淺談110kV變電站電氣設(shè)計(jì)

李仕文

摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國人民物質(zhì)生活水平也得到普遍提升，人們對于電氣設(shè)備越來越追求便捷化、舒適化、實(shí)用化、安全化。而為了滿足人們對于電氣設(shè)備的上述使用需求，則需要通過電氣設(shè)計(jì)來不斷改善、逐漸實(shí)現(xiàn)。本文則根據(jù)變電站實(shí)際情況，對變電站設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行深入分析，并且提出了一系列極具針對性的方法。

關(guān)鍵詞：110kV變電站;電氣設(shè)計(jì);接線設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1變電站概述

變電站，改變電壓的場所。為了把發(fā)電廠發(fā)出來的電能輸送到較遠(yuǎn)的地方，必須把電壓升高，變?yōu)楦邏弘?，到用戶附近再按需要把電壓降低，這種升降電壓的工作靠變電站來完成。變電站的主要設(shè)備是開關(guān)和變壓器。按規(guī)模大小不同，稱為變電所、配電室等。改革開放以來，我國人們的生活水平的不斷提高及生產(chǎn)業(yè)產(chǎn)能的迅速增長，這為我國農(nóng)網(wǎng)及城網(wǎng)規(guī)模建設(shè)、供電能力和供電質(zhì)量提出了更高的要求。隨后，國內(nèi)ll0kV變電站建設(shè)數(shù)量迅速增加。在城網(wǎng)建設(shè)設(shè)計(jì)過程中，110kV變電站是最為核心的技術(shù)內(nèi)容之一，而有關(guān)110kV變電站的合理設(shè)計(jì)是城網(wǎng)改造和建設(shè)中的一個(gè)重要的有待解決的課題。文中分析了ilOkV變電站電氣設(shè)計(jì)中遇到的主要技術(shù)問題，并提出了一些個(gè)人的想法。

2 110kV變電站電氣設(shè)計(jì)

2.1主接線設(shè)計(jì)

110kV變電站中，電氣主接線是變電站設(shè)計(jì)的首要部分，更是電力系統(tǒng)中一個(gè)十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。在對變電站主接線進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該充分考慮變電站運(yùn)行中對于靈活性和可靠性的需求，對可能存在的影響因素進(jìn)行全面細(xì)致分析，確定好多個(gè)技術(shù)方案，通過彼此之間的分析對比，選擇最佳方案來保證主接線設(shè)計(jì)的效果。具體在進(jìn)行變電站主接線設(shè)計(jì)的過程中，必須關(guān)注以下幾個(gè)核心要求：首先，主接線必須具備安全可靠的性能。供電可靠性要求是變電站設(shè)計(jì)的首要要求，在進(jìn)行主接線設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)綜合考慮變電站一次設(shè)備和對應(yīng)的二次設(shè)備在運(yùn)行中的可靠性，同時(shí)盡量選取可靠性高的電氣設(shè)備從而簡化接線，降低電力突然中斷的概率，盡可能減少停電帶來的損失;其次，主接線必須能夠?qū)崿F(xiàn)靈活快速轉(zhuǎn)換，滿足在調(diào)度、檢修及擴(kuò)建時(shí)的靈活性。在110kV變電站中，主接線必須能夠適應(yīng)不同設(shè)備在不同條件下的運(yùn)行需求，遇到突發(fā)問題時(shí)可以靈活地投入和切除變壓器和線路，調(diào)配電源和負(fù)荷，滿足電力系統(tǒng)在事故運(yùn)行方式、檢修運(yùn)行方式以及在特殊運(yùn)行方式下的不同要求。最后，主接線在滿足可靠性、靈活性要求的前提下應(yīng)盡量做到經(jīng)濟(jì)節(jié)能。110kV變電站主接線的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)盡量力求簡單，最大可能減少不必要的電氣一次設(shè)備和元件。另外還需要為配電裝置布置創(chuàng)造條件，盡量減少變電站占地面積，強(qiáng)調(diào)靈巧輕便，減少電能傳輸過程中的損失。主接線可以分為單母線、單母線分段、雙母線、雙母線分段、橋型接線和角型接線等，變電站的接線方式，主要取決于變電站電壓等級及出線回路數(shù)和運(yùn)行方式，需要根據(jù)變電站的具體情況選擇最適合的接線方式。

2.2無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)

早期的無功補(bǔ)償裝置為同步調(diào)相機(jī)和并聯(lián)電容器。同步調(diào)相機(jī)可對系統(tǒng)無功進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，但是運(yùn)行中的噪聲和損耗都比較大，且造價(jià)高、運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜。并聯(lián)電容器雖然簡單經(jīng)濟(jì)、使用靈活，但其阻抗固定，不能實(shí)現(xiàn)對無功功率的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。目前，110kV變電站中采用的無功補(bǔ)償多是靜止無功補(bǔ)償器，其基本原理，是選擇晶閘管作為相應(yīng)的固態(tài)開關(guān)，實(shí)現(xiàn)對于電容器容量和電抗器容量的有效控制，以此來保證無功補(bǔ)償?shù)男Ч?。這里對幾種常用的靜止無功補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)進(jìn)行簡單分析。

