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浅析110kV变电站电气设计

2021-11-09高艳

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本文在介绍110KV变电站的基础上,对电气主接线方式、短电电流计算、直流系统设计、配电装置布置和过电压保护装置的设计等多方面入手进行了设计,以期为110KV变电站电气自动化的设计理论提供参考,为110KV变电站的安全运行提供保障。
1 引言

       近年来,随着我国国民经济的持续快速增长,用电问题也日益突出,全国各地也都在建立完善一系列的用电配电设备。变电站是在我国电力系统中一个重要的组成部分,它通过联系发电厂和用户,对于变换和分配电能,保障整个电力系统的安全起着关键的作用。110KV变电站作为一种直接面对客户端的变电站,具有数量多,分布广等特点。为了满足我国国民经济增长的需要,同时结合我国电力系统的客观现状,迫切需要设计出一套既符合我国各地区技术要求,又可取得最佳经济效益的方案。本文以110KV变电站的电气自动化设计为例,探讨了110KV变电站电气自动化设计方案,对于快速实现无人值班变电站、推动变电站综合自动化技术的发展与进步具有重要的现实意义。

2 110KV变电站简介

       变电站指的是电力系统中用来变换电压,对电能进行相应分配,并且能够控制电力流向或者调整电压的一系列电力设施。变电站是以纽带的形式,利用变压器将各个等级电压的相关电网结合在一起,实现电能的变换与分配目的,总而使各个电网形成一个有机的整体。可以说,变电站能否安全可靠地运行,直接决定着整个电网能否安全运行。

       所谓110KV变电站,指的是一种直接面向客户端的变电站。在我国,110KV变电站数量众多,分布相对宽广。110KV变电站自动化是以计算机网络技术和通信技术为基础,发展起来的科学技术。国外在上个世纪就开始进行相关研究与开发,到目前为止,各大电力设备生产公司都推出了配套产品。与此同时,这些公司也认为,通过设计变电站电气自动化,可以大幅度降低企业成本,增强企业竞争力,从而维持甚至扩大市场占有率。正是从这个角度来说,探讨110KV变电站电气自动化设计方案,提高变电站运行效率,保障变电站安全运行显得尤为重要。

3 110KV变电站电气自动化设计

       3.1 选择电气主接线方式

       为了保证变电站供电的可靠性和灵活性,在变电站设计中,往往采用较复杂的主接线。主接线的完善运用虽然保证了供电可靠性,但存在接线方式复杂、运行操作烦琐、检修维护量大、投资大、占地面积多的缺点。因此,在变电站电气设计中应根据负荷性质、变压器负载率、电气设备特点及上级电网强弱等因素来确定变电所主接线方式。一般终端变电所高压侧主接线形式选用线路—变压器组接线和内桥接线。

       线路—变压器组接线是最简单主接线方式。高压配电装置只配置2个设备单元,接线简单清晰,占地面积小,送电线路故障时由送电端变电所出线断路器跳闸。当1台主变或一条线路故障退出运行,只需在变电所低压侧作转移负荷操作,就能确保100%负荷正常用电,且不影响相邻变电所的运行。内桥接线是终端变电所最常用的主接线方式。其高压侧断路器数量较少,线路故障操作简单、方便,系统接线清晰,保护配置整定简单。当送电线路发生故障时,只需断开故障线路的断路器,对其它回路的正常运行不造成影响。因此,对于地方电网中110kV终端变电所,如主变容量不能满足N-1要求,采用内桥主接线方式有利于提高系统供电可靠性。

       3.2 短电电流计算

       短路就是指截流体相与相之间发生非正常接通的情况。短路时电力系统中最经常发生的故障,危害极大。因此,考虑限制Id值是主接线设计中应重点考虑的问题。对电力系统网络而言,一般采用运算曲线来计算任意时刻的短路电流。所谓运算曲线,是按我国电力系统的统计得到汽轮发电机的参数,逐个计算在不同阻抗条件下,某时刻的短路电流,然后取所有短路电流的平均值,作为运行曲线在某时刻和计算电抗情况下的短路电流值。

