浅析变电站电气设备改造设计

吴永波

(珠海华成电力设计院有限公司，广东 珠海 519000)

变电站的功能是变换电压等级、汇集配送电能，主要包括变压器、母线、线路开关设备、建筑物及电力系统安全和控制所需的设施。对变电站电气设备进行改造,能提高电网安全稳定性,科学的变电站设备改造设计方案能够提升配电网的供电能力和适应性，降低配电网损耗和供电成本，减少电力设施占地资源。同时可以增加系统的可靠性，节约占地面积，使变电站的配置达到最佳，不断提高经济效益和社会效益。本文针对某110kV变电站的电气设备改造设计进行了阐述。

1 变电站设计原则

遵循国家及行业部门的有关规程规范，以科学求实冈地制宜，加快工程建设，降低工程造价

(1)提高经济效益为宗旨进行设计。本次改造，在满足最新负荷供电需求的基础上尽量维持原建变电站的总体布置形式和接线形式，在不增大变电站占地面积的前提下，优化变电站的站容站貌和站内变交通以方

(2)便工作人员的运行监视和维护工作。变电站改造工程的设计应符合“无人值班”站的要求。

(3)变电站的改造需分阶段进行第一阶臣改造敷设2号主变压器35kV侧高压电缆；第二阶臣在脱空10kV侧负荷后进行10kV高压开关柜室，以及控制室的土建改造工作和相应电气设备的安装工作；第三阶段进行控制窜设备和其他二次设备的改造工作；第四阶段，在原控制室的基础上进行通信载波机室和并联电容器室的土建改造工作和相应电气设备的安装丁作。

(4)本工程处于地震烈度Ⅵ度区。土建结构按Ⅶ度设防。

2 改造规模和设计范围

2.1 改造规模和目的

变电站的改造规模如下：

(1)主变压器：1号主变压器被等容量更换为31.5MVA三绕组有载调压电力变压器。变压器中性点接线方式重新设计 (110kV中性点需设放电间隙及避雷器)。

(2)l1OkV设备：110kV侧断路器全部更换为SF6断路器，更换110kV侧部分电压互感器、电流互感器和避雷器。

(3)35kV配电装置：由于目前2号主变压器的35kV母线跨越控制室和配电室，为配合主控制室、10kV配电室及通信载波机室的土建施工。因此需要将2号主变压器的35kV侧采用高压电力电缆引出，并相应建设该回电缆的敷设通道。

(4)10kV配电装置：10kV侧接线改为单母线分段带旁路接线，共16回出线，盘柜双列布置，采用XGN2-10型开关框，内装ZN65A和ZNl2型真空断路器。

新增成套型并联电容补偿装置两组，容量为每组4000kvar原有一组电容器拆除。原10kV开关柜室拆除后就地重建。成套并联电容器布置在并联电容器室内。

(5)二次设备控制窀。35kV保护全部更换为微机型保护装置；10kV开关采用微机保护，就地布置：并联电容器补偿装置采用微机保护；更换微机五防装置-套；原直流装置不更换，但需要校核蓄电池容量；更换电度表屏一面刑用原有电能表将所有电能表接人现有负荷电量管理系统；对新增回路安装全电子电度表'并接入负荷电量管理系统。将控制室搬至新建的10kV开关柜室楼上。

(6)载波通信机室和并联电容器室。利用原主控室和休息窜的场地新建通信载波机室和并联电容补偿装置室。

2.2 设计范围

针对上述改造内容的电气、土建、通信以及防雷接地、给排水等全部设计工作。

3 电气主接线

根据变电站改造工程现场查勘纪要以及变电站原来的设计，变电站改造后的最终规模为：主变容量为2台31500kVA三相三绕组有载调压降压变压器；变电站以110kV、35kV、10kV三个电压等级出线；110kV侧为单母线分段带旁路接线2回进线，2回出线；35kV侧为双母线接线，出线8回；10kV侧为单母线分段带旁路接线，设一组专用旁路断路器。出线16回，并在10kV装设两组并联电容补偿装置和两组站用电变压器。

4 短路电流计算及设备选择

4.1 短路电流计算

根据供电局提供的目前系统归算到本站110kV母线上的阻抗值和各侧短路电流的计算结果，并考虑为系统将来预留一定的发展裕度，经计算校核提出变电站各侧的短路电流值。基准容量为100MVA。短路电流计算简图见图1。

图1 短路电流计算简图

4.2 改造设备选择

本工程位于地震烈度Ⅵ度区，属Ⅲ级污秽区所选电力设备经校验完全满足运行、检修、短路和过电压的要求。

(1)1号主变压器。为了降低电能损耗和年运行费用避用低损耗的铜芯三相双绕组有载调压油浸式变压器。

(2)110kV断路器。选用先进、可靠、检修周期长的SF6断路器。

(3)l10kV电流巨感器。选用常规户外油浸式全密封电流互感器LCWB6型。

目前，电力市场上还有一种干式高压电流互感器。这种电流互感器是由干式高压套管和贯穿式电流互感器组合而成具有无油、无瓷、体积小、重量轻、防火、防爆、污闪电压高、维护工作量小等优点。这种电流互感器避免了常规户外油浸式全密封电流砭感器具有的易漏油、维护工作量大且有爆炸危险等缺点能满足本站的技术要求。

