電氣高級(jí)工程師論文變電站電氣設(shè)計(jì)方案

　　電氣設(shè)備是支撐變電站穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，本篇電氣高級(jí)工程師論文涉及變電站電氣設(shè)計(jì)變電站電氣設(shè)計(jì)方案，涉及較多電學(xué)知識(shí)，為保證電力設(shè)計(jì)的合理性與安全性，除考慮電氣設(shè)備的性能參數(shù)外，還應(yīng)進(jìn)行相關(guān)的穩(wěn)定性檢驗(yàn)，以保證變電站電氣設(shè)備的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，為提高變電站供電質(zhì)量奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

　　《電氣技術(shù)》(月刊)創(chuàng)刊于2000年，由中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)主管、中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)主辦的中國(guó)電工行業(yè)的學(xué)術(shù)輿論媒體。雜志依托中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)的行業(yè)優(yōu)勢(shì)，立足電氣及自動(dòng)化領(lǐng)域，跟蹤國(guó)內(nèi)外前沿技術(shù)，為制造商發(fā)布最新產(chǎn)品信息，為用戶(hù)提供最佳的解決方案。雜志是一份集政策導(dǎo)向、技術(shù)與服務(wù)為一體的綜合性電氣期刊。內(nèi)容主要涉及電工理論的研究與應(yīng)用、電工新技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)、電工裝備與電器產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造和測(cè)試技術(shù)、電工材料與工藝、電工技術(shù)與自動(dòng)化產(chǎn)品在各行業(yè)的應(yīng)用。

　　摘 要：變電站是確保電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要組成部分，在保證供電質(zhì)量上發(fā)揮著不可替代的作用。為確保變電站充分發(fā)揮自身功能，應(yīng)確定最佳的電氣設(shè)計(jì)方案。本文對(duì)變電站電氣設(shè)計(jì)方案進(jìn)行探討，以期為保證變電站的安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供參考。

　　關(guān)鍵詞：變電站;電氣設(shè)計(jì);探討

　　中圖分類(lèi)號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

　　隨著社會(huì)的發(fā)展，人們的生產(chǎn)生活對(duì)電能的依賴(lài)程度越來(lái)越大，對(duì)供電質(zhì)量要求越來(lái)越高，作為供電環(huán)節(jié)中重要的組成部分-變電站，確保其電氣設(shè)計(jì)的科學(xué)與合理性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　一、電氣主接線設(shè)計(jì)

　　對(duì)變電站主接線進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮主接線基本要求、接線方式的選擇等內(nèi)容。接下來(lái)逐一對(duì)其進(jìn)行探討。

　　1 電氣主接線基本要求

　　所謂電氣主接線主要指電廠或發(fā)電站在參考設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，用于連接一次設(shè)備的電路。實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中確定電氣主接線形式時(shí)需要考慮變電站性能、電力系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)等諸多因素，一般要求在主接線可靠及靈活性的基礎(chǔ)上，最大的減少投入。具體而言設(shè)計(jì)電氣主接線時(shí)需充分考慮以下基本要求：一方面，花費(fèi)最少的費(fèi)用，確保變電站能夠提供穩(wěn)定、可靠的電能。另一方面，確保接線的靈活性及方便性，降低后期維護(hù)的難度，為變電站的安全運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

　　2 選擇合理的主接線方式

　　設(shè)計(jì)主接線方式時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用雙母線、單母線及旁路，其中當(dāng)線路中負(fù)荷比較大時(shí)，35kV～60kV出線多于8回、110kV～220kV 線路不少于5回時(shí)應(yīng)設(shè)計(jì)使用雙母線，而當(dāng)負(fù)荷小且回路較少時(shí)應(yīng)考慮使用單母線。當(dāng)220kV出現(xiàn)超過(guò)4回，110kV出線超過(guò)6回時(shí)應(yīng)考慮設(shè)計(jì)旁路。

　　設(shè)計(jì)220kV側(cè)的接線時(shí)應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、靈活性以及可靠性等內(nèi)容，設(shè)計(jì)為雙母線接線。原因在于從可靠性方面講雙母線可實(shí)現(xiàn)不同重要客戶(hù)的引入，確保供電的穩(wěn)定性。而且當(dāng)1回線發(fā)生故障時(shí)斷路器可實(shí)現(xiàn)故障母線的自動(dòng)隔離，確保重要客戶(hù)不間斷的供電，具有更強(qiáng)的靈活性。盡管投入費(fèi)用稍微高點(diǎn)，但接線比較方便，綜合起來(lái)分析具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

