四川美奐電力工程設(shè)計(jì)有限公司寧夏分公司 張 艷

合理對(duì)變電站進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠有效提升安全系數(shù)，減少事故發(fā)生概率。尤其是電氣一次部分設(shè)計(jì)，關(guān)系電路整體連續(xù)性，必須高度重視。本文以35kV變電站一次部分設(shè)計(jì)為例，分析電力相關(guān)設(shè)計(jì)技術(shù)的有效策略。

1 變電站電氣一次設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

1.1 一次設(shè)備過熱問題

當(dāng)變電站電氣設(shè)備持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，一些一次設(shè)備的升溫速度較快，溫度較高，存在潛在的安全隱患。在長時(shí)間高溫環(huán)境下，線路及其有關(guān)設(shè)備壽命會(huì)下降，故障概率也會(huì)增加。若不及時(shí)解決問題，容易造成事故的擴(kuò)大。實(shí)踐證明，在一次設(shè)備發(fā)生過熱事故時(shí)，導(dǎo)線的斷面大小是引起其失效的重要因素。故在設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分重視裝置在較低溫度下的熱穩(wěn)定，防止出現(xiàn)過熱等現(xiàn)象，減少線路短路等問題。所以，在變電站的維護(hù)管理中，相關(guān)部門應(yīng)重視維護(hù)工作，要結(jié)合各部件的特點(diǎn)、功能、類型等對(duì)其進(jìn)行維護(hù)。如刀閘通常需要長時(shí)間使用，易出現(xiàn)銹蝕，因此在此基礎(chǔ)上，采用導(dǎo)線涂膜的方法，可減少故障的發(fā)生[1]。

1.2 雷擊問題

從變電站的電氣系統(tǒng)角度來看，由于其所處的環(huán)境比較復(fù)雜，容易受到雷擊等外部環(huán)境因素的干擾，從而導(dǎo)致電氣系統(tǒng)的負(fù)荷增大。在負(fù)荷超出規(guī)定的情況下，設(shè)備容易燒壞，甚至?xí)斐删€路嚴(yán)重?fù)p傷。目前，我國變電站一次設(shè)計(jì)的防雷設(shè)計(jì)雖然有多種，但仍然存在較多問題。

2 電氣一次設(shè)計(jì)改善措施

2.1 完善前期準(zhǔn)備工作

在進(jìn)行一次變電站初步設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮到其前期的工作。在正式開工前，應(yīng)全面、系統(tǒng)化地進(jìn)行電力負(fù)荷的調(diào)研與研究。并且要熟悉我國的設(shè)計(jì)法規(guī)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等，同時(shí)針對(duì)具體的工程情況，進(jìn)行一次電氣的設(shè)計(jì)，從源頭上消除安全隱患。在進(jìn)行一次設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮未來發(fā)展的需求，并結(jié)合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)文件規(guī)定進(jìn)行方案的編制。

2.2 合理選用變壓器

在一次電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，變壓器的選取是關(guān)鍵的一步。必須全面審議下列問題：一是在對(duì)其工作區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)分析后，找出了適用于該設(shè)備的制冷設(shè)備。此外，還要考慮到其自身的性能、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等因素，使其符合環(huán)保的需要。二是考慮負(fù)載和無激磁調(diào)壓時(shí)，合理設(shè)計(jì)一種新型的電力變壓器。三是針對(duì)電網(wǎng)需求和電氣設(shè)備特性，對(duì)變壓器的選型進(jìn)行了優(yōu)化。另外，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)充分考慮到短路阻抗等因素，并對(duì)其進(jìn)行及時(shí)的絕緣試驗(yàn)，以保證試驗(yàn)結(jié)果符合規(guī)范要求[2]。

