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技术答疑

箱式变电站结构及布线方式是怎么样的?

户外箱式变电站的总体结构
  箱式站的总体结构是指作为箱式站的三个主要部分——高压开关设备、变压器及低压配电装置的布置方式。从国内外看,箱式站的总体布置主要有两种形式:一为组合式,一为一体式。所谓组合式,是指这三部分各为一室而组成“目”字型或“品”字型布置。而一体式是指以变压器为主体,熔断器及负荷开关等装在变压器箱体内,构成一体式布置。我国是IEC标准的积极采标国家,因此我国的箱式站为组合式布置。
  组合式箱变中,高压开关设备所在的室一般称为高压室,变压器所在的室一般称为变压器室,低压配电装置所在的室称为低压室。这三个室在箱式站中可有两种布置,即“目”字型布置和“品”字型布置。
  
箱式变电站其箱体材料具有独到之处,这种材料由带多种硬浮泡的强化玻璃纤维聚脂材料构成,此种壳体材料的主要特点如下:
  •   (1)机械强度高,重量轻,表面抗敲击和耐刻划,并可防止有害物质和害虫的侵袭。
  •   (2)抗紫外线辐射,抗曝晒性能好,内部装有难燃的特殊材料,壳体的热传导率相当于约 24cm厚的砖砌体的热传导率。可避免因外部温度而引起箱内温度升高。
  •   (3)此种材料靠嵌入的硬浮泡达到最佳绝缘值,噪声减小值在2500Hz时达到379分贝。
  •   (4)易成型,外型可变性好,装饰性强,对环境具有适应性和协调性,其表面可根据用户的选择装饰成仿毛皮表面、小碎石表面等多种形式,对环境有点缀效果。
  •   (5)防潮、阻燃、抗腐蚀,能适应各种气候条件,壳体不会因冷热交变产生凝露。
  •   (6)装配简易方便,适合各种结构的要求。
  目前,此种箱式站已在国内多个城市的城网改造中被广泛采用。

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箱式变电站的布线方式
 
箱式变电站对电力网的安全、可靠运行、减少变电所投资、加快建设速度,都起到了良好的作用,是变电设备新的发展趋势之一。它改变了在电杆上安装变压器,蜘蛛网式的布线方式。
 
箱式变电站放置的地坪应选择在较高处,不能放在低洼处,以免雨水灌入箱内影响设备运行。浇制混凝土平台时要在高低压侧留有空档,便于电缆进出线的敷设。
 
箱式变电站建设周期短,施工质量高,安装调试方便、检修维护简单。结构紧凑、外形美观、占地少、运输方便、综合成本合理。采用双层结构箱体,中间填充防火隔热材料,保证箱体防锈、密封、保温。采用全绝缘全封闭式结构,具有自动调温调湿、自动通风装置,并且具有可扩展性。

变电站10kV电容器组的配置
目前,电力系统中为了提高电压质量,减少网络损耗,普遍配置了无功补偿装置,由于电容器组容量可大可小,即可集中使用,又可分散配置,具有较大的灵活性,且价格较低,损耗较小,维护方便,故为目前系统中使用最广泛的无功电源之一。变电站设计中一般将电容器组布置在10kV侧。由于10kV侧配置电容器存在系统短路容量较小、分组数较多、易发生谐振等问题,故如何合理选择10kV电容器组就显得尤为重要。
 
1、电容器总容量的选择
 
变电站安装的"最大容性无功量"的选择原则为:对于直接供电末端变电所,其最大容性无功量应等于装置所在母线上的负荷按提高功率因数所需补偿的最大容性无功量与主变压器所需补偿的最大容性无功之和。即:
 
通过式(1)、(2)、(3)对变电站无功容量进行估算,负荷所需补偿的最大容性无功量约为主变容量的5%~10%(按补偿到功率因数0.96考虑),主变压器所需补偿的最大容性无功量14%~16%。
 
综上所述,变电站的容性无功补偿以补偿主变的无功损耗为主,现变电站均按照主变容量来配置电容器补偿容量。根据《国家电网公司电力系统无功补偿技术配置原则》(以下简称配置原则)要求,变电站可按照主变压器容量的20%-25%配置容性无功补偿装置。因此变电站的电容器组总容量除个别情况外,大多数情况应按照以上要求配置,与电容器组的电压等级无关。
 
