1000kv配電裝置的抗震性能分析

1000kv配電裝置的抗震性能分析

0特高壓變電站配電裝置研究為了實現(xiàn)更大區(qū)域資源的優(yōu)化配置，促進中國能源的有效開發(fā)利用，國家能源公司提出了建設以特高壓電網(wǎng)為核心的強大電網(wǎng)。中國特高壓能源技術的研究成果為投資于金東南、南陽和荊門的特高壓交流試驗示范工程提供了有益的技術支持。1000kV變電站是特高壓輸變電工程中的重要一環(huán),而其中的配電裝置作為強大電能的直接載體,是保證變電站電氣技術條件的重要組成部分。1000kV配電裝置相對于500kV配電裝置,其運行電壓更高、設備均壓環(huán)及導體表面電場強度更大,因此電暈放電產(chǎn)生的環(huán)境影響問題更加突出,尤其是可聽噪聲、無線電干擾及靜電感應問題。且由于1000kV戶外敞開式設備安裝高度及設備重心更高,抗震性能降低,因此,在1000kV變電站的設計中,使配電裝置在滿足電氣性能和機械特性要求的前提下,盡可能地降低對環(huán)境的影響、提高抗震性能就成為十分必要的課題。特高壓晉東南變電站位于特高壓交流試驗示范工程的北端,變電站1000kV配電裝置的設計是在進行導體載流量、導體及設備均壓環(huán)表面場強、無線電干擾、可聽噪聲、抗震性能等方面計算的基礎上,綜合考慮施工簡易、運行維護方便等問題,確定配電裝置型式的。11000kv設備總結1.11主要配套設備和配電裝置要求按照主接線的要求,根據(jù)所處的地形條件、總體布置的安排、出線方向、設備材料的供應情況以及施工條件等進行配電裝置的布置和結構設計。配電裝置一般應滿足以下基本要求:1)節(jié)約用地;2)運行安全和操作巡視方便;3)考慮檢修和安裝條件;4)保證導體和電器在污穢、地震和高海拔地區(qū)的安全運行;5)節(jié)約三材,降低造價;6)注意設備選型;7)施工便利、擴建方便;8)根據(jù)地形、地質情況,盡量減少土石方量;9)出線方便,應盡量避免線路交叉跨越,在不可避免時,力求做到交叉跨越最少。1.21配電裝置主接口線路晉東南變電站本期建設1臺3×1000MVA主變;1000kV出線1回,即至南陽1回,出線配置1組3×320Mvar高壓并聯(lián)電抗器;每臺主變壓器低壓側裝設2組240Mvar低壓電抗器和4組210Mvar低壓電容器,電氣主接線如圖1所示。1000kV配電裝置主接線本期為“雙斷路器和跨條”接線,終期為一個半斷路器接線,采用氣體絕緣封閉組合電器(gasinsulatedswitchgear,GIS),GIS呈“一”字型布置,位于變電站西部。1000kV進出線架構分別位于GIS設備的東側和西側。1000kV南陽I回線向西出線,1000kV并聯(lián)電抗器采用“一”字型布置在站區(qū)西側1000kV架空線路下方。主變及無功補償裝置布置在1000kV配電裝置和500kV配電裝置中間,形成自西至東依次為1000kV配電裝置區(qū)、主變壓器及無功補償裝置區(qū)、500kV配電裝置區(qū)的格局。21000kv設備的主要特點2.1主變壓器壓電改造對于特高壓大容量變壓器,考慮到主變的制造條件、可靠性等因素的影響,以及運輸尺寸、運輸重量的限制,宜采用單相變壓器。自耦變壓器與同容量的普通變壓器相比,對減少投資、降低損耗、節(jié)省能源、提高經(jīng)濟效益都很有利,另外由于自耦變壓器的阻抗小,對改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性有一定的作用,因此主變壓器選用自耦變壓器。主變壓器采用無勵磁調壓。由于主變壓器中壓線端為500kV,在中壓側線端調壓無論是從絕緣可靠性還是開關的選擇上,都存在很大困難,因此,變壓器采用中性點側調壓方式。