李 杰

(辽宁新发展公路科技养护有限公司 沈阳市 110005)

0 引言

近年来,随着我国经济高速发展,设备加工及制造工艺日益完善,工业生产和生活自动化的提高导致用电需求大大增加,对电网的供变电技术有了新的要求,变电站的供电技术及方法有了新的发展方向。[1]文章选双喜岭隧道变电所作为研究对象,对隧道变电所的双电源供配电进行全面详细阐述。重点说明了在当前社会背景下,国内供配电发展的现状以及未来发展的方向。介绍了隧道变电所的主要设施及功能,变压器台数选择,变压器容量选择,以及主接线的种类和各种接线的优缺点,最终确定了变电所的主接线方式。

1 隧道变电所的主要设施及功能

隧道变电所供配电主要包括:高压供电部分、变压部分、备用电源部分、供配控制及切换部分、用电设施部分。高压供电部分包括:进线柜、开关柜、计量柜;变压部分包括:变压器;备用电源包括:柴油发电机、UPS电源、EPS电源;用电设施包括:风机、照明、监控系统、通信系统等。针对以上各部分在供配电及用电的不同作用,详细阐述变电所总体分析及主变选择、电气主接线选择方案。

1.1 隧道变电所的供电分析及主要变压器的选型

隧道变电所供配电是由变压器、供电线路、用电设备组成,包括照明、风机等连接在所有回路中的所有设备。隧道变电所上端承接电网公司,下端连接隧道内所有用电设备,发挥着变换电压和分配电能的作用。

变压器数量应根据负荷大小、种类及经济性为原则进行选择,以下情况同时存在一种或多种时需要选择两台或两台以上数量的变压器:(1)电能需求量极大;(2)根据季节变换负荷也随之有较大的变化;(3)负荷非常集中。双喜岭隧道内用电设备固定,用电需求不大,因此该隧道满足选择设置一台变压器的条件。

但考虑到双喜岭隧道地处山区,所用电为农业供电,会出现电压不稳或停电现象,如果有可以当作备用电源的柴油发电机或者UPS等电源时,可以设置一台变压器,但必须具备上述两种条件中的一种或者同时存在。双喜岭隧道变电所选择方案为二者同时存在。

1.2 配电主接线方式的选择

主接线是配电中非常重要的一个环节,主接线方式的选择直接影响设备运行的可靠性和增减设备的灵活性,直接关系着供配电控制设备的选择以及配电装置、保护装置、自动装置的选型,是供配电整体投资的决定性因素。

2 隧道变电所的总体分析及主变选择

2.1 隧道变电所的总体情况分析

此隧道变电所采用一座10kV终端变电所,以供给双喜岭隧道双方向隧道用电设备,还包括双喜岭隧道变电所内消防设施的用电。双喜岭隧道地处山区,该处供电为农业用电。双喜岭隧道为两端变电所供电,两端变电所格局相同。每端变电所设有高压室、变压器室、柴油发电机室、配电室、弱电机房等。两端变电所相同,故取双喜岭隧道庄河端变电所来具体说明本变电所的供配电系统的电气设计。

隧道内主要用电设施有:风机18套、照明控制回路12条、交通信号灯2组、车道指示器14套及监控设施等。设计需要的设施有高压配电室,设置有高压电源引入柜、主受柜、计量柜、配出柜,后送至变压器。设置室内三相干式变压器、置发电机组、有配套的切换柜。二次线路设置有进线柜、节能控制柜、EPS电源、风控制柜、交流低压配电柜、电容柜等子供配电系统。

2.2 变压器容量的选择

变压器作为高低压连接装置,对供电系统的运行和电压等级的变换起到至关重要的作用,所以变压器选择必须谨慎合理,否则将会带来很大的经济损失[1]。

(1)选择原则

统计负荷大小是确定变压器容量、控制设备的型号及导线截面的重要依据。

变压器所承担负载统计常用有两种方法,一是需要系数法,二是二项式法和利用系数法。此两种方法在国内普遍使用。需要系数法比较简便,广泛使用,双喜岭隧道变电所设计采用的是需要系数法。

