110kV变电站电气一次部分设计
2016-07-12陈洋
陈洋
（广西电网有限责任公司柳州供电局 广西柳州市 545005）
110kV变电站电气一次部分设计
陈洋
（广西电网有限责任公司柳州供电局 广西柳州市 545005）
随着国民经济的快速发展，为了满足社会现代化生产和人们生活发展的需求，设计110kV变电站，是当前供电企业急切需要进行的一项具有深远意义的技术措施。因此，作好110kV变电站的设计是电网建设的一个重要环节。本文对变电站电气一次设计进行分析。
变电站；变压器；短路电流；电气设备
引言
本文的110kV变电站主要设备的组成主要有主变压器、电气主接线、控制装置、避雷装置以及无功补偿设备。根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，对高压熔断器、隔离开关、母线、绝缘子和电压互感器、电流互感器进行了选型，从而完成了110kV电气一次部分设计。
1 变电站设计总体分析
1.1 变电站的设计要求
本次设计变电站为110kV城西降压变电站，有110kV、35kV、10kV三个电压等级，变电站最终规模的进出线回路数为：
110kV：4回（其中 2回备用）；35kV：5回（其中 1回备用）；10kV：10回（其中2回备用）。
1.2 系统电源情况
与本变电所连接的系统电源共有3个，其中110kV及35kV系统变电所各一个，110kV电厂一个，具体为：①110kV系统变电所（长平变）：在该所高压母线上的短路容量为533MVA，该所距待设计变电所9kM。②35kV系统变电所（龙源变）：在该所高压母线上的短路容量为250MVA，该所距待设计变电所3.3kM。③最小短路容量为最大短路容量的3/4，电厂不变。
2 负荷分析计算与主变压器的选择
2.1 负荷分析计算
2.1.1 负荷计算的目的
计算负荷是供电设计计算的基本依据，计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如计算负荷确定过大，将使电气设备和导线选得过大，造成投资和有色金属的消耗浪费，如计算负荷确定过小又将使电气设备和导线电缆处于过早老化甚至烧毁，造成重大损失，因此负荷计算的准确与否是保证供电系统电气设备选择合理、安全运行的重要前提。
2.1.2 负荷分析
（1）35kV侧负荷：
S35kV=[1.05×0.9×（5.24+5.16+4.42+6）]/0.85=23.15（MVA）
（2）10kV侧负荷：
S10kV=[1.05×0.9×（1.8+1.2+1.24+0.49+3.56+1.07+1.28+1.51+2+2）]/0.85=17.96（MVA）
（3）所用电负荷：
S所=（照明用电+生活区用电+其余的或连续的负荷之和）×0.85
=（3.24+3.2+4.5+2.7+1.1+2.5+7.7+10+20+4.5+6）×0.85
=0.052343（MVA）
（4）穿越功率：
S穿越＝P/cos准＝1.9/0.85＝2.23（MVA）
（5）总负荷：
S总＝S35kV+S10kV+S所+S穿越＝43.4（MVA）
2.2 主变选择
2.2.1 主变台数的考虑原则
变压器的容量、台数直接影响到变电站的电气主接线形式和配电装置的结构。它的确定除了依据传递容量基本原始资料外，还要根据电力系统5～10年的远景发展计划，输送功率的大小、馈线回路数、电压等级以及接入电力系统中的紧密程度等因素，进行综合分析与合理的选择。如果变压器的容量选择过大，台数过多，不仅增加投资，增大占地面积，而且也增加了运行电能的损耗，设备未能充分发挥效益；若容量选的过小，将可能满足不了变电站的电力负荷的需要，这在技术上是不合理的。
2.2.2 变压器联结组别的选择
确定原则：在具有三种电压的变电站中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上或低压侧虽无负荷，但在变电站内需设无功补偿设备时，主变压器宜采用三绕组变压器。
在本变电站中：
S35kV/S总=（23.15/43.4）×100%=53%＞15%
S10kV/S总=（17.96/43.4）×100%=41%＞15%
因此，主变压器选为三绕组变压器。
2.3 绕组连接方式的确定
变压器绕组的连接结方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。我国电力系统中高压绕组一般采用星形连接的方式，低压绕组采用三角形连接。综合考虑变压器的稳定性和选择原则，确定所选变压器绕组接线方式为YN/Yn0/d11接线方式。
3 电气主接线设计
电气主接线主要是指在发电厂、变电所、电力系统中，为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的，表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。电气主接线以电源进线和引出线为基本环节，以母线为中间环节构成的电能输配电路图。
3.1 电气主接线应满足的要求
（1）可靠性。主接线系统应保证用户供电的可靠性，特别是保证对重要负荷的供电。
（2）灵活性。主接线系统应能灵活地适应各种工作情况，特别是当一部分设备检修或工作情况发生变化时，能够通过倒换开关的运行方式，做到调度灵活，不中断向用户的供电。在扩建时应能很方便的从初期建设到最终接线。
