220kV變電所的初步設(shè)計(jì)與分析

(陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710300)

1 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

本次設(shè)計(jì)的220kV變電站是一座地區(qū)性的重要樞紐變電所，它擔(dān)負(fù)著220kV和110kV兩個(gè)電壓等級之間的功率交換[1]。根據(jù)本變電所在電力系統(tǒng)中的地位，全所停電后將影響整個(gè)地區(qū)以及下一級變電所供電，可靠供電將成為首要問題。鑒于此，本變電所擬采用兩臺(tái)互為備0SFPSZ7-150000/220有載調(diào)壓自耦變壓器，容量比為100/100/50，并且在容量上做到當(dāng)一臺(tái)主變故障后，另一臺(tái)主變還可以帶上70%的總負(fù)荷。220kV側(cè)共有6回出線，近期3回，遠(yuǎn)期3回；110kV側(cè)也有6回出線，近期5回，遠(yuǎn)期1回。

為了提高供電可靠性和運(yùn)行的需要，220kV和110kV主接線采用雙母線帶旁母接線，并設(shè)置專用旁路斷路器，正常運(yùn)行時(shí)旁母帶電；10kV采用單母分段形式，使用一臺(tái)斷路器分?jǐn)?，并裝設(shè)兩臺(tái)所用變壓器，當(dāng)一臺(tái)所用變壓器發(fā)生故障時(shí)，另一臺(tái)所用變壓器帶全部所用負(fù)荷。兩臺(tái)所用變壓器分別接于不同的分段母線上，正常時(shí)兩臺(tái)所用變壓器分列運(yùn)行，當(dāng)一臺(tái)所用變出現(xiàn)故障，分段斷路器由備用自動(dòng)投入裝置合閘，實(shí)現(xiàn)備用。10kV側(cè)并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置用于平衡主變損耗，以改善母線電壓。

2 主變設(shè)計(jì)及參數(shù)

主變壓器的容量，臺(tái)數(shù)直接影響電氣主接線的形式和配電裝置的結(jié)構(gòu)。同時(shí)兼顧負(fù)荷的增長速度的要求，并根據(jù)電力系統(tǒng)5～10年發(fā)展規(guī)劃，綜合分析，合理選擇。否則將造成經(jīng)濟(jì)技術(shù)上的損失[2]。電力變壓器可以制成單相、三相、雙繞組、三繞組、自耦、分裂變壓器等。在選擇變壓器時(shí)，根據(jù)原始資料和所設(shè)計(jì)的變電所的自身特點(diǎn)，在滿足變壓器的可靠性的要求下，要充分考慮到經(jīng)濟(jì)性[3]。雖然自耦變存在過負(fù)荷保護(hù)困難等問題,但由于經(jīng)濟(jì)效益好，而且自耦變壓器也220kV電壓等級變電所的發(fā)展方向。本變電所主變壓器采用自耦變壓器。

為了提高供電可靠性，防止因一臺(tái)主變壓器故障或檢修時(shí)影響到整個(gè)變電所的供電，變電所中裝設(shè)兩臺(tái)主變壓器，互為備用，可以避免因主變檢修或故障而造成對用戶的停電?？紤]到兩臺(tái)主變同時(shí)發(fā)生故障時(shí)的幾率較小，適合遠(yuǎn)期負(fù)荷的增長和擴(kuò)建的需要。本變電所選擇兩臺(tái)主變壓器。由于220kV的功率交換是在母線上進(jìn)行，故主變?nèi)萘靠紤]110kV側(cè)負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算如下：110kV總負(fù)荷：(30+30+25+25)/0.85×0.6+(60+60)/0.85×0.9 =204.7(MVA)一臺(tái)主變在另一臺(tái)主變故障下帶負(fù)荷：204.7×70%=143.3(MVA)因此，主變?nèi)萘看_定為150MVA。凡是自耦變壓器，其中性點(diǎn)必須直接接地或經(jīng)小阻抗接地。本次設(shè)計(jì)的變電所兩臺(tái)主變壓器采用直接接地方式。

圖1 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

3 電氣主接線設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)的變電所是一個(gè)位于市郊區(qū)的220kV降壓變電所，功率潮流是220kV側(cè)接受功率，通過主變向110kV線路輸送，是一個(gè)重要的樞紐變電所。220kV～110kV變電所的可能接線是單母線、單母線分段接線、雙母線、雙母線帶旁路母線接線、一臺(tái)半斷路器接線[4]。按照本變電所的電壓等級和出線回路數(shù)情況，220kV，110kV都采用雙母接線，并且設(shè)置專用的旁路斷路器。220kV，110kV專用旁路斷路器，其經(jīng)濟(jì)性相對來說降低了，但是保證了各段出線短路器故障和檢修時(shí)不致影響供電，而且不會(huì)破壞雙母線運(yùn)行的特性，繼電保護(hù)也比較容易配合，相對來說可靠性提高了。10kV采用單母分段接線方式。保證了所用電的可靠性，可以從不同段兩側(cè)取得電源，同時(shí)一段母線發(fā)生故障，分段斷路器動(dòng)作將故障切除，保證正常段母線不間斷供電。220kV、110kV母線采用軟導(dǎo)線、10kV采用硬鋁母線。

