张天保
江苏鹏创电力设计有限公司 江苏南京210000
摘要：近年来，国家电网公司大力推广模块化智能变电站典型设计与施工。本文以所在单位中标的苏州昆山市110千伏东门变电站为例，简单介绍了110千伏模块化智能变电站新建项目的初步设计当中几大常用计算实例，包括短路电流计算和接地电阻计算，以及无功补偿计算和消弧线圈计算等。基本包括了新建110千伏变电站常用的计算，希望对大家在工作中有所帮助。
关键词：电网 负荷 短路电流计算 无功补偿计算 消弧线圈计算 接地电阻计算
1、建设规模及主要电气参数
（1）主变
110千伏东门变电站，本期暨终期主变压器的容量规模为2×63兆伏安，电压等级为高压侧110千伏、低压侧10千伏，主变压器高低压侧线圈的容量规模均为63兆伏安，选型选用三相的双个绕组的同时配置有载调压开关的变压器，其有载调压线圈带±8个抽头，电压为110±8×1.25%/10.5千伏，变压器选型选用YN d11接线的方式， 17%的阻抗电压值。
（2）出线
110千伏间隔：终期6回，本期4回，其中还预留了2回间隔做备用；
10千伏出线：终期24回，本期24回。
（3）无功补偿
每台变压器本期、终期均配置1台并联电容器组和1台并联电抗器，分别接于10千伏 I、II段母线上，容量均为6.0兆乏。
（4）短路电流
苏州东门110千伏变电站110千伏电气设备额定开断电流按40千安考虑。
（5）电气主接线
110千伏和10千伏配电装置本期暨终期接线方式不变，且均采用单母线分段的接线方式。
2、短路电流计算
本期东门变110千伏进线1回来自220千伏巴城变，1回来自220千伏亭林变。根据苏州电网短路容量表显示220千伏巴城变和220千伏亭林变110千伏母线最大短路容量分别为1776兆伏安、2072兆伏安。
考虑远景规划，220千伏巴城变和220千伏亭林变110千伏母线短路容量均按4000兆伏安计算。
#1、#2变压器远景容量均按63兆伏安计算，阻抗电压：Uk%=17；
取基准值分别为Sj=100兆伏安，Uj1=115千伏，Uj2=10.5千伏。计算阻抗如下（已归算为标么值）：
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经过软件代入科学计算，110千伏东门变高压一次侧三相间的短路时候电流最大数值为12.36千安，短路时候全部电流最大有效数值为18.66千安，低压一次侧三相间的短路时候电流最大数值为17.71千安，短路时候全部电流最大有效数值为26.74千安。
根据科学计算以后可以得出以下结论，高压一次侧断路器选择开断时候的电流额定值为40千安，低压一次侧断路器选择开断时候的电流额定值为不小于31.5千安，符合规范规定的相关安全限值。
3、无功补偿计算
根据国家电网公司无功补偿相关文件及配置技术原则的通知要求， 110千伏苏州东门变电站按照主变压器总容量的百分比配置，其比值通常浮动空间为15％～30％，根据每个变电站的具体情况具体调整。同时保证当站内为负荷最高时一次侧cosφ值不小于0.95、负荷最低时一次侧cosφ值不大于0.95。
经计算，本期63兆伏安主变投切单组容量6兆乏的低压并联电容器时，主变压器10千伏侧的电压的波动率最大约为1.86%，满足不超过电压额定值的2.5%的规范要求。
无功平衡计算结果见下表。经计算，当变电站内为负荷最高峰时，投切一组6兆乏电容器可使变电站主变一次侧功率因数达0.988，低谷方式主变负载率达到15%时，投切一组6兆乏电抗器可使变电站主变一次侧功率因数达0.773；远景，高峰方式主变负载率达到80%时，投切一组6兆乏电容器可使变电站主变一次侧功率因数达0.955，低谷方式主变负载率达到60%时，投切一组6兆乏电抗器可使变电站主变一次侧功率因数cosφ达0.875。满足要求。无功补偿装置要求能够频繁投切。
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注：投产年高峰负荷按一台主变负载50%考虑，投产年低谷负荷按一台主变负载15%考虑；远景年高峰负荷按一台主变负载80%考虑，远景年低谷负荷按一台主变负载60%考虑。
4、消弧线圈容量计算
本期工程新安装2台110千伏主变压器，相应的在主变低压10千伏侧各段母线上均需新安装1套电容电流补偿装置，即消弧线圈、接地变成套装置，其中户内接地变压器通常型式采用干式，可以同时用来做所用变，接地变为ZN,yn11的Z型组别接线。
消弧线圈容量计算：（出线均按电缆线路考虑，3公里/每回，单台主变12回出线。）
10千伏馈线线路上的单一相别接地以后电容性质的电流值约为:
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需补偿的容量为：
Q＝K×Ic×UN/√3＝1.35×116.03×10.5/√3＝950千伏安
据以上计算，统筹考虑当期工程和未来几年周边小区的电力负荷发展需求，新上接地变压器的总容量选择1200千伏安，其中用来同时做为所用变压器的容量为200千伏安，用来作为消弧线圈补偿容性电流的容量选型1000千伏安，整体设备布置在开关室内部空地上，是一整套组装起来的设备。
5、接地电阻计算
根据地勘报告，场地土壤PH值为6.73。
本工程整个接地网，包括水平接地和垂直接地，其中以水平接地体为主要部分，垂直接地体为辅助部分。本次工程为新建110千伏模块化户内布置的变电站，接地系统设计中采用铜作为水平接地体及垂直接地极材料；根据《江苏省电力公司十八项反措实施细则》要求，本工程按断路器开断电流校验接地截面。
根据交流电气装置接地的国家标准设计规范规定的热稳定条件，接地材料的横截面最小限值应满足如下条件：
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Ig表示流经短路故障的线路时候的短路电流稳态值，单位是安培；C表示接地导体所用线材的稳态参数；te表示短路故障以后同等效果下最大能维持的时间，单位是秒。
流经短路故障的线路时候的短路电流稳态值为40000安培，接地导体所用线材的稳态参数为249，短路故障以后同等效果下最大能维持的时间为0.4秒，根据以上参数从而计算得出用来接地的导体材料的横截面至少应大于或等于101.6平方毫米。假设四分之三的分散电流系数，户外以及户外引进户内选用的水平接地材料横截面均为120平方毫米的铜绞线，屋内放置高压配电装置的房间的接地主力部分线路导体选用宽×厚为60×8的扁钢，此处强调务必是热镀锌处理过的扁钢，防腐蚀效果更好。二次控制室内的设备则采用接地铜排，导体选用宽×厚为25×4的铜排。
电缆沟内接地部分线路导体也选用宽×厚为60×8热镀锌扁钢；主接地网外缘闭合；生产综合楼内各层均设置室内接地网，同时要多点可靠连接到室外大地网；为了防雷，屋顶选用一圈避雷带，其材料选用采用直径为12毫米的热镀锌圆钢；避雷带沿内墙用120平方毫米铜绞线引下，接入主接地网。所有电气设备、控制屏柜、箱盒、电缆、吊支架、预埋铁件、灯具铁架、灯具外壳等均应按要求有可靠接地。
本工程接地网电阻计算结果为0.2657欧姆；根据变电站远景短路电流，经计算校验，本变电所最大跨步电压为133.6897伏，小于最大允许跨步电压3299.633伏，限定在安全范围内；同时所内最大接触电压为294.1966伏，小于1027.277伏（最大准许接触到的安全电压），所以跨步准许电压和接触准许电压都满足安全要求。