探究 110kV 變電站電氣一次設(shè)計(jì)

1、探究 110kV 變電站電氣一次設(shè)計(jì) 探究 110kV 變電站電氣一次設(shè)計(jì) 【摘 要】變電站在輸配電的系統(tǒng)中是重要環(huán)節(jié)，它是電網(wǎng)中非常重要的監(jiān)控點(diǎn)，變電站對(duì)提高電網(wǎng)供電可靠性起著關(guān)鍵性作用。對(duì)110kV的變電站的一次局部進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，可以有效地保證電網(wǎng)的相關(guān)供電環(huán)節(jié)正常運(yùn)行，對(duì)電網(wǎng)建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性也有著非常重要的意義。本文結(jié)合工作實(shí)例110kV變電站電氣一次設(shè)計(jì)進(jìn)行了相關(guān)探究。 【關(guān)鍵詞】110kV變電站；一次設(shè)計(jì) 中圖分類號(hào)： TM4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 1.變電站的地位和作用 變電站是電力系統(tǒng)中變換電壓、接受和分配電能、控制電力的流向和調(diào)整電壓的電力設(shè)施，直接影響整個(gè)電力系統(tǒng)的平安與經(jīng)濟(jì)運(yùn)

2、行。 變電站的主要作用就是在上下壓之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，有些變電站是將發(fā)電廠發(fā)出的電壓進(jìn)行升壓，這樣有利于電能遠(yuǎn)距離傳輸?shù)耐瑫r(shí)還能夠降低輸電時(shí)在線路上的損耗；其他一些變電站是將高壓轉(zhuǎn)換成低壓再傳輸給用戶端。 變電站中最重要的設(shè)施是變壓器，它能夠?qū)⒆冸娬窘邮艿母唠妷哼M(jìn)行變換，轉(zhuǎn)換成用戶使用的平安電壓。除了變壓器之外，變電站中的設(shè)備還有控制開閉電路的開關(guān)設(shè)備、互感器、母線、儀表、調(diào)度通信裝置、防雷保護(hù)裝置和繼電保護(hù)裝置等。 110kV 變電站是直接面向用戶的，因此其數(shù)量較多，分布也較廣。因此在對(duì)變電站進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮其經(jīng)濟(jì)性、靈活性以及可靠性，這樣才能夠在某個(gè)區(qū)域內(nèi)減少變電站所在單位的投資，且能夠靈活地應(yīng)

3、對(duì)各種停電需求和電網(wǎng)故障，還能夠提高該區(qū)域內(nèi)供電的可靠性。變電站能夠滿足各區(qū)域的需求，就能夠提高 110kV變電站分布點(diǎn)的合理性以滿足社會(huì)開展的需求。 2.電氣主接線設(shè)計(jì) 2.1主接線的設(shè)計(jì)原那么 主接線的根本要求：應(yīng)滿足可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性。 2.1.1可靠性 平安可靠是電力生產(chǎn)的首要任務(wù)，保證供電可靠是電力生產(chǎn)和分配的首要要求，主接線首先應(yīng)滿足這個(gè)要求?？煽啃缘木唧w要求： (1)斷路器檢修時(shí)，不影響對(duì)系統(tǒng)和負(fù)荷的供電。 (2)線路、斷路器或母線故障以及母線等設(shè)備檢修時(shí)應(yīng)盡量減少停運(yùn)線路回?cái)?shù)及停電時(shí)間，并要保證一級(jí)負(fù)荷及大局部二級(jí)負(fù)荷的供電。 (3)盡量防止全站停運(yùn)、停電的可能性。 2.1

4、.2靈活性 主接線應(yīng)滿足在調(diào)度、檢修及擴(kuò)建時(shí)的靈活性。 (1)調(diào)度時(shí)，應(yīng)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，滿足系統(tǒng)在事故運(yùn)行方式、檢修運(yùn)行方式以及特殊運(yùn)行方式下的系統(tǒng)調(diào)度要求。 (2)檢修時(shí)，可以方便地停運(yùn)斷路器、母線及其繼電保護(hù)設(shè)備，進(jìn)行平安檢修，而不致影響電網(wǎng)的運(yùn)行和對(duì)用戶的供電。 (3)擴(kuò)建時(shí)，可以容易地從初期接線過渡到最終接線。在不影響連續(xù)供電或停電時(shí)間最短的情況下，投入變壓器或線路而不互相干擾，并且對(duì)一次和二次局部的改建工作量最少。 2.1.3經(jīng)濟(jì)性 主接線在滿足可靠性、靈活性要求的前提下，做到經(jīng)濟(jì)合理。 (1)投資省a主接線應(yīng)力求簡(jiǎn)單清晰，以節(jié)省斷路器、隔離開關(guān)、電

