110kV红草变电站电气初步设计

陈丽丹 郭绍奇 张 尧,

（1.华南理工大学广州汽车学院电气工程系，广州 510800；2.吉林省电力勘测设计院广州分院，广州 510730；3.华南理工大学电力学院，广州 510640）

1 工程概况

汕尾城区110kV网架结构薄弱，在负荷中心的老城区尚未形成环网结构。在负荷中心区只有汕尾和香洲两座110kV变电站，主变总容量为103MVA，变电站负载率较高；另外，220kV桂竹站 10kV配出按每台主变折合成 50MVA容量，可送出容量为203MVA，未形成一镇一站的分层分区供电格局。红草镇的负荷由桂竹站的两回10kV配电线路供电。然而，红草镇的负荷已接近满载，无法满足新增负荷的要求，从桂竹站再配出新的 10kV配电线，因受间隔位置和出线走廊的限制，很难实现，也不符合“分层分区”的供电原则，并且由于线路长度超过5km，在重载下电压偏低。为改善汕尾城区110kV电网结构，满足汕尾城区西部电力需求，广东电网公司汕尾供电局根据分层分区的供电原则，在红草镇拟建一座110kV变电站[1]。

建设规模：一期工程建设两台50MVA变压器，最终规模为三台 50MVA变压器。额定容量：50MVA；短路阻抗：16%。110kV 出线最终四回，二回至220kV 桂竹站，一回至尖山岭，一回备用。至 220kV桂竹站两回线为同塔双回线路，长度2×10.5km；至尖山岭线路为单回路，新建段长度4.85km。

110 kV采用敞开式常规设备，主变进线和出线采用架空出线。

每台主变10 kV侧拟建12回出线（电缆出线），#1、#2主变各带一台站用变。

110kV红草站接入系统首选方案示意图见图1，图中加粗黑线为接入线路。

图1 红草站接入系统示意图（首选方案）

2 电气主接线设计

2.1 主变选择

1.主变容量选择

在变电站主接线设计中根据计算负荷选择主变压器的容量，综合考虑各种因素计算出来的负荷称为计算负荷，用计算负荷选择变压器容量比较切合实际。

（1）选择依据[2]

按变电所建成后5～10年规划负荷选择，并适当考虑到远期10～20年的负荷发展，对城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。

装有两台以上主变压器的变电所，应考虑一台主变压器停运时，其余主变压器容量不应小于60%的全部负荷，并保证Ⅰ类、Ⅱ类负荷的供电。

（2）负荷计算

式中，Pimax为各出线的最大负荷；cosϕi为各出线的功率因素；Kt为同时系数；α%表示线损率，取5%。

（3）10kV低压侧近期负荷

其出线每台主变回路数为12回，取Kt为0.85，结合负荷情况分析。

以此，并依据《汕尾市“十一五”电网规划》红草站供电区电力需求预测结果，本工程一期建设两台50MVA变压器，最终规模为三台50MVA变压器。

2.主变型式的选择

（1）变压器相数的确定：根据站址地势开阔，不受运输条件限制时，在330kV及其以下的发电厂和变电所中均采用三相变压器的原则，本初步设计采用三相变压器。

（2）变压器绕组数量选择：根据相应规定并结合本次设计的具体实际情况，选择双绕组变压器。

（3）调压方式的确定：综合实际分析，本设计中变电站的主变宜采用有载调压方式，这样可保证电压能维持在允许范围内。

（4）各侧电压等级的选择：作为电源侧，为保证向线路末端供电的电压质量，即保证在有 10%电压损失的情况下，线路末端的电压应保证额定值并考虑节能等因素，110kV侧应该选115kV，10kV侧选10.5kV。

（5）全绝缘、半绝缘、绕组材料：110kV侧采用分级绝缘方式，并且选用与中性点绝缘等级相当的避雷器加以保护。10kV侧为中性点不直接接地系统中的变压器，其中性点都采用全绝缘。

另参考南网典型设计 CSG-110B-3B24AWD方案，选出红草站主变压器型式如表1所示。

表1 110kV红草站推荐选用主变

2.2 电气主接线方式选择

电气主接线是由高压电器通过连接线，按功能要求组成接受和分配电能的电路，作为传输强电流、高电压的网络，故又称一次接线或电气主接线，电气主接线的设计是发电厂或变电站设计的主体[3]。

结合本次工程具体特点，并根据变电站主接线的设计原则、技术经济比较结果及参考文献[4]，110kV接线采用单母线分段接线，本期暂为单母线隔离开关分段；10kV接线采用单母线四分段接线，#1、#3主变 10kV单开关进线，#2主变10kV双开关进线，其A、B 段母线分别与#1主变10kV母线和#3主变10kV母线相联。110kV红草站电气主接线方案示意如图2所示。

