江苏连云港220kVGIS变电站一次系统设计研究

刘伟

摘要：本文以江苏连云港某石化有限公司为例，对变电站的电气一次系统进行设计。根据配置方案，绘制变电站电力系统结构简图的等值电路图，并计算出系统的短路电流。由供电的可靠性、经济性以及发展空间来选择GIS系统的断路器，隔离开关，电压互感器，电流互感器，熔断器及成套配电装置等。

关键词：GIS变电站；一次系统设计；短路计算

中图分类号：TD602 文献标识码：A 文章編号：1007-9416（2017）11-0143-02

现代电力系统是集发电、变电、输电、配电的一个综合系统[1]。变电站是电力系统中的重要部分，其功能是变换电压等级、汇集送电能，主要包括变压器、母线、线路，开关设备、建筑物及电力系统安全和控制所需的设施[2]。GIS设备从20世纪60年代问世以来，其电压等级已从高压发展到超高压及特高压。随着断路器智能灭弧技术的应用和提升以及单断口耐压水平的不断提高，GIS朝着超高压、大容量方向发展[3]。GIS智能变电站的设计主要是基于GIS设备而发展的。

1 接入系统方案设计

根据该石化有限公司220kV智能变电站的站址及电网规划，结合该地区实际情况，变电站接入系统方案为：220kV进线2回，电压等级为220kV，由徐圩新区工业园220kV东港进线线路上破口接入。

2 变电站总体结构设计

变电站用户用电负荷重，供电网络复杂，对供电可靠性要求高，因此总体设计时，需要考虑变电站周边环境，供电用户用电需求量，接线方案选择等因素，按照相关设计技术规程及技术导则综合分析进行系统设计。按照智能化集成化的发展方向，变电站一次系统设计应体现智能性和先进性。变电站一次系统设计应从变电站站址选择、接入系统方案设计、电气主接线设计三个方面考虑，如图1所示。

该石化有限公司220kV GIS智能变电站负担该石化有限公司的供电，其下级包含该石化有限公司内6个35kV区域变电站，并负责向该集团公司在江苏连云港工业园区内的规划待建的其他几个子公司供电。结合该地区实际情况，220kV变电站的电气主接线设计采用单母线分段断路器接线形式，设置专用分段断路器，主接线设计采用单母线分段接线，220kV电气主接线图如图2所示。

3 主变压器选择

主变压器的容量和台数直接会影响电气主接线形式和配电装置的设计，因此，主变压器容量的选择不仅需要参考原始资料，还应该根据系统所在区域未来的发展规划，并兼顾未来可能会新增主要负荷的数量、出线回路数和电压等级等诸多因素进行综合分析和选择。在不同环境下，对变压器要求也不一样。对于装两台主变压器的变电所来说，每台变压器的额定容量可以同时满足两个条件，一个是任何一台变压器独立运行时的额定容量不低于该线路所有耗电设备的总的负荷的60%到70% ，同时当一台主变压器停止运行时，另外的变压器的容量可以满足对系统中一级二级用电负荷的正常供电。结合本设计系统的情况，单台变压器容量选择180000kVA比较合适。变压器三绕组的连接方式，主要有星型和三角形连接方式，因为220kV电压等级会有大电流接地，中性点连接方式的考虑下，连接组别一般采用YN形式。变压器电压选择时在计入线路电压损耗情况下，需要能够保证供电线路终端的电压达到额定值，以确保供电质量，在本设计中变压器电压 220kV侧电压选230kV，110kV侧电压选115kV，35KV侧电压选38.5kV。

4 无功补偿

由于变电站输电线路上需要将变压器等电气设备连接线路进行补偿，必须提高功率因数，减少对电源系统的无功功率需求量，提高电力系统的有效供电效果，同时减少供电系统中的电压损失，减少无功功率，从而提高电力网络的供电质量，减少电能损失。常用的无功补偿的方法有调相机补偿、电容器组补偿等，因为无功功率的产生主要是感性功率，应用最多的是在由于电力系统的无功负荷均是感的低压部分并联电容器。补偿方式中并联的电容器装置，总的容量可以根据电力系统无功负荷规划进行相应的设计。结合实际情况，该变电站35kV侧电容器容量为12MVar，选用ABB公司的电容器组，其中400kVar电容器12台，520kVar电容器18台，分别构成8000kVar基本组和4000kVar调节组。本设计采用内熔丝电容器组，电容器组电气连接设备包括真空断路器、接地开关、隔离开关、限流器、电抗器等，电容器组电气接线图如图3所示。

5 短路电流

在系统设计时，为了合理选择电气设备，在电气设备发生短路时候可以稳定运行，消除可能的引起短路的影响因素，需要计算短路电流，短路电流的计算结果见表1。

由于短路的后果十分严重，工作中我们必须想方设法消除可能引起短路的一切因素，并进行短路电流的计算，以便正确的选择电气设备，使电气设备具有足够的动稳定性和热稳定性，保证其在可能发生的最大短路电流时仍然能够稳定运行。同时，为了正确设置继电保护装置的短路保护整定值，合理选择切除短路故障的开关电器和限制短路电流的元件，都需要有短路电流数据作为参照。

6 电气设备的选择

变电站主要电气设备选择时，应该以保证安全、可靠为前提，根据工程实际情况综合考虑投资成本、新技术、新设备等因素。本设计中变电站主要的电气设备有GIS断路器，隔离开关，电压互感器，电流互感器，熔断器及成套配电装置等。

配电装置设备主要有220kVGIS进线间隔，220kVGIS主变进线间隔，220kVGIS母联间隔，220kVGIS母线间隔四个部分。结合实际情况，经过产品比较，选用ABB公司的配电装置，具体型号见表2。

7 结语

本文对变电站一次系统进一步进行系统设计，对系统中应用的主要设备进行了设计选型，主要有主变压器的选择，无功补偿装置选择，结合实际参数对短路电流进行了详细的计算，对GIS设备的选型进行了详细的比较，确定了该220kV智能变电站一次系统总体结构。

参考文献

[1]刘振亚.智能电网技术[M].北京：中国电力出版社，2010：65-90.

[2]弋东方.电力工程电气设计手册电气一次部分[M].北京：中国电力出版社，1989.

[3]徐大可.数字化变电站的现状和网络结构[J].电世界，2008，49（11）：1-3.

[4]GB 50059-2011.35～110kV 变电站设计规范[S].北京：中国计划出版社，2011.

[5]刘耀锋.220kV室外配电装置的设计优化[J].电力自动化设备，2005，25（7）：88-89.

Abstract：In this paper， a 220Kv GIS substation of the limited petrochemical company is taken as the study project in Lianyungang， Jiangsu. this project is mainly based on the design of the parimary power system. According to this substation configuration scheme， Equivalent circuit diagram of substation power system structure drawing， and Calculate the system's short-circuit current.Based on the reliability， economy and development space of the substation to Choose GIS systemCircuit breakers， disconnectors， voltage transformers， current transformers， fuses and Complete sets of power distribution equipment.

Key Words：GIS substation；A system design；Short circuit calculationendprint