110kV智能移动变电站设计方案

梁永胜

【摘要】本文主要是设计对象是配电工程中变电工程，110kV变电站为原始参考模型。根据变电站原始参数计算了主变压器的容量和设定了无功补偿方案。计算不同电压等级侧短路下的稳态短路电流、短路冲击电流。并根据此计算值选定与变电站匹配的电力设备：断路器、隔离器、电压互感器、电流互感器，最后设计了避雷方案。

【关键词】110kV;移动

1. 整体设计方案

为满足智能移动变电站的要求，在变电站的主变压器的选型和布置设计上，应设法降低变电所的高度与宽度，尽可能的减少车辆载重。同时需要保证变压器的固定基础需要与车辆相连，防止车辆在运行时，导致电压器的震动与移位。此移动式变电站的工作地点一般为野外作业，因此要主要车载的稳定性。

2. 主变压器选择

考虑到移动变电站需要经常野外作业，根据电压等级、变压器容量，选择SFZ10-20MVA型电力变压器。为有载调压、双绕组变压器。其变压器的参数如下介绍：其主变压器的额定容量为20000MV·A，大于计算值13.14MV·A，符合要求。该主变压器的联结组别方式为YNdl1，采用中性点直接接地的方式，空载损耗为△PO=18.9kW，短路损耗为△PK=85kW，空载电流百分比为IO=0.5%，短路电压百分比为UK=10.5%。

主变采用或单相，主要考虑变压器的制造条件，可靠性要求及运输条件等因素。当不受运输条件限制时，在330kV及以下的变电所，均应选用三相变压器。

在具有两种电压等级的变电站中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器的15%以上，或低压侧虽无负荷，但在变电站内需装设无功补偿设备时，主变压器宜采用双绕组变压器。

在110kV的电压等级的电网中，一般采用中性点直接接地的方式。根据选择的变压器，此变压器的连接方式为YNd11。

对于此移动式变电站的主接线方式主要采用以下方案：高压侧采用单母分段式接线，低压侧均采用单母分段式接线。

接下来进行短路电流计算。

本文设计的移动式变电站为110kV变电站，短路点k-1，k-2取变压器两侧。

求110kV母线上k-1点短路和10kV低压母线上k-2点短路电流和短路容量。设Sd=100MVA，Ud1=Uc=115.5kV，低压侧Ud2=10.5kV，则基准电流为110kV高压侧为0.5kA，10kV低压侧为5.5kA。

确定基准值：取Sd=100MVA，Uc1=115.5kV，则Id1=0.5kA，Zd=1334Ω。

1）架空线路，架空线路选择的型号为LJ-120，架空线路的线间几何距离为1.5m，查表得X0=0.35Ω/km，而线路长5km，则通过计算得到架空线路的阻抗标幺值为X2*=0.013。

2）电力变压器，根据前文提到的选择变压器的参数，得到变压器的短路电压百分比为10.5%，则电力变压器的阻抗标幺值为X3*=52.5。

根据以上值分别计算主变压器两侧k-1，k-2点的总电抗标幺值、三相短路电流周期分量有效值、其他三相短路电流、三相短路容量。

（1）k-1点短路电流计算

1）总电抗标幺值为架空线路阻抗标幺值0.013。

2）三相短路电流周期分量有效值为Ik-1（3）=38.5kA。

3）其他三相短路电流为Ik-1”（3）=I∞k-1（3）=Ik-1（3）=38.5kA，经过计算得出为ish（3）=98.175kA，Ish（3）=58.135A。

4）三相短路容量为Sk-1（3）=7692.3MV·A。

（2）k-2点短路电流计算

1）k-2点总电抗标幺值为架空线路与电力变压器阻抗标幺值的总和，为52.513。

2）三相短路电流周期分量有效值0.105kA。

3）其他三相短路电流。在10/0.4KV变压器二次侧低压母线发生三相短路时，因此其他三相短路电流为Ik-2”（3）=I∞k-2（3）=Ik-2（3），经过计算得出ish（3）=0.1932kA，Ish（3）=0.1144A。

4）三相短路容量为Sk-2（3）=1.904MV·A。

3. 一次设备选择

在移动式110kV变电站设计时，需要选择一次设备选择，包括110kV侧、10kV侧断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、HGIS组合电器的选择，下面做详细介绍。

（1）断路器的选择

根据计算的短路电流值，110kV侧断路器选择SW2-110II型号，该型号的断路器的额定电压是110kV，额定电流是12500A，开断电流40kA，符合基本要求。经过校验，发现该型号断路器的热稳定性为6400（kA）2·s，动稳定为80kA，均大于计算值。因此该型号符合要求。