3 35kV變電站電氣一次部分設(shè)計(jì)基本概述

變電站一次部分的設(shè)計(jì)以高壓電氣設(shè)備為主，把其串聯(lián)在一起，構(gòu)成一個(gè)完整的持續(xù)電路，通常稱之為一次接線。通過一次接線，可以清楚地看出兩個(gè)裝置在系統(tǒng)中的功能，以及之間的聯(lián)系。電力系統(tǒng)的主要接線性能直接關(guān)系到變電站的持續(xù)供電質(zhì)量。而且其也會(huì)對(duì)選擇其他設(shè)備有較大的影響。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須符合以下基本條件。

3.1 主接線要具備靈活性和便捷性

35kV變電站的電力系統(tǒng)一方面要保證線路的正常工作，另一方面要滿足故障發(fā)生時(shí)的調(diào)度要求。同時(shí)，也要保證變電站在檢修時(shí)，主接線的使用可靠性高，從而能夠更好地適應(yīng)不同的系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)的需要。同時(shí)，其必須在運(yùn)行時(shí)滿足各種調(diào)度需求，這樣可以縮短故障停電維修的時(shí)間，最大限度降低維修帶來的負(fù)面影響。圖1為總電氣主線接線設(shè)計(jì)圖。

圖1 為總電氣主線接線設(shè)計(jì)圖

3.2 確保電力供應(yīng)與電力質(zhì)量的穩(wěn)定

35kV變電站的一次部分設(shè)計(jì)，其主接線的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。主接線的設(shè)計(jì)必須在滿足電力供應(yīng)的同時(shí)，保證電力供應(yīng)的可靠性和安全性。在系統(tǒng)運(yùn)行期間，若不能確保其安全、穩(wěn)定，則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生較大的斷電。停電不僅會(huì)對(duì)電站自身造成負(fù)面影響，而且還會(huì)導(dǎo)致大規(guī)模的斷電，給各行業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)損失。所以在主線路的設(shè)計(jì)中，必須采取有效的方法來保證電力供應(yīng)的安全、可靠、持續(xù)。

3.3 保證擴(kuò)建的可能性和經(jīng)濟(jì)性

在進(jìn)行主線路的設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分考慮以下兩點(diǎn)：一是確保變電站的終端連接能夠順利地進(jìn)行；二是為了確保分批接線工程的順利進(jìn)行，為下一步的施工做準(zhǔn)備，創(chuàng)造良好的環(huán)境和條件。此外，還應(yīng)從經(jīng)濟(jì)角度進(jìn)行設(shè)計(jì)。只有這樣，才能讓火力發(fā)電廠的效益最大化，才能使電廠的持續(xù)健康發(fā)展[3]。

4 35kV變電站電氣一次部分設(shè)計(jì)步驟與要點(diǎn)

4.1 35kV變電站電氣一次部分設(shè)計(jì)步驟

35kV變電站電氣一次部分設(shè)計(jì)有其特殊性，必須嚴(yán)格按照35kV變電站電氣一次部分設(shè)計(jì)程序，以保證其合理和科學(xué)。35kV變電站電氣一次部分設(shè)計(jì)，通常要經(jīng)過以下六個(gè)步驟。一是在設(shè)計(jì)前必須充分了解有關(guān)的設(shè)計(jì)依據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并通過對(duì)35kV變電站電氣一次部分設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的綜合分析，找出35kV變電站電氣一次部分設(shè)計(jì)要點(diǎn)。二是35kV變電站的運(yùn)行特性必須選用合適的相位，以保證其數(shù)量和容量能夠滿足變電站一次部分設(shè)計(jì)需求，并制定出一種切實(shí)可行的接線方案。三是檢查并決定主變的容量及數(shù)量。四是注意常規(guī)供電線路的連接。五是根據(jù)35kV變電站的實(shí)際工作狀況，決定該變電站的電流限制工作。如有必要，應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)的措施。六是針對(duì)35kV變電站電氣一次部分設(shè)計(jì)方案的選擇，從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)兩個(gè)方面進(jìn)行了全面的分析。據(jù)此，對(duì)35kV變電站電氣一次部分設(shè)計(jì)的主要部分進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