5、壓和電流互感器、避雷器等一次設(shè)備。b要能使繼電保護(hù)和二次回路不過于復(fù)雜，以節(jié)省二次設(shè)備和控制電纜。c要能有效限制短路電流，以便于選擇價(jià)廉的電氣設(shè)備或輕型電器。d如能滿足系統(tǒng)平安運(yùn)行及繼電保護(hù)要求，110kV及以下終端或分支變電站可采用簡(jiǎn)易電器。 (2)占地面積小主接線設(shè)計(jì)要為配電裝置布置創(chuàng)造節(jié)約土地的條件，盡量使占地面積減少。 (3)電能損失少經(jīng)濟(jì)合理地選擇主變壓器的種類、容量、數(shù)量，要防止因兩次變壓而增加電能損失。 2.2主接線的設(shè)計(jì)依據(jù) 在選擇變電站電氣主接線時(shí)應(yīng)以以下各點(diǎn)作為設(shè)計(jì)依據(jù)： (1)變電站在電力系統(tǒng)中的地位和作用。 (2)變電站的分期和最終建設(shè)規(guī)模。 (3)負(fù)荷大小和重要性 對(duì)

6、于一級(jí)負(fù)荷必須有兩個(gè)獨(dú)立電源供電，且當(dāng)任何一個(gè)電源失去后，能保證對(duì)全部一級(jí)負(fù)荷不間斷供電。 對(duì)于二級(jí)負(fù)荷一般要有兩個(gè)獨(dú)立電源供電，且當(dāng)任何一個(gè)電源失去后，能保證對(duì)大局部二級(jí)負(fù)荷的供電。 對(duì)于三級(jí)負(fù)荷一般只需一個(gè)電源供電。 (4)系統(tǒng)備用容量大小。裝有2臺(tái)及以上主變壓器的變電站，其中一臺(tái)事故斷開，其余主變壓器的容量應(yīng)保證該站70%的全部負(fù)荷，在計(jì)及過負(fù)荷能力后的允許時(shí)間內(nèi)， 應(yīng)保證用戶的一級(jí)和二級(jí)負(fù)荷。 (5)系統(tǒng)專業(yè)對(duì)電氣主接線提出的其它具體要求。 2.3 110kV主接線的選擇 以某變電站地處較偏僻的工業(yè)區(qū)，其工業(yè)區(qū)內(nèi)還將規(guī)劃建設(shè)一座110kV變電站為例，且附近沒有220kV變電站電源，規(guī)劃

7、站需從本站獲取110kV電源，為此選擇本站主接線方式及總體出線。根據(jù)?變電站設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程?第22條：110220kV配電裝置中，當(dāng)出線數(shù)為2回時(shí)，一般采用橋形接線，當(dāng)出線不超過4回時(shí)，一般采用分段單母線接線。同時(shí)規(guī)程第24條規(guī)定：采用單母分段或雙母線的110220kV配電裝置中除斷路器允許停電檢修外，一般設(shè)置旁路設(shè)施。為明確選用哪種接線方式更為合理、可靠，現(xiàn)對(duì)兩種方案作一比擬： 由于本站110kV電源來自附近Z1、Z2兩座110kV變電站形成環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，對(duì)本站的電源運(yùn)行可靠性有足夠保證。因此經(jīng)過比擬后，決定采用單母分段接線作為110kV側(cè)的主接線，并且規(guī)劃總體四回110kV出線，首期兩回，終期完

8、善，這樣既到達(dá)手拉手效果，也可以滿足該站擴(kuò)建及附近110kV變電站規(guī)劃建設(shè)需求。 3.主變壓器選擇 3.1主變壓器選型主要考慮原那么 (1)確定相數(shù)，一般在330kV以下變電站均采用三相主變。 (2)確定繞組數(shù)，有雙繞組普通式、三繞組式、自耦式以及低壓繞組分裂式等型式，當(dāng)能滿足供電規(guī)劃要求時(shí)，宜選用雙繞組變壓器。 (3)確定繞組接線組別，110kV以上繞組接線采用“YN，35kV采用“Y，10kV采用“D。 (4)確定調(diào)壓方式，主要有無激磁調(diào)壓和有載調(diào)壓，目前一般采用有載調(diào)壓。 (5)選擇適宜的冷卻方式，應(yīng)根據(jù)主變?nèi)萘?、主變本體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和外部運(yùn)行環(huán)境不同確定。 3.2根據(jù)以上原那么，確定了某變

