110kV变电站增容改造变电一次设计分析

与建材装饰2017年7月110kV变电站增容改造变电一次设计分析蒋和博（重庆三峡水利电力建设有限公司重庆市万州区404000）摘要：随着城区用电负荷的不断增长，部分变电站主变容量已接近满载甚至已超载运行，为解决该类问题，通常对变电站采用增容扩建或改建以提高其供电可靠性和稳定性，满足用户的需求。本文将某110kV变电站#2主变增容改造为例，对其电气一次部分进行设计，简要分析包括主变压器、电气主接线、主要电气设备、防雷接地设计等内容。关键词：110kV变电站；变压器；电气主接线；电气设备；防雷接地中图分类号：TM6３文献标识码：A文章编号：167３-00３8（2017）27-0217-021工程概况某待扩建110kV变电站设计终期规模为2台主变压器，容量2×40MVA，110kV出线2回，10kV出线22回。现已建设1台40MVA的三相双绕组主变压器，110kV出线2回，10kVI段出线11回，10kVⅠ段无功补偿装置2套。110kV侧采用单母线分段接线方式，10kV侧采用单母线接线方式。110kV侧建设情况为：110kV母线、#1主变间隔、PT及分段全部上齐；110kV出线2回，分别接于两段母线。10kV侧建设情况为：10kVⅠ段母线出线11回，３000kVar无功补偿装置2套。2主变压器的选择本次设计#2主变为户外布置，通风散热条件较好，故设计采用三相双绕组、有载调压、油浸式、低损耗、低噪音、自冷式变压器。根据该供区负荷预测的需要和电网结构来确定主变压器的容量。凡有两台及以上主变的变电站，其中一台事故停运后，其余主变的容量应保证供应该所全部负荷的70%，在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷。变压器最大负荷按下式确定：Pmax=K0∑P式中：K0-负荷同时系数；∑P-按负荷等级统计的综合用电负荷。对于两台主变压器的变电站，其主变压器的额定容量可按下式确定（重要负荷占70%以下）：SN≥0.7Smax=0.7K0×1.05Smax上式中考虑5%的线路损耗。如果重要负荷超过70%，则按原始资料中的百分比代替70%计算，来确定主变压器的额定容量。本次设计#2主变压器选用SZ11-40000/110型变压器，其参数如表1所示。S-三相；Z-有载调压；40000-额定容量（kVA）；110-额定电压（kV）。３电气主接线的选择电气主接线是电气部分的主体，是将各种主要电气设备按一定顺序有机地联结起来，并配置保护测量电器，构成变电站汇集和分配电能的一个系统。在主接线设计时，必须根据本变电站在系统中的地位、进出线回路数、负荷性质、工作特点、周围环境条件等确定合理的设计方案，保证供电可靠性和电能质量，具有一定灵活性和方便性、经济性、发展和扩建的可能性。本次设计的变电站电压等级为110/10kV，其主要负责附近居民用电和重要工业区工厂供电。110kV侧已有2回进线，10kV侧已有11回出线。本次为增容改造工程，110kV原主接线方式不变，仍采用单母线分段接线方式。10kV侧：可采用的主接线方式有单母线接线，单母线分段接线以及双母带旁路接线。根据《电力工程电气设计手册电气一次部分》所述，有可能停电检修断路器，并且10kV侧所有用户都为单回路供电，可不设旁路母线。因此10kV侧接线方式确定为单母线分段接线方式。本次需新增设10kV#2主变间隔，10kV母联间隔，无功补偿装置2套。4主要电气设备的选择4.1高压断路器的选择断路器型式选择，除了应满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑便于施工调试和运行维护，本次设计为了保证供电可靠性，选用SF6断路器。在校验断路器的断流能力时，应用开断电流代替断流容量。一般取断路器实际开断时间（继电保护动作时间与断路器固有分闸分闸时间之和）的短路电流作为校验条件。本次设计变电站110kV侧选用LW３0-126型断路器，其参数如表2所示。4.2高压隔离开关的选择高压隔离开关与断路器串联在回路中，网络出现短路故障时，对隔离开关的影响完全取决于断路器的开断时间。