       3.3 配置主要设备

       (1)主变压器

       从型式上看,变电站主变压器的选择一方面为了尽量减小对周边的噪声污染,偏重于选择噪声水平低的自冷式变压器;另一方面为了节约投资尽量选择以风冷式为主的变电器。主变的调压开关近年来全部国产化,主变储油柜采用金属波纹式储油柜,主变高压侧采用110kV±8×1.25%调压方式。对于主变35kV侧电压基准值为多少以及是否调压、10kV侧电压基准值为多少存在较大分歧。结合全国各地区的实际情况,笔者认为,中、低压侧采用38.5kV±2×2.5%/10.5kV比较符合现场运行需求,尤其是对于增容改造变电站更为实用。在一台时价300多万元左右的三卷变压器而言,中压侧的均设调压开关,有利于电压质量的提高和满足运行调度的灵活性要求。

       (2)断路器

       其实一般断路器选用原则:1)空开额定工作电压大于等于线路额定电压;2)空开额定电流大于等于线路负载电流;3)空开电磁脱扣器整定电流大于等于负载最大峰值电流(负载短路时电流值达到脱扣器整定值时,空开瞬时跳闸。一般D型代号的空开出厂时,电磁脱扣器整定电流值为额定电流的8~12倍)。也就是说短路跳闸而电机启动电流是可以避开的。

       3.4 设计直流系统

       全站设一套直流系统,按双充双馈配置,用于站内一、二次设备、通信及自动化系统的供电。直流系统电压采用220V,选用200Ah蓄电池组,108只,分两组,全所事故停电按2小时考虑。直流系统采用单母线分段接线,设分段开关,每段母线各带一套充电装置和一组蓄电池组,充电装置采用高频开关电源,模块按N+1原则配置,每组充电机选用4块20A模块。蓄电池采用阀控式密封铅酸电池,放置方式采用专用蓄电池室。每套系统设一套微机型绝缘监测装置和蓄电池容量检测仪,采用混合型供电方式。110kV部分采用放射型供电,每一间隔按双回路方式直接从直流馈线屏获取电源。10kV部分则按10kV母线分段情况设置。每一段母线均按双回路配置。

       3.5 布置配电装置

       变电站工程中一般由于站址场地狭窄,加之110kV出线规模较大,故110kV配电装置采用三相共箱式结构的全封闭六氟化硫绝缘的组合电器,采用户外中型支持管型母线双列式布置。一组母线配垂直断口单柱隔离开关,另一组母线配双柱水平单断口旋转式隔离开关。此种布置的特点是主变进线、母联、分段及母设间隔与出线间隔以母线对称布置,不单独占用间隔,有效压缩了配电装置的纵向尺寸。GIS的结构为紧凑型三相共箱式,三相导体共面布置,所有开关设备均采用了弹簧/电动操动机构,由1台机构操作,三相联动。由于无需压缩空气供给系统,从而实现了无油化、无气化。

       3.6 设计消弧及过电压保护装置

       该装置是能迅速消除中性点非直接接地系统弧光接地给电气设备带来危害的新技术产品,是确保10kV、35kV系统弧光接地过电压和谐振过电压不致造成危害的有效措施。中性点不接地系统加装本装置后,一旦系统发生单相弧光接地,装置可在30ms之内动作,不仅使故障点的电弧立即熄灭,同时也有效地限制了弧光接地过电压;装置运作后,允许200A的电容电流连续通过2h以上,以便用户可以在完成转移负荷的倒闸操作之后再处理故障线路;本装置可将发生在相与相之间的各种过电压限制在3.5倍以下。装置为金属铠装封闭开关柜,具有弧光接地过电压保护功能、谐振过电压保护功能、故障信息上传功能和装置本体故障保护等功能。

4 结论

       随着科学技术的突飞猛进,变电站电气自动化控制技术在110KV变电站中的应用和推广明显加深,近几年智能变电站技术应用也越来越成熟,变电站必然会向着无人值班、无电缆沟道和无房屋建筑方向发展。传统的变电站运作模式将会慢慢失去优势,终究会被自动化变电站所取代。在设计110KV变电站电气自动化的过程中,一定要保证变电站电网运行的安全性、稳定性以及经济性。
 
责任编辑:程玥
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