110kV GIS市区变电站设计技术

110kV GIS市区变电站设计技术关键词:市区;变电站;设计摘　要:110kV市区变电站设计是城网建设中较为关键的技术环节。

根据无人值班变电站要求,提出110kV市区变电站应从电力系统整体出发,力求电气主接线简化,配置与电网结构相应的保护系统。

简化电气主接线,提高可靠性,电气设备的质量和技术特性极为关键。

由于科学技术的进步,现在已发展为全封闭组合电器(GIS)。

同时,市区变电站必须坚持节约用地、减少建筑面积的原则,及随着城市居民对居住环。

0　引言随着城市建设的不断发展,用户对用电的可靠性要求越来越高,高质量、高性能、高可靠性的电器设备推陈出新。

市区土地日益紧张,征地和拆迁费用相当昂贵,这就要求变电站设计布置室内化、多层化和小型化,使市区无人值班变电站的建设得到较快的发展,并显示出旺盛的生命力和优越性。

目前唐山市进行的城网改造工作以及《无人值班变电所设计规范》,对变电站设计工作提出了新的要求,本文就市区110kV GIS变电站主接线、平面布置、主变参数、无功补偿、中性点接地方式、火灾报警、环境保护、交直流系统等方面的技术原则作一些论述。

1　电网结线城网由送电线路,高压配电线路,中压配电线路以及联络各级电压线路的变、配电站组成。

电网结线的要点如下:(1)各级电压电网结线应标准化;(2)高压配电网结线力求简化;(3)下一级电网应能支持上一级电网。

国家标准,电网的标称电压为送电电压220kV,高压配电电压110(63,35)kV,中压配电电压10kV,低压配电电压380/220V。

根据采用架空线或电缆及变电站中变压器的容量和台数,选择结线。

变电站结线要尽量简化,采用架空线路时,以两回路为宜,采用电缆线路时可为多回路。

不论采用架空线还是电缆,当线路上T接或环入3个及以上变电站时,线路宜在两侧有电源,但正常运行时两侧电源不并列。

高压配电变电站中压出线开关停用时,应能通过中压电网转移负荷,对用户不停电;高压配电变电站之间的中压电网应有足够的联络容量,正常时开环运行,异常时能转移负荷;严格控制专用线和不带负荷的联络线,以节约走廊和提高设备利用率。

2　主变参数211　主变台数和容量变电站配置2台或以上变压器,当一台故障停运时,其负荷自动转移至正常运行的变压器,此时变压器的负荷不应超过其短时容许的过载容量,以后再通过电网操作将变压器的过载部分转移至中压电网。

符合这种要求的变压器运行率可用下式计算: T={K×P(N-1)/N×P}×100%式中　T=变压器运行率;K=变压器短时的容许过载率;N=变压器台数;P=单台变压器额定容量。

其中变压器短时允许的过载率应根据制造厂提供的数据,参照该变压器预计的全年实际负荷曲线,以过载而不影响变压器的寿命为原则来确定,一般可取过载率为113,过载时间为2h,计算结果为:当N=2时,T=65%;N=3时,T=87%(近似值)长期以来市区变电站一般设置二台主变压器,随着城区负荷密度的增加,出现了3台主变设计方式。

变电站主变台数应根据供电区域负荷密度而定,市区内110kV供电半径宜取2km,供电范围为4km2,当负荷密度为20MW/km2及以上时,3台主变设计方式是合理的,此时主变利用率为86%,大大减少了变电站布点(已运行的唐山市110kV大城山变电站3台50MVA、在建110110kV钓鱼台变电站3台3115MVA)。

212　短路阻抗值根据《城市电力网规划设计导则》,各级电网的规划短路容量为:110kV 20kA10kV 16kA变压器阻抗值的选择,与系统短路容量、变压器额定容量密切相关。

据统计,目前110kV电网短路容量距20kA尚有一定的距离,但随着110kV主变容量的不断增大,10 kV短路容量已经接近甚至超过了16kA,因此高阻抗变压器开始得到了应用。

213　分接头选择主变分接头应根据电网电压水平选择,根据《电力系统电压质量和无功电力管理规定》,110kV电源最高电压取110(1+7%)kV,最低电压取110(1-3%)kV,10kV母线电压合格范围为10～1017kV。

负荷高峰时10kV母线上投入无功补偿。

为保证10kV母线电压在合格范围内,应采用有载调压变压器。

经计算变压器分接范围选择110±8×1125%/1015kV能满足调压要求。

214　变压器结线10kV环网供电后,相位应保持一致,因此变压器结线应保持一致。

目前110/10kV 变压器大部分采用Y/△结线,有载调压开关装在高压侧。

3　变电站主接线311　110kV主接线长期以来,11kV变电站高压侧大多采用单母线分段接线,随着电网结构的改善,变电所主接线有逐渐简化的趋势,普遍采用桥型接线。

相比其他主接线,桥型接线简单,投资节约,运行操作方便,适合于无人值班,在10 kV网络较为完善,主变容量能满足需求时应尽量采用。

110kV进线侧可装设单相电压互感器,线路隔离开关的带电闭锁采用其余两相“高压带电显示闭锁装置”。

当变电所距电源侧较近,经技术经济比较合理时,可不设断路器,主变故障时直接跳出原侧开关。

随着变电所三台主变的出现,110kV主接线出现了扩大桥模式。

扩大桥接线的好处是每一变电所只需两回进线,适用于输电线路比较紧张的情况,(尤其适用于市区110kV 变电站),因此三台主变应尽量采用扩大桥接线。

312　10kV主接线每台主变带8～10回出线,采用单母线分段接线。

当采用手车柜(中置柜)时,应不设旁路母线。

但手车柜(中置柜)对于金加工工艺要求较高,应注意选用质量较好的设备。

4　平面布置、防火、环保由于SF6全封闭组合电器安装在屋外需设置加热和防雨装置,检修时还必须运入检修间或采取临时措施;而装于屋内则安装、检修、运行不受环境条件影响,市区变电站总平面必须坚持节约用地、减少建筑面积的原则,布置应紧凑合理,当规划部门没有特别要求时,宜采用半户内(主变在户外)布置。