（3）经济合理。主接线系统还应保证运行操作的方便以及在保证满足技术条件的要求下，做到经济合理，尽量减少占地面积，节省投资。
3.2 几种母线接线方式的优缺点
3.2.1 双母线接线方式
优点：①正常运行时，两组母线和断路器都同时投入，运行调度十分灵活。②当一组母线故障或者转为检修时，所有回路都可以通过另一组母线继续运行。③检修任何一组母线或者任何一台断路器时，所有进出线都不需要进行切换操作。
缺点：①运行方式改变时，需要用母线隔离开关进行倒闸操作，操作步骤复杂，容易出现误操作，导致人身和设备事故。②任一回路断路器检修时，该回路仍需停电。③母线侧的隔离开关大幅增加，并且母线长度也相应加长，配电装置结构较为复杂，占地面积和投资都有所增加。
3.2.2 单母线接线方式
优点：接线简单清晰、设备少、投资少、运行操作方便、且有利于扩建。
缺点：可靠性、灵活性差、母线故障时，各出线必须全部停电。
3.2.3 单母线分段接线方式
优点：①母线发生故障时，仅故障母线停止供电，非故障母线仍可继续工作，缩小母线故障影响范围。②对双回线路供电的重要用户，可将双回路接于不同的母线段上，保证对重要用户的供电。
缺点：当一段母线故障或检修时，必须断开在该段上的全部电源和引出线，这样减少了系统的供电量，并使该回路供电的用户停电。
综合考虑供电可靠性和经济最优化，母线接线方式选择110kV侧采用双母线接线方式，35kV侧采用单母线分段接线方式，10kV侧采用单母线分段接线方式。
4 短路电流计算
4.1 短路电流的危害
在电力系统中发生短路故障时，在短路回路中短路电流要比额定电流大几倍至几十倍，通常可达数千安。短路电流通过电气设备和导线必然要产生很大的电能，并且使设备温度急剧上升有可能损坏设备；发生接地短路时所出现的不对称短路电流，将对通信线路产生干扰；当短路点离发电厂很近时，将造成发电机失去同步，而使整个电力系统的运行解列。
4.2 短路电流实用计算的基本假设条件
①系统在正常工作时三相是对称的；②电力系统中各元件的磁路不饱和，即各元件的电抗值与电流大小无关；③电力系统各元件电阻，一般在高压电路中都略去不计，但在计算短路电流的衰减时间常数应计及元件电阻。此外，在计算低压网络的短路电流时，应计及元件电阻，但可以不计算复阻抗，而是用阻抗的绝对值进行计算；④输电线路的电容忽略不计；⑤变压器的励磁电流忽略不计，相当于励磁阻抗回路开路，这样可以简化变压器的等值电路。
5 电气设备的选择
尽管电力系统中各种电气设备的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不相同，但对它们的基本要求却是一致的。电气设备要能可靠的工作，必须按正常条件进行选择。
5.1 高压断路器的选择
高压断路器是发电厂与变电站中主系统的重要开关器，能断开电气设备中负荷电流和短路电流。
本变电站主要考虑在室外，所以断路器全部在室外，而SF6断路器具有优良的开断性能、维护方便等特点，所以此次高压断路器全部选择SF6断路器。
5.2 隔离开关的选择
隔离开关用于各级电压，用作改变电路连接或使线路或设备与电源隔离，它没有断流能力，只能先用其它设备将线路断开后再操作。
通过对短路电流计算和动热稳定校验，综合配电装置特点和技术经济条件，确定隔离开关型号为GW4。
6 配电装置及电气总平面布置设计
6.1 配电装置概述
配电装置是发电厂和变电站的重要组成部分，它是根据主接线的联结方式，由开关电器、保护和测量电器，母线和必要的辅助设备组建而成，用来接受和分配电能的装置。它主要包括开关设备、保护装置和辅助设备。
6.2 配电装置的确定
本变电所三个电压等级：即110kV、10kV根据《电力工程电气设计手册》规定，110kV及以上多为屋外配电装置，35kV及以下的配电装置多采用屋内配电装置，故本所110kV采用屋外配电装置，10kV采用屋内配电装置。
设计的变电站位于市郊区，地质条件良好，所用土地工程量不大，且不占良田，所以该变电所110kV电压等级均采用普通中型配电装置，具有运行维护、检修且造价低、抗震性能好、耗钢量少而且布置清晰、运行可靠、不易误操作、各级电业部门无论在运行维护还是安装检修方面都积累了比较丰富的经验。
若采用半高型配电装置，虽占地面积较少，但检修不方便，操作条件差，耗钢量多。选择配电装置，首先考虑可靠性、灵活性及经济性，所以，本次设计的变电所，110kV采用户外，10kV采用户内，该变电所是最合适的。
6.3 电气总平面布置的要求
①充分利用地形，方便运输、运行、监视和巡视等；②出线布局合理、布置。
6.4 电气总平面布置
（1）变电站内路面宽度设计为3.5m，巡视道路路面宽度设计为1m。
（2）储油池和挡油板的长度尺寸比设备外廓尺寸每边大1m。储油池内铺设厚度不小于300mm的卵石层。
（3）主控楼的位置在便于运行人员相互联系，便于巡视检查和观察屋外设备和减少电缆长度，避开噪音影响地段，在可布置的主配电装置一侧，配电装置之间结合前面设施进行布置。
[1]《电气工程专业毕业设计指南—电力系统分册》.北京：中国水利电力出版社.
[2]《电力系统分析》（第二版）.北京：中国电力出版社.
[3]《电力工程设计手册》.上海：上海科学技术出版社.
TM63
A
1004-7344（2016）13-0090-02
2016-4-25
陈洋（1988-），男，助理工程师，双学士，主要从事输电线路运行维护等工作。
