供电公司110kV变电站电气二次部分设计实证分析

供电公司110kV变电站电气二次部分设计实证分析

摘要：结合工程实例（变电站电压等级为110kV/10kV），综合电气设备、电力系统及其继电保护等设计内容及要求，完成了电气二次部分的设计，包括110kV二次部分、变压器二次部分、10kV二次保护部分以及交直流部分及微机监控系统；主要设备选用三相两绕组低损耗有载调压自冷变压器，110kV设备选用户内全封闭组合电器GIS，采用国产GIS以及10kV设备选用金属铠装中置式真空开关柜。

关键词：变电站；电气设备；二次设计

中图分类号: TM63文献标识码：A文章编号：

随着我国工业快速发展的需要，目前主要由220kV变电站和地方小火电电厂供电。由于近几年来煤源枯竭和政府关停小煤井，造成电厂用煤紧缺，煤价上涨，电厂亏损，发电机组时开时停，由电厂供电的客户用电得不到保障，而220kV变电站10kV出线间隔已满，供该片区的10kVI线、III线已满负荷或接近满负荷运行，110kV解庄变电站距离此地区为5～6km，若由其10kV侧引线，供电半径长，供电经济性和电能质量难以保证。110kV变电站位于某镇北部，电厂东侧，建成后将满足该地区用电负荷的需求。同时加强10kV网络结构，与220kV、110kV变电站共同对重要用户的双电源供电，减轻220kV变电站的负荷压力。鉴于上述情况，为满足负荷发展的需要，提高电网的供电可靠性，进行110kV输变电工程的设计。

1输变电工程初步分析

1.1 工程规划片区电网现状

该某片区位于某镇北部，目前主要由220kV某变电站和地方小火电电厂供电。2009年该地区网供最大负荷为10MW。近年来，该片区工业发展较快，2011年用电负荷达到30MW；之后负荷增长相对平稳，2015年预计将增至45MW。

1.2电气主接线初步方案

110kV电气主接线采用内桥接线，2回电源进线。10kV出线24回，10kV接线采用单母线分段接线。

主变压器中性点接地方式：110kV侧中性点直接接地，10kV侧经消弧线圈接地。

1.3 短路电流计算及主要设备选择

在系统最大运行方式时，本站各级电压母线上的三相短路容量、短路电流、冲击电流值如下。

110kV母线短路容量及短路电流：短路容量：1727MVA；短路电流：9.067kA；冲击电流：23.12kA；

10kV母线短路容量及短路电流：单台变运行：短路容量：251MVA；短路电流：13.822kA；冲击电流：35.25kA。

计算过程（110kV侧）：短路阻抗=0.5(系统阻抗)+0.079(线路阻抗)=0.579；短路容量=1000(基准容量)/0.579=1727MVA；短路电流=5250(基准电流)/0.579=9067A。

计算过程（10kV侧）：短路阻抗=0.579+3.4(变压器阻抗)=3.979；短路容量=1000(基准容量)/3.979=251MVA；短路电流=55000(基准电流)/3.979=13822A。

根据以上计算各级电压母线上的三相短路容量、短路电流、冲击电流值见表1。

表 1短路容量、短路电流、冲击电流计算值

110kV侧实际短路电流热效应：I 2t=9.0672×3=246.1kA2·s；

110kV侧断路器短路电流热效应：I 2t =402×3=4800＞328.8 kA2·s；

110kV侧断路器开断电流选用40kA,冲击电流：100kA＞23.12kA；

10kV侧实际短路电流热效应：I 2t =13.8222×4=764.2 kA2·s；

10kV进线断路器短路电流热效应：I 2t =31.52×4=3969＞764.2 kA2·s；

10kV出线断路器短路电流热效应：I 2 t =252×4=2500＞764.2 kA2·s。

综上，110kV进线侧断路器开断电流选用40kA,冲击电流：100kA＞23.12kA。10kV进线侧断路器开断电流选用31.5kA，出线侧断路器开断电流选用25kA,冲

击电流：80kA（63kA）＞35.2kA。

根据以上计算，选用以下主要电气设备，见表2。

表2 主要设备选择结果

2电气二次部分设计

2.1 计算机监控系统

2.1.1 设计原则

变电站监控采用成熟先进的微机监控系统，按无人值班设计；变电站内由微机监控系统完成对全站设备的监控，变电站内的数据统一采集处理，资源共享；微机监控系统的电气模拟量采集采用交流采样；保护动作及装置报警等重要信号采用硬接点形式输入测控单元；远动数据传输设备按冗余配置，微机监控主站与远动数据传输设备信息资源共享，不重复采集，节约资源；微机监控系统具有与电力调度数据专网的接口，软、硬件配置应能支持联网的网络通信技术以及通信规约的要求；全站配置一套公用的对时系统。

2.1.2 监控范围

微机监控系统的设计监控范围包括全站的断路器、隔离开关及电动操作的接地开关；主变压器的分接头调节；站用电控制；直流系统和UPS系统；通信设备及电源告警信号；站用变压器、直流系统、UPS系统的重要馈线开关状态。

2.1.3 系统配置

按照功能分散配置、资源共享、避免设备重复设置的原则采用站控层硬件设备，远动工作站，双机配置，双机互为热备用；间隔层设备按各期工程规模配置I/O测控装置，10kV,I/O测控装置布置于当地；I/O测控单元屏上应配备操作面板，用于对断路器进行控制；站控层设备之间宜采用双以太网通信，间隔层设备通过网关与站控层通信；间隔层各种设备和器件应达到IEC 60255抗电磁干扰标准。

2.2 二次设备布置

变电站内直流系统，直流母线采用单母线开关分段接线，分列运行。控制母线与合闸母线分开，两母线间设有自动调压装置。重要负荷分别接在两条母线上。 直流系统对整个变电站的可靠运行起决定作用，因此，直流系统选用了自动化程度高和性能好的智能高频开关操作电源系统和微机直流绝缘检测装置，由微机控制自动充放电，自动管理电池。该装置不仅能与监控系统保持良好通讯，同时由于其良好的性能，亦能延长蓄电池的寿命。站内设220V蓄电池一组，分别接入直流母线上，作为控制、保护、信号的操作电源、供事故照明、储能电机等用电。采用免维护电池，容量为150Ah。变电站内交流电源系统，由两台站用变采用单母线分段接线方式，负荷分布在两段低压母线上，对重要负荷采用双回路供电。站用电柜共1面装于二次设备室内。变电站内交流不停电电源（UPS）系统配一套220V，3kVA交流不停电电源系统（UPS），作为监控等设备的不停电电源，逆变器电源正常由交流供电，交流消失时自动切换，由变电站直流馈线柜供电。交流不停电电源系统（UPS）柜共1面装于二次设备室内。

2.3 元件保护、10kV保护配置原则

2.3.1 主变压器保护

变压器差动保护：110kV复压闭锁过流保护(电压用10kV侧) ；10kV时限速断保护；10kV定时过流；变压器过负荷信号；瓦斯保护、有载调压瓦斯保护；母线的保护靠进线和桥CT取差在变压器保护中实现。

2.3.2 110kV线路自投装置（双向自投）