变电站设计中需要注意的一些问题
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作者: 李小龙
摘要:城市电网建设中,变电站是首先要解决的问题,建设时要符合快速发展城市的需求,要有足够的变电容量,处理好用地面积、总平面布置和基础选型,自动化程度高,通信运行性能高,灵活性能高的主接线方式,主设备技术性能优越,检修频率低,噪声低。本文就变电站设计中需要注意的一些问题进行论述,并提出合理、经济的设计方案。
关键词:变电站;设计;问题;方案
一、设计原则与变电站容量的确定
变电站是我国大部分地区能源供应的主渠道,在变电站的建设中,应在满足各地区电力供应的同时,兼顾经济性和容量需求潜力。因此在变电站设计中,应掌握以下原则并依此选择变电站容量。
1)足够的变电容量以满足供电区域内中长期规划预测的负荷要求;2)可靠灵活的主接线方式;3)结构紧凑,设备体积小,占地面积小;4)主设备技术性能优越,可靠性高,检修频率低,噪声低;5)自动化程度高,通信误码率低,可靠性高。
根据以上原则,选择220kV作为地区电源点,可以充分发挥容量大、通道省、占地少、投资相对经济的优点。因此,220kV变电站是解决地区供电矛盾的一个有效措施,同时也将是今后国家电力系统发展的一个方向。
二、变电站设计中应注意的问题
(1)电气主接线选择
电气主接线的方式主要有单母线接线,单母线分段接线,单母线带旁路母线接线,单母线分段带旁路母线接线,双母线接线,双母线分段接线,双母线带旁路母线的接线,一台半断路器的接线。近年来,随着SF6断路器和气体绝缘金属封闭开关设备的普遍采用,旁路母线的使用越来越少。所以我们没有采用单母线分段带旁路母线接线和双母线带旁路母线的接线等接线形式。安全可靠是电力生产的首要任务,停电不仅使发电厂造成损失,而且对国民经济各部门带来的损失将更严重,往往比少发电能的价值大几十倍,至于导致人身伤亡、设备损坏、产品报废、城市生活混乱等经济损失和政治影响,更是难以估量。因此,主接线的接线形式必须保证供电可靠。电压、频率和供电连续可靠是表征电能质量的基本指标,主接线应在各种运行方式下都能满足这方面的要求。
(2)主变压器选择
变电站主变压器容量和台数时影响电网结构、可靠性和经济性的一个重要因数。所以根据当地电网现状、最高供电负荷、售电量及其发展趋势,确定变电站的规模,合理选择变电站的变压器容量和台数。
主变压器可以根据6个方面进行选择:按电网发展规划选择主要变压器容量;按电压等级选择主变压器容量;根据变电站所带负荷的性质和电网结构来选择主变压器的容量;同级电压的单台变压器容量的级别;按容载比确定主变压器的容量;按负荷密度选择变电站主变压器的容量。主变压器台数的选择应根据地区供电条件、负荷性质、供电负荷大小、运行方式、供电可靠性等条件进行综合比较后确定。同级电压的单台变压器容量级别不宜太多,应从全网出发,推行主变压器容量的系列化和标准化。
(3)三维布置
按照实际工程需要利用三维模型库搭建电站三维模型,并且附加实际工程信息。
①配电间隔的创建。配电间隔由间隔内部设备和导线以及导线支架组成。在本工程中,参考施工图实际的距离参数来布置间隔内部各个设备之间的间距。每个间隔在模型目录中的层次按如下规则存放:SITE层确定分区,如500 kV分区;ZONE层确定间隔,如:2#,3#至10 W某电厂Ⅱ出线间隔;EQUI层则存放该间隔内的设备。
②导线的创建。导线包括各类母线、进线、出线及设备间导线等。PDMS中没有专用创建导线的工具,本工程中采用弯曲钢管代替,弧垂幅度根据计算结果确定,本层次由电气专业进行设计。
③主控楼、站内道路、围墙的创建。建模时采用pdms土建专用工具和道路创建专用工具,本层次由土建专业负责设计。