主變壓器分為主體和調壓補償變兩部分,如圖2所示。主體油箱外設調壓補償變,內有調壓和補償繞組、正反調壓開關。調壓補償部分與主體分開,若調壓補償部分有問題時,主體仍可運行,同時,簡化了變壓器設計,提高了變壓器的可靠性,有利于長期安全穩(wěn)定運行。2.2線路布置方案比選1000kVGIS與其他型式配電裝置相比,其顯著優(yōu)點為:1)可以大幅度縮小占地面積;2)設備帶電部分全部封閉在金屬外殼內,可避免高電壓對環(huán)境的電磁污染;3)設備絕緣性能不受周圍大氣條件影響,能提高運行可靠性;4)可大幅度簡化設備連接、金具型式和架構設計;5)耐震性能強;6)設備檢修周期長。本工程GIS電氣主接線為一個半斷路器接線,本期為“雙斷路器加跨條”接線,如圖3所示。采用了簡化的GIS設備,即進出線采用架空軟導線、進出線避雷器、電壓互感器及高抗回路接地開關、避雷器、電壓互感器采用常規(guī)敞開式設備,以降低設備造價。對于GIS,3/2接線的典型布置方案主要有三列式布置、單列式布置和一字型布置3大類布置型式,其中單列式布置又分為典型接線單列式布置、常規(guī)斜連線單列式布置、高式斜連線單列式布置;一字型布置根據(jù)主母線布置方式的不同,可分為母線分相布置、母線集中內置、母線集中外置等方式。各布置型式的主要特點如表1所示。一字型布置進出線方向靈活,滿足晉東南變電站接線型式、出線方向的要求,縱向尺寸最小,橫向尺寸與主變壓器的寬度及出線架構寬度相匹配,不浪費占地,是最適用于本工程的GIS布置型式。一字型布置中,母線分相布置方案運行人員巡檢方便,但由于主母線高位布置,故設備安裝檢修不夠方便,降低了設備的抗震性能,且配電裝置的功能區(qū)分不清晰;母線集中布置方案,配電裝置均為低位布置,安裝檢修方便,配電裝置功能區(qū)分清晰,整體美觀。其中,母線集中內置方案出線分支母線短,但斷路器單元安裝檢修需選用大噸位吊車,運行人員巡檢也不夠方便;母線外置方案設備的吊裝及運輸可利用主變壓器運輸?shù)缆?吊裝半徑較小,可選用較小噸位的吊車,運行巡視均較方便,但出線分支母線長度較母線內置方案長。綜合考慮技術經(jīng)濟性,晉東南變電站1000kVGIS選用母線外置的一字型布置型式,如圖4所示。2.3jlhn65k-126k主變進線回路通過架空軟導線將主變與GIS套管相連,該1000kV上跨線選用四分裂擴徑型耐熱鋁合金導線4×JLHN58K-1600。該產(chǎn)品采用新型制造工藝,以縱包焊接波紋鋁管作為擴徑及導體單元,以58%IACS導電率耐熱鋁合金線作為導體單元,擴徑效果好、耐腐蝕能力強、機械性能穩(wěn)定、節(jié)能效果好、長期運行溫度可提高到150℃,且由于導線截面積大,因此電暈電壓、導線表面最大電場強度、無線電干擾及可聽噪聲都較低,綜合性能較其他導線更優(yōu)。1表面最大電場強度當分裂間距增加時,導線平均電容增加,有使導線表面最大電場強度增大的趨勢,但隨著導線分裂間距的增加,各次導線之間電場分布的附加影響系數(shù)減小,有使導線表面最大電場強度減小的趨勢。前者的影響大于后者時,導線表面電場強度增加,反之則減小,因此,需要確定最佳分裂間距,使導線表面最大電場強度盡可能最小,以降低電暈對環(huán)境的影響。圖5顯示了4×JLHN58K-1600導線的次導線表面最大電場強度與分裂間距的關系。從圖中可以看出,次導線表面最大電場強度隨導線分裂間距的增大先減小后增大。對于4×JLHN58K-1600導線,當分裂間距為58cm時,導線表面最大場強最小,因此分裂間距確定為60cm。2短路電流為雙線張力,主要發(fā)生在第一最大張力導線次檔距與下列4個因素有關:短路張力、短路電流大小、短路時次導線允許的接觸狀態(tài)、對架構受力的限制。