梁永勝

【摘要】本文主要是設計對象是配電工程中變電工程，110kV變電站為原始參考模型。根據變電站原始參數計算了主變壓器的容量和設定了無功補償方案。計算不同電壓等級側短路下的穩(wěn)態(tài)短路電流、短路沖擊電流。并根據此計算值選定與變電站匹配的電力設備：斷路器、隔離器、電壓互感器、電流互感器，最后設計了避雷方案。

【關鍵詞】110kV;移動

1. 整體設計方案

為滿足智能移動變電站的要求，在變電站的主變壓器的選型和布置設計上，應設法降低變電所的高度與寬度，盡可能的減少車輛載重。同時需要保證變壓器的固定基礎需要與車輛相連，防止車輛在運行時，導致電壓器的震動與移位。此移動式變電站的工作地點一般為野外作業(yè)，因此要主要車載的穩(wěn)定性。

2. 主變壓器選擇

考慮到移動變電站需要經常野外作業(yè)，根據電壓等級、變壓器容量，選擇SFZ10-20MVA型電力變壓器。為有載調壓、雙繞組變壓器。其變壓器的參數如下介紹：其主變壓器的額定容量為20000MV·A，大于計算值13.14MV·A，符合要求。該主變壓器的聯結組別方式為YNdl1，采用中性點直接接地的方式，空載損耗為△PO=18.9kW，短路損耗為△PK=85kW，空載電流百分比為IO=0.5%，短路電壓百分比為UK=10.5%。

主變采用或單相，主要考慮變壓器的制造條件，可靠性要求及運輸條件等因素。當不受運輸條件限制時，在330kV及以下的變電所，均應選用三相變壓器。

在具有兩種電壓等級的變電站中，如通過主變壓器各側繞組的功率均達到該變壓器的15%以上，或低壓側雖無負荷，但在變電站內需裝設無功補償設備時，主變壓器宜采用雙繞組變壓器。

在110kV的電壓等級的電網中，一般采用中性點直接接地的方式。根據選擇的變壓器，此變壓器的連接方式為YNd11。

對于此移動式變電站的主接線方式主要采用以下方案：高壓側采用單母分段式接線，低壓側均采用單母分段式接線。

接下來進行短路電流計算。

本文設計的移動式變電站為110kV變電站，短路點k-1，k-2取變壓器兩側。

求110kV母線上k-1點短路和10kV低壓母線上k-2點短路電流和短路容量。設Sd=100MVA，Ud1=Uc=115.5kV，低壓側Ud2=10.5kV，則基準電流為110kV高壓側為0.5kA，10kV低壓側為5.5kA。

確定基準值：取Sd=100MVA，Uc1=115.5kV，則Id1=0.5kA，Zd=1334Ω。

1）架空線路，架空線路選擇的型號為LJ-120，架空線路的線間幾何距離為1.5m，查表得X0=0.35Ω/km，而線路長5km，則通過計算得到架空線路的阻抗標幺值為X2*=0.013。

2）電力變壓器，根據前文提到的選擇變壓器的參數，得到變壓器的短路電壓百分比為10.5%，則電力變壓器的阻抗標幺值為X3*=52.5。

根據以上值分別計算主變壓器兩側k-1，k-2點的總電抗標幺值、三相短路電流周期分量有效值、其他三相短路電流、三相短路容量。

（1）k-1點短路電流計算

1）總電抗標幺值為架空線路阻抗標幺值0.013。

2）三相短路電流周期分量有效值為Ik-1（3）=38.5kA。

3）其他三相短路電流為Ik-1”（3）=I∞k-1（3）=Ik-1（3）=38.5kA，經過計算得出為ish（3）=98.175kA，Ish（3）=58.135A。

4）三相短路容量為Sk-1（3）=7692.3MV·A。

（2）k-2點短路電流計算

1）k-2點總電抗標幺值為架空線路與電力變壓器阻抗標幺值的總和，為52.513。

2）三相短路電流周期分量有效值0.105kA。

3）其他三相短路電流。在10/0.4KV變壓器二次側低壓母線發(fā)生三相短路時，因此其他三相短路電流為Ik-2”（3）=I∞k-2（3）=Ik-2（3），經過計算得出ish（3）=0.1932kA，Ish（3）=0.1144A。

4）三相短路容量為Sk-2（3）=1.904MV·A。

3. 一次設備選擇

在移動式110kV變電站設計時，需要選擇一次設備選擇，包括110kV側、10kV側斷路器、隔離開關、電流互感器、電壓互感器、HGIS組合電器的選擇，下面做詳細介紹。

（1）斷路器的選擇

根據計算的短路電流值，110kV側斷路器選擇SW2-110II型號，該型號的斷路器的額定電壓是110kV，額定電流是12500A，開斷電流40kA，符合基本要求。經過校驗，發(fā)現該型號斷路器的熱穩(wěn)定性為6400（kA）2·s，動穩(wěn)定為80kA，均大于計算值。因此該型號符合要求。

10kV側斷路器選擇SW4-10型號，SW4-10型號的斷路器的額定電壓是10kV，額定電流是10000A，開斷電流80kA，符合基本要求。經過校驗，發(fā)現該型號斷路器的熱穩(wěn)定性為80 （kA）2·s，動穩(wěn)定為150kA，均大于計算值。因此該型號符合要求。

