引言

某工廠欲設(shè)計(jì)一個(gè)35kV電壓等級(jí)的變電所,對(duì)廠內(nèi)各個(gè)車間進(jìn)行供電。其工作電源為距離該廠5km處的變電站A,接入單回架空線路供電:備用電源為變電站B。

(1）系統(tǒng)情況:變電站A為110kV的母線,基準(zhǔn)容量為1000MVA。其安裝了兩個(gè)SFSLZ-31500/110kVA的三繞組變壓器:U高中=10.5%,U高低=17%,U低中=6%:選用35kV電壓等級(jí)來(lái)供電。以最大運(yùn)行方式運(yùn)行,將A變電站的兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行。

(2）負(fù)荷情況:待設(shè)計(jì)變電所的10kV低壓側(cè)母線對(duì)各個(gè)車間供電均用架空線路,其中1～7車間是一類負(fù)荷,8～9車間是二、三類負(fù)荷:一、二類負(fù)荷占全廠總負(fù)荷的70%,全年工作時(shí)長(zhǎng)8760h。

#負(fù)荷計(jì)算

根據(jù)下列公式進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算:

根據(jù)原始資料,各車間計(jì)算負(fù)荷如表1所示。

采用需要系數(shù)法,取0.9和0.95作為有功和無(wú)功同時(shí)系數(shù)。經(jīng)計(jì)算,車間總的視在功率為2750.25kVA,計(jì)算電流為158.8A,功率因數(shù)為0.87。

因功率因數(shù)為0.87,未達(dá)到低壓側(cè)功率因數(shù)為0.95的要求,此處采取人工補(bǔ)償一并聯(lián)移相電容器組的方法進(jìn)行低壓集中補(bǔ)償,補(bǔ)償量為:

式中:0c補(bǔ)為需要補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功容量:Pc總為有功計(jì)算負(fù)荷總值:tano為功率因數(shù)無(wú)功補(bǔ)償前的正切值:tano!為該變電所需求功率因數(shù)的正切值。

根據(jù)所得出的無(wú)功補(bǔ)償容量,可選取BwF10.5-100-1型單相電容型電容6個(gè)。經(jīng)無(wú)功補(bǔ)償后,所得車間總視在功率、計(jì)算電流、功率因數(shù)分別為2509.86kVA、145A、0.95,即功率因數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求。

1主變壓器選擇

待設(shè)計(jì)變電所選用兩臺(tái)等容量主變壓器,要求如下:

(1）當(dāng)兩臺(tái)中任一變壓器在單獨(dú)運(yùn)行狀態(tài)時(shí),其應(yīng)滿足廠內(nèi)總負(fù)荷70%～80%的需要:

(2）滿足廠內(nèi)全部一、二類負(fù)荷的需求。

查相關(guān)選型手冊(cè),可初選S9系列三相油浸自冷式無(wú)載調(diào)壓銅線電力變壓器S9-2000/35。依據(jù)補(bǔ)償后的有功負(fù)荷和容量選擇條件,所選變壓器額定容量2000kVA大于車間總?cè)萘?故滿足設(shè)計(jì)要求。

2電氣主接線設(shè)計(jì)

根據(jù)相關(guān)規(guī)定,變電所的主接線應(yīng)由變電所在電力系統(tǒng)中的地位、回路數(shù)、設(shè)備特點(diǎn)及負(fù)荷性質(zhì)等條件確定,并且滿足運(yùn)行可靠、簡(jiǎn)單靈活和節(jié)約投資等要求。

在可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性方面的要求滿足后,可采用一用一備、雙電源的供電方式,全場(chǎng)總負(fù)荷的70%為一、二類負(fù)荷,初步設(shè)計(jì)兩臺(tái)主變壓器,以此保障供電可靠性。變壓器35kV電源進(jìn)線可采用橋式接線、單母線(分段）接線,10kV母線可采用單母線分段接線。

比較不同接線方案的優(yōu)缺點(diǎn)后,確定35kV側(cè)進(jìn)線采用外橋接線,通過(guò)主變降壓后接到10kV側(cè)單母線。橋式接線沒(méi)有母線,只用3臺(tái)斷路器,節(jié)省了投資,且變壓器投切或故障時(shí)不會(huì)影響其余部分,操作比較簡(jiǎn)單,此種接線同時(shí)也滿足了電氣主接線的基本要求。系統(tǒng)主接線如圖1所示。

4短路電流計(jì)算

采用等值電路標(biāo)幺值法進(jìn)行短路電流計(jì)算。取基準(zhǔn)容量sd=1000MVA,根據(jù)各元件電抗標(biāo)幺值,系統(tǒng)最大運(yùn)行方式按變電站A兩臺(tái)主變并列運(yùn)行計(jì)算,結(jié)果如表2所示。

5電氣設(shè)備選擇與校驗(yàn)

電氣設(shè)備選擇在變電所設(shè)計(jì)中十分重要。一般按正常工作條件選擇額定電壓、額定電流,在短路條件下校驗(yàn)其動(dòng)、熱穩(wěn)定性。

5.1斷路器選擇

斷路器是電力系統(tǒng)中最重要的控制和保護(hù)開(kāi)關(guān)設(shè)備。正常運(yùn)行時(shí),可接通和斷開(kāi)電流:發(fā)生故障時(shí),可快速斷開(kāi)負(fù)荷電流和短路電流。

