論電力系統(tǒng)中220 kV 城市終端站設(shè)計(jì)

熊娟

摘要:隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)的高速發(fā)展,城市電網(wǎng)建設(shè)已經(jīng)成為當(dāng)前電力建設(shè)的重要內(nèi)容。本文從電氣主接線、配電裝置和綜合自動(dòng)化等方面,分析220 kV 城市終端站的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞:電氣主接線；配電裝置；綜合自動(dòng)化；

一、設(shè)計(jì)原則

在城市電網(wǎng)建設(shè)中,首先應(yīng)當(dāng)解決的是城市變電站的建設(shè)問題,建設(shè)城市變電站應(yīng)當(dāng)遵循的基本原則是:

1．足夠的變電容量以滿足供電區(qū)域內(nèi)中長(zhǎng)期規(guī)劃預(yù)測(cè)的負(fù)荷要求;

2．可靠靈活的主接線方式;

3．結(jié)構(gòu)緊湊,設(shè)備體積小,占地面積小;

4．主設(shè)備技術(shù)性能優(yōu)越,可靠性高,檢修頻率低,噪聲低;

5．自動(dòng)化程度高,通信誤碼率低,可靠性高。

根據(jù)以上原則,選擇220 kV 作為城市電源點(diǎn),可以充分發(fā)揮容量大、通道省、占地少、投資相對(duì)經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)。因此,220 kV城市終端站是解決城市供電矛盾的一個(gè)有效措施,同時(shí)也將是今后城市電力系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)方向。

二、電氣主接線

在變電站設(shè)計(jì)中,尤其是重要的變電站設(shè)計(jì),為了保證其供電可靠性和靈活性,往往采用較復(fù)雜的主接線。完善的主接線雖然保證了供電可靠性,但缺點(diǎn)是接線方式復(fù)雜,運(yùn)行操作繁瑣,檢修維護(hù)量大,投資大,占地面積多。

隨著電網(wǎng)建設(shè)的不斷完善,電氣設(shè)備可靠性的不斷提高,變電站主接線將向簡(jiǎn)化方向發(fā)展。簡(jiǎn)化主接線后不但不會(huì)降低變電站的可靠性和靈活性,在某種程度上反而能夠提高可靠性和靈活性。簡(jiǎn)化主接線還具有如下優(yōu)點(diǎn):減少設(shè)備數(shù)量、減少占地面積、減少建設(shè)投資和降低運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。電氣主接線的選擇通常與變電容量的需求有較為密切的關(guān)系,這里介紹帶斷路器的線路變壓器組的設(shè)計(jì)方案

220 kV 城市終端站電氣主接線一般分3 個(gè)電壓等級(jí),由3組帶斷路器的線路變壓器組構(gòu)成。

220 kV 設(shè)置線路閘刀、電流互感器、斷路器、氧化鋅避雷器、電纜頭及主變,共同構(gòu)成線路變壓器組。

110 kV 為單母線分段,各段母線各與1 臺(tái)主變相連,各帶多路出線。

35 kV 為單母線分段,各段母線帶多路出線,每臺(tái)主變分別通過2 臺(tái)35 kV 斷路器接于兩段35 kV 母線上。有3 臺(tái)分段斷路器。優(yōu)點(diǎn)在于任何一臺(tái)主變停用,相應(yīng)兩段母線分別由另2臺(tái)主變供電,從而達(dá)到均衡負(fù)荷的目的。

三、配電裝置

1．220 kV 配電裝置及主變

220 kV 配電裝置選擇室內(nèi)布置,采用傳統(tǒng)的獨(dú)立電器,相間距離3. 5 m , 依次為電纜頭、單側(cè)帶接地刀的線路閘刀、單斷口六氟化硫斷路器、氧化鋅避雷器,最后接主變。斷路器與線路閘刀之間留作通道,作為檢修運(yùn)輸通道。

主變壓器的選擇對(duì)城市變電站來說又有著特殊的要求。體積小、噪音低、阻燃性好、可靠性高,就應(yīng)是選擇變壓器要突出考慮的性能。220 kV 配電裝置與主變共處一室,主要是防噪聲。變壓器可采用低噪聲強(qiáng)油風(fēng)冷,散熱器分體安裝于室外。

