小议某110kV中心变电站工程的一次系统设计-电力论文发表

小议某110kV中心变电站工程的一次系统设计
林杰
摘　要: 110kV变电站电气一次系统设计主要包括以下步骤：电气主接线设计、配电装置、电气平面布置、系统保护、电气设备选择。本文对某110kV变电站一次系统设计进行了探讨分析，可供大家交流。
关键词:变电站；设计;电气主接线;设备选型;布置方式
变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施，它通过其变压器将各级电压的电网联系起来，在电力系统中起着至关重要的作用。近年来110kV变电站的建设迅猛发展。科学的变电站设计方案能够提升配电网的供电能力和适应性，降低配电网损耗和供电成本，减少电力设施占地资源，体现“增容、升压、换代、优化通道”的技术改造思路。同时可以增加系统的可靠性，节约占地面积，使变电站的配置达到最佳，不断提高经济效益和社会效益。
1 　工程简介
某中心变电站,其两回电源,一回由A区220kV变电站引取,另一回由B区110kV变电站转接。该供电工程初步设计中,经多方案经济技术比较,确定了3台主变压器、110kV和35kV均为双母线接线的方案。35kV采用户内成套配电装置；变电站室外110kV配电装置布置形式为管形铝母线半高型布置。
2 　电气主接线及设备选型
变电站有110kV和35kV两个电压等级,其主接线均为双母线。110kV采用双母线是在综合考虑了变压器台数为3台,110kV配电装置布置方式、断路器选型以及该区开发规模的不确定性、负荷难以预测等诸多因素后确定的,特别是考虑了双母线接线对于双回路出线方式易于扩建的特点。
35kV主接线则是基于向同一地点的出线均为双回路且出线回路较多的条件而采用了双母线接线。在35kV高压配电室的端头设置了两个向规划的热电车间的联络线间隔,其它4回出线也避免了出变电站后的交叉跨越问题。4个预留的备用出线位置布置在配电室另一侧。高压配电室内没有硬母线交叉,简捷、美观。
主变压器接地方式:根据有关规程规范对110kV主变压器接地的规定,主变110kV 侧中性点经隔离开关接地,并在中性点装设中性点专用氧化锌避雷器保护。运行时,主变110kV 侧中性点实际接地方式由本变电站所在电网的调度部门统一调度以使全网的综合零序电抗与综合正序电抗之比符合一定比例。也就是说实际运行时主变110kV 侧中性点有可能采用中性点不接方式。主变35kV 侧中性点不接地。隔离开关接地刀闸的配置:根据《电力工程电气设计手册》中接地刀闸配置的有关规定,110kV 每个间隔中的两组母线侧隔离开关(高位安装),一台不带接地刀闸,另一台在断路器侧带接刀闸。线路(变压器) 侧隔离开关配双接地刀;母线避雷器、电压互感器原设计共用一组带双接地刀闸的隔离开关,实施时根据电力系统的反事故措施要求取消了隔离开关的母线侧接地刀闸。
110kV高压断路器选用六氟化硫断路器。六氟化硫断路器与少油断路器相比,具有断流容量大、全分断时间短、维护工作量小的特点。以同一厂家生产的两型断路器比较,少油断路器全开断时间0107s,额定开断电流有1518、21、25kA三种规格,配用液压操作机构;六氟化硫断路器全开断时间≤60ms,额定开断电流有3115、40、50kA三种规格。二者最大的区别是六氟化硫断路器连续开断电流次数高达20次,累计开断电流达4200kA。厂家资料中无少油断路器连续开断电流次数的数据,但据笔者经验一般为3～6 次,其每年每台平均检修时间约需5～7天。
近年来,国内六氟化硫开关电器的制造水平大大提高,各知名高压电器制造厂家能够生产10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV 各电压等级的产品,困扰六氟化硫断路器多年的气体泄露问题得以有效解决,各厂家生产的六氟化硫断路器其SF6气体年漏气率均已小于1%。近几年开发的自能式110kV 六氟化硫断路器,采用自能式灭弧原理,它开断短路电流所需的能量从电弧本身获得,而需要操作机构的能量,仅仅是原来压气式断路器的25%左右。该型断路器因分闸功率小而配用弹簧操作机构,彻底避免了气动、液压机构存在的因漏气、漏油不能保持预置压力的潜在隐患,具有结构简单、操作噪声低、传动可靠、机械寿命长等优点。本工程即采用了此型断路器,配用弹簧操作机构。
110kV隔离开关选用GW5型,其结构为V形,两个棒式支柱绝缘子分别固定在一个底座上,交角为50。该型隔离开关是半高型布置方式高位隔离开关比较理想的选型,为统一计,全站均选用该型隔离开关。
110kV其它设备如电流互感器、电压互感器、避雷器等均选用近年来流行的设备,不再一一列举。
主变压器设计选用了SF9 型双绕组电力变压器。目前通用的110kV三绕组电力变压器,其绕组接线通常为YN/yn0/d11接线。该电网中110kV变压器均为这种方式。本设计中主变采用110/35kV双绕组变压器,为保持该供电网络中35kV系统的相序一致,增加电网发展的灵活性,变压器绕组接线为YN/yn0 。当变压器110kV中性点不接地时,由于变压器铁芯磁化曲线的非线性,对于三相三柱式的电力变压器,其产生的三次谐波磁通将通过铁芯、空气和外壳构成通路,会使铁轭夹件和油箱等铁磁物体产生附加的铁损耗,降低变压器的效率并引起局部发热。为此,该变压器需在铁芯柱上加一个△接线的附加绕组。