图2 红草站单母线分段接线示意图

3 短路电流计算

短路是电力系统的严重故障，所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或与地（对于中性点接地的系统）发生通路的情况[5]。因此，在主接线设计中，应考虑限制Id的措施，即需要计算Id值。

3.1 短路点的选择

为计算短路电流，本次设计采用简化实用计算方法，等值电路图简化为如图3所示。对于110kV侧，取母线短路点K1，校验所有110kV电气设备；10kV侧，取母线短路点 K2，校验所有 10kV母线相连接的电气设备。

图3 三相短路电流计算系统等值简图

3.2 短路电流的计算结果

按照参考文献6短路电流具体计算过程，在最大运行方式下进行计算，此时的三相短路电流值最大，一般工程计算中计算三相短路电流及其冲击电流。计算过程如下：

1.计算参数

选取基准值SB=100MVA，UB=Uav=115kV，系统电抗XS.max= 0 .04（最大运行方式），线路阻抗取X= 0 .4Ω/ k m 。

2.等值电抗计算

（1）对于线路L1（单回路）：

（2）将X12(1)、Xsmax、XT合并成

4.计算短路电流

（1）当K1点三相短路时短路电流

将K1、K2点短路电流计算结果汇总如表2。

表2 红草站最大运行方式下短路电流计算结果表

由表2可看出，本站各侧短路电流符合南网典设指标，即110kV侧20kA，10kV侧40kA。

4 其他主要电气设备选择

根据额定电压、额定电流，按短路条件校验电气设备的热稳定性和动稳定性，绝缘水平条件，综合考虑环境因素，进行其他主要设备的计算、选型。

短路参数如下：

4.1 高压断路器的选择

根据选型原则[6]和断路器的额定电压及额定电流符合条件，查设备手册试选高压断路器为六氟化硫断路器LW6-110/1600-55，其技术参数见表3。

表3 110kV红草站高压断路器的选择结果

1）动稳定校验：

动稳定校验合格。

2）热稳定校验：

110kV线路后备保护时间取 3s，时间级差取0.05s，断路器固有分闸时间为0.06s。

Qr＞Qk热稳定校验合格。

所选高压断路器满足校验条件。

4.2 隔离开关

根据选型原则和技术条件，可选择户外型单接地110kV隔离开关GW6-110D(W)，其技术数据见表4。

表4 110kV红草站隔离开关的选择结果

隔离开关校验：

1） 热稳定校验

因为Qr＞Qk，所以所选设备满足设计的要求。

2） 动稳定校验

比较可得满足动稳定的要求。

通过以上校验可得：所选的断路器和隔离开关均能满足本次设计的要求。

4.3 电流互感器及电压互感器的选择

根据一次回路额定电压和额定电流的选择原则、二次额定电流的选择原则、电流互感器准确级和额定容量的选择原则，电流互感器二次额定电流选用5A，准确级为0.5级，型号为LGBJ-110型,其技术参数详见表5。

电压互感器按照相关选用原则，型号为TYD110/3-0.02H型，其技术参数见表6。

表5 干式电流互感器技术参数

表6 电容式电压互感器技术参数

4.4 10kV侧电气设备的选择

10kV侧电气设备的选择同 110kV侧电气设备的选择的条件和方式是一样的，可以参照110kV侧电气设备的选择。

5 结论

本文针对汕尾市红草变电站初步设计的要求，结合实际情况进行设计。从理论上对变电站进行了总体分析，然后对主要设备进行设计计算与选型，具体涉及主变压器、开关设备、互感器等主要设备，并对短路电流进行详细的计算，其结果符合南方电网典设指标。该变电站电气一次设计方案合理，可供实际工程借鉴参考，具有较强通用性和实用性。

[1] 红草变电站可行性研究报告.广东电网公司汕尾供电局,2009.

[2] 水利电力部西北电力设计院编.电力工程电气设计手册(电气一次部分).北京:中国电力出版社,2009.

[3] 熊信银.发电厂电气部分(第三版).北京:中国电力出版社,2009.

[4] 南方电网变电站标准设计细化方案.第三卷110kV变电站标准设计细化方案,第十篇 CSG-110B-3B24AWD方案,2009.

[5] 何仰赞,温增银.电力系统分析(第三版).武汉:华中科技大学出版社,2008.

[6] 陈跃.电气工程专业毕业设计指南(电力系统分册)第二版.北京:中国水利水电出版社,2009.