2．110 kV 配電裝置

110 kV 配電裝置采用三相共箱式結(jié)構(gòu)的全封閉六氟化硫絕緣的組合電器,選擇GIS 戶內(nèi)布置,這是在國(guó)內(nèi)城市變電站設(shè)備選型中常用的做法。GIS 的結(jié)構(gòu)為緊湊型三相共箱式,三相導(dǎo)體共面布置,所有開關(guān)設(shè)備均采用了彈簧P電動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu),由1臺(tái)機(jī)構(gòu)操作,三相聯(lián)動(dòng)。由于無需壓縮空氣供給系統(tǒng),從而實(shí)現(xiàn)了無油化、無氣化。斷路器采用了自能熄弧研究的最新成果—?dú)獯祲毫εc開斷電流自適應(yīng)熄弧原理。開斷額定斷路電流所需的能量大部分取自電弧本身,大幅度減少了對(duì)操作能量的需求,操作功約為同等開斷容量壓氣式斷路器的20 %～25 %。斷路器配置了低操作功、無維護(hù)或少維護(hù)、高可靠性的彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)。此外,提供多種主接線方案,配置方式靈活。

3．35 kV 配電裝置

35 kV 配電裝置采用進(jìn)口全封閉六氟化硫絕緣的組合電器,雙列布置,頭尾相接,容易處理單母線分段的接線型式。每個(gè)間隔寬度為0. 6～0. 8 m ,雙列布置。

四、電氣平面布置

變電站主要設(shè)備分布在綜合樓及220 kV 配電裝置樓。

1．綜合樓

綜合樓底層布置35 kV 配電裝置及3 臺(tái)所變,35 kV GIS 采用背靠背雙列布置。由于兩列裝置之間有土建結(jié)構(gòu)樁頭,因此,對(duì)于背后有接線的GIS 需適當(dāng)拉開距離,以便施工檢修。

第2 層為電纜層,主要敷設(shè)110 kV 電纜出線,110 kV GIS 及35 kV GIS 絕緣母線與主變的接口等。

第3 層布置110 kV 配電裝置GIS。除110 kV GIS 外,還設(shè)有配套的壓縮機(jī)房。

第4 層為控制層,設(shè)有控制室及繼電保護(hù)室?？刂剖蚁旅娌辉O(shè)電纜層,控制電纜經(jīng)豎井上來后,經(jīng)過控制室架空地板進(jìn)入各相應(yīng)設(shè)備。

綜合樓地下層為箱形基礎(chǔ),箱形基礎(chǔ)同時(shí)作為110、35 kV電力電纜通道。箱形基礎(chǔ)靠圍墻一側(cè),設(shè)有4 只豎井及2 只工作井,電纜通過兩井與排管連接,上面通過豎井到電纜層及控制室。

2．220 kV 配電裝置樓

配電裝置樓共有3 個(gè)單元,每個(gè)單元布置1 組線路變壓器組,每個(gè)單元間隔寬度為14 m ,單元之間設(shè)敞開式5 m 通道,作為主變散熱器安裝位置及接地變壓器位置,接地變壓器采用過街樓式安排,以利主變散熱器通風(fēng)散熱。

五、系統(tǒng)保護(hù)

1．220 kV 線路保護(hù)

220 kV 線路與主變保護(hù)屏、直流屏、所用配電屏等布置在繼電保護(hù)室。主變高壓側(cè)裝設(shè)斷路器,主變故障時(shí)不需傳送遠(yuǎn)方跳閘命令。為了簡(jiǎn)化保護(hù)配置,擬采用相間電流和零序電流速斷作為220 kV 線路主保護(hù),并在送電端配置以下保護(hù): ① 相間電流速斷保護(hù),瞬間跳閘; ②定時(shí)限過流保護(hù),延時(shí)跳閘; ③零序電流速斷保護(hù),瞬時(shí)跳閘; ④零序過流保護(hù),延時(shí)跳閘; ⑤斷路器失靈保護(hù)。

以上保護(hù)除斷路器失靈保護(hù)外,均配置2 套,實(shí)現(xiàn)與主變雙重保護(hù)。送電站的1 套重合閘裝置在線路單相故障時(shí),斷路器跳三相,然后進(jìn)行三相重合;相間故障時(shí),斷路器跳三相,不進(jìn)行重合。

2．主變保護(hù)

電力變壓器是電力系統(tǒng)中十分重要的供電設(shè)備,它的故障將對(duì)供電可靠性和系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來嚴(yán)重的影響,同時(shí)大容量的電力變壓器也是非常貴重的設(shè)備。因此,必須根據(jù)變壓器的容量和重要程度考慮裝設(shè)性能良好、工作可靠的繼電保護(hù)裝置。針對(duì)變壓器故障類型和不正常運(yùn)行狀態(tài),對(duì)主變可采用以下保護(hù): ①瓦斯保護(hù); ②諧波制動(dòng)縱差保護(hù); ③變壓器220 kV側(cè)過流保護(hù); ④變壓器35 kV 側(cè)過流保護(hù); ⑤220 kV 零序過流保護(hù); ⑥110 kV 2 段方向零序過流保護(hù); ⑦35 kV 側(cè)零序過流保護(hù); ⑧220 kV 和35 kV 側(cè)過負(fù)荷保護(hù)。

