有關(guān)110kV 變電站電氣設(shè)計(jì)方法與配置分析

【摘 要】隨著電氣時(shí)代發(fā)展的不斷深入，人們對用電安全和質(zhì)量都有了更新的要求，變電站科學(xué)合理的電氣設(shè)計(jì)方法的運(yùn)用能夠更好提高用電的高效性，有利于節(jié)能減耗和用電安全性，促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。110kV 變電站電氣設(shè)計(jì)中電氣主結(jié)線方式的選擇、短電電流計(jì)算、主要設(shè)備的配置、直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)、配電裝置布置等方面對整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)作都有著重要的影響，本文就這些相關(guān)內(nèi)容作詳細(xì)描述和探究。

【關(guān)鍵詞】110kV ；變電站；電氣設(shè)計(jì)；節(jié)能降耗

近年來，在我國社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的推動下，我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也不斷的在加快和規(guī)模化，變電站的建設(shè)和維護(hù)直接關(guān)系到我國廣大人們?nèi)罕姷那猩砝妫瑢ξ覈鴩窠?jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展也息息相關(guān)。在電網(wǎng)系統(tǒng)中，變電站是連接輸配電系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，對整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作有著不可忽略的影響。電力的供給在我們生活和工作中有著非常重要的作用，合理地選擇110kV 變電站電氣主結(jié)線和開關(guān)站類型，不論在電網(wǎng)的安全供電還是經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面，都有著十分重要的意義。本文結(jié)合筆者多年的電氣工作經(jīng)驗(yàn)和我國變電站發(fā)展現(xiàn)狀，對電網(wǎng)110kV 變電站的電氣設(shè)計(jì)相關(guān)問題進(jìn)行探討，以作理論交流和工作實(shí)踐參考。

1 靜止無功補(bǔ)償器分類與設(shè)計(jì)

在20世紀(jì)70年代出現(xiàn)了靜止無功補(bǔ)償技術(shù)，靜止無功補(bǔ)償器（SVC）是利用晶閘管作為固態(tài)開關(guān)來控制接入系統(tǒng)的電容器和電抗器的容量，提供可以變動的容性和感性的無功，來進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)难b置。目前市場上主要的靜態(tài)補(bǔ)償產(chǎn)品有晶閘管投切電容器（TSC），晶閘管控制電抗器（TCR），固定電容和晶閘管控制電抗器（FC+TCR）及混合型（TCR+TSC）。

1.1 TSC無功補(bǔ)償裝置

TSC無功補(bǔ)償裝置是斷續(xù)可調(diào)的可發(fā)出無功功率的動態(tài)補(bǔ)償裝置。

TSC的關(guān)鍵技術(shù)是如何選擇電容器的投切時(shí)刻，電容器組的最好投切時(shí)間應(yīng)是晶閘管兩端電壓為零的時(shí)刻，既電容器兩端電壓等于電源電壓時(shí)。TSC一般情況采取過零投切，采用過零投切時(shí)電路中的沖擊電流是零，為了使投切效果好，則必須對電容事先充電。對電容事先充電。TSC的優(yōu)點(diǎn)是電容器只有投入和切除兩個(gè)狀態(tài)，所以不易產(chǎn)生諧波，但無功功率的補(bǔ)償量是跳躍的，大小等于單個(gè)電容器組的容量，且響應(yīng)的速度較差。在負(fù)荷產(chǎn)生諧波電流大的場合，TSC的運(yùn)行是不可靠的，由于諧波的注入使得并聯(lián)電容器出現(xiàn)過流、過壓及過熱情況，從而導(dǎo)致電容器擊穿等事件。

1.2 TCR無功補(bǔ)償裝置

TCR無功補(bǔ)償裝置是由一對相反極性的并聯(lián)晶閘管和一個(gè)電抗器串聯(lián)組成。TCR無功補(bǔ)償裝置相當(dāng)于交流調(diào)壓器電路中接電感性負(fù)載。在此電路中的有效移相范圍為90°～180°當(dāng)觸發(fā)角為90°時(shí)，晶閘管全部導(dǎo)通，同時(shí)導(dǎo)通角為180°，此時(shí)的電抗器吸收無功電流達(dá)到最大值。根據(jù)觸發(fā)角與補(bǔ)償器導(dǎo)納之間的關(guān)系得：增加觸發(fā)角可以增加補(bǔ)償器的等效導(dǎo)納。這樣就可以減少補(bǔ)償電流的基波分量。所以可以調(diào)整觸發(fā)角的大小來改變補(bǔ)償器所吸收的無功分量。從而調(diào)整無功功率。TCR的響應(yīng)時(shí)間小于半個(gè)周期，可以連續(xù)吸收無功功率。但其電流中存在諧波，有功功率損耗，補(bǔ)償器的體積較大，成本也較高。并且單獨(dú)的TCR不能發(fā)出無功功率，所以可以將并聯(lián)電容器與TCR配合構(gòu)成無功補(bǔ)償器。

1.3 FC+TCR型補(bǔ)償器

FC+TCR型補(bǔ)償器由不可控電容器與TCR并聯(lián)而成。FC+TCR型補(bǔ)償器的電容器的容量是負(fù)載所需要的無功總量，電感為可變電感。可以通過控制調(diào)節(jié)雙向晶閘管的導(dǎo)通角， 即可向系統(tǒng)輸送容性或感性的無功功率。當(dāng)導(dǎo)通角為零時(shí)，晶閘管全部導(dǎo)通，電感支路變?yōu)橐粋€(gè)純電感，消耗最大無功功率值，補(bǔ)償器向系統(tǒng)輸出了最小的無功功率值。增大導(dǎo)通角。則電感支路中的電流減小，電感吸收的無功功率隨之減小，補(bǔ)償器輸出的無功功率增加。當(dāng)導(dǎo)通角為90°時(shí)，電感支路則相當(dāng)于斷開，吸收無功，為零時(shí)補(bǔ)償器輸出最大無功功率。FC+TCR型補(bǔ)償器的響應(yīng)時(shí)間小于半個(gè)周期，靈活性比較大，而且可以連續(xù)調(diào)節(jié)無功功率的輸出，但輸出電流中含有較多的高次諧波，而且電抗器的體積較大。成本較高。

