(shè)備的安全、經(jīng)濟(jì)性能，需根據(jù)配電裝置的運(yùn)行環(huán)境、負(fù)荷情況，選擇符合標(biāo)準(zhǔn)的配電裝置型號(hào)，降低配電裝置的運(yùn)行成本。

相關(guān)人員在對(duì)配電裝置進(jìn)行選型設(shè)計(jì)時(shí)，既要考慮設(shè)備的運(yùn)行情況，又要符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，不能使用未經(jīng)試驗(yàn)的設(shè)備，盡量選擇技術(shù)性能好、普遍適用、運(yùn)行可靠、維修方便的節(jié)能產(chǎn)品，盡量選擇絕緣性能好、結(jié)構(gòu)緊湊、自動(dòng)化程度高的配電設(shè)備，滿足變電站配電裝置的智能化發(fā)展需求。

2 配電裝置的選型

2.1 ? ?斷路器選型

在選擇斷路器時(shí)，要考慮其額定電流，同時(shí)考慮機(jī)場(chǎng)的用電總負(fù)荷以及各饋線的用電總負(fù)荷，根據(jù)10 kV系統(tǒng)的短路容量和遠(yuǎn)期容量來(lái)計(jì)算系統(tǒng)中短路開斷的額定電流。本文選用可抽真空的全固封式、極柱固體絕緣的真空斷路器，型號(hào)為VD4，其短路開斷的額定電流為31.5 kA，操作時(shí)電流較小，配套使用彈簧操作機(jī)構(gòu)，便于后期進(jìn)行維修。

2.2 ? ?開關(guān)柜選型

根據(jù)開關(guān)室房間的大小，考慮對(duì)應(yīng)開關(guān)的布置方式，并確定開關(guān)柜的尺寸。變電站的柜體中帶電導(dǎo)體之間需要有足夠的空間距離，因此采用環(huán)保型氣體絕緣開關(guān)柜。開關(guān)柜的建筑面積約為104.8 m2，柜內(nèi)35 kV的進(jìn)線和出線都使用電纜連接，10 kV主變壓器用絕緣管母線連接，聯(lián)合布置電纜出線，可以大大減小建筑面積，改善配電室的整體布局。氣體絕緣開關(guān)柜配電裝置的布置如圖1所示，柜體內(nèi)帶電導(dǎo)體與地線的凈距離大于0.1 m，柜體內(nèi)的母線均用熱縮性的絕緣包包裹，各組件和絕緣件的爬電距離大于0.25 m/kV，在斷路器室安裝加熱器，在電纜室安裝傳感器，在開關(guān)柜體內(nèi)安裝濕溫度控制器，柜體的框架和隔板采用大于2 mm的敷鋁鋅鋼板。

2.3 ? ?電流互感器選型

現(xiàn)場(chǎng)各饋線的實(shí)際用電負(fù)荷變化規(guī)律：正常時(shí)負(fù)荷電流的變化較小，季節(jié)變化時(shí)負(fù)荷電流的變化較大，時(shí)間段變化時(shí)負(fù)荷電流的變化也較大。各饋線的額定電流根據(jù)各自的變壓器容量來(lái)選擇，對(duì)于10 kV系統(tǒng)，由于短路容量較大，電流互感器的動(dòng)熱穩(wěn)定電流要大于32 kA。例如，1 000～2 000 kVA的饋線，互感器的額定電流一般在100/5 A（一次側(cè)流過100 A電流時(shí)，電流互感器的接線柱會(huì)產(chǎn)生5 A的感應(yīng)電流，驅(qū)動(dòng)電流表等設(shè)備，達(dá)到將大電流轉(zhuǎn)變成小電流的目的）;采用雙變比三繞組，即計(jì)量、測(cè)量和保護(hù)三繞組，保護(hù)精度等級(jí)分別是0.2S、0.5、5P20，變比由負(fù)荷大小決定。

2.4 ? ?電壓互感器選型

配電裝置采用單母線接線方式進(jìn)行分段供電，其電氣主接線圖如圖2所示，每段母線中的饋線有18條，供電負(fù)荷有近20個(gè)，電壓互感器具有較大的二次負(fù)載。為了減少電壓損耗，需要確保電壓互感器的容量滿足需求。在每段母線上分別安裝兩組電壓互感器，一組是專門用來(lái)計(jì)算電費(fèi)的計(jì)量型專用電壓互感器，計(jì)量時(shí)的繞組精度等級(jí)是0.2、3P，容量為80 VA、100 VA;另一組是用來(lái)控制及監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)儀表的電壓互感器，繞組精度等級(jí)是0.2、0.5、3P，容量為40 VA、40 VA、100 VA。為了降低電壓互感器二次過電壓出現(xiàn)的諧振，通過在每組PT開口繞組處安裝消諧裝置以減小諧振現(xiàn)象，并在PT二次側(cè)安裝過電壓保護(hù)裝置。

3 配電裝置設(shè)計(jì)

對(duì)配電裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，采用微機(jī)保護(hù)監(jiān)控設(shè)備，以滿足變電站運(yùn)行的自動(dòng)化需求，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)距離監(jiān)視、測(cè)量和控制目的，滿足一級(jí)負(fù)荷的運(yùn)行可靠性要求。