35kV高压配电设备选用XGN —35K(S) 型双母线铠装固定式高压成套配电装置。设计时原考虑选用移开式开关柜,建设单位认为该变电站均为双回路出线,且35kV配电装置体积、重量较大,手车的互换性不够理想,采用移开式设备的意义不大。设计采纳了建设方的意见。但当时35kV双母线固定式配电装置尚未有正式产品,经与多家厂商联系,各厂家均承诺可根据已有的单母线带旁路系统进行改装。经设计、厂家、建设方共同努力,如期完成了产品开发并投入运行。
开关柜内高压断路器选用ZN28—4015 型高压真空断路器。为限制操作过电压,出线开关柜的线路侧安装过电压吸收装置。设计时35kV主接线采用双母线的主要目的是为了便于出线,因此开关制造前设计、厂家、建设三方商议不考虑开关柜的等电位操作功能(等电位操作是指在母线断路器闭合的条件下,两母线处于同一电位时进行进出线间隔两台母线隔离开关的倒换操作,其操作过程中具有两台隔离开关同时闭合的过程,实现连续供电条件下进出线的倒换母线操作)。变电站投运后,运行人员认为110kV系统的等电位操作功能非常方便、灵活,因此提出要求为35kV系统增加等电位操作功能,该功能在厂家的配合下得以实现。
35kV系统由16台开关柜组成,其中电源进线3台、出线6台、避雷器2台、电压互感器2台、母联1台、所用电2台。进出线全部为架空方式。为了满足不同时停电检修时不同回路带电导体间距离不小于2400mm的要求,采用了避雷器、电压互感器分柜设置的方式。
3 　变电站布置方式
110kV配电装置布置:110kV户外配电装置采用管形铝母线半高型布置方式,钢筋混凝土架构。共7个间隔,每个间隔宽8m。其中进线间隔两个,变压器间隔3个,母联间隔1个,两组避雷器、电压互感器共用1 个间隔。每个间隔两侧为П形梁,共8基,高度为815m。П形梁顶部安装母线绝缘子。两相邻П形梁间的柱子以横梁相连,高度6125m ,用以安装高位隔离开关。其它电气设备在П形架构或单柱上低位安装。
　　变压器进线间隔和母联间隔,其硬母线上方有进出线门型架至变压器门型架间的钢芯铝绞线,跨距达2715m。为控制上、下导线间的距离,计算门型架的受力,设计使用计算机程序进行了导体力学计算。计
算数学模型参见《电力工程电气设计手册》第8—4节“导线实用力学计算”的有关内容。笔者将附录8—4中所列的FORTRAN语言源程序移植为C语言程序,对本工程进行了计算。根据工程地点,气象参数采用浙江I级气象区数据,计算了最高温度、最大荷载、最大风速、最低气温、三相上人检修、单相上人检修条件下的水平拉力、导线弧垂、支座反力,以及不同温度下的施工安装曲线数据,为土建专业进行构架设计及施工时控制弧垂提供了可靠数据。
35kV高压配电室布置:35kV配电装置户内一字形布置,与110kV 户外配电装置平行。要求厂家实现开关柜的五防功能。配电室端头墙上出两回35kV出线作为与规划的热电车间的联络线。配电室端头的两只开关柜作为这两回线路的出线间隔。一台开关柜后的出线沿柜后墙至山墙,另一台开关柜的柜后出线水平跨越本柜后,沿开关柜前墙至山墙。为保证两回出线的相序一致,要求其中一台柜在制造时与其它开关柜的出线相序反相。所有进出线在户内部分均采用封闭母线,由开关柜生产厂家统一制造,保证外形及色彩的一致性。为有效利用预
留位置,备用位置的开关柜提供了架空和电缆出线两种方式,在满足不同时停电检修距离的条件下尽量采用架空出线。为此,35kV高压配电室下方设地下层作为35kV出线电缆及各开关柜控制电缆的通道。
控制室及辅助设施布置:控制室及辅助设施与35kV高压配电室连体布置,成一字形,二层结构,其中一层布置有办公室、会议室、库房等房间,作为供电工区的办公用房。二层布置有控制室、通信室、值班人员休息室等。设计过程中,体现以人为本的观念,从细微处着眼,工艺与土建专业人员密切配合,在房间长宽比例、层高、走廊宽高比例、楼梯陡度上仔细推敲,力求最优。二层根据各房间功能及面积采用不同层高,既使室内高度适中,又使建筑外形错落有致,富于变化,一改工业建筑单调、呆板的形象。二层控制室、通信室、值班休息室、
电气试验室地面采用防静电地板,这些房间的的原始地平较二层其它房间低350mm ,铺设木地板后整个二层保持同一地平,没有多余台阶。控制室外临110kV配电装置、主变压器及大门方向两面设通长阳台,一端连接控制室消防出口及外楼梯,另一端连接控制室正常阳台出口。二层楼梯间对面房间加隔墙隔断,外间为舆洗室,设墩布池、洗手池,里间作为值班人员简易厨房,配置了一台电源插座箱。110kV配电装置四周设围栏。围栏外为站内环形道路,围栏内设硬化检修小道。场地内非硬化部分种植草坪美化环境。
4 小结
变电站设计是个综合系统工程，是电力系统项目设计的重要组成部分。一份成功的变电站设计方案可以在实际工程中取得最优的效益:增加系统的可靠性，节约占地面积以及建设成本，使变电站的配置达到最佳，保证较高的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1]刘娅.11OKV变电站部分电气一次设计浅析.民营科技, 2009（6）
[2]饶莹,郭炜,徐鑫乾.110／20 kV变电站电气一次部分设计.电力设备，2008（9）：11-13