2 110kV電網(wǎng)配置的主要設(shè)備及裝置介紹

2.1 主變壓器

從型式上看，變電站主變壓器的選擇一方面為了盡量減小對周邊的噪聲污染，偏重于選擇噪聲水平低的自冷式變壓器；另一方面為了節(jié)約投資盡量選擇以風(fēng)冷式為主的變電器。主變的調(diào)壓開關(guān)近年來全部國產(chǎn)化，主變儲油柜采用金屬波紋式儲油柜，主變高壓側(cè)采用110 kV±8×1.25% 調(diào)壓方式。對于主變35 kV 側(cè)電壓基準(zhǔn)值為多少以及是否調(diào)壓、110 kV 側(cè)電壓基準(zhǔn)值為多少存在較大分歧。結(jié)合全國各地區(qū)的實(shí)際情況尤其是對于增容改造變電站更為實(shí)用。在一臺時(shí)價(jià)300 多萬元左右的三卷變壓器而言，中壓側(cè)的均設(shè)調(diào)壓開關(guān)，有利于電壓質(zhì)量的提高和滿足運(yùn)行調(diào)度的靈活性要求。

2.2 斷路器

一般斷路器選用原則：1）空開額定工作電壓大于等于線路額定電壓；2）空開額定電流大于等于線路負(fù)載電流；3）空開電磁脫扣器整定電流大于等于負(fù)載最大峰值電流（負(fù)載短路時(shí)電流值達(dá)到脫扣器整定值時(shí)，空開瞬時(shí)跳閘。一般D 型代號的空開出廠時(shí)，電磁脫扣器整定電流值為額定電流的8～12 倍。）也就是說短路跳閘而電機(jī)啟動電流是可以避開的。

2.3 設(shè)計(jì)直流系統(tǒng)

全站設(shè)一套直流系統(tǒng)，按雙充雙饋配置，用于站內(nèi)一、二次設(shè)備、通信及自動化系統(tǒng)的供電。直流系統(tǒng)電壓采用220V，選用200Ah 蓄電池組，108 只，分兩組，全所事故停電按2小時(shí)考慮。直流系統(tǒng)采用單母線分段接線，設(shè)分段開關(guān)，每段母線各帶一套充電裝置和一組蓄電池組，充電裝置采用高頻開關(guān)電源，模塊按N+1原則配置，每組充電機(jī)選用4塊20A模塊。蓄電池采用閥控式密封鉛酸電池，放置方式采用專用蓄電池室。每套系統(tǒng)設(shè)一套微機(jī)型絕緣監(jiān)測裝置和蓄電池容量檢測儀，采用混合型供電方式。110kV 部分采用放射型供電，每一間隔按雙回路方式直接從直流饋線屏獲取電源。

2.5 布置配電裝置

變電站工程中一般由于站址場地狹窄，加之110kV 出線規(guī)模較大，故110kV 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，采用戶外中型支持管型母線雙列式布置。一組母線配垂直斷口單柱隔離開關(guān)，另一組母線配雙柱水平單斷口旋轉(zhuǎn)式隔離開關(guān)。此種布置的特點(diǎn)是主變進(jìn)線、母聯(lián)、分段及母設(shè)間隔與出線間隔以母線對稱布置，不單獨(dú)占用間隔，有效壓縮了配電裝置的縱向尺寸。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/ 電動操動機(jī)構(gòu)，由1 臺機(jī)構(gòu)操作，三相聯(lián)動。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。

2.6 設(shè)計(jì)消弧及過電壓保護(hù)裝置

該裝置是能迅速消除中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)弧光接地給電氣設(shè)備帶來危害的新技術(shù)產(chǎn)品，是確保10kV、35kV 系統(tǒng)弧光接地過電壓和諧振過電壓不致造成危害的有效措施。中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)加裝本裝置后，一旦系統(tǒng)發(fā)生單相弧光接地，裝置可在30ms 之內(nèi)動作，不僅使故障點(diǎn)的電弧立即熄滅，同時(shí)也有效地限制了弧光接地過電壓；裝置運(yùn)作后，允許200A 的電容電流連續(xù)通過2h以上，以便用戶可以在完成轉(zhuǎn)移負(fù)荷的倒閘操作之后再處理故障線路；本裝置可將發(fā)生在相與相之間的各種過電壓限制在3.5 倍以下。裝置為金屬鎧裝封閉開關(guān)柜，具有弧光接地過電壓保護(hù)功能、諧振過電壓保護(hù)功能、故障信息上傳功能和裝置本體故障保護(hù)等功能。

3 結(jié)語

總之，在日常電網(wǎng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)結(jié)合110kV 變電站的實(shí)際情況，在電氣設(shè)計(jì)中本著安全、經(jīng)濟(jì)的原則，保持電力系統(tǒng)運(yùn)行的平衡，通過對電力網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無功補(bǔ)償有效解決配電系統(tǒng)中功率因數(shù)的降低。充分利用電網(wǎng)中的電氣設(shè)備，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，提高電能的傳送能力，穩(wěn)定供電的電壓，節(jié)約電能，降低損耗，促進(jìn)電網(wǎng)供電的可靠性、功能性。

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[責(zé)任編輯：曹明明]