　　另外，對(duì)電力系統(tǒng)而言，110kV～ 500kV系統(tǒng)屬于大電流接地系統(tǒng)，因此，變電站主變的220kV側(cè)中性點(diǎn)應(yīng)設(shè)計(jì)為中性點(diǎn)直接接地方式，而且設(shè)計(jì)無(wú)功補(bǔ)償容量時(shí)按照主變量的37%進(jìn)行設(shè)計(jì)。

　　二、短路電流的計(jì)算

　　變電站電氣設(shè)計(jì)時(shí)短路電流的計(jì)算是極其重要的內(nèi)容，設(shè)計(jì)不合理不僅會(huì)影響變電站的正常工作，甚至?xí)�燒毀變電站相關(guān)電氣設(shè)備。因此，需要對(duì)短路電流進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，一般情況下可借助曲線對(duì)任意時(shí)刻的短路電流進(jìn)行計(jì)算，即根據(jù)統(tǒng)計(jì)獲得的汽輪發(fā)電機(jī)或系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，對(duì)阻抗條件不同狀態(tài)下某一時(shí)刻短路電流進(jìn)行計(jì)算，而后使用短路電流的平均值制作成運(yùn)行曲線，在此基礎(chǔ)上計(jì)算得出電抗以及某一時(shí)刻短路電流值。

　　三、電氣設(shè)備的選擇

　　電氣設(shè)備是支撐變電站穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，因此，進(jìn)行變電站電氣設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)當(dāng)做重點(diǎn)，以充分發(fā)揮變電站工作潛能。變電站電氣設(shè)備包括很多內(nèi)容，如導(dǎo)線、220kV母線、220kV側(cè)主變引線等，接下來(lái)對(duì)其進(jìn)行探討。

　　1 導(dǎo)線的選擇

　　導(dǎo)線是連接變電站電氣設(shè)備、承載電流的主要介質(zhì)，一般包括各電壓級(jí)絕緣子、出線、主變引下線、不同電壓級(jí)匯流母線等。對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)確保所能承載的最高工作電壓高于回路運(yùn)行電壓。導(dǎo)線中允許通過(guò)的最大電流，可采用以下方法進(jìn)行計(jì)算：計(jì)算220kV主母線電流時(shí)應(yīng)參考實(shí)際功率分配情況進(jìn)行計(jì)算;旁路母線回路中的最大電流即為旁路回路的最大額定電流;主變引下線最大電流應(yīng)為對(duì)應(yīng)電壓側(cè)電流的1.5倍;出線單回線最大電流的值與最大負(fù)荷電流的值相等，雙回線最大電流約為單回線最大負(fù)荷電流的1.2～2倍;分段回路電流為變壓器額定電流的1.05K倍，其中K值在0.5～0.8范圍內(nèi)。

　　2 220kV母線的選擇

　　設(shè)計(jì)220kV母線時(shí)不僅需要考慮其截面，而且還應(yīng)進(jìn)行熱穩(wěn)定性校驗(yàn)。設(shè)計(jì)220kV母線截面時(shí)利用公式Imax≤KImax進(jìn)行確定，其中 K=0.94。對(duì)其進(jìn)行熱穩(wěn)定性校驗(yàn)時(shí)需要利用導(dǎo)線短路持續(xù)時(shí)間計(jì)算出短路的發(fā)熱量以及導(dǎo)線發(fā)熱的最小導(dǎo)體截面，在參考《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)》加以確定。另外，還應(yīng)進(jìn)行動(dòng)穩(wěn)定性的校驗(yàn)，如果設(shè)計(jì)采用軟母線，則可省略動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)。

　　3 220kV側(cè)主變引下線的選擇

　　設(shè)計(jì)220kV側(cè)主變引下線時(shí)室外通常使用鋼芯鋁絞線LGJ。經(jīng)過(guò)計(jì)算得出其最大電流為316A。同時(shí)，考慮到母線不僅具有較大傳輸容量，而且距離較長(zhǎng)設(shè)計(jì)截面時(shí)應(yīng)依據(jù)經(jīng)濟(jì)電流密度加以確定。例如可考慮使用LGJ-300，當(dāng)導(dǎo)線溫度達(dá)到70℃時(shí)允許電流值為770A。另外，仍需對(duì)其進(jìn)行熱穩(wěn)定性校驗(yàn)，以確保熱穩(wěn)定性滿(mǎn)足設(shè)計(jì)目標(biāo)要求。至于是否進(jìn)行電暈校驗(yàn)，需要參考相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)加以確定。例如，如果是220kV，LGJ-300的軟導(dǎo)型號(hào)可省略電暈校驗(yàn)。

