1０kV變電所設(shè)計與研究

葆宗霖

摘要：針對10 kV變電所的設(shè)計進(jìn)行了相關(guān)研究，分別從變壓器選擇、主連線設(shè)計以及短路計算三個方面展開了研究。選擇電氣設(shè)備時依據(jù)額定電流進(jìn)行選擇，計算短路電流進(jìn)行驗證?？紤]到電氣總線設(shè)計的靈活性、可靠性以及經(jīng)濟(jì)性的要求，在變電站主電線高壓側(cè)采用單總線連接，主低壓側(cè)采用單主總線部分電氣主接線形式，短路電流采用標(biāo)幺值計算基準(zhǔn)數(shù)值。研究重點是使用新技術(shù)和新設(shè)備進(jìn)行變電所電氣設(shè)計，具有很強(qiáng)的實用性。

關(guān)鍵詞：變電所;變壓器;單母線接線;短路計算

中圖分類號：TM63

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.11.060

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，各種高新精確技術(shù)的應(yīng)用，都與電氣密不可分。尤其是變電站，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。電力是一個廣泛的類別，隨著負(fù)荷電力需求將發(fā)生變化，10 kV變電站廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)等多個領(lǐng)域，因而對10 kV變電站進(jìn)行設(shè)計具有重要意義。

1 變電所變壓器選擇

如果變壓器容量過大，不僅會增加損耗，還會使變壓器長時間處于輕載狀態(tài)，出現(xiàn)“大型馬車”現(xiàn)象，增加空載損失，降低功率因數(shù)，從而增加網(wǎng)絡(luò)損耗。如果容量選擇較小，變壓器會出現(xiàn)長時間過載的現(xiàn)象，設(shè)備損壞。因此變壓器最佳負(fù)載率在40% - 70%間，負(fù)載過高，損耗則會明顯增加。如果負(fù)載有略微增加，就要增加容量?？偠灾?，變壓器容量應(yīng)該依據(jù)現(xiàn)有的負(fù)載進(jìn)行選擇，同時要根據(jù)實地未來5 - 1O年間的發(fā)展計劃來確定。

變壓器數(shù)量的選擇應(yīng)主要依據(jù)負(fù)載特性和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行情況來定，這取決于負(fù)載的大小、電源可靠性和電能質(zhì)量的要求。考慮到節(jié)能、降低運(yùn)營成本和維護(hù)設(shè)備等其他因素，需要綜合考慮各種因素來確定變壓器數(shù)量，并落實好嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕?jīng)濟(jì)技術(shù)比較。針對具有一次、二次負(fù)載的變電站而言，當(dāng)主負(fù)載較大時，應(yīng)選擇兩個或多個變壓器，而少量的初級、次級負(fù)載和來自相鄰變電站的低壓備用電源等，可選擇只采用一臺變壓器。

為了確保電源的安全性，迫切需要一種能夠在沒有燃燒危險的情況下進(jìn)入負(fù)載中心的變壓器。依據(jù)國家對標(biāo)準(zhǔn)“干式變壓器”的定義，干式變壓器應(yīng)用廣泛。干式變壓器是指變壓器的鐵芯和繞組不浸入液體，桿使用鋼帶或自干絕緣帶進(jìn)行捆扎，芯用粘合劑粘合，以防止芯因冷凝引起腐蝕。在芯的表面涂有耐熱防銹清漆或樹脂，銅箔或鋁箔作為于式變壓器的繞線材料，低壓線圈、銅箔（或鋁箔）與預(yù)浸料環(huán)氧樹脂的絕緣材料緊密纏繞，用鍛造的玻璃纖維增強(qiáng)樹脂包裹。高低壓線圈組成一個整體后，熱循環(huán)試驗表明該線圈具有防潮、阻燃、抗裂和自熄等功能。

2 主連線設(shè)計

變電站電氣線路的基本連接是電源（變壓器）、總線和輸出線路（饋線）。每一所變電站的插座電路數(shù)量和電源數(shù)量不盡相同，每條饋線的傳輸功率也不同。當(dāng)輸入和輸出線路的數(shù)量很大（一般超過4次）時，為了便于收集和分配電能，母線作為中間連桿的布線時，安裝和擴(kuò)展操作方便。然而，在使用母線之后，配電單元應(yīng)使用諸如斷路器的設(shè)備，因此本文采用單母線布線為主要方法。

單母線接線如圖1所示。

如圖1所示，單母線布線的特征體現(xiàn)在整個配電單元只有一組母線，且電力電纜和引線通過開關(guān)裝置與同一組母線相連。電源作為變壓器或高壓輸入電路，母線確保電源的并聯(lián)，任何一條輸出電路都可以從電源1或2獲得電能。

在進(jìn)行操作時，對于同一回路中串接的斷路器和隔離開關(guān)，必須嚴(yán)格遵守下列操作順序：如果給饋線供電，則必須在插入斷路器QF2之前關(guān)閉隔離開關(guān)QS2和QS3;要停止為其供電，應(yīng)該在斷開QS3和QS2之前斷開QF2。檢查電路和設(shè)備時，接地開關(guān)（也稱接地刀）QS4閉合，這時更換安全接地線。對于35 kV及以上母線，每根母線應(yīng)安裝1-2套接地開關(guān)或接地裝置，以確保電氣和母線維護(hù)的安全。

3 短路計算

電力系統(tǒng)狀態(tài)有正常運(yùn)行狀態(tài)、異常運(yùn)行狀態(tài)和短路故障三種。在電氣設(shè)計操作中，系統(tǒng)不會一直處于正常運(yùn)行狀態(tài)下，會偶爾出現(xiàn)異常運(yùn)行情況，最嚴(yán)重的故障是電路乃至整個系統(tǒng)的短路。當(dāng)電力系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)時，中性線和中性點接地系統(tǒng)的相線則通過負(fù)載或阻抗來連接。

對于6 - 10 kV等大容量設(shè)備，短路電流可達(dá)到數(shù)萬甚至數(shù)十萬安培。當(dāng)短路電流流通導(dǎo)體時，還會使導(dǎo)體變形甚至發(fā)生損壞。因此，選擇的各種電氣設(shè)備應(yīng)具有足夠強(qiáng)度的電氣和機(jī)械穩(wěn)定性。短路帶來的影響非常嚴(yán)重，其引起的損壞程度與短路故障的位置、類型、作用的時間有關(guān)。在此分析了變電站的設(shè)計，確定出短路點后進(jìn)行分析計算，電力系統(tǒng)短路計算電路如圖2所示。

在計算短路之前，給定電力系統(tǒng)的饋線出口短路的2QF計算為2N12-101型。計算方法使用相對簡單且常用的標(biāo)幺值計算。

等效電路圖基于計算出的電路圖和環(huán)路中主要元件的電抗標(biāo)準(zhǔn)值，如圖3所示。

4 結(jié)論

本文根據(jù)原始數(shù)據(jù)和實際工程應(yīng)用對變壓器設(shè)計的主要布線進(jìn)行了分析和選擇。在高壓側(cè)使用單母線布線，在低壓側(cè)使用單母線分段布線。在主變壓器的選擇中，首先確定變壓器的容量、數(shù)量，再由變電站的負(fù)載情況判定所使用的系數(shù)法，其中變壓器容量和相關(guān)功率因數(shù)的計算可以同時進(jìn)行。本文的研究成果在實際工程中具有一定的參考價值。

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