城市20kv变电站设计探析

'城市20kV变电站设计探析　　【摘要】变电站是电力系统的核心和枢纽，在城市电网供电过程中发挥着重要作用。本文结合变电站设计经验，主要讨论了20kV系统中性点接地方式和电气设备的主要原则，并对20kv变电站的设计方案进行探讨，设计出符合地区需要的变电站。为类似探究提供参考。【关键词】20kv中性点接地方式变电站电气设备随着我国社会经济的不断发展，城市用电负荷迅速增长。变电站的设计便成为了城市电网建设中首要解决的问题。在一些电力负荷密度高的地区，传统的10kV变电站不仅造成较大的资源浪费，而且一些线路损耗较高，电压质量难以得到保证。若采用20kv供电，则可以减少高压变电站的数量和线路走廊，节约电力资源，同时也能够提高电压质量，降低损耗。因此，通过对20kv变电站主要设计原则、方案及需要考虑问题的探讨，设计出满足城市发展的供电设备，希望为城市居民提供一个舒适的供电环境。120kV系统设计原则及方案1.120kV中性点接地问题20kV系统中性点接地与整个20kV配网的设备绝缘水平、运行可靠性以及现有10kV设备改造的经济性等问题密切相关。7 20kV系统的接地方式主要有不接地、经小电阻接地和经消弧线圈接地三种。不接地方式比较简单，适用以架空出线为主，电容电流较小（一般小于10A）的变电站。该种接地方式供电连续性好，但在单相接地时产生的最高工频过电压约为3.5倍最大相电压，容易造成铁磁谐振。中性点经小电阻接地方式可以有效降低发生单相接地故障时的工频过电压和限制电弧过电压的产生，其最高工频过电压为2.5倍最大相电压。但该种接地方式需要配置零序保护，在单相接地时需跳开故障线路，增加了线路的跳闸次数和停电时间；同时会产生较大的单相故障电流，从而产生较高的跨步电压和接触电势，对周围人身和设备安全造成威胁；由于发生单相接地故障的几率增加，要求主变压器有较强的抗短路电流能力。1.220kV主设备绝缘水平及绝缘配合根据DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》的规定，20kV配电装置的空气间隙户外为30cm，户内为80cm（相对地、相间取同一值）。20kV系统的设备在不同接地方式下的绝缘水平是不同的。根据DL/T620-2006《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》的规定，20kV开关设备的额定绝缘水平如表1所示。7 20kV电缆参数根据DL/T401-2002《高压电缆选用导则》等要求选择。其额定电压U0/U（有效值）在经小电阻和消弧线圈接地方式时分别为12/20kV和18/20kV。20kV避雷器参数根据DL/T804-2002《交流电力系统金属氧化物避雷器使用导则》规定，非直接接地系统及小阻抗接地的20kV系统，在10s以内切除故障和10s以上切除故障时金属氧化物避雷器额定电压的建议值分别为26kV和34kV。避雷器的持续运行电压按额定电压的75%～80%选取，避雷器的残压与被保护设备的配合系数为1.4。计算可得出表2有关无间隙金属氧化物避雷器的参数。根据目前国家或行业的技术标准，变电站中主要电气设备和相应的出线（架空线和电缆）的绝缘水平在两种接地方式下差异较大，因此应根据不同的中性点接地情况选择不同的绝缘水平。1.320kV消弧线圈、接地变压器及小电阻选择消弧线圈容量根据20kV配网近、远期规划及有关电缆和架空线路长度计算确定。中性点经小电阻接地时，中性点接地电阻阻值的选择主要考虑限制过电压倍数、零序保护灵敏度、对通信线路的干扰及用电安全等因素。某工业园区选择的单相接地电流为600A，小电阻阻值为20Ω。7 根据国家电网公司Q/GDW156-2006《城市电力网规划设计导则》要求，20kV接地电流宜控制在150～500A。