　　4 斷路器的選擇

　　在選擇短路器時(shí)《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)》中有相關(guān)規(guī)定，即當(dāng)不超過(guò)35kV時(shí)應(yīng)在考慮經(jīng)濟(jì)性前提下，使用少油、真空的多油斷路器。電壓在 35～220kV時(shí)可考慮使用是、少油空氣斷路器。另外，考慮到后期維護(hù)的便捷性以及通過(guò)國(guó)家鑒定的產(chǎn)品可使用SW6-220/1200型斷路器。

　　5 隔離開(kāi)關(guān)的選擇

　　市場(chǎng)上隔離開(kāi)關(guān)類(lèi)型比較多，依據(jù)安裝地點(diǎn)有屋內(nèi)與屋外之分，依據(jù)絕緣支柱數(shù)目可被分為單住式、雙柱式。隔離開(kāi)關(guān)會(huì)給配電裝置占地面積產(chǎn)生直接影響，因此，確定隔離開(kāi)關(guān)時(shí)應(yīng)在綜合考慮實(shí)際的基礎(chǔ)，選擇經(jīng)濟(jì)性較高的隔離開(kāi)關(guān)。

　　6 電壓互感器的選擇

　　互感器由電壓互感、電流互感之分，通過(guò)向測(cè)量?jī)x表電壓、電流線圈以及繼電器供電，以判斷電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。在選擇電壓互感器時(shí)可依據(jù)一次、二次回路電壓進(jìn)行選擇。其中對(duì)一次回路電壓而言，為確�；ジ衅髟陬A(yù)定的安全級(jí)下正常工作，其一次繞組能承受的電網(wǎng)電壓應(yīng)在0.9～1.1Ve范圍內(nèi)。對(duì)二次回路電壓進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，二次側(cè)額定電壓的確定可參考表1內(nèi)容進(jìn)行選擇。

　　總之，電壓互感器設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮實(shí)際情況以及安裝地點(diǎn)，當(dāng)準(zhǔn)確級(jí)、容量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)目標(biāo)時(shí)通常可使用電容式電壓互感器。

　　7 電流互感器的選擇

　　調(diào)查發(fā)現(xiàn)，電力系統(tǒng)中應(yīng)用率比較高的電流互感器為電磁式電流互感器，而且《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)》明確規(guī)定了電流互感器的安裝，要求斷路器的回路中均應(yīng)安裝電流互感器。設(shè)計(jì)電力互感器時(shí)應(yīng)根據(jù)不同線路設(shè)計(jì)合理的電流互感器，例如在主變引下線可使用LCW2-200W電流互感器。

　　8 穿墻套管及絕緣子的選擇

　　設(shè)計(jì)穿墻套管及絕緣子需考慮型式、電壓以及動(dòng)熱穩(wěn)定校驗(yàn)等方面的內(nèi)容。首先，選擇型式時(shí)應(yīng)認(rèn)真分析安裝環(huán)境及地點(diǎn)，以選擇合適的產(chǎn)品型式。一般情況下，屋內(nèi)倒裝時(shí)可考慮使用懸掛式絕緣子，屋外使用聯(lián)合膠裝多棱式絕緣子;其次，確定額定電壓時(shí)應(yīng)按照按照電氣規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行;最后，進(jìn)行穩(wěn)定性校驗(yàn)時(shí)，應(yīng)注意：校驗(yàn)穿墻套管時(shí)其熱穩(wěn)定性能力應(yīng)不小于短路電流經(jīng)過(guò)產(chǎn)生的熱效應(yīng)。而母線型穿墻套管可不進(jìn)行熱穩(wěn)定性校驗(yàn)。另外，絕緣子與套管均應(yīng)檢驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定性。處于相同平面中的三相導(dǎo)體出現(xiàn)短路現(xiàn)象時(shí)，支持絕緣子或套管受到的力為此絕緣子相鄰夸導(dǎo)體上點(diǎn)動(dòng)力的平均值。其中支持絕緣子抗彎破壞強(qiáng)度Fde與作用在絕緣子高度H相關(guān)，而電動(dòng)力Fmax的作用位置為導(dǎo)線截面中心線上，兩者關(guān)系應(yīng)滿(mǎn)足H1/HFmax≤0.6Fde，其中0.6為裕度系數(shù)。

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