35kV高壓回路大多選用真空斷路器或SF6斷路器,根據(jù)主變35kV回路最大持續(xù)工作電流以及安裝在戶內(nèi)的要求,可選ZN12-40.5型真空戶內(nèi)斷路器。其額定開(kāi)斷電流為25kA,額定短路關(guān)合電流為63kA,大于短路沖擊電流,滿足要求。同理,10kV高壓斷路器選擇ZN3-10型真空戶內(nèi)斷路器。

5.2隔離開(kāi)關(guān)選擇

隔離開(kāi)關(guān)是電力系統(tǒng)中的常用電氣設(shè)備,對(duì)高壓設(shè)備和一些重要裝置起到保護(hù)作用,但不可以切斷負(fù)荷電流或開(kāi)斷短路電流。35kV側(cè)變壓器回路隔離開(kāi)關(guān)的最大電流要求與斷路器相同,選擇戶內(nèi)改進(jìn)型隔離開(kāi)關(guān)GN16-35G/1250,其動(dòng)穩(wěn)定電流幅值為63kA,大于短路沖擊電流,滿足要求。同理,10kV側(cè)高壓隔離開(kāi)關(guān)選擇戶內(nèi)隔離開(kāi)關(guān)GN6-10/600-52型。

5.3電壓互感器選擇

電壓互感器是電氣二次設(shè)備與一次設(shè)備之間傳輸信息的傳感器,其一次側(cè)接在一次系統(tǒng),二次側(cè)接測(cè)量?jī)x表與繼保裝置,能將高壓按比例變成低壓[8]。

35kV側(cè)電壓互感器可選擇單相油浸式JDJJ6-35型電壓互感器,其0.5級(jí)二次繞組額定容量為150VA。10kV側(cè)電壓互感器選擇單相油浸式JDZJ-10三繞組電壓互感器,0.5級(jí)二次繞組額定容量為40VA。

5.4電流互感器選擇

電流互感器是電氣二次設(shè)備獲取電氣一次回路信息的傳感器,其一次側(cè)接在一次系統(tǒng),二次側(cè)接測(cè)量?jī)x表與繼保裝置,能將大電流按比例變成小電流[8]。

35kV側(cè)電流互感器最大工作電流為34.8A且安裝地點(diǎn)在戶內(nèi),可選9DZL7-35型電流互感器,其動(dòng)穩(wěn)定電流為112.5kA,大于短路沖擊電流:額定熱穩(wěn)定電流為45kA,大于短路電流,故滿足要求。

10kV側(cè)電流互感器可選半封閉式結(jié)構(gòu)9BZ1-10型電流互感器,其初、次級(jí)繞組用環(huán)氧樹(shù)脂澆注成一體,且滿足動(dòng)、熱穩(wěn)定性校驗(yàn)需求。

5.5避雷器選擇

避雷器用于防止雷電通過(guò)電壓波沿線路直接侵入變電所或者建筑物內(nèi),以免對(duì)被保護(hù)設(shè)備的絕緣部件造成損害。這里35kV側(cè)選擇閥式避雷器BZ-35,10kV側(cè)架空進(jìn)線選擇閥式避雷器BZ-10,經(jīng)校驗(yàn),其各類參數(shù)均滿足需求。

6架空線、母線選擇與校驗(yàn)

6.1架空線選擇

)1）架空進(jìn)線:35kV及以上宜按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇架空線截面,導(dǎo)線材質(zhì)為鋁,故可選9GJ-35型鋁絞線。其標(biāo)稱截面積AF35==2,滿足機(jī)械強(qiáng)度要求:在導(dǎo)體工作溫度為40m時(shí),允許載流量為137A,大于最大持續(xù)工作電流。因此,9GJ-35型鋁絞線滿足要求。

)2）架空出線:根據(jù)電壓等級(jí)為3℃10kV且出線線路較短,則按允許載流量選擇導(dǎo)線截面的規(guī)定,可選9GJ-16型鋁絞線。其在架設(shè)地點(diǎn)的環(huán)境溫度為30～時(shí),允許載流量為98A,大于最大持續(xù)工作電流:架空時(shí)最小截面積A=℃nF16==2,滿足機(jī)械強(qiáng)度要求。因此,9GJ-16型鋁絞線滿足要求。

6.2母線選擇

35kV及以下配電設(shè)備一般選用矩形硬鋁母線。按發(fā)熱條件選擇導(dǎo)線截面,最大持續(xù)工作電流為121.2A,可選單條矩形導(dǎo)體9MY-15×3的立放涂漆母線。其截面積為60==2,大于6.97==2,滿足熱穩(wěn)定要求:在導(dǎo)線架設(shè)地點(diǎn)的環(huán)境溫度為30℃時(shí),長(zhǎng)期允許電流為155A,當(dāng)母線平放且寬度小于63==時(shí),允許電流為147.25A,滿足條件。故兩段母線選擇單條矩形導(dǎo)體的立放涂漆母線滿足設(shè)計(jì)要求。

7結(jié)語(yǔ)

本文主要研究35kV變電所電氣部分設(shè)計(jì),為了滿足工廠、車間等工業(yè)場(chǎng)所用電需求,設(shè)計(jì)中采用需要系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算,然后根據(jù)所得數(shù)據(jù),選擇變電站各種系數(shù)以及主要電氣設(shè)備。通過(guò)本次對(duì)變電所電氣部分的優(yōu)化設(shè)計(jì),有望獲得更高電壓等級(jí)變電所電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),為后續(xù)35kV變電所設(shè)計(jì)工程提供參考和借鑒。