(2)负荷资料

变电所内负荷:22.82kW;机电负荷:24kW;隧道内负荷:605.10kW;共计:651.92kW。

(3)负荷计算

负荷容量Pe=651.92kW

需要系数Kd=0.65

同时系数Ki=0.95,功率因数cosφ=0.85

tgφ=0.62

有功计算负荷:Pc=KiKdPe=402.56kW

无功计算负荷:Qc=Pctgφ=237.11kvar

视在功率计算负荷:Sc=Pc/cosφ=473.6kW·A

2.3 变压器数量的选择

确定所选择变压器的容量、冷却方式,除了根据所承担的负荷、变压器的使用环境外,还需要考虑到隧道未来3～5年的发展规划,留有一定的余量。变压器的选用还应考虑所需电压等级、进出线回路数、外型尺寸等,要进行全面分析和考虑[1]。

2.3.1主变台数的考虑原则

(1)在此次设计中双喜岭变电所采用一台变压器,一台柴油发电机供电。变压器采用普通双绕组变压器。

(2)由于双喜岭变电所地处山区,所供为农业用电。为了保证系统的电能质量,可采用变压器分接头对电压进行调节。根据系统运行的需要,适当的调整分接头的位置来调节电压,以确保系统电压的稳定性[1]。

2.3.2变压器型号、柴油发电机型号的选择

双喜岭隧道变电所用电设备总负荷为651.92kW,再通过对计算负荷分析以及查阅相关的变压型号的书籍来确定变压器的容量,变压器的容量应当大于计算负荷并留有一定的余量;再通过分析变电所的所址情况来确定变压器的环境影响,最终经过综合考虑,计算确定变压器的型号。由于双喜岭变电所为隧道变电所,担负着行车安全,故选择一台变压器及一台柴油发电机作为备用。

最终确定各设备容量如下:

(1)变压器:双喜岭隧道两侧的变压器都选择S9-630/10变压器一台,一次输入10kV,二次输出380V。

(2)发电机:双喜岭隧道变电所内配备的是额定功率630kVA威尔逊发电机组,电瓶供电电压为直流24V。

3 隧道变电所主接线选择

3.1 选择的原则

根据变电所的要求,以“安全可靠、经济适用、符合国情”为方针,确保原始资料的准确性,考虑实际工程建造中可能遇到的问题,遵守有关的技术规定和安全标准,保证设计方案的可靠性、灵活性和经济性[1]。

3.2 主接线说明

低压供配电系统的主接线形式一般采用普通单母线接线或单母线分段接线的方式。

(1)普通单母线接线的最大优点是接线简单,该方式只有一组母线,所有的进、出线回路均接在这组母线上[1]。

(2)单母线分段接线利用隔离开关、断路器等一次设备将单母线分成多段的接线形式,该方式的供电可靠性和灵活性大大提高[1]。

双喜岭变电所进线为一条10kV电源进线及一条柴发电源进线,如图1所示。

图1 变电所进线示意图

根据现场资料分析,其出线为站内用电、风机柜、照明柜等8条。用电设备均从该8条回路中分出,该8条回路满足现阶段设备用电需求,因此最终决定该处8条回路主接线采用单母线分段的接线形式。

根据双喜岭隧道用电原始资料,从双喜岭隧道变电所用电需求考虑,从近期及远景的发展规划,经过比较确定采用一路10kV 电源和一路发电机电源一用一备供电。两路电源有两路独立电源供给,高压侧为单母线分段联络接线,10kV 电源进线经独立变电所的开关柜引出一路至本所ATS转换柜,发电机电源由发电机接线端直接接入ATS转换柜。转换柜用电输出与变电所低压侧采用单母线接线。

4 结语

通过对双喜岭隧道用电负荷的统计,查找相关规范和参照相关文献,给出了双喜岭隧道变电所用一路10kV供电线路和一台柴油发电机供电的双电源供电方案,以及具体的设备选型、母线连接等方案,解决了山区供电不稳定及停电等紧急情况下影响隧道内通行安全的隐患。

随着技术发展,变电所的设计将趋于智能化发展,各元器件将趋于模块化,施工将更快捷,运行更可靠,保证变电所供配电系统运行的可靠性、安全性、先进型,也能提高生产及管理效益、管理自动化水平,减轻维护人员的劳动强度,降低运行维护成本[1]。