引言

某工廠欲設(shè)計(jì)一個(gè)35kV電壓等級的變電所,對廠內(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電壓等級來供電。以最大運(yùn)行方式運(yùn)行,將A變電站的兩臺變壓器并列運(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功容量:Pc總為有功計(jì)算負(fù)荷總值:tano為功率因數(shù)無功補(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)變電所選用兩臺等容量主變壓器,要求如下:

(1）當(dāng)兩臺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,可初選S9系列三相油浸自冷式無載調(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,全場總負(fù)荷的70%為一、二類負(fù)荷,初步設(shè)計(jì)兩臺主變壓器,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,通過主變降壓后接到10kV側(cè)單母線。橋式接線沒有母線,只用3臺斷路器,節(jié)省了投資,且變壓器投切或故障時(shí)不會影響其余部分,操作比較簡單,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、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)開關(guān)設(shè)備。正常運(yùn)行時(shí),可接通和斷開電流:發(fā)生故障時(shí),可快速斷開負(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隔離開關(guān)選擇

隔離開關(guān)是電力系統(tǒng)中的常用電氣設(shè)備,對高壓設(shè)備和一些重要裝置起到保護(hù)作用,但不可以切斷負(fù)荷電流或開斷短路電流。35kV側(cè)變壓器回路隔離開關(guān)的最大電流要求與斷路器相同,選擇戶內(nèi)改進(jìn)型隔離開關(guān)GN16-35G/1250,其動穩(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)高壓隔離開關(guān)選擇戶內(nèi)隔離開關(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)接測量儀表與繼保裝置,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)接測量儀表與繼保裝置,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、次級繞組用環(huán)氧樹脂澆注成一體,且滿足動、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電壓波沿線路直接侵入變電所或者建筑物內(nèi),以免對被保護(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

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。通過本次對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。