圖2 電氣主接線圖

4 所用變壓器的選擇

變電所的所用負(fù)荷，一般比較小。主要是主變壓器的冷卻裝置(包括風(fēng)扇、油泵、水泵)，直流系統(tǒng)中的充放電裝置和硅整流設(shè)備、空氣壓縮機(jī)、油處理設(shè)備、檢修工具及采暖、通風(fēng)、照明、供水等[5]。并且這些負(fù)荷容量都不大，因此所用低壓只需采用0.4kV一級，采取動(dòng)力與照明混和供電方式。

根據(jù)本變電所的情況，10kV側(cè)采取單母分段接線方式，并且10kV母線上裝有無功補(bǔ)償裝置。因此，本所擬采用兩臺(tái)互為全備用的S9-315/10型銅線雙繞組無勵(lì)磁調(diào)壓變壓器作為所用變壓器。相關(guān)計(jì)算如下所示：

10kV Ι段

動(dòng)力負(fù)荷：∑P1=34.29+15+42.6=91.89kW;

電熱及照明負(fù)荷：∑P2=43.8+27.13=70.93kW;

I段總負(fù)荷容量：S=K1∑P1+∑P2=0.85×91.89+70.93=149kVA;

10kVⅡ段;

動(dòng)力負(fù)荷：∑P1=15+46.9=61.9kV;

電熱及照明負(fù)荷：∑P2=43.92+27.57=81.49kW;

Ⅱ段總負(fù)荷容量：S=K1∑P1+∑P2=0.85×61.9+81.49=124.1kVA。

為了保證在一臺(tái)所用變故障時(shí)的供電可靠性，本變電所采取的兩臺(tái)所用變互為全備用方法。所用變?nèi)萘浚篠N≥149+124.1=273.1kVA。

5 主要設(shè)備及配電裝置

由于本變電所屬于一次變電所，應(yīng)采用動(dòng)作可靠，能快速的自動(dòng)重合閘，以及能夠切斷空載變壓器，空載長線，發(fā)展性故障。SF6斷路器滅弧能力好，維護(hù)工作量小，故本變電所220kV、110kV側(cè)采用SF6斷路器。10kV母線接有并聯(lián)電容器，操作比較頻繁，操作過電壓影響較大，故本變電所10kV側(cè)采用真空斷路器。220kV、110kV側(cè)采用屋外式隔離開關(guān)，10kV側(cè)由于是屋內(nèi)配電裝置，采用屋內(nèi)式隔離開關(guān)。

在本所首先考慮可靠性，靈活性及經(jīng)濟(jì)性情況下，故本次設(shè)計(jì)的變電所220kV 和110kV電壓等級均采用普通中型。220kV和110kV均采用斷路器單列布置，將隔離開關(guān)放置在母線下，使其與另一組隔離開關(guān)電氣距離增大，縮短配電裝置的縱向距離。本變電所主變中性點(diǎn)及出線均裝設(shè)避雷器，中性點(diǎn)經(jīng)隔離開關(guān)直接接地，并裝設(shè)有兩段式零序保護(hù)及放電間隙保護(hù)。220kV配電裝置朝西，110kV配電裝置朝東，均與進(jìn)線方位相對應(yīng)，主變要裝于二者之間，其間有行東大道，環(huán)形小道，電纜溝蓋板作為巡視通道。220kV配電裝置有11個(gè)間隔，110kV配電裝置也有11個(gè)間隔。

[1] 吳烈.110kV城區(qū)變電所涉及技術(shù)探討[J].電力建設(shè)，2000(3):35-37.

[2] 史華偉,高毅.330kV進(jìn)線牽引變電所設(shè)計(jì)及保護(hù)配置[J].電氣技術(shù)，2009(11):70-72.

[3] 隋偉.變電所設(shè)計(jì)中常見問題分析[J].黑龍江科技信息，2012(11):72.

[4] 張宏陽.淺談220kV變電所設(shè)計(jì)思路及實(shí)踐[J].科技資訊，2009(18):128.

[5] 黃秋萍.550kV變電站隔離開關(guān)接地刀閘選型計(jì)算 [J].電氣開關(guān)，2014(1):70,102.