输水工程隧洞35kV变电站设计分析

甘天文

（水利部新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院）

阿勒泰二期输水工程全长约2.68km，地形复杂，以山地为主，地质条件恶劣，在施工过程中必须依靠大型机械，对电力配备要求较高。因此，施工变电站既要满足工地的用电要求，又要根据地质条件确保用电安全，在变电站设计过程中要把设备选型、过电压保护、防雷接地等问题作为设计要点。

根据工程规模和施工工艺，设计本项目变电站建设1台6300kVA（35／20kV）和1台6300kVA（35／10kV）降压变压器。根据规范标准，变电站电气主接线：①35kV采用单母线接线：1回35kV进线，2回主变进线（短路电流31.5kA）；
②20kV采用单母线接线：终期1回主变进线、1回20kV电缆馈线、1回接地变＋消弧线圈馈线（短路电流25kA）；
③10kV采用单母线接线：终期1回主变进线、3回10kV电缆馈线（短路电流25kA）。变电站按终期规模一次建设。

变电站主要电气设备选型需遵循以下原则：①电气设备长期额定工作条件；
②短路条件下的动、热稳定校验；
③高压断路器、隔离开关、主母线、电力电缆等［1］。

2.1 主变压器和电气设备选型设计

（1）主变压器

该变电站采用35kV三相双绕组油浸自冷有载调压降压变压器，具体型号：SZ11－6300／35，技术参数如表1所示［2］。

表1 SZ11-6300／35变压器技术参数

（2）主要电气设备选择

该变电站主要设备根据电压不同，所选择的设备也存在差别，其中35kV电路见表2所示，20kV和10kV电路如表3所示。

表2 35kV主要设备表

表3 20kV／10kV主要设备表

（续）

20kV和10kV配电装置分别采用KYN□－24／12型铠装移开式高压开关设备，集装箱内布置，断路器柜选用优质固封极柱式真空型断路器；
电压互感器采用抗铁磁谐振型［3］。

2.2 变电站中性点接地方式选择设计

该变电站主变35kV和10kV中性点均不接地，而20kV线路主要为TBM供电，电缆线路长度为12.2km。根据经验式（1）［4］，计算出Ic＝24.4A，考虑变电所增加电容电流为13%，故算得的最终电流为27.6A。

式中，Ic为 电容电流，A；
Up为耐受电压，kV；
L为电缆长度，km。

根据规定，电容电流超过10A需加装消弧线圈。所以该变电站20kV母线设置“1套20kV接地变＋消弧线圈成套装置”，其中消弧线圈容量Q计算式见式（2）［5］。计算得Q＝430kVA，考虑一定余量，最终确定Q值为600kVA。

式中，k为系数，取值1.35；
UN为系统标称电压，kV。

2.3 变电站导体选型设计

本工程导体选择根据DL／T5222《导体和电器选择设计技术规定》进行，遵循以下5个原则：①母线载流量按母线最大电流考虑，按发热条件及挠度进行校验；
②各级电气设备间连接按回路通过最大电流考虑，按发热条件校验；
③35kV出线回路的导体截面按不小于送电线路的截面考虑；
④导体截面应进行电晕校验及对无线电干扰校验；
⑤主变压器引线载流量按各侧额定容量计算［6］。

（1）35kV导体选择

1）主母线选型。根据变电站规划容量，在满足动、热稳定，电晕，机械强度等条件下，本工程35kV主母线选择钢芯铝绞线，导线型号LGJ-240／30。

2）主变压器进线回路导体选择。主变压器进线回路由经济电流密度及热稳定控制，选用LGJ-240／30导线。

（2）20kV导体选择

1）主变压器进线回路导体选择。主变压器低压侧进线工作电流173.2A（按主变容量6300kVA考虑）。20kV主变进线选用ZR－YJV62－18／20－1×185电缆，20kV主母线选用TMY－80×8矩形铜封闭母线。

2）20kV电缆其截面按允许工作电流选择，满足载流量、经济电流密度及热稳定的要求。选型为YJV23，电流截面为YJV23－18／20－3×185、YJV23－18／20－3×70。

（3）10kV导体选择

1）主变压器进线回路导体选择。主变压器低压侧进线工作电流346.4A（按主变容量6300kVA考虑）。10kV主变进线选用ZR－YJV62－8.7／15－1×300电缆，10kV主母线选用矩形铜封闭母线80×8。

2）10kV电缆其截面按允许工作电流选择，满足载流量、经济电流密度及热稳定的要求。选型为YJV23，电流截面为YJV23－8.7／15－3×120。

3.1 避雷器选择设计

35kV、20kV及10kV氧化锌避雷器按《国家电网公司输变电工程2018年版通用设备》选型，作为各电压绝缘配合的基准，主要技术参数如表4所示［7］。

表4 氧化锌避雷器主要技术参数

3.2 电气设备绝缘水平设计

35kV系统以雷电过电压决定设备的绝缘水平，在此条件下一般都能耐受操作过电压的作用。雷电冲击的配合，以雷电冲击10kA残压为基准，配合系数取1.4。本项目变电站电气设备的绝缘水平如表5所示（经核算满足配合要求）。此外，本工程35kV户外绝缘子串按合成绝缘子选型，采用FXBW（T）－35／70型悬式绝缘子串，泄漏比距≥31mm／kV；
屋外电气设备爬电比距≥31mm／kV［8］。

表5 电气设备绝缘水平设计

本次设计的阿勒泰二期输水工程2＃隧洞35kV变电站通过施工验收后，各项条件均达到了使用要求，在使用过程中也没有出现过任何安全和过载事故，由此可见各项参数是合理的。在设计施工变电站时，需要根据具体的施工机械要求设计其规模大小，不得照搬其他工程，而且后期调试和验收，必须由专业技术人员负责，且签订责任书，保证工程质量。