在满足限制过电压、继电保护及灵敏度要求的前提下应减少单相接地电流热容量和对通信线路的干扰。综合以上因素，建议20kV中性点单相接地电流选择500A，电阻阻值选择23Ω。小电阻参数选择步骤如下额定电压额定电阻值额定功率中性点接入小电阻时的接地变压器（需要时）容量应满足式中，为系统额定电压，kV；为选定的单相接地电流，A；k为接地变压器的过载倍数，IEEE—C62.92.3标准规定的k值。考虑保护动作时间一般在10s以内，可以计算出接小电阻时接地变压器的最小容量。如果当前选择经消弧线圈接地时，接地变压器的容量建议大于经小电阻接地所需的容量，以便今后需要将20kV中性点改为经小电阻接地时，直接将消弧线圈更换为小电阻即可。1.4110/20kV保护选择7 20kV系统中性点如果采用经消弧线圈接地，20kV线路保护应配置两段或三段相间保护。但如果该区域20kV系统中性点将来有可能改为经小电阻接地，可在线路保护中配置一段或两段零序电流保护（暂不用），以满足将来发展需要。220kV系统设计2.1选择主变压器需考虑的问题2.1.1台数及容量选择110kV变电站一般考虑的规模为.台主变压器。鉴于110/20kV变电站一般建在负荷集中地区，因此选用的主变压器的容量一般为63MV·A、80MV·A或者100MV·A，且逐步趋向于选用后两种。2.1.2接线组别变压器的接线组别可选择YNd11或者YNyn0+d11（其中d11为平衡绕组）。前一种在主变压器中性点经消弧线圈或小电阻接地时，需要加装接地变压器（兼所用变压器）；后一种在主变压器中性点经消弧线圈或小电阻接地时，直接从主变压器中性点引接即可，不需要加装接地变压器，但需要另外加装两台站用变压器。7 　　如果主变压器选择YNd11接线组别，与周边110kV变电站（目前本地区双绕组变压器接线以YNd11居多；三绕组变压器接线采用YNyn0+d11较多）送出的10kV电压以及220kV变电站（本地区采用YNyn0+d11的三绕组变压器较多）送出的35kV的电压相位相同，在20kV与10Kv（35kV）过渡阶段该区域110kV变电站之间以及110kV变电站与220kV变电站之间可以进行联络，保证供电的可靠性。如果主变压器选择YNyn0+d11（接线，则无法与其他不同接线变电站之间进行负荷的互供。另外，变压器内增加了平衡绕组，变压器内部结构更加复杂，出线套管的数量增多，给变压器的设计制造带来困难，造价也比YNd11接线的变压器高；运行中架空线路遭受雷击引起平衡绕组主绝缘损坏的概率增加。因此，在投资增加不多的情况下，为保证该供电区域与其他变电站进行联络，提高供电可靠性，建议选用YNd11接线组别的主变压器。2.2主接线110kV主接线根据配网的成熟状况、可靠性要求等选择线路变压器组、内桥；线路变压器组以及扩大内桥等接线方式。其中采用线路变压器组接线时不需要考虑一线带两变的方式，110kV线路的导线截面根据单台主变压器容量选择即可，但需要有较完善的配网来提高供电的可靠性；变电站采用内桥或扩大内桥接线时，其110kV线路截面需要满足一线带两变方式时的载流量。20kV主接线根据主变压器容量及运行习惯、电气设备发展等情况选择单母线四分段、单母线六分段环形接线等形式。2.320kV与现有10kV配网的衔接7 在推广20kV的过程中，必然会有一段时间需要与现有的10kV配网进行混供。在110kV/20kV变电站设计过程中可根据供区具体情况采用不同方式。3结语综上所述，变电站的建设对完善城市电力系统具有重要作用。通过对20kv变电站方案设计的探讨，在一些电力负荷密度大，土地稀缺的地区采用20kv变电站，能够较好地降低损耗，保证电压的质量安全，具有较好的经济效益和社会效益，对城市未来的电网建设提供参考。参考文献：[1]张立斌，张立伟.变电站一次设计浅析[J].华章，2011年第34期.[2]吴国英.20kv配电网应用探讨[J].电工技术，2010年第05期.7'