④全站三维布置。确定变电站模型坐标系原点位置后,按照实际位置参数设置变电站中所有设备、支架、导线、道路、围墙、主控楼等。对变电站进行全场布置时,由SITE划分功能分区,如:500 kV分区、220 kV分区、35 kV分区、主控楼、场区道路、围墙等。由ZONE划分功能子单元、独立的间隔,如:8WⅡ至某开关站Ⅱ、所用变回路Ⅱ等。
(3)接地材料的选择
选择接地材料时需要综合考虑,钢材是最为常见的接地材料。短路电流过大时,变电所需降低施工难度,此时可选择铜接地。腐蚀方面应该根据土壤的具体环境决定材料。从部分投运时间长达l0a的接地网来看,部分钢材完好如初,只是在焊接处和距空气接近处出现了锈蚀;少数锈蚀较为严重。这就提醒设计者在设计时需考虑到腐蚀情况,根据当地实际的腐蚀数据进行材料设计。
(4)主变保护的设计
电力变压器是电力系统中十分重要的供电设备,它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响,同时大容量的电力变压器也是非常贵重的设备。因此,必须根据变压器的容量和重要程度考虑装设性能良好、工作可靠的继电保护装置。针对变压器故障类型和不正常运行状态,对主变可采用以下保护:①瓦斯保护;②谐波制动纵差保护;③变压器220kv侧过流保护;变压器35kv侧过流保护;220kv零序过流保护; ⑥110kv 2段方向零序过流保护;⑦35kv侧零序过流保护;220kV和35kv侧过负荷保护。
三、我国变电站的自动化发展趋势
(1)系统配置
为了提高变电站综合自动化系统的可靠性和性能价格比,在设计时就应采用分布式的变电站综合自动化系统配置模式。该系统可以将变电所内各回路的数据采集单元、控制单元和保护单元分别集中安装在变电所的控制室内的数据采集柜、控制柜和保护柜中,相互间通过现场总线与控制主机相连。这种分布集中组屏的结构,便于扩充和维护,而且其中一个环节出现故障时,不会影响其他部分的正常运行。
(2)通信系统
通信系统是将整个变电站综合自动化系统采集的数据乃至该变电站相应的配电线路上自动化系统采集的数据传输给变电集控中心和配电自动化集控中心,站内通信采用光纤以太网,保证在站内毋需中断其他设备。站外通讯采用光缆与中心站相连接,由中心站进行遥控软件配置。
(3)基本功能
①测量及数据采集功能。包括状态数据、模拟数据和脉冲数据。
②自动装置功能。包括电压和无功的就地控制、同期检测和同期合闸及故障滤波测距等。
③保护功能。对所内的所有电气设备进行保护,并对被保护设备进行故障显示和记录,存储多套定值并能进行修改和显示等。
④控制和操作闭锁。可通过CRT屏幕对断路器、隔离开关、变压器分接头和电容器组投切等进行远方操作。
变电站中有大量的各种型号的设备、各种类型的土建支架、设备支架、设备基础、绝缘子串、道路、围墙和主控楼等,数目繁多,结构复杂,要在设计前的几天建好模型,必须科学分配时间,做好模型布置的前期工作。据了解,在新建变电站中,相同电压等级的电气设备和土建支架在选型时重复度较高,可以提前做好建库工作。前期需要设计人员配合的工作主要有:所有设备的外形图,支架图、绝缘子串图,甚至是典设图纸,如果各个变电站的设备复用率较高,可以将这些设备模型归库,也可以提前创建典型设计库,布置时就可以随取随用,这样可以大大提设计与施工的效率。
参考文献:
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[5]DL/T5218-2005,220 kV～500 kV变变电所设计技术规程[S].
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