當分裂導線受到大的短路電流作用時,同相次導線間由于電磁吸引力作用而受到拉伸,產(chǎn)生彈性拉力,即為分裂導線的第一最大張力。第一最大張力發(fā)生在短路瞬間,在嚴重情況下,其值可達故障前導線初始張力的幾倍甚至十幾倍,對導線、絕緣子及架構受力的影響都很大。在給定的短路電流下,第一最大張力的大小與次檔距有著密切的關系,從小到大改變次檔距,次導線可處于3種不同的狀態(tài):非接觸狀態(tài)、臨界接觸狀態(tài)和接觸狀態(tài),第一最大拉力也隨之先逐漸加大至極大值后逐漸下降。4×JLHN58K-1600導線在短路水平為63kA時,第一最大張力與次檔距的關系如圖6所示。間隔棒的安裝距離應避開臨界次檔距范圍,且保證短路時次導線處于非接觸狀態(tài),避免次導線因接觸而產(chǎn)生損傷及電暈火花,同時根據(jù)架構和絕緣子串的受力限制,本工程上跨線的次檔距選為10m。2.4高壓連接電阻器的配電裝置2.4.1路設備連接方式高抗配電裝置采用敞開式設備,主要包括接地開關、避雷器、電壓互感器和高壓并聯(lián)電抗器。綜合考慮設備的抗震性能、運行條件下的設備受力、金具制造、施工的難度以及美觀度等因素,1000kV高抗回路設備連接采用硬連接采用管型鋁導體,如圖7所示。為減少重要電氣設備避雷器、電壓互感器及高抗套管端子板正常運行的受力,同時降低地震時由于硬連接而使其可能受到的破壞力,本工程采用2組支柱絕緣子與1組接地開關共同支撐設備間連接的管型鋁導體,而避雷器、電壓互感器和高抗套管與管型鋁導體均采用軟連接,軟連接的長度按照大風及地震情況下設備可自由擺動的原則確定。避雷器、電壓互感器和高抗套管在正常運行條件下幾乎不受管型鋁導體的作用力。同時,由于采用軟連接,使避雷器、電壓互感器和高抗套管在地震時均避免了受迫振動,改善了設備連接體的抗震性能,降低地震時由于設備間的硬連接而可能造成的破壞力。2.4.2輔助噪聲控制高抗噪聲的產(chǎn)生主要有以下2個原因:1)并聯(lián)電抗器鐵心磁滯伸縮導致鐵心振動;2)主磁路間隙材料在麥克斯韋爾力作用下伸縮而引起的鐵餅振動。其中,鐵餅振動是引起并聯(lián)電抗器振動與噪聲的主要因素。由于晉東南高抗單臺容量大,且布置在靠近圍墻側,噪聲控制問題尤為重要。從對晉東南站1000kV電抗器320Mvar高抗產(chǎn)生噪聲的1/3倍頻程的測試頻譜來看,電抗器噪聲呈明顯的中、低頻特性,在100Hz頻率上有突出的峰值。為將變電站建成環(huán)境良好的優(yōu)質精品工程,除盡可能降低高抗本體的噪聲外,還采取以下輔助措施對高抗噪聲進行控制:1)器身與油箱間放置彈性墊減震;2)采用低噪聲的風冷散熱器;3)設置高抗隔聲罩。其中,高抗隔聲罩可有效降低高抗噪聲,整體降噪量不小于20dB(A)。隔聲罩的壁板材料選擇8.0mm厚度鋅鋼板,罩壁內襯150mm厚、容重48kg/m3超細玻璃棉吸聲材料,在罩壁板內側涂覆5mm以上厚度的阻尼材料。高抗隔聲罩采用自承重結構型式,自承重結構形式隔聲罩是利用隔聲墻板自身結構的強度,用螺栓鏈接固定來完成隔聲罩主體隔聲圍護結構。這一結構的優(yōu)點在于隔聲罩主體框架與隔聲吸聲墻板合二為一,節(jié)省安裝和拆卸時間,自承重結構形式如圖8所示。同時,隔聲罩的設計還充分考慮了消防、運行及檢修方便,主要包括以下措施:1)隔聲罩設置維護門,便于運行人員進出;2)隔聲罩內留有足夠的巡視空間;3)隔聲罩上設置低噪聲風扇,以降低隔聲罩內溫度;4)電抗器控制箱、輕瓦斯繼電器取氣盒等設置在隔聲罩外側;5)隔聲罩采用模塊化設計,便于安裝和拆卸。3地下主進架空線及管接頭1)主變壓器選用單相自耦變壓器,中性點側調壓。主變壓器分為主體和調壓補償變兩個相互獨立的部分,簡化了設計,提高了運行的可靠性。2)1000kVGIS電氣主接線為一個半斷路器接線。綜合考慮