9、電站的主變選型由于某變電站位于工業(yè)區(qū)，深入負(fù)荷中心，遠(yuǎn)期規(guī)劃負(fù)荷為9萬千瓦，無35kV用戶用電需求，主要為金屬加工負(fù)荷，負(fù)荷變化較大，因此選定：本期主變2臺(tái)，終期3臺(tái)，容量5萬千伏安，三相雙繞組，有載調(diào)壓， 自然冷卻方式。 4.110kV斷路器選擇 高壓斷路器是變電站主系統(tǒng)的重要設(shè)備之一，斷路器的選擇十分重要，選擇時(shí)應(yīng)滿足以下根本要求： 4.1在合閘運(yùn)行時(shí)應(yīng)為良導(dǎo)體，不但能長期通過負(fù)荷電流，即使通過短路電流，也應(yīng)該具有足夠的熱穩(wěn)定性和動(dòng)穩(wěn)定性。 4.2在跳閘狀態(tài)下應(yīng)具有良好的絕緣性。 4.3應(yīng)有足夠的斷路能力和盡可能短的分?jǐn)鄷r(shí)間。 4.4應(yīng)有盡可能長的機(jī)械壽命和電氣壽命，并要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小

10、、重量輕、安裝維護(hù)方便、少檢修或免檢修。根據(jù)以上案例110kV變電站實(shí)際情況，選擇110kV側(cè)斷路器并核算如下： (1)該變電站主接線為110 kV單母分段接線，可選用額定電壓UN110kV的斷路器，即 ：126kV六氟化硫斷路器。 (2)斷路器安裝在戶外，應(yīng)選戶外式斷路器。 (3)斷路器的額定電流，IN=3150(A)Imax=1.05×(50000/(3×115)0.2636=263.6(A). (5)對(duì)所選的斷路器進(jìn)行校驗(yàn)根據(jù)以上假設(shè)變壓器及選擇該工業(yè)區(qū)變電站首期建設(shè)兩回110kV出線同時(shí)已取得該站地調(diào)區(qū)內(nèi)相關(guān)數(shù)據(jù)，選擇夏大正常運(yùn)行為其中一回線路供電，一回備用。 (歸

11、算至110kV母線側(cè)阻抗11.3)可算得110kV母線短路電流為5.87kA。 斷流能力校驗(yàn)I0= 40kAI"=5.87kA，斷流能力滿足要求。 短路關(guān)合電流的校驗(yàn)所選斷路器的額定關(guān)合電流，即動(dòng)穩(wěn)定電流為100kA，流過斷路器的沖擊電流為2.55I"2.55×5.8714.97kA，短路關(guān)合電流滿足要求，動(dòng)穩(wěn)定也滿足要求。 熱穩(wěn)定校驗(yàn)設(shè)備后保護(hù)動(dòng)作時(shí)間1s，所選斷路器的固有分閘時(shí)間0.03s，選擇熄弧時(shí)間 t =0.03S。短路持續(xù)時(shí)間t =1+0.03+0.03 =1.06s，那么： 短路熱效應(yīng)Qk = I2t =5.872×1.06=36.524k

12、A2 s 允許熱效應(yīng)Ir2t =402× 4 = 6400 kA2 s 比 較Ir2tQk 熱穩(wěn)定滿足要求。 以上各參數(shù)經(jīng)校驗(yàn)均滿足要求，應(yīng)選用LW30-126/3150-40斷路器合理。 5.其它主要電氣設(shè)備選擇 由于電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體的用途及工作條件各異,因此它們的選擇校驗(yàn)工程和方法也都完全不同。但是，電氣設(shè)備和載留導(dǎo)體在正常運(yùn)行和短路時(shí)都必須可靠地工作，為此，它們的選擇都有一個(gè)共同的原那么。電氣設(shè)備選擇的一般原那么為： 5.1應(yīng)滿足正常運(yùn)行、檢修短路和過電壓情況下的各項(xiàng)要求并考慮遠(yuǎn)景開展。 5.2應(yīng)滿足安裝地點(diǎn)和當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件校核。 5.3應(yīng)力求技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理。 5.4同類設(shè)備應(yīng)盡量減少品種。 5.5與整個(gè)工程的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)一致。 5.6選用的新產(chǎn)品均應(yīng)具有可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)并經(jīng)正式簽訂合的，特殊情況下選用未經(jīng)正式鑒定的新產(chǎn)品應(yīng)經(jīng)上級(jí)批準(zhǔn)。 6.結(jié)語 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速開展，大型現(xiàn)代工業(yè)區(qū)的快速崛起，工廠用電迅速增長，高端精密機(jī)械設(shè)備越來越多，對(duì)電力系統(tǒng)的要求越來越高，對(duì)供電可靠性、電能質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)要求不斷提高，因此，對(duì)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，特別是變電站的