3．110 kV 線路保護(hù)

采用微機(jī)控制,包括電流速斷、過電流兩階段;零序電流速斷和零序過流2 段保護(hù)。

4．35 kV 線路保護(hù)

采用電流速斷、過電流和零序過電流保護(hù)。

5．母線保護(hù)

110 kV 母線為單母線分段接線方式,每段母線配置1 套三相式母線差動(dòng)保護(hù),母差保護(hù)動(dòng)作瞬時(shí)切除主變110 kV 進(jìn)線斷路器、分段斷路器及母線上聯(lián)絡(luò)線斷路器,母差動(dòng)作時(shí)閉鎖分段自切。

35 kV 母線為單母線分段接線方式,每段母線配置1 套三相式母線差動(dòng)保護(hù),母差保護(hù)動(dòng)作瞬時(shí)切除主變35 kV 進(jìn)線斷路器、分段斷路器,母差動(dòng)作時(shí)閉鎖分段自切并切除35 kV 母線上

聯(lián)絡(luò)線斷路器。

6．自動(dòng)裝置

35 kV 和110 kV 母線分別裝設(shè)備用電源自動(dòng)切換裝置。每回35 kV 線路均裝設(shè)按周減載裝置。

六、變電站綜合自動(dòng)化

所謂變電站綜合自動(dòng)化,就是廣泛采用微機(jī)保護(hù)和微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù),分別采集變電站的模擬量、脈沖量、開關(guān)狀態(tài)量及一些非電量信號(hào),經(jīng)過功能的重新組合,按照預(yù)定的程序和要求實(shí)現(xiàn)變電站監(jiān)視、測(cè)量、協(xié)調(diào)和控制自動(dòng)化的集合體和全過程,從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和資源共享,提高變電站自動(dòng)化的整體效益。

1．基本功能

系統(tǒng)采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù),將變電站中所需要的控制、保護(hù)、測(cè)量、中央信號(hào)、各類自動(dòng)化裝置、管理監(jiān)測(cè)、報(bào)表打印、事故記錄、故障濾波、通訊調(diào)度等功能集中于一個(gè)微機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,可實(shí)現(xiàn)變電站的無人值守。該系統(tǒng)以其技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全可靠、功能齊全、具備無人值班的技術(shù)條件等方面的優(yōu)勢(shì),在電力系統(tǒng)內(nèi)得到了較為廣泛的應(yīng)用。其基本功能和技術(shù)如下:

(1) 保護(hù)功能。對(duì)所內(nèi)的所有電氣設(shè)備進(jìn)行保護(hù),并對(duì)被保護(hù)設(shè)備進(jìn)行故障顯示和記錄,存儲(chǔ)多套定值并能進(jìn)行修改和顯示等。

(2) 測(cè)量及數(shù)據(jù)采集功能。包括狀態(tài)數(shù)據(jù)、模擬數(shù)據(jù)和脈沖數(shù)據(jù)。

(3) 自動(dòng)裝置功能。包括電壓和無功的就地控制、同期檢測(cè)和同期合閘及故障濾波測(cè)距等。

(4) 控制和操作閉鎖?？赏ㄟ^CRT 屏幕對(duì)斷路器、隔離開關(guān)、變壓器分接頭和電容器組投切等進(jìn)行遠(yuǎn)方操作。

(5) 對(duì)所及監(jiān)控、監(jiān)視與工程師工作功能實(shí)現(xiàn)人機(jī)聯(lián)系。

(6) 系統(tǒng)的自診斷功能。系統(tǒng)內(nèi)各插件應(yīng)具有自診斷功能,并把數(shù)據(jù)送往后臺(tái)機(jī)和遠(yuǎn)方調(diào)度中心。此外,還有遠(yuǎn)方控制中心的通信與防火、保安功能及措施。

2．主要特點(diǎn)

變電所綜合自動(dòng)化是利用計(jì)算機(jī)的技術(shù)綜合、統(tǒng)一進(jìn)行處理,促進(jìn)各環(huán)節(jié)的功能協(xié)調(diào),其主要特點(diǎn)是:

(1) 微機(jī)系統(tǒng)和保護(hù)信息串行通信采用交流采樣,大大提高了信息總量,能夠根據(jù)事件優(yōu)先級(jí)迅速遠(yuǎn)傳變電信息。

(2) 系統(tǒng)采用微機(jī)采樣,微機(jī)變送器輸入由CT、PT 提供,直接輸入計(jì)算機(jī)編碼與數(shù)據(jù)采集微機(jī)通信,可傳送多種計(jì)算量,速度較快、精度較高,是目前數(shù)據(jù)采集的最佳選擇。