2、电容器分组容量的选择
 
确定了电容器组总容量后,还需对电容器组分组容量进行选择。
 
(1)若分组容量过大,会引起投切时母线电压波动增大、变电站投运初期负荷变小,无法投入电容器进行无功补偿等问题。
 
(2)若分组容量过小,会引起增加设备投资、减少变电站出现回路数、增大维护工作量、增大变电站的布置难度等问题。
 
因此电容器分组的总原则应是:在满足系统要求的前提下,尽量加大分组容量,减少组数。
 
3、电容器分组容量与母线电压波动的研究
 
电容器在进行投切操作时,将引起母线电压的变化,其变化幅度为:
 
母线电压波动率与投切电容器的容量成正比,与母线三相短路容量成反比。《城市电力网规划设计导则》中规定:变电站10kV侧母线短路电流需控制在20kA以内, 10kV侧极限短路容量为1.73210.520=363.7MVA,根据《配置原则》要求,以投切最大单组补偿设备引起的所在母线电压的变动值不宜超过额定电压的2.5%计算。10kV侧单组电容器容量极限值为Qfz=363.72.5%=9.09Mvar。另外,由于20kA为变电站在大方式下需保证的短路电流,若在小方式下,则达不到20kA,相应的短路容量也要随之减小。
 
综上所述,为保证投切电容器时母线电压波动在2.5%以内,变电站10kV电容器组的分组容量应通过计算确定。结合以往经验,220kV变电站分组容量不宜大于8Mvar,110kV变电站不宜大于6Mvar。
 
4、 电容器分组容量与谐波放大的研究
 
投入并联电容器装置后,为防止其引起高次谐波电流放大和谐振(主要针对3、5、7次谐波而言),需在其回路装设串联电抗器。目前变电站一般在电容器组中串接5%的电抗器,使电容器支路对5次及以上谐波均呈感性,可有效抑制5次及以上谐波的危害,但对3次谐波可能有电流放大作用。为抑制3次谐波的危害,可采取以下措施:
 
  • 1、电容器组串接12%~13%的电抗器,使电容器支路对3次及以上谐波均呈感性。但随着串接电容器容量增大,会相应增加回路的电能损耗,增大电容器端子的运行电压,缩短电容器使用寿命。因此从经济性方面考虑,这一措施仅在部分变电所使用。
  • 2、恰当选择电容器分组容量,躲开3次谐波放大区。但此措施对3次谐波电流仍有放大作用,即系统内的3次谐波电流,在投入电容器组后肯定要比投入前增大。在使用时,可根据电容器安装处3次谐波的污染程度,调整允许谐波电流的放大倍数,选择具体的分组容量。
根据式(4)及(5),当n=3、A=5%、K=2时,取最小运行方式下10kV短路容量为240MVA,最大运行方式下短路容量为363.7MVA,则 应小于9.6Mvar或大于33.2Mvar。即电容器投切时严禁投入9.6Mvar至33.2Mvar之间容量,否则就会对其内流过的3次谐波产生不允许的放大倍数,甚至引起谐振,威胁设备安全。
 
而K值的选择是由电容器安装处3次谐波的污染程度决定。若污染程度较轻,则K值可选的较大,相容短路容量下,危险区就较窄;若污染程度较重,则K值可选的较小,危险区就较宽,相应的电容器分组容量选择就需要谨慎。
 
5、电容器分组容量选择的应用
 
以常见的50MVA主变压器的110kV变电站为例,每台主变压器配置总容量10Mvar台电容器,分组容量不超过5Mvar。10kV母线短路容量选择极限最大值363.7MVA与最小值240MVA进行考虑。
 
随着电网的不断发展,变电站单台主变压器容量不断增大,按照主变压器容量配置的电容器组总容量也在不断增大。若考虑减小电容器组总容量,则不能满足系统电压和功率因数方面的要求。因此导致电容器组总容量多在上安全区。而为控制电容器投切时的母线电压波动,10kV单台电容器容量又不宜过大,所以Qc值落入危险区的概率大。因此在电容器分组时,应具体情况具体分析,不要根据经验盲目选择。另一方面还应该着眼于控制谐波源,尽量使其产生的谐波分量减少或在谐波源的外部采取措施,如装设滤波器等吸收一部分谐波电流,使允许的K值增大,危险区域变窄,将更有利于电容器的分组选择。

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