某机场变电站配电装置的选型与设计

摘要：针对某机场变电站的运行需求，对机场变电站配电装置的选型与设计要点进行了详细分析，从实际的配电装置应用效果来看，满足了机场变电站运行的自动化需求，实现了对设备的远程监控目的。

关键词：变电站;配电装置;断路器;保护监控系统

0 引言

配电装置在电力系统中占据着重要地位，配电装置完好与否直接影响供电系统的安全、稳定运行。在机场运行过程中，配电装置尤为重要，为了保证机场供电的可靠性和飞机的飞行安全，提高供电效率，要合理配置配电装置，保证变压器等设备满足实际运行需求。

1 配电装置选型的必要性

配电装置选型是影响电力系统稳定运行的重要因素，配电装置的选型设计要满足节约能源的需求。随着社会经济的高速发展，社会生产能力大幅提升，所需的电力也大幅增加，加上煤炭资源等的缺乏，电力系统出现供需不平衡现象，因此，必须要节约用电，选择合适的节能配电装置，降低电力损耗，提升设备工作效率。考虑到用电设备的安全、经济性能，需根据配电装置的运行环境、负荷情况，选择符合标准的配电装置型号，降低配电装置的运行成本。

相关人员在对配电装置进行选型设计时，既要考虑设备的运行情况，又要符合国家相关标准要求，不能使用未经试验的设备，尽量选择技术性能好、普遍适用、运行可靠、维修方便的节能产品，尽量选择绝缘性能好、结构紧凑、自动化程度高的配电设备，满足变电站配电装置的智能化发展需求。

2 配电装置的选型

2.1    断路器选型

在选择断路器时，要考虑其额定电流，同时考虑机场的用电总负荷以及各馈线的用电总负荷，根据10 kV系统的短路容量和远期容量来计算系统中短路开断的额定电流。本文选用可抽真空的全固封式、极柱固体绝缘的真空断路器，型号为VD4，其短路开断的额定电流为31.5 kA，操作时电流较小，配套使用弹簧操作机构，便于后期进行维修。

2.2    开关柜选型

根据开关室房间的大小，考虑对应开关的布置方式，并确定开关柜的尺寸。变电站的柜体中带电导体之间需要有足够的空间距离，因此采用环保型气体绝缘开关柜。开关柜的建筑面积约为104.8 m2，柜内35 kV的进线和出线都使用电缆连接，10 kV主变压器用绝缘管母线连接，联合布置电缆出线，可以大大减小建筑面积，改善配电室的整体布局。气体绝缘开关柜配电装置的布置如图1所示，柜体内带电导体与地线的净距离大于0.1 m，柜体内的母线均用热缩性的绝缘包包裹，各组件和绝缘件的爬电距离大于0.25 m/kV，在断路器室安装加热器，在电缆室安装传感器，在开关柜体内安装湿温度控制器，柜体的框架和隔板采用大于2 mm的敷铝锌钢板。

2.3    电流互感器选型

现场各馈线的实际用电负荷变化规律：正常时负荷电流的变化较小，季节变化时负荷电流的变化较大，时间段变化时负荷电流的变化也较大。各馈线的额定电流根据各自的变压器容量来选择，对于10 kV系统，由于短路容量较大，电流互感器的动热稳定电流要大于32 kA。例如，1 000～2 000 kVA的馈线，互感器的额定电流一般在100/5 A（一次侧流过100 A电流时，电流互感器的接線柱会产生5 A的感应电流，驱动电流表等设备，达到将大电流转变成小电流的目的）;采用双变比三绕组，即计量、测量和保护三绕组，保护精度等级分别是0.2S、0.5、5P20，变比由负荷大小决定。

2.4    电压互感器选型

配电装置采用单母线接线方式进行分段供电，其电气主接线图如图2所示，每段母线中的馈线有18条，供电负荷有近20个，电压互感器具有较大的二次负载。为了减少电压损耗，需要确保电压互感器的容量满足需求。在每段母线上分别安装两组电压互感器，一组是专门用来计算电费的计量型专用电压互感器，计量时的绕组精度等级是0.2、3P，容量为80 VA、100 VA;另一组是用来控制及监测保护系统和监测仪表的电压互感器，绕组精度等级是0.2、0.5、3P，容量为40 VA、40 VA、100 VA。为了降低电压互感器二次过电压出现的谐振，通过在每组PT开口绕组处安装消谐装置以减小谐振现象，并在PT二次侧安装过电压保护装置。