4.2 35kV變電站電氣一次部分設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

35kV變電站在使用過程中會(huì)存在著一些故障，對(duì)其正常工作有較大的影響。因此，在變電站電氣一次設(shè)計(jì)中，必須在每一臺(tái)機(jī)組低壓側(cè)增加一臺(tái)能夠滿足其工作要求的快速啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組。另外，在機(jī)組內(nèi)部也要有兩個(gè)保安區(qū)段，使其能夠充分地整合在一起，這樣可以防止電力供應(yīng)過程中出現(xiàn)安全問題。同時(shí)，在35kV變電站一次部分設(shè)計(jì)中，針對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝，應(yīng)在兩臺(tái)柴油機(jī)之間安裝一個(gè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)。這樣，當(dāng)一臺(tái)柴油機(jī)發(fā)生故障時(shí)，就可以啟動(dòng)連接，采用另外一臺(tái)柴油機(jī)啟動(dòng)工作。另外，為保證發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行，使其更好地發(fā)揮其作用，必須在各機(jī)組上安裝一套不間斷供電裝置，以保證整個(gè)變電站系統(tǒng)正常工作[4]。

5 35kV變電站電氣一次部分設(shè)計(jì)

5.1 主接線的選取

根據(jù)《發(fā)電廠電氣部分》《電力工程手冊》《35kV-110kV變電站設(shè)計(jì)規(guī)范》等相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，變電站電氣一次部分的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，通常要求選擇主接線，變壓器，電氣設(shè)備，短路電流計(jì)算，接地和防雷設(shè)計(jì)。經(jīng)科學(xué)的論證與分析，確定了新建35kV變電站的等級(jí)劃分為35kV和10kV，以滿足電網(wǎng)供電的需要。并在該變電站中新增兩臺(tái)變壓器（35/10.5kV）；為了滿足變電站一次供電的經(jīng)濟(jì)性、靈活性和可靠性要求，35kV一回進(jìn)線，10kV一回進(jìn)線。

根據(jù)GB50059-2011《35-110kV變電站設(shè)計(jì)規(guī)范》中相關(guān)規(guī)定，35kV線路在2回或小于2回路時(shí)，應(yīng)采用線路分支、橋型或線路互感器等接線方式。如果是2回或大于2回時(shí)，應(yīng)選擇單段母線、擴(kuò)大橋形、單母線接線。同時(shí)，參照現(xiàn)行電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊中相關(guān)單母接線的有關(guān)技術(shù)規(guī)定，在35kV配電網(wǎng)中，若有回?cái)?shù)小于3回，則應(yīng)選用單母接線。而在此設(shè)計(jì)方案中，35kV側(cè)進(jìn)線1回，出線2回，兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行，10kV側(cè)與10kV電源進(jìn)線側(cè)采用聯(lián)絡(luò)柜進(jìn)線連接，所以35kV配電裝置的出線次數(shù)大于3回時(shí)，需嚴(yán)格遵守電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊及GB50059-2011《35-110kV變電站設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)要求，采用單母線連接。

此外，10kV側(cè)8回出線最大負(fù)荷為4500kVA，最小負(fù)荷為200kVA；35kV線路在8回以上時(shí)，應(yīng)按照GB50059-2011《35-110kV變電站設(shè)計(jì)規(guī)范》的主要接線要求，接線方式應(yīng)采用雙母或分段單母線。但是，考慮到操作經(jīng)濟(jì)和檢修方便的需要，10kV母線末端的主要電氣連接方式是單母線分段連接[5]。

5.2 變壓器選擇

在此設(shè)計(jì)中，考慮近15年負(fù)荷增長及運(yùn)用，采用兩種不同電壓等級(jí)的變壓器，也就是SZ22-12500/35三相兩卷有載調(diào)壓變壓器，額定容量為12500kVA；連接組標(biāo)號(hào)為YN，d11；變壓器空載、負(fù)載損耗分別為9.84kW和42.75kW；短路阻抗值和空載電流分別為8和1.1%；此外，主變電壓調(diào)節(jié)范圍可達(dá)35±2×2.5%。因此，通過對(duì)變電站的分析，得出了變壓器的主要電阻為：