3.1 ? ?保護(hù)監(jiān)控設(shè)備設(shè)計(jì)

對(duì)10 kV系統(tǒng)保護(hù)裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，將各個(gè)保護(hù)監(jiān)測(cè)裝置分別安裝在各自開關(guān)柜內(nèi)，且微機(jī)保護(hù)監(jiān)控裝置帶有遠(yuǎn)程通信功能，可以通過電纜直接與主控室的通信管理機(jī)連接，不僅減少了控制室到開關(guān)室的通信和控制電纜的數(shù)量，便于后續(xù)檢修，還減小了控制室的使用面積。

3.2 ? ?保護(hù)監(jiān)控裝置的功能要求

保護(hù)裝置配有過負(fù)荷保護(hù)、三相兩段式電流保護(hù)、零序過流保護(hù)，具有采集、傳遞和分析數(shù)據(jù)信息等作用。監(jiān)控裝置具有開關(guān)控制操作、防誤開關(guān)閉鎖、順序記錄等功能，可以對(duì)上傳的信息進(jìn)行接收、存儲(chǔ)、顯示和分析，同時(shí)還配有接口以實(shí)現(xiàn)與其他微機(jī)的通信，實(shí)現(xiàn)就地操作或遠(yuǎn)程操作，控制斷路器，為了確保系統(tǒng)安全性，保護(hù)和監(jiān)控裝置是相互獨(dú)立的。

系統(tǒng)開啟后，要及時(shí)存儲(chǔ)信息，特別是記錄故障時(shí)需詳細(xì)記錄設(shè)備的故障電流及電壓變化情況，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)采集到的故障信息自動(dòng)進(jìn)行故障判斷，并及時(shí)將故障信息傳送給控制室。

3.3 ? ?備自投保護(hù)設(shè)計(jì)

在變電站正常工作時(shí)，配電裝置采用2臺(tái)110 kV的主變壓器分開運(yùn)行，1個(gè)主變壓器帶1根母線，單母線分段運(yùn)行，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。為了解決母線失電后不能自動(dòng)恢復(fù)供電的問題，變電站設(shè)計(jì)了相應(yīng)的備自投保護(hù)系統(tǒng)。根據(jù)配電裝置的供電方式，本文考慮將10 kV母聯(lián)開關(guān)設(shè)為自動(dòng)投入運(yùn)行方式。當(dāng)某一段母線出現(xiàn)失電現(xiàn)象，并具備備自投投入條件時(shí)，主變壓器低壓側(cè)的進(jìn)線開關(guān)會(huì)自動(dòng)分閘，實(shí)現(xiàn)母聯(lián)開關(guān)的自動(dòng)投入。

在備自投保護(hù)動(dòng)作時(shí)，要注意在母聯(lián)開關(guān)投入之前，將其中1臺(tái)接地變壓器斷開，避免另外2臺(tái)接地變壓器同時(shí)投入運(yùn)行而出現(xiàn)接地事故。如果是由于故障跳閘而使母線失電，要盡量避免在故障處投入備自投母聯(lián)開關(guān)，例如，在主變壓器低壓側(cè)的后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)，讓母聯(lián)開關(guān)備自投閉鎖。在110 kV和10 kV備自投動(dòng)作有時(shí)限配合時(shí)，要確保110 kV備自投先動(dòng)作，然后10 kV備自投再動(dòng)作。在手動(dòng)分閘進(jìn)線時(shí)，備自投不動(dòng)作。

4 應(yīng)用效果

根據(jù)本文對(duì)變電站配電裝置的選型設(shè)計(jì)，機(jī)場(chǎng)變電站采用單母線分段式的電氣接線形式進(jìn)行施工，即讓一臺(tái)主變壓器運(yùn)行，另一臺(tái)主變壓器停電，母線分段停電，配電裝置的施工分兩個(gè)階段進(jìn)行。在施工過程中，嚴(yán)格按照要求，規(guī)范作業(yè)，遵守變電工作安全操作規(guī)程及規(guī)章制度。配電裝置在安裝完成后，進(jìn)行電氣設(shè)備的交接試驗(yàn)，同時(shí)對(duì)保護(hù)監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行調(diào)試和試運(yùn)行，驗(yàn)收合格后正式投入運(yùn)行。從現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備運(yùn)行狀況來(lái)看，變電站配電裝置自投入運(yùn)行以來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定，饋線計(jì)量準(zhǔn)確度較高。

5 結(jié)語(yǔ)

為了得到理想的供配電效果，在機(jī)場(chǎng)變電站的配電裝置的選型與設(shè)計(jì)過程中，要特別注意對(duì)斷路器、開關(guān)柜、電流互感器、電壓互感器等設(shè)備的選型工作，例如采用環(huán)保型氣體絕緣開關(guān)柜，并將其聯(lián)合布置在同一個(gè)配電室中，可以顯著節(jié)約配電室的建筑面積。為配電裝置設(shè)計(jì)微機(jī)保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)，滿足變電站運(yùn)行的自動(dòng)化需求，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控目的，為配電裝置的有效應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

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收稿日期：2020-09-09

作者簡(jiǎn)介：毛興科（1990—），男，重慶人，工程師，研究方向：水利水電工程。