(4)110kV电压瓦感器。选用常规户外油浸式全密封电压互感器JCC6型。

(5)35kV高压电力电缆及附件。由于电缆采用户外电缆架敷设，冈此选用单芯交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆。

(6)10kV高压开关柜。选用安全可靠的XGN2-10型箱型固定式金属封闭开关柜。柜内进线回路装设ZNl2-10型真空断路器，出线回路装设ZN65A-12型真空断路器。

(7)并联电容补偿装置。选用集合式高压并联电容补偿装置。该装置型号为TBB-400叫4000ACW，采用在中性点侧串联电抗器的Y型接线方式。此种接线方式具有接线简单、布置方便清晰的优点，而且针对电容器内部故障的继电保护可采用的方式较多对串联电抗器的动热稳定要求和对避雷器的通流容量要求均较低。

(8)主变压器中性点设备。改造后的主变压器110kV中性点装设有放电间隙、单极隔离开关和氧化锌避雷器可以满足对主变压器中性点接地或不接地的运行要求。

由于本站35kV出线总长仅69km经估算电容电流仅约8A,因此主变压器35kV中性点不需装设消弧线圈。

5 电气设备布置

变电站本次改造工程的重点主要集中在设备改造和主控制楼的改造匕，因此变电站的总布置方案、各级电压的进出线方向和110kV、35kV配电装置的形式基本维持不变。主控制楼的布置位置和楼外通道设置结合地形、地貌条件考虑.主控制楼主体建筑结构、通道设置和户内设备布嚣遵照规程、规范及防火要求和各建筑物的功能要求进行设计。110kV配电装置维持原来的布置不变采用户外集中式布置。35kV配电装置采用屋内开敞式布置，布置在单独的35kV配电装置楼内。

5.1 35kV高压电缆敷设方式

2号主变压器35kV出线电缆的改造是整个改造工程的第一步。该回电缆可能的敷设方式有三种：第一种为新建电缆沟敷设；第二种为采用电缆桥架在主变压器场架空敷设；第三种为采用电缆桥架沿控制窀边坡敷设。若采用第一种方式出然会与站内现有的电缆沟和排水沟交叉不利于施工和敷设。若采用第二种方式需要新建桥架柱施工盛大且必然与站内10kV母线交叉。若采用第三种方式不需要土建施工工程量小经济性好。因此，推荐2号主变压器35kV侧高压电力电缆采用电缆桥架明敷的方式敷设在主变压器场和10kV开关宦之间的台地边坡上。电缆上方加装保护设施.防止控制楼的施工威胁电缆外绝缘。

5.2 主控制楼布置方式

主控制楼底层为10kV开关柜室、通信载波机室和并联电容补偿装置宅。第二层为控制室、蓄电池室和其他一些辅助房间。根改造步骤。在脱空10kV侧负荷后先对现有的10kV高压开关柜审改造然后再将控制审设备迁至新建的控制审，最后冉建设通信载波机窀和并联电容补偿装置室及楼上的辅助性建筑物。由于10kV开关柜室侧的改造不能影响控制摩的运行，因此对10kV开关柜窄侧建筑物的改造只能在现有的10kV开关柜室基础上进行。

方案一：开关柜为双列布置，以尽量减小房间的长度，但是设备布置较复杂，需采用3回母线桥联络两列开关柜。

方案二：开关柜为双列布置.公用柜布置在一列进出线柜布置一列。这样设备布置清晰，仅需采用2回母线桥联络两列开关柜胆是房间长度远超过方案一。因受场地的限制推荐方案一为最终方案。

5.3 1号主变压器布置

因改造后的1号主变压器的外形尺寸为7370mm×4330mm×5190mm(长×宽×高)。而现有的主变储油池尺寸仅有6800mm×6200mm,故需要对1号主变储油池进行扩建。另外，还需在两台主变压器之间增设主变事故油池和油水分离装置。

6 过电压保护及接地

6.1 过电压保护

按《电力设备过电压保护设计技术规程》，为防止10kV侧隔离开关断开后，主变高压绕组对主变低压绕组的静电感应和电磁感应过电压损坏主变低压绕组，在主变低压侧装设一组氧化锌避雷器。主变110kV中性点除装设氧化锌型避雷器外还装有放电间隙。为防止电气设备遭受直击雷站内采用避雷针保护。为避开新建的主控制楼2号避雷针异地重建‘并与接地装置可靠连接。

6.2 接地

在新建的主控制楼地下0.8m处采用50mm×6mm镀锌扁钢敷设一闭合接地网作为控制楼主接地网。另外.在各层楼板上利用楼板钢筋和镀锌扁钢敷设均压网有效降低接触电势和跨步电势，保护工作人员的人身安全。改造后的控制楼的接地网和开关站的接地网有效地连接成一个整体。改造后全站的工频接地电阻值不应大于0.5Ω。

避雷器接地引下线均设置垂直接地体。控制楼、配电装置的现浇楼板、柱筋与地网可靠连接接地。所有电气设备与地网连接点均作明显标志。

结语

综上说述，变电站电气设备改造对改善变电站供电性能有着重要的影响，若熟练掌握了相关的知识将会在改造过程中发挥出重要的作用，但还需要依靠技术人员的不断实践研究。

[1] 毛卓平.浅谈变电站电气设计[J].电力建设，2011年02期.

[2] 应玮.110kV城市变电站设计的回顾与展望[J].上海电力，2001年02期.