3 配电装置设计

对配电装置进行设计时，采用微机保护监控设备，以满足变电站运行的自动化需求，实现对设备的远距离监视、测量和控制目的，满足一级负荷的运行可靠性要求。

3.1    保护监控设备设计

对10 kV系统保护装置进行设计时，将各个保护监测装置分别安装在各自开关柜内，且微机保护监控装置带有远程通信功能，可以通过电缆直接与主控室的通信管理机连接，不仅减少了控制室到开关室的通信和控制电缆的数量，便于后续检修，还减小了控制室的使用面积。

3.2    保护监控装置的功能要求

保护装置配有过负荷保护、三相两段式电流保护、零序过流保护，具有采集、传递和分析数据信息等作用。监控装置具有开关控制操作、防误开关闭锁、顺序记录等功能，可以对上传的信息进行接收、存储、显示和分析，同时还配有接口以实现与其他微机的通信，实现就地操作或远程操作，控制断路器，为了确保系统安全性，保护和监控装置是相互独立的。

系统开启后，要及时存储信息，特别是记录故障时需详细记录设备的故障电流及电压变化情况，系统会根据采集到的故障信息自动进行故障判断，并及时将故障信息传送给控制室。

3.3    备自投保护设计

在变电站正常工作时，配电装置采用2台110 kV的主变压器分开运行，1个主变压器带1根母线，单母线分段运行，其结构示意图如图3所示。为了解决母线失电后不能自动恢复供电的问题，变电站设计了相应的备自投保护系统。根据配电装置的供电方式，本文考虑将10 kV母联开关设为自动投入运行方式。当某一段母线出现失电现象，并具备备自投投入条件时，主变压器低压侧的进线开关会自动分闸，实现母联开关的自动投入。

在备自投保护动作时，要注意在母联开关投入之前，将其中1台接地变压器断开，避免另外2台接地变压器同时投入运行而出现接地事故。如果是由于故障跳闸而使母线失电，要尽量避免在故障处投入备自投母联开关，例如，在主变压器低压侧的后备保护动作时，让母联开关备自投闭锁。在110 kV和10 kV备自投动作有时限配合时，要确保110 kV备自投先动作，然后10 kV备自投再动作。在手动分闸进线时，备自投不动作。

4 应用效果

根据本文对变电站配电装置的选型设计，机场变电站采用单母线分段式的电气接线形式进行施工，即让一台主变压器运行，另一台主变压器停电，母线分段停电，配电装置的施工分两个阶段进行。在施工过程中，严格按照要求，规范作业，遵守变电工作安全操作规程及规章制度。配电装置在安装完成后，进行电气设备的交接试验，同时对保护监控设备进行调试和试运行，验收合格后正式投入运行。从现场的设备运行状况来看，变电站配电装置自投入运行以来，运行稳定，馈线计量准确度较高。

5 结语

为了得到理想的供配电效果，在机场变电站的配电装置的选型与设计过程中，要特别注意对断路器、开关柜、电流互感器、电压互感器等设备的选型工作，例如采用环保型气体绝缘开关柜，并将其联合布置在同一个配电室中，可以显著节约配电室的建筑面积。为配电装置设计微机保护监控系统，满足变电站运行的自动化需求，实现对设备的远程监控目的，为配电装置的有效应用奠定了基础。

[参考文献]

[1] 袁跃军，刘锋.变压器设计选型分析[J].中国高新技术企业，2012（10）：104-106.

[2] 史京楠，胡君慧，黃宝莹，等.新一代智能变电站平面布置优化设计[J].电力建设，2014，35（4）：31-37.

[3] 易椠椠.常德市黄土店110 kV变电站的配电装置优化设计[J].湖南工业大学学报，2017，31（2）：56-60.

[4] 刘巍.变电站站址优化与配网开关优化配置的研究[D].郑州：郑州大学，2003.

收稿日期：2020-09-09

作者简介：毛兴科（1990—），男，重庆人，工程师，研究方向：水利水电工程。