張亞林

摘要：為了更好的解決工業(yè)用電能夠安全有效運行，提出對35kV總降壓變電所進行電氣優(yōu)化設計。首先根據(jù)負荷與無功功率補償?shù)挠嬎愦_定變壓器的型號和臺數(shù)。然后設計變電所主接線方案，并選擇一次側主要的電氣設備（隔離開關，電壓互感器，電流互感器）。最后對防雷接地保護系統(tǒng)進行了設計。結果表明基本完成了降壓變電所的部分電氣設計，符合變電所高效穩(wěn)定運行要求。

關鍵詞： 負荷計算；主接線設計；設備選擇；防雷與接地

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）20-0240-03

電力是現(xiàn)代工業(yè)的主要能源和動力。電力可以使工業(yè)生產(chǎn)迅速增加產(chǎn)量，提高產(chǎn)品質量和勞動生產(chǎn)率。目前發(fā)達國家電力技術發(fā)展比較成熟[1]，都已經(jīng)走向輸電超高壓化，變電所值班無人化，繼電保護智能化等。而我國電力行業(yè)發(fā)展雖有了明顯的進步，但與許多國家相比發(fā)展進度還比較遲緩，有許多的漏洞和問題。我國現(xiàn)在所設計的常規(guī)變電所最突出的問題是設備落后，結構不合理，投資大，損耗高，效率低，采用傳統(tǒng)的變電所的舊設備已越來越難以滿足變電所安全、經(jīng)濟運行，尤其是在一次開關和二次設備造型問題上，從發(fā)展的觀點來看，將越來越不適應我國經(jīng)濟發(fā)展的要求。變電所是電力系統(tǒng)中不可缺少的重要環(huán)節(jié)[2]，時刻肩負著電能轉換和與重新分配的任務，對電力系統(tǒng)安全高效運行有著重要作用。尤其是現(xiàn)在大容量發(fā)電機組的不斷投運和超高壓遠距離輸電的出現(xiàn)，使電力系統(tǒng)的安全控制更加復雜，如果依照原來變電所的舊設備，而不進行技術改造的話，必然無法滿足安全穩(wěn)定運行要求，就更不用說符合現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展機制。傳統(tǒng)的變電所大都不具備調壓手段，對于一些問題還沒有引起足夠的重視和采取有效的解決措施，而電壓的合格與否不單單只是發(fā)電廠去調節(jié)，各變電所也應該履行其責，特別是樞紐變電所更應該分擔重任，通過控制無功功率補償設備進行調整，使其運行在合格范圍內[3]。那么就需要對變電所進行優(yōu)化設計，提高電壓等級，擴大供電范圍。設計出更具優(yōu)化和發(fā)展?jié)摿Φ墓┡潆娤到y(tǒng)已經(jīng)是時代需要了。

1負荷與無功功率補償計算

1.1總負荷計算

1.至少選擇兩臺變壓器的情況，有大量一、二級負荷的變電所，當一臺變壓器發(fā)生故障或檢修時，另一臺變壓器能對一、二級負荷繼續(xù)供電。

2.采用兩臺變壓器的情況，一般都是季節(jié)性負荷或晝夜負荷變動較大的變電所，這樣更為經(jīng)濟。

3.除了上述兩種情況下，一般車間使用一個變電站。但集中負荷和容量的變電所三級負荷也可以使用兩臺變壓器。

4.在確定配電變壓器站時，應適當考慮負荷的發(fā)展，留下了一定的裕量。根據(jù)上述情況，應采用一臺變壓器這種設計。

1.3.2主變壓器容量的選擇

在晝夜或季節(jié)性負荷波動大[9]，則考慮變壓器的過負荷能力，在符合高峰時，變壓器可以適當?shù)亩虝r過載運行。有大量一、二級負荷的變電所，當一臺變壓器發(fā)生故障或檢修時，另一臺變壓器能對一、二級負荷繼續(xù)供電。兩臺以上變壓器工作方式有明備用和暗備用兩種，明備用是指一臺工作，另一臺備用。暗備用是指兩臺變壓器同時工作，各承擔50%左右的計算負荷，均按60%～70%計算負荷選擇變壓器容量時，變壓器的負荷率接近于經(jīng)濟負荷率。

根據(jù)變電所要求，考慮經(jīng)濟性，本設計采用兩臺變壓器暗備用的方式。

故選擇容量為1600kVA的變壓器。

根據(jù)以上情況，應選擇變壓器型號為：S6-1600/10。采用兩臺變壓器暗備的方式。由于考慮到未來5～10年的負荷發(fā)展，初步取=1600 ?？紤]到安全性和可靠性的問題確定變壓器為S6系列變壓器。