随着城市居民对居住环境的要求日益提高,宜采用全户内布置,但主变主应考虑消防、通风措施(火灾探测器是火灾自动报警系统中早期探测火灾信号功能的关键部件。

其基本功能是:对火灾发生的参量—烟、热作出有效的响应,并转化为电信号,提供给火灾报警控制器。

当主变压器室温度达到一定程度时,主变室的轴流风机自动起动,当主变室发生火灾时,感烟探测器、感温探测器发信号并自动切断轴流风机的电源)。

这种型式变电站的设备布置紧凑、占地小,外形整齐美观,但是,这种布局使得综合自动化设备与一次主设备距离较近,其受到电磁环境干扰的问题就显现出来,主要表现有:(1)综合自动化设备不明原因的误报警、误显示;(2)计算机监视控制屏幕显示内容持续抖动、模糊、失真,使得操作人员无法确定操作对象。

为此,对变电站进行了电磁环境的屏蔽,主变压器室采用墙面覆盖金属丝网的屏蔽设计,把金属丝网覆盖在有效屏蔽面积上,能显著地提高屏敝效能,其特点是结构简单,成本低。

为避免微机保护监控系统受电容器装置的电磁干扰,二次设备室与电容器室不应垂直布置,并且采用铁芯串联电抗器代替干式空芯串联电抗器。

实施效果非常明显。

从直观观察,计算机监控屏幕内容发生抖动现象消失,屏幕内容整齐,没有紊乱现象,屏幕内容平移现象大幅度减少,效果良好。

一层10kV配电装置采用手车(中置)柜单列布置、主控制室尽量远离电容器补偿装置。

二层110kV配电装置采用GIS(SF6全封闭组合电器)。

5　无功补偿无功补偿应根据就地平衡和便于调压的原则进行配置,可采用分散和集中补偿相结合的方式,根据《城市电力网规划设计导则》的要求,电容器应使高峰负荷功率因数达到0.9～0.95。

110kV变电所无功补偿一般取主变容量的1/4～l/6,市区无功缺额较少或距离电源点较近的变电站,取较低值;市区无功缺额较多或距离电源点较远的变电站,取较高值。

6　10kV中性点运行方式长期以来,我国10kV配电网大部分采用中性点不接地方式,它的最大优点是发生单相接地故障时并不中断向用户供电。

随着配电网的扩大,电缆线路的增多,电网对地电容电流大幅度上升,直接威胁着电力系统的安全运行。

根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》,电容电流超过10A时中性点应改为消弧线圈接地。

消弧线圈的调节采用微机自动跟踪补偿装置。

为节省占地面积及减少开关框数量,采用变电站的站用电兼消弧线圈装置。

7　过电压保护根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》,变电站应设有防止直击雷、反击和雷电波侵入的过电压保护措施。

半户内变电站(变压器布置于室外)采用设独立避雷针对变电站进行保护,全户内变电站(变压器布置于室内)在离变压器主接地线小于15m的配电装置,当土壤电阻率大于350Ω・m时,不允许屋顶装设避雷针、避雷带,如不大于350Ω・m时,屋顶装设避雷针、避雷带则应增加站区占地面积、采用110kV高压电缆进变压器室、并采用相应的防止反击措施。

因此,在寸土寸金市区,增加站区占地面积和110kV配电电装置进出线全部采用110kV高压电缆,此方案会比全户内变电站(变压器布置于室内)采用设独立避雷针对变电站进行保护大大增加投资。

110kV进线无电缆段的GIS变电站,在GIS管道与架空线路的连接处,应装设金属氧化物避雷器(FMO1),其接地端与管道金属外壳连接。

110kV进线有电缆段的GIS变电站,在电缆段与架空线路的连接处应装设金属氧化物避雷器(FMO1),其接地端与电缆金属外皮连接。

对三芯电缆,末端金属外皮应与GIS管道外壳连接接地;对单芯电缆,应经金属氧化物电缆护层保护器接地(FC)。

8　接地变电站接地方式以水平接地体为主,辅以垂直接地极,主接地网采用-50×5镀锌扁钢,变电站主接地网的接地电阻应不大于015欧姆(布置上尽量利用配电楼以外的空地,深埋接地极等措施)。

考虑到微机保护监控系统对接地要求较高,二次设备室及10kV二次电缆沟接地采用50×5铜排。

110kV GIS配电室也需采用铜排接地,GIS配电室布置于室内楼板时,其座下的钢筋混凝土地板中的钢筋应焊接成网,并和环形接地母线相连接,接地线与GIS接地母线应采用螺栓连接方式。

9　防污等级根据《高压架空线路和发电厂、变电所环境污区分级及外绝缘选择标准》,户外电气设备取污秽等级2级,爬电比距215CM/kV(最高电压)。

对于户内设备不能被雨水冲洗容易覆着灰尘,易污闪,该标准中没有规定,可参照户外电气设备取污秽等级2级。

10　保护监控无人值班变电站设计与常规变电所最大的不同点在于二次监控设备必须满足现场无人值班要求,而监控方式通常有两种模式:(1)采用综合自动化系统;(2)采用常规二次保护加R TU。

应该说,两者都能满足无人值班的要求,后者结构简单、造价低廉,但采用综合自动系统技术上更先进,集成化程度更高,更易于做成面向对象的层次结构,从技术上讲是发展方向。