2.2.1晶閘管控制電抗器型靜止補(bǔ)償器（TCR）無功補(bǔ)償裝置

TCR無功補(bǔ)償裝置由一對極性相反的并聯(lián)晶閘管和一個(gè)電抗器串聯(lián)而成，當(dāng)電路中有效移相范圍在90-180°，觸發(fā)角為90°時(shí)，晶閘管導(dǎo)通且到導(dǎo)通角為180°，電抗器吸收的無功電流會(huì)達(dá)到最大值。通過增加觸發(fā)角的方式，能夠?qū)ρa(bǔ)償器的等效導(dǎo)納進(jìn)行增加，因此在實(shí)踐中，對于補(bǔ)償器吸收無功分量的改變可以通過觸發(fā)角調(diào)整實(shí)現(xiàn)。TCR無功補(bǔ)償裝置的響應(yīng)時(shí)間不會(huì)超過半個(gè)周期，能夠?qū)崿F(xiàn)對無功功率的連續(xù)吸收，不過因?yàn)殡娏髦C波的存在，會(huì)消耗有功功率，成本也較高。

2.2.2晶閘管投切電容器型靜止補(bǔ)償器（TSC）無功補(bǔ)償裝置

TSC無功補(bǔ)償裝置包含了一對極性相反的并聯(lián)晶閘管以及串聯(lián)的電容器和電抗器，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要對電容器投切的具體時(shí)刻進(jìn)行明確，即晶閘管兩端電壓為零或者電容器兩端電壓與電源電壓相同時(shí)。一般情況下，TSC無功補(bǔ)償裝置采用的都是過零投切，此時(shí)電路中不存在沖擊電流，而從保證投切效果的角度，必須預(yù)先對電容進(jìn)行充電。對比TCR無功補(bǔ)償裝置，TSC無功補(bǔ)償裝置中電容器僅有投入和切除兩個(gè)狀態(tài)，因此不容易產(chǎn)生諧波，不過因?yàn)闊o功功率補(bǔ)償量的跳躍性，存在響應(yīng)速度較差的問題，如果電力負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電流較大，TSC的運(yùn)行會(huì)喪失可靠性，諧波的存在也會(huì)導(dǎo)致并聯(lián)電容器的過壓、過流或者過熱問題，嚴(yán)重的甚至?xí)斐呻娙萜鲹舸?/p>

3主要設(shè)備的選擇

3.1主變壓器的選型

確定主變?nèi)萘?/p>

確定主變?nèi)萘繎?yīng)充分考慮未來5～1O年該區(qū)域的發(fā)展規(guī)劃。應(yīng)結(jié)合電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、負(fù)荷的性質(zhì)及所在城市區(qū)域的規(guī)劃等來確定主變?nèi)萘俊ｊP(guān)鍵區(qū)域及帶有重要負(fù)載的變電所，還應(yīng)加設(shè)一臺(tái)備用變壓器，當(dāng)其中一臺(tái)變壓器因故障停止工作時(shí)，可及時(shí)啟動(dòng)備用變壓器并對故障變壓器進(jìn)行搶修。備用變壓器負(fù)荷應(yīng)達(dá)到I類及Ⅱ類供電標(biāo)準(zhǔn)。

確定變壓器臺(tái)數(shù)

通常變電所裝有2臺(tái)主變壓器，以確保變電系統(tǒng)的可靠性。根據(jù)近幾年的發(fā)展情況及未來的市政規(guī)劃，并結(jié)合上述綜合因素，擬選用型號為SF7—40000/110的變壓器。

相數(shù)選擇

在沒有特別要求，設(shè)備運(yùn)輸不存在約束時(shí)，不高于330kV的變電所變壓器相數(shù)一般選用相。

確定主變繞組數(shù)量。作為直接將高壓變?yōu)榈蛪翰⒔尤素?fù)荷中心供電的變電所，要避免容量重復(fù)，簡化電壓等級，通常變壓器選用雙繞組形式。

繞組聯(lián)結(jié)方式的選擇。不低于ll0kV的變壓器繞組聯(lián)結(jié)方式應(yīng)選用“Y”型連接，不高于35kV時(shí)，應(yīng)采用“Y一△”型連接。

3.2斷路器選擇斷路器的選擇依據(jù)

斷路器選擇斷路器的選擇依據(jù)主要包括：

斷路器的空開額定電壓應(yīng)不低于線路的額定電壓;

斷路器的空開額定電流應(yīng)不低于線路的負(fù)載電流;

電磁脫扣器的空開整定電流應(yīng)不小于負(fù)載電流的峰值。

3.3設(shè)計(jì)直流系統(tǒng)

整個(gè)變電所設(shè)有一套直流系統(tǒng)，根據(jù)雙饋雙充進(jìn)行配置，主要用于為所內(nèi)自動(dòng)控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、一、二次設(shè)備提供電能。直流系統(tǒng)電源采用AC一220V，蓄電池組容量為200Ah，采用閥控式全密封酸鉛電池，共108只，將其分為兩組，以停電按時(shí)間為2h考慮。該直流系統(tǒng)以單母線形式進(jìn)行分段聯(lián)接，每段均設(shè)有分段開關(guān)，每個(gè)組蓄電池組均設(shè)有獨(dú)立的充電裝置，模塊配置根據(jù)N+1原則，充電裝置均配有高頻開關(guān)電源，充電機(jī)采用4塊模塊（20Ao將其旋轉(zhuǎn)于專用的蓄電池室內(nèi)。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。lOkV部分則按10kV母線分段隋況設(shè)置。每一段母線均按雙回路配置。

4結(jié)束語

電力輸送切實(shí)關(guān)系到人們的生產(chǎn)生活和整個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀態(tài)，因此，變電站的設(shè)計(jì)是否合理是至關(guān)重要的。規(guī)模不同的變電站其采用的變電設(shè)備和方式也是有差異的，因此，在設(shè)備設(shè)計(jì)選擇時(shí)要根據(jù)不同情況酌情處理。在變電設(shè)備選擇時(shí)，總體要遵循電流輸送的穩(wěn)定性，經(jīng)濟(jì)性和安全性等原則，最大限度的減少電力故障問題的發(fā)生。

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