1.4主接線的接線方案選擇

當只有兩臺變壓器和兩條輸電線路時，采用橋式接線，所用斷路器數(shù)目最少，它可分為內橋和外橋接線。內橋與外橋都有著各自的優(yōu)缺點。內橋是不會常需切換的運行方式。適合于輸電線路較長，故障機率較多的線路。外橋更適用于線路較短，變壓器按經(jīng)濟運行并需要經(jīng)常切換的地方。也就是適合于出線較短，且變壓器隨經(jīng)濟運行的要求需經(jīng)常切換，或系統(tǒng)有穿越功率，較為適宜。綜上所述，選擇外橋的接線方案更為經(jīng)濟適用。

2 繼電保護裝置與一次側設備選擇

2.1繼電保護配置

系統(tǒng)在運行過程中有時會出現(xiàn)各種故障或不正常運行狀態(tài)，尤其是各種類型的短路，若不能及時的發(fā)現(xiàn)并且切除故障電路，將會對生產(chǎn)和生活造成很大的影響。繼電保護的作用就是分區(qū)實時檢測各種故障和不正常運行狀態(tài)，以便及時的發(fā)現(xiàn)故障并采取隔離或告警等措施，從而最大限度地維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運行[10]，保證人身的安全和供電的連續(xù)性，防止或減輕設備的損壞。變電所主要保護配置有過負荷保護，瓦斯保護與速斷保護。

（1）在這里電力變壓器過負荷保護的動作時限取為10s與15s之間。

過負荷保護動作電流為

取6A，時限整定10秒

（2）瓦斯保護是通過監(jiān)測變壓器油受熱分解的氣體的流速，從而對故障加以判斷并動作的保護裝置。故障輕時產(chǎn)生的氣體較少且慢，發(fā)出警告信號。嚴重故障時，迅速產(chǎn)生大量的氣體，繼電器動作跳閘。

（3）電流速斷保護分為無時限電流速斷保護與帶時限電流速斷保護。

2.2一次側設備選擇

在測量高壓裝置的電壓時，為了安全、方便的測量，一般要使用電壓互感器（TV）。電壓互感器的一次繞組與高壓電路并聯(lián)；二次繞組與測量儀表、繼電器的線圈并聯(lián)。電壓互感器類似于變壓器，因一、二次側的匝數(shù)不同，可將一次側的高壓在二次側轉換成低壓，便于安全、有效的測量。

1）考慮本廠的安裝地點和適用條件，對6-10kV應考慮JDZJ型電壓互感器；對35kV以上應選取單相油浸式三繞組的JDX6-35型和JCC型串級式電壓互感器。

2）電流互感器是一種變換電流的裝置，實際是一種特種變壓器，其作用是把較大的一次電流通過一定的變比轉換為較小的二次電流。工作原理是利用一、二次繞組的匝數(shù)不同來使一次側大電流可以利用二次側的小電流來進行測量。計算得知，35KV側最大持續(xù)工作電流為73.3A，熱穩(wěn)定性22.7>1.16，動穩(wěn)定性10.3>5.46，校驗合格，則電流互感器35KV側選LCW-53型；10KV側最大持續(xù)工作電流為433.9A，熱穩(wěn)定性1088.5>1.1，動穩(wěn)定性84.0>10.14，校驗合格，則10KV側選LAJ-10 型。

3）開關柜是成套的配電裝置，主要用于接收和分配點能，開關柜使多個電氣設備安裝在一處，不僅所占的體積變小，而且便于檢測與維護。按本次設計的主電路方案，選擇合適的開關柜，利用各開關連接起來，構成成套的配電裝置。開關柜具有安全可靠、維護方便、占地面積小等優(yōu)點。本設計低壓側為10kV，可選用GG-1A型（固定式高壓開關柜）。該開關柜采用框架式結構。上部為斷路器，下部為隔離開關、電纜室，中間為電流互感器。

3 防雷與接地設計

3.1防雷裝置的接地要求

避雷針宜設獨立的接地裝置[11]，按《建筑物防雷設計規(guī)范》規(guī)定：防雷的接地裝置，圓鋼直徑不小于10mm；扁鋼截面不應小于，厚度不應小于4mm；角鋼厚度不應小于4mm；鋼管壁厚不應小于3.5mm。

總的來說，空氣中安全距離，地下安全距離。為防止跨步電壓對人身的危害，按規(guī)定，接地體入口與人行道距離不小于3m。當小于3m時，應采取一定的絕緣措施來保障人身安全。

3.2接地裝置的設計

接地就是指防雷裝置、電氣設備與大地能夠良好連接并有相應作用。接地體有管型、帶型和環(huán)形等。電流通過接地體[12]向地面呈半球流散，距離越遠，電流越小，所以在接地體周圍有跨步電壓（兩腳之間電位差），一般認為距離接地體20m以上已沒有電壓。

4 結語

該研究主要是對35KV變電所的部分電氣設計，對負荷和無功功率補償?shù)挠嬎悖_定了變壓器型號和臺數(shù)，設計了主接線的選擇方案；通過校驗對變電所設備進行了選擇，同時考慮到變電所的安全穩(wěn)定運行，對繼電保護裝置和防雷與接地做了系統(tǒng)的介紹。達到變電所電氣設計的要求。

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