10kV侧断路器选择SW4-10型号，SW4-10型号的断路器的额定电压是10kV，额定电流是10000A，开断电流80kA，符合基本要求。经过校验，发现该型号断路器的热稳定性为80 （kA）2·s，动稳定为150kA，均大于计算值。因此该型号符合要求。

（2）隔离开关的选择

根据计算的短路电流值，110kV侧隔离开关选择GW4-110型号，该型号的隔离开关的额定电压是110kV，额定电流是1000A，开断电流40kA，符合基本要求。经过校验，发现该型号隔离开关的热稳定性为6400（kA）2·s，动稳定为80kA，均大于计算值。因此该型号符合要求。

10kV侧隔离开关选择SW4-10型號，SW4-10型号的隔离开关的额定电压是10kV，额定电流是10000A，开断电流80kA，符合基本要求。经过校验，发现该型号隔离开关的热稳定性为25600（kA）2·s，动稳定为150kA，均大于计算值。因此该型号符合要求。

（3）电流互感器的选择

根据计算的短路电流值，110kV侧电流互感器选择LB9-220-110KV型号，该型号的电流互感器的额定电压是110kV，额定电流是1250A，开断电流63kA，符合基本要求。经过校验，发现该型号电流互感器的热稳定性为3969（kA）2·s，动稳定为160kA，均大于计算值。因此该型号符合要求。

10kV侧电流互感器选择LVQB-220SF6-10NT型号，该型号的电流互感器的额定电压是10kV，额定电流是8000A，开断电流63kA，符合基本要求。经过校验，发现该型号电流互感器的热稳定性为15876（kA）2·s，动稳定为160kA，均大于计算值。因此该型号符合要求。

（4）电压互感器的选择

由于电压互感器与电网并联，当系统发生短路时，互感器本身不遭受短路电流入侵，因此电压互感器不需要校验热稳定和动稳定。

本次设计，所选用的主变压站110kV高压侧及110kV中压侧设定为中性点接地，所以根据以上条件：

高压110kV侧的分段母线上选用JCC3-110B型号的成套电容式电压互感器;

低压10kV侧的分段母线上选用JSZW10-10R型号的成套电容式电压互感器。

（5）HGIS组合电器的选择

本文设计的移动变电站选择HGIS组合电器设备，此设备自带组合电器控制箱，集成所有控制元件用以对设备进行智能控制。组合电器将断路器灭弧结构与隔离/接地开关分别安装在不同的气室，保证了隔离开关的灵活性和独立性。

110kV主一次设备选用西门子变压器（武汉）有限公司生产的3AP1DTC半封闭式组合电器（HGIS），额定电压为145kV，额定电流为3150A，额定开断短路电流为40kA。

10kV配电装置选用西门子变压器（武汉）有限公司生产的8DA10型SF6气体绝缘开关柜，额定电压为40.5kV，额定电流为6000A，额定开断短路电流为40kA。

此开关柜的短路热稳定性为4800（kA）2·s，短路动稳定性为100kA，均大于计算值，因此符合要求。

4. 防雷接地保护设计

（1）110KV及以上的配电装置，一般将避雷针在构架上。但是在土壤电阻率大于500Ω·m的地区，仍宜装设独立避雷针，以免发生反击。

（2）10KV的配电装置，在土壤电阻率大于500Ω·m的地区宜采用独立避雷针，在土壤电阻率小于500Ω·m的地区容许采用构架避雷针。

變电站的直击雷防护设计内容主要是选择避雷针的指数、高度、装设位置、验算它们的保护范围、应有的接地电阻、防雷接地装置的设计等。

根据该变电站的实际情况需要设置四只避雷针分布在四周。因为土壤电阻率等于100Ω·cm，仍宜装设独立避雷针，以免发生反击;选取避雷针高为50m，相邻两针的距离为60m，被保护物高为10m。

5. 移动变电站的运行方式

110kV移动变电站包含110kV组合电器HGIS模块、110kV主变压器模块和10kV箱式配电装置模块等。

移动变电站的运行方式主要有以下方式：110kV变压器车与10～35kV箱式配电车同时运行;主变压器与HGIS同时运行;HGIS独立运行;变压器独立运行。

6. 结论

本设计完成了移动式110kV的变电所一次部分设计，通过对站内的各个车间的负荷进行计算，选取相应的主变压器与主接线单元，实现了变电所满足站内等各个部分用电的需求。

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