變壓器短路阻抗（%）Uk=8%；

變壓器負(fù)載損耗Pk（kW）=42.75；

按照變電站變壓器阻抗值（Ω）計(jì)算公式ZT＝得RT=0.82Ω；XT=11.48Ω， 則ZT=11.50Ω。

6 35kV變電站短路電流

6.1 阻抗值

該變電站35kV側(cè)供電是一個(gè)無限大的電力系統(tǒng)，通常所選擇的短路最大為短路計(jì)算點(diǎn)，F(xiàn)3為35kV線路的短路計(jì)算點(diǎn)，F(xiàn)1和F2為10kV線路的短路計(jì)算點(diǎn)。

35kV變電站的線路參數(shù)如下：35kV線路r1、X1的電阻值分別為0.236Ω、0.348Ω；Z1為0.436Ω/km，Z為4.36Ω，Z＊為0.318Ω。

圖2為35kV 變電站短路電流計(jì)算點(diǎn)。

圖2 35kV變電站短路電流計(jì)算點(diǎn)

6.2 短路電流

短路電流可以分成以下三種情況：

在F1為三相短路時(shí)：當(dāng)負(fù)荷最大時(shí)，變壓器的供電端到短路點(diǎn)的總電抗值為0.579，而無窮大功率的功率源E＊是1，短路電流周期分量的標(biāo)幺值是1.73，有名值是2.70kA；短路沖擊電流為6.87kA，短路全電流的最大有效值為4.08kA，三相短路容量參數(shù)值為173MVA。

最小負(fù)荷時(shí)，變壓器的供電端到短路點(diǎn)的總電抗值是1.156，而無窮大功率的功率源E＊是1，短路電流周期分量的標(biāo)幺值是0.83，有名值是1.72kA；短路沖擊電流為3.28kA，短路全電流最大有效值為3.09kA，三相短路容量參數(shù)值為88MVA。

在F2為三相短路時(shí)：當(dāng)負(fù)荷最大時(shí)，變壓器的供電端到短路點(diǎn)的總電抗值是0.999，而無窮大功率的功率源E＊是1，短路電流周期分量的標(biāo)幺值是5.50，有名值是3.70kA；短路沖擊電流為14kA，短路全電流最大有效值為8.3kA，三相短路容量參數(shù)值為100MVA。

最小負(fù)荷時(shí)，變壓器的供電端到短路點(diǎn)的總電抗值是1.158，而無限大功率的功率源E＊是1，短路電流周期分量的標(biāo)幺值是4.75，有名值是12kA；短路沖擊電流為12.08kA，短路全電流最大有效值為7.9kA，三相短路容量參數(shù)值為89MVA。

在F3為三相短路時(shí)：當(dāng)負(fù)荷最大時(shí)，變壓器的供電端到短路點(diǎn)的總電抗是0.159，而無窮大功率的電源E＊是1，短路電流周期分量的標(biāo)幺值是9.81，有名值是2.70kA。短路沖擊電流為25.09kA，短路全電流最大有效值為14.72kA，三相短路容量參數(shù)值為661MVA。

最小負(fù)荷時(shí)，變壓器的電源到短路點(diǎn)的總電抗是0.319，而無窮大功率的功率是1，短路電流周期分量的標(biāo)幺值是5.10，有名值是11kA。短路沖擊電流為12.90kA，短路全電流最大有效值為7.6kA，三相短路容量參數(shù)值為332MVA。

7 結(jié)語

綜上所述，為了保證35kV變電站電氣一次部分設(shè)計(jì)合理，要結(jié)合實(shí)際開展設(shè)計(jì)工作，制定符合實(shí)際工作的方案，合理避免設(shè)計(jì)可能出現(xiàn)的問題，提高變電站安全系數(shù)。