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中国电力设备管理协会

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雷达连续供电可靠性增长论证

作者:   发布时间:2019-07-09

摘  要】对大功率雷达连续供电系统原方案进行系统论证、优化分析,摸清负荷性质,本着消除供电系统单点故障、深入负荷中心供电的原则,对高、低压配电系统、变压器进行冗余备份,确保提升雷达设备用电及其冷却系统、设备机房连续供电的可靠性。

【关键词】配电系统;单母线分段;单点故障;大功率雷达用电负荷

0 引言

       对于特殊性质、用途的用电负载,供电设计方案的可靠性、优劣性比较,是设计单位经常采用的方法。某部大功率雷达及其机房的用电负荷等级列为一级,负载性质主要包括电子设备和液冷设备。设备开机后96个小时不允许断电,液冷设备根据不同环境温度变化用电功率随之变化。

1 概况

      工程主要围绕工艺塔基和机房建设,按照功能分为A、B、C三区五片地。A区、B区分别设有工作区和生活区两区域;C区主要为后端数据处理和办公区。A区、B区距市区均约139公里,A区与B区之间直线距离为3.6公里。C区为后端数据处理区,位于市区西北侧。该工程移交至我方时已完成了初步设计,部分系统已经进入到施工图设计阶段。

2 原初步设计简介

       初步设计中在A区设置1座110kV/10kV专用变电站,在A、B、C区设置10/0.4kV变电所5座。 

       110kV变电站。110kV/10kV变电站设于A生活区,初步设计按照双路110kV电源设计,实际为单电源进线,线路采用单杆单回架空线路,输电线路长约30公里。变电站终期按2x12.5MVA主变压器考虑。从初步设计中可以看到,1号主变压器输出7路,其中6路为1250kVA(含备用1路)送至A阵地的天线区。2号主变压器输出为7路(含备用1路),其中4路为1600kVA送至A阵地的天线区;1路为1000kVA送至A阵地的工作生活区;1路为2050kVA经10kV架空线送至B阵地天线工作区、B阵地生活区。

      10/0.4kV变电所。A区、B区4座10/0.4kV变电所分别分布于A工作区、A生活区、B工作区、B生活区,C区生活区供配电系统相对简单,此次不予讨论。A工作区变电所规划9台变压器,容量分别为5台1250kVA(雷达),3台1600kVA(液冷),1台800kVA(环控、办公等),向雷达阵列用电工艺、照明、等用电负荷供电。A生活区变电所原规划设置1台1000kVA变压器,向A生活区综合楼、油库及加油站等建筑物供电;B工作区原规划变压器4台,一台250kVA,两台500kVA,供工艺、空调及办公用电。另设一台800kVA升压变压器,将应急柴油发电机组电源升压至10kV侧向B工作区和生活区一级负荷供电。B生活区原规划一台800kVA变压器,供生活区办公及生活用电。

       应急电源。原设计中在A工作区设置了9台1000kW柴油发电机组,与A工作区9台变压器组成一一对应的单母线系统,当单台变压器故障时,立即启动相对应的柴油发电机组。在A生活区设置1台250kW柴油发电机组,与A生活区变压器搭建单母线分段系统。在B工作区设置2台250kW、2台500kW共四台柴油发电机组。其中2台250kW柴油发电机组一用一备供工艺应急电源使用,另外2台500kW柴油发电机组经800kVA升压变压器升压后供B工作和生活区办公及生活用电。

3 供配电系统的优化设计

       接到10/0.4kV变电所设计任务后,我方迅速与甲方、雷达设备研制单位沟通,参阅原初步设计图纸,摸清负载特性。发现初步设计中变电所高、低压系统均存在可以进一步优化的可能性。

       如A工作区设置的10/0.4kV变电所,高压进线为9+1路高压电缆单路放射状向变压器供电,一旦高压电缆故障(高压电缆需经过800米钻山隧道),在市电供电状态正常的情况下即启动柴油发电机组,不符合国家电网规划市电优先的原则,虽然备用1根电缆,但实际操作更换困难,更换时间长;再如每个工艺设备均为单台变压器供电,一旦单台变压器故障,即为单点故障,没有备份;如配电室内变压器窄边摆放且与配电柜紧邻,无法进行检修操作的问题;还如B区与A区直线距离3.6公里,10kV电源采用单回路供电,但实际上B接收区雷达与A发射区雷达用电负载具有同等重要地位,供电负荷等级应与A区相等[1]。

       如原设计B区应急柴油发电机组集中设置,经过升压变压器后供往10kV母线段,再经1公里左右外线供至B生活区。一般在设计中,都遵循市电供电电源或者应急电源深入负荷中心的原则,减少因线路带来的故障,提高电源供电可靠性[2]。