(3) 微機(jī)保護(hù)與監(jiān)控部分通信可在調(diào)度端查看和修改保護(hù)整定值。微機(jī)保護(hù)與監(jiān)控部分串行通信不僅可傳送保護(hù)信息,而且還可以傳送保護(hù)整定值和測(cè)量值,并可由調(diào)度端遠(yuǎn)方修改和下發(fā)保護(hù)定值。

(4) 變電所綜合自動(dòng)化具有對(duì)裝置本身實(shí)時(shí)自檢功能,方便維護(hù)與維修,可對(duì)其各部分采用查詢標(biāo)準(zhǔn)輸入檢測(cè)等方法實(shí)時(shí)檢查,能快速發(fā)現(xiàn)裝置內(nèi)部的故障及缺陷,并給出提示,指出故障位置,解決了各環(huán)節(jié)在技術(shù)上保持相對(duì)獨(dú)立而造成的各行其是,重復(fù)投資甚至影響運(yùn)行可靠性的弊端。

(5) 抗干擾能力強(qiáng),可擴(kuò)展性好。

(6) 實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化后的無人值班變電所占地面積小,取

消模擬屏、控制臺(tái)和單獨(dú)的小電流接地系統(tǒng)與無功電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置等,既減少了征地,也減小了主控室面積,大大減少了投

資。

3．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3．1系統(tǒng)配置

為了提高變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性和性能價(jià)格比,在設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)采用分布式的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)配置模式。分層分布式一體化全微機(jī)結(jié)構(gòu),包括變壓器保護(hù)、線路保護(hù)、母線保護(hù)、電容器保護(hù)、電動(dòng)機(jī)保護(hù)、備用電源自投、無功電壓綜合控制、故障濾波器、微機(jī)防誤閉鎖裝置和小電流接地選線裝置等監(jiān)控保護(hù)和安全自動(dòng)單元。

該系統(tǒng)可以將變電所內(nèi)各回路的數(shù)據(jù)采集單元、控制單元和保護(hù)單元分別集中安裝在變電所的控制室內(nèi)的數(shù)據(jù)采集柜、控制柜和保護(hù)柜中,相互間通過現(xiàn)場(chǎng)總線與控制主機(jī)相連。這種分布集中組屏的結(jié)構(gòu),便于擴(kuò)充和維護(hù),而且其中一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障時(shí),不會(huì)影響其它部分的正常運(yùn)行。

由于采用了分散安裝技術(shù),大大節(jié)省了控制室面積以及大量電纜和安裝費(fèi)用,降低系統(tǒng)造價(jià),提高系統(tǒng)可靠性,使分布式變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)明顯地體現(xiàn)出來: ①不同電氣設(shè)備均單獨(dú)安裝對(duì)應(yīng)的前置機(jī),其任一裝置出現(xiàn)故障,均不影響系統(tǒng)其它部分正常運(yùn)行; ②系統(tǒng)內(nèi)裝置間信息的傳送均為數(shù)字信號(hào),所以系統(tǒng)抗干擾能力增強(qiáng); ③分布式系統(tǒng)為多CPU 工作方式,各裝置均有一定的數(shù)據(jù)處理能力,從而大大減輕了主位計(jì)算機(jī)的負(fù)擔(dān); ④系統(tǒng)擴(kuò)充靈活、方便。

3．2通信系統(tǒng)

通信系統(tǒng)是將整個(gè)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)乃至該變電站相應(yīng)的配電線路上自動(dòng)化系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)傳輸給變電集控中心和配電自動(dòng)化集控中心,站內(nèi)通信采用光纖以太網(wǎng),保證在站內(nèi)毋需中斷其他設(shè)備。站外通訊采用光纜與中心站相連接(雙通道) ,由中心站進(jìn)行遙控和監(jiān)視。

3．3軟件配置

主機(jī)軟件包括對(duì)系統(tǒng)的管理、圖形顯示、技術(shù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)庫管理、打印報(bào)表、通訊及自診斷軟件、智能專家系統(tǒng)的故障分析和操作票自動(dòng)生成等。

就地站軟件包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)字式故障濾波、事件順序記錄、控制輸出、通訊及自診斷等軟件。離線軟件有就地站調(diào)試軟件、交互式作圖軟件、數(shù)據(jù)庫生成,維護(hù)及報(bào)警語音生成等多種軟件。

結(jié)語

實(shí)踐證明,220 kV 城市終端站是解決當(dāng)前城市供電矛盾的一個(gè)有效途徑,隨著變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的提高和硬件、軟件環(huán)境的改善,它也將是今后城市電力系統(tǒng)發(fā)展的方向。