110kV户外GIS变电站电气一次设计

110kV户外GIS变电站电气一次设计

胥塨杰

攀枝花学院 交通设备与控制管理 617000

摘  要

设计质量是工程建设项目能否顺利施工和安全、经济、稳定运行、落实全寿命最低成本管理原则的决定因素。

在总结发展成果的基础上设计了变电站电气主接线方式和主要电气设备的选择，当发生短路故障时，能有效应对其对系统造成的损害，确保变电站在运行中，达到安全性、稳定性，并且计算相应的短路电流，在变电站，变压器型号、电器主设备的选择上遵循相关标准。最后进行防雷接地设计。最终从技术上验证了该设计的可行性。同时，对设计方案及电气设备选型进行总结。

关键词：变电站设计；电气主接线；设备选择；

1 变电站设计总概述

电力系统中，变电站是一处用于对电压和电流进行转换、接收电能以及分配电能的场所。目前我国主要有发电系统和变电系统两种方式。在发电厂内，设有一座升压变电站，其职责在于将发电机所产生的电能进行升压处理，并将其输送至高压电网中，高压电网通过供电的降压变电站输送到工厂及用户。

2 变电站配电装置形式

本次的设计的110kV配电装置采用户外中型气体绝缘GIS布置；10kV配电装置采用金属移开式封闭开关柜，户内双列布置，柜内配真空断路器，出线采用全电缆出线方式。

110k V配电装置位于站区以南，10k V配电室和二次设备室位于站区以北，主变压器位于站区中间，电容器位于站区以东，二次预制舱位于110k V配电装置以西，接地变位于110k V配电装置以东，站区入口朝西。

110kV配电装置采用户外GIS，向南架空出线。10kV采用开关柜双列布置，向北电缆出线。

3  短路电流的计算

短路电流参数:110kV短路电流水平按31.5kA考虑，10kV短路电流水平按40kA考虑。

因此系统资料按110kV三相短路电流 I=31.5kA执行

短路计算基准值取：Sj=1000MVA, Uj=Up

则网络中各元件的电抗标么值如下:

系统：

线路：

变压器：

d1点短路：110kV侧：

稳态短路电流：

冲击短路电流：

d2点短路：10kV侧：

稳态短路电流：

冲击短路电流：

4 中性点接地方式及接地电容电流计算

4.1 中性点接地方式

110kV中性点的接地方式为直接接地；在110kV侧，主变压器的中性点采用了间隙保护方式，并通过隔离开关进行接地。

10kV系统未进行接地处理。在10kV系统中，最终36回均为电缆出线，因为需要考虑接地电容电流大于30A的问题，所以在10kV系统中配置消弧线圈装置以确保系统的稳定性。

4.2 接地电容电流计算

单相接地电容电流计算如下：

10kV电缆线路共36回，线路总长约36公里。

当10kV出线全部投运时，10kV 配电装置3段母线共有36回出线，其中I段有12回出线,II段12回出线，III段12回出线，全部为电缆出线，平均每回出线长约为1000m，总长约为36km（电缆截面为400mm²），则单相接地时电缆线路的电容电流如表2-6所示。

110kV变电站远期10kV系统中，接地电容电流已经远远大于电力行业标准所规定的30A，故此，需要配置相应的消弧线圈装置。

5 主要电气设备的选型

主要设备根据《国家电网有限公司35～750kV输变电工程通用设计、通用设备应用目录》选取。110kV、10kV短路电流控制水平分别为40kA、31.5kA。电气设备外绝缘按d级污区设计。

5.1 主变压器

主变压器采用户外三相双绕组油浸自冷节能型有载调压变压器，空载损耗小、负载损耗小、造价低，噪声小、低损耗。拟对变压器增设油色谱在线监测设备。

额定容量63MVA，额定电压110±8×1.25%/10.5kV，短路阻抗Ud = 17%。每台主变配置中性点成套设备1套。   

采用隔离开关进行中性点接地，以确保接地的安全性

中性点绝缘水平:72.5kV、隔离开关GW13-72.5(W)/630。

选用主变中性点成套装置，选用该装置，能有明显减少建设所耗费的时间，还便于后续的操作。中性点过电压保护装置，是一套由单相操动机构电动的集中性点隔离开关、放电间隙和电流互感器等构成的完整设备。具有用途全面、空间占用小，便于安装校验、稳定性高、能对抗恶劣环境等特点。

5.2 110kV电气设备

户外GIS组合电器设备在110kV电压下运行，其额定电流为3150A，而开断电流则为40kA，本期安装断路器5台，内置主变进线电压互感器、避雷器，备用间隔母线侧隔离开关一次上齐。线路侧装设氧化锌避雷器12台、电压互感器12台。

5.3 10kV电气设备

在10kV的电压等级下，我们使用了一种内置电动手车式开关柜，同时还配置了真空断路器。主变及分段断路器的额定电流4000A、开断电流40kA；出线断路器额定电流1250A，开断电流31.5kA。主变10kV侧进线母线桥采用3×（TMY- 125×10）装设绝缘热缩包封，开关柜内母线采用可靠的绝缘材料包封。本期工程共涉及35个开关柜，其中包括2个主变进线开关柜、2个进线隔离柜、1个分段开关柜、2个分段隔离柜、2个母线设备柜、2个接地变开关柜、4个电容器开关柜以及20个馈线开关柜。

选用ZC-V22-0.6/1-4×95型站变出线低压电缆，搭配冷缩型电缆头，以确保电缆的稳定运行。

5.4  导体的选择

对于整个设施的出线回路方面，也应该根据系统计算，得出最大电流，用参考相关问题。至于校验，应充分考虑各种情况，重点应当顾及发热条件。

LGJ-300/25钢芯铝绞线被选用于110kV的进出线，而LGJ-500/45钢芯铝绞线则被应用于母线。在10kV的主变压器进线和柜内插排中，选择了2×（TMY-125×10）的铜排。

6 防雷接地方案的设计

本站共设20m高110k V构架避雷针2根，20m独立避雷针2根，形成全所防雷保护。

在变电站中，水平接地体是主要的接地体，而垂直接地体则作为辅助构成了一种复杂的接地网。在变电站大门及建筑物入口处设置均压带，以减小跨步电压。变电站主接地网为-60×8热镀锌扁钢结构，所有设备均为-60×8热镀锌扁钢结构，与主接地网相连，垂直接地极选用等边热镀锌角钢结构。

建筑物保护：变电站重要设备的建筑物和安装周围的保护措施。隔离闪电产生的磁脉冲，保护金属箔周围的物体。

变电站属于重要的高精密仪器，应该确保其安全稳定的运行，对此，应该在其附近采用有效的保护措施，建造相关的保护装置。以应对在雷电天气中可能产生的磁脉冲。

结论

    本文设计的户外GIS变电站相较于传统变电站在占地面积上更节约土地资源，因为有气体金属绝缘的缘故，与传统的裸露在外的设备相比，设备与设备间的安全距离变得更小，使得土地利用率更高。

参考文献

【1】赵蓂冠,李晓光,杨春侠,杨洋,董新胜,庄文兵,赵晓宇.大型户外变电站地震安全评估研究[J].福建建材,2021,(01):14-17.

【2】聂京凯,张嵩阳,吕中宾,赵发平,肖伟民,张洋,王磊磊.户外变电站（换流站）用典型降噪材料火灾特性及改进现状[J].消防科学与技术,2020,39(10):1469-1473.

【3】李钧超,黄肇敏,张铃珠,田宏梁,张辰.110kV户外GIS变电站总平面布置优化[J].中国工程咨询,2017,(08):50-52.