故计算数表1变压器参数表型号额定容量（kVA）连接组标号空载电流（%）空载损耗（kW）负载损耗（kW）阻抗电压（%）SZ11-40000/11040000110±8×1.25%10.5YN，d110.5840.415610.5额定电压（kV）高低表2110kV断路器的参数型号额定电压额定电流额定短路开断电流额定关合电流峰值额定峰值耐受电流额定短时耐受电流（kV）（A）（kA）（kA）（kA）（kA）LW３0-126126３1504010010040（３s）电力建设·217·与建材装饰2017年7月表３110kV隔离开关的参数型号额定电压额定电流动稳定电流热稳定电流备注（kV）（A）（kA）（kA）GW4-126DD126200010040（３S）带双接地刀GW4-126D126200010040（３S）带单接地刀据与断路器选择时的计算数据完全相同。110kV#2主变侧选择GW4-126DD和GW4-126D型隔离开关，其参数如表３所示。4.３电流互感器的选择当电流互感器用于测量时，其一次额定电流应尽量选择的比回路中正常工作电流大1/３左右，以保证测量仪表的最佳工作，并在过负荷时使仪表有适当的指示。用于电度计量的电流互感器，准确度不应低于0.5级，用于电流电压测量的准确级不应低于1级，非重要回路可使用３级。本次设计中，110kV侧选择LB7-110W３型电流互感器，其参数如表4所示。4.4无功补偿装置的选择对于直接供电的末端变电站，安装的最大容性无功量应等于装置所在母线上的负荷按提高功率因数所需补偿的最大容性无功量与主变压器所需补偿的最大容性无功量之和。负荷所需补偿的最大容性无功量计算式为：Qcf，m=Pfm（tgφ1-tgφ2）=Pfm（1cos2φ1-1姨-1cos2φ2-1姨）=PfmQcfo式中：Qcf，m-负荷所需补偿的最大容性无功量（kVar）；Pfm-母线上的最大有功负荷（kW）；φ1-补偿前最大功率因数角；φ2-补偿后最大功率因数角；Qcfo-补偿前后每kW有功负荷所需补偿的容性无功量（kVar/kW）。主变压器所需补偿的最大容性无功量计算式为：QCB，m=（Ud（%）Im2100Ie2+I0（%）100）Se式中：QCB，m-主变压器需要补偿的最大容性无功量（kVar）；Ud-需要补偿的变压器一侧的阻抗电压百分值（%）；Im-母线装设补偿装置后，通过变压器需要补偿一侧的最大负荷电流值（A）；Ie-变压器需要补偿一侧的额定电流值（A）；I0-变压器空载电流百分值（%）；Se-变压器需要补偿一侧的额定容量（kVA）。本站只考虑主变压器的无功损耗，新增2#主变容量为40MVA，经计算每台主变压器配置无功补偿装置的容量为6MVar，结合原有补偿容量，则本次需新增2套容量为３000kVar的无功补偿装置。5防雷及接地本站前期已在110kV出线构架布置2根25m高构架避雷针，在中控楼及10kV电容器场地旁布置2根25m高独立避雷针，构成对全站的防直击雷保护。本期经校核满足增容改造的需求，故不作变动。为防止线路侵入的雷电波过电压，110kV及10kV系统均安装氧化锌避雷器。本工程变电站内已有完整的主接地网，结合施工只需对主地网进行修复，本期新增设备、构支架及建筑物接地引下线均以最短距离接入主地网，为满足反措要求，站内重要电气设备采用双引下线接地方式。根据现行反措要求，站内主控室和10kV配电室应敷设截面不小于100mm2的铜排作接地网，此铜排应首尾相连形成环形的专用铜地网。变电站前期主控室和10kV配电室已敷设截面不小于100mm2的铜排作接地网，本期只需将新增设备接入已建的二次铜地网。6结语综上所述，110kV变电站增容改造是提高该变电站供电能力和供电可靠性的需要，是适应该地区经济和社会发展的需要，符合电网规划发展的要求，工程竣工投运后可优化输配电网络结构，提高电网运行的经济性和灵活性。其变电一次设计是一次较为综合性的实践过程，它必须结合工程实际情况，现场全面及准确的资料收集，确保其设计合理性，满足电力系统的安全、经济、可靠、环保的基本要求，同时注重了解和应用新技术、新设备。参考文献[1]李艳.浅析变电站改建工程电气一次设计[J].云南电力技术，2010，３8（1）：42～4３.[2]黄兴.变电站改扩建过程中电气一次设计的探讨[J].科技创新与应用，2015，7（11）：169.[３]潘爱强.变电站改建中的变电一次设计[J].通讯世界，2015（18）：108～109.收稿日期：2017-6-３作者简介：蒋和博（1986-），男，工程师，硕士，主要从事变电设计方面工作。表4110kV电流互感器参数型号额定电流比二次组合额定容量短时热稳定电流额定动稳定电流额定电压总重量AVAkAkAkVkgLB7-110W３2×３00/55P３0/5P３0/5P３0/0.5/0.2s50３1.5（３S）80126540注：L-电流互感器；B-保护级；110-额定电压（kV）。电力建设·218·