       经过慎重研究和讨论,以及广泛征询专家建议,对原初步设计的供配电系统进行如下优化。

3.1 工艺用电负荷分析及计算

       A工作区和B工作区工艺负荷为一级负荷;消防负荷等级为二级,其余除一级、二级负荷外如生活、办公用电为三级负荷。

       工艺负荷主要为电子设备和液冷设备供电。电子设备负载为IGBT电子管路,总用电量4450kW,功率因数不小于0.9。总用电容量共分为26个整流单元,在保证工艺精度和威慑力不降低的情况下,应保证24个整流单元正常工作。

       液冷设备含散热单元与供液单元,主要为电动机类负载。散热单元与供液单元不同时使用。在环境温度为50°时散热单元总用电功率为1800kW,共12个散热单元投入工作(每单元150kW,其中压缩机1X120kW软启,冷凝风扇6x5kW)散热单元的实时工作数量与环境温度密切相关。供液单元六台机组四用两备(每台160kW软启),总容量为640kW。

       设备提供方要求电子设备和液冷设备分别用不同变压器供电,以减少电动机启动对电子设备的冲击。

3.2 A阵地工作区变电所

      10kV侧系统优化。110kV变电站10kV侧由原出线9路放射状供电至单台变压器优化为4路10kV电源至变电所再进行二次分配。4路电源两两互为备份,一路电源受损后,另一路可带原两路电源的全部负荷。优化后采用四路10kV进线两两备份单母线分段后,一路电缆受损后,另一路能够承担起两路电源的全部负载。系统始终不断电,避免了单点故障。优化前和优化后系统原理示意图见图1、图2。

 

图1 优化前系统示意图

 

图2 优化后系统示意图

 

       变压器设置及低压系统优化。对工艺负荷用电情况进行深入摸底,了解负荷特性和同时使用系数后,变压器进行了重新整理计算,将原有向雷达、液冷工艺负荷供电的单数变压器改为双数变压器,利于低压系统实现单母线分段备份。同时,在变压器容量选择上考虑冗余,当一台变压器故障或检修时,另一台变压器可以负担起原双段母线上的一级负荷和部分二级负荷。优化后系统中的变压器为双数(雷达为4x2000kVA,液冷为2x1600kVA),利于搭建典型的单母线分段系统,经计算后适当增大了变压器容量,当一台变压器故障时,低压侧母联断路器合闸,另一台变压器能承担全部一级负荷和部分二级负荷的供电,有效的解决了变压器单点故障及没有低压侧容量备份的问题。

3.3 B阵地工作区、生活区变电所

       B阵地工作区变电所。原B区天线区与生活区10kV电源仅为1路架空电源,在负荷分析中,认为发射区与接收区的工艺负荷用电等级相当、重要性相等,拟将10kV电源由一路增加为两路,双路电源互为备份;优化后的系统10kV电源采用两回线路供电,解决了单点故障隐患;取消800kVA升压变压器,将2台500kW柴油发电机组分别接入B工作区和生活区0.4kV侧低压母排。应急柴油发电机组深入负荷中心,避免了在线路故障后影响应急电源的使用,最大程度发挥了应急电源的作用。

       B阵地生活区变电所。将原1台800kVA改为两台400kVA变压器,当一台变压器故障时,低压侧母联断路器合闸,另一台变压器按照约定容量运行,利于灵活运行管理以及变压器检修。改为两台变压器后,变压器互为备用,运行灵活,利于设备检修。

3.4 产品选型及变电所自动化

       在电气设计中,不仅仅要进行严慎细实的负荷计算,还要在设备选择上精挑细选。设备选择要注意设备运行的环境温度、湿度、土壤情况、海拔高度等条件。A区和B区变电站海拔高度1350m,湿度95~98%,温度-10~40℃,电气设备均应按照高原型产品配置,并考虑降容使用。

       阵地内的10/0.4kV变电所采用无人值守,不设值班室,高低压配电系统设置变电所微机监测保护系统,并组网上传至110kV变电站值班室和场区总值班室。这种设置减少了人员配备,提高了自动化管理程度,利于统一全面掌控存储变电所运行数据。

4 经济指标对比

       优化后总设备造价约增加182.3万元。

5 结论

       经过技术和经济对比,优化后的方案能够满足分布式雷达及其附属系统的供配电可靠性。相对于原方案解决几处单点配电瓶颈,在高压和低压侧都实施了冗余备份,在造价增加幅度不大的基础上,此方案是满足供配电安全、可靠、经济、先进等各方面要求的。

 

参考文献

[1]刘屏周,卞铠生,任元会,姚家祎,丁杰等《工业与民用配电设计手册》第四版,北京:中国电力出版社,2016.12.

[2]吕适翔,陈文良,陈济良,熊延,高凤荣等GB50052-2009《供配电系统设计规范》北京:中国计划出版社2010.5.

(此专文摘自《电力设备管理》杂志文库,专文主创:北京特种工程设计研究院  李洁  钱红艳  刘惠文  徐勇)