（2）隔離開關的選擇

根據計算的短路電流值，110kV側隔離開關選擇GW4-110型號，該型號的隔離開關的額定電壓是110kV，額定電流是1000A，開斷電流40kA，符合基本要求。經過校驗，發(fā)現該型號隔離開關的熱穩(wěn)定性為6400（kA）2·s，動穩(wěn)定為80kA，均大于計算值。因此該型號符合要求。

10kV側隔離開關選擇SW4-10型號，SW4-10型號的隔離開關的額定電壓是10kV，額定電流是10000A，開斷電流80kA，符合基本要求。經過校驗，發(fā)現該型號隔離開關的熱穩(wěn)定性為25600（kA）2·s，動穩(wěn)定為150kA，均大于計算值。因此該型號符合要求。

（3）電流互感器的選擇

根據計算的短路電流值，110kV側電流互感器選擇LB9-220-110KV型號，該型號的電流互感器的額定電壓是110kV，額定電流是1250A，開斷電流63kA，符合基本要求。經過校驗，發(fā)現該型號電流互感器的熱穩(wěn)定性為3969（kA）2·s，動穩(wěn)定為160kA，均大于計算值。因此該型號符合要求。

10kV側電流互感器選擇LVQB-220SF6-10NT型號，該型號的電流互感器的額定電壓是10kV，額定電流是8000A，開斷電流63kA，符合基本要求。經過校驗，發(fā)現該型號電流互感器的熱穩(wěn)定性為15876（kA）2·s，動穩(wěn)定為160kA，均大于計算值。因此該型號符合要求。

（4）電壓互感器的選擇

由于電壓互感器與電網并聯，當系統(tǒng)發(fā)生短路時，互感器本身不遭受短路電流入侵，因此電壓互感器不需要校驗熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定。

本次設計，所選用的主變壓站110kV高壓側及110kV中壓側設定為中性點接地，所以根據以上條件：

高壓110kV側的分段母線上選用JCC3-110B型號的成套電容式電壓互感器;

低壓10kV側的分段母線上選用JSZW10-10R型號的成套電容式電壓互感器。

（5）HGIS組合電器的選擇

本文設計的移動變電站選擇HGIS組合電器設備，此設備自帶組合電器控制箱，集成所有控制元件用以對設備進行智能控制。組合電器將斷路器滅弧結構與隔離/接地開關分別安裝在不同的氣室，保證了隔離開關的靈活性和獨立性。

110kV主一次設備選用西門子變壓器（武漢）有限公司生產的3AP1DTC半封閉式組合電器（HGIS），額定電壓為145kV，額定電流為3150A，額定開斷短路電流為40kA。

10kV配電裝置選用西門子變壓器（武漢）有限公司生產的8DA10型SF6氣體絕緣開關柜，額定電壓為40.5kV，額定電流為6000A，額定開斷短路電流為40kA。

此開關柜的短路熱穩(wěn)定性為4800（kA）2·s，短路動穩(wěn)定性為100kA，均大于計算值，因此符合要求。

4. 防雷接地保護設計

（1）110KV及以上的配電裝置，一般將避雷針在構架上。但是在土壤電阻率大于500Ω·m的地區(qū)，仍宜裝設獨立避雷針，以免發(fā)生反擊。

（2）10KV的配電裝置，在土壤電阻率大于500Ω·m的地區(qū)宜采用獨立避雷針，在土壤電阻率小于500Ω·m的地區(qū)容許采用構架避雷針。

變電站的直擊雷防護設計內容主要是選擇避雷針的指數、高度、裝設位置、驗算它們的保護范圍、應有的接地電阻、防雷接地裝置的設計等。

根據該變電站的實際情況需要設置四只避雷針分布在四周。因為土壤電阻率等于100Ω·cm，仍宜裝設獨立避雷針，以免發(fā)生反擊;選取避雷針高為50m，相鄰兩針的距離為60m，被保護物高為10m。

5. 移動變電站的運行方式

110kV移動變電站包含110kV組合電器HGIS模塊、110kV主變壓器模塊和10kV箱式配電裝置模塊等。

移動變電站的運行方式主要有以下方式：110kV變壓器車與10～35kV箱式配電車同時運行;主變壓器與HGIS同時運行;HGIS獨立運行;變壓器獨立運行。

6. 結論

本設計完成了移動式110kV的變電所一次部分設計，通過對站內的各個車間的負荷進行計算，選取相應的主變壓器與主接線單元，實現了變電所滿足站內等各個部分用電的需求。

參考文獻：

[1]宋磊.電容補償裝置設計選用點滴談[J].軍民兩用技術與產品，2014（7）：54-56.

[2]宋文舉.變電站電氣運行[J].城市建設理論研究（電子版），2013（11）：78-79.

[3]張妍.淺談10kV配電室設計在項目前期咨詢階段的設計要點[J].中國工程咨詢，2017（9）：57-59.

[4]解海濤.10kV電力系統(tǒng)中變電所變壓器臺數和容量的選擇[J].機電信息，2010：35-41.

[5]張玉光.新安220/60KV一次變電所電氣部分初步設計[D].武漢：中國地質大學，2012.