220kV變電站電氣一次部分設(shè)計(jì)技術(shù)探析

李嵩 陳德鋒

摘 要：隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)電力的需求越來(lái)越多，變電站在電力傳輸系統(tǒng)中具有非常重要的作用，因?yàn)樗谡麄€(gè)傳輸系統(tǒng)中起到變換電壓，并進(jìn)行再次分配及控制的作用，保障人們生活用電的需求。由于變電站在電力傳輸網(wǎng)的重要作用，它的功能對(duì)電網(wǎng)的可靠性有著決定性的影響，直接關(guān)乎著整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定。根據(jù)變電站設(shè)計(jì)的不同，可將變電站分為一次和二次之分，一次設(shè)計(jì)中主要是主接線設(shè)計(jì)、電氣設(shè)備的選擇、接地以及防雷等設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：220kV變電站；電氣一次設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)技術(shù)分析

中圖分類號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）24-0074-02

Abstract： With the rapid development of national economy， people need more and more power. Substation plays a very important role in the power transmission system， because it plays the role of switching voltage in the entire transmission system. And redistribution and control of the role， to ensure the demand for electricity for people's lives. As substation plays an important role in power transmission network， its function has a decisive impact on the reliability of the grid， directly related to the stability of the entire grid operation. According to the different substation design， the substation can be divided into primary and secondary， the primary design is mainly the main wiring design， electrical equipment selection， grounding and lightning protection design.

Keywords： 220kV substation； electrical primary design； design technical analysis

1 變電站的重要性

變電站主要功能是通過(guò)轉(zhuǎn)變電壓，以及對(duì)轉(zhuǎn)變完電壓的傳輸和對(duì)電流流向的控制達(dá)到傳輸電流的目的。它溝通電壓和電網(wǎng)，使不同等級(jí)電壓的電流穩(wěn)定有序的傳輸。由此可見(jiàn)，變電站的主要功能就是增加或減少電壓。根據(jù)用電單位的不同用電需求，變電站負(fù)責(zé)將發(fā)電廠生產(chǎn)的固定壓力電流通過(guò)加壓或降壓的方式進(jìn)行處理，加壓方便長(zhǎng)距離運(yùn)輸，同時(shí)保護(hù)傳輸線路；降低壓方便人們使用，同時(shí)保證人們用電安全。由于不同地網(wǎng)之間的構(gòu)造不同，變電站的設(shè)計(jì)也不相同，主要有110kV、220kV和500kV等不同規(guī)格，不同規(guī)格的變電站對(duì)電壓的調(diào)節(jié)也會(huì)不同。當(dāng)今，220kV變電站的分布最廣，因?yàn)槲覈?guó)家庭用電的規(guī)格幾乎都是220V，所以必須要用220kV變電站進(jìn)行變壓。因此，對(duì)220kV變電站的設(shè)計(jì)工作必須重點(diǎn)關(guān)注它的實(shí)用性、安全性和綠色環(huán)保性能，確保它的傳輸安全和居民用電安全和減少對(duì)能源的使用和浪費(fèi)，對(duì)整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)都有著重要的作用。

2 關(guān)于220kV變電站進(jìn)行電氣一次設(shè)計(jì)方面的原則

由于220kV變電站的適用范圍非常廣，在所有規(guī)格變電站中的特殊地位，故在進(jìn)行220kV變電站的設(shè)計(jì)時(shí)還要進(jìn)行一定的特殊性設(shè)計(jì)。一是主接線的設(shè)計(jì)，這也是最主要的設(shè)計(jì)，要求安全可靠是第一位的，要求每一個(gè)模塊的連接必須平順緊密，安全可靠。二是要求整體220kV變電站設(shè)計(jì)總體統(tǒng)一，使整體設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，避免出現(xiàn)前后矛盾，減少維護(hù)成本。三是充分考慮供電單位的經(jīng)濟(jì)效益，只有保證供電企業(yè)的合理經(jīng)濟(jì)效益，才能使整個(gè)供電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。四是在變電站的選址和建設(shè)時(shí)應(yīng)該充分考慮當(dāng)?shù)丨h(huán)境的承載能力，因地制宜進(jìn)行建設(shè)施工，避免對(duì)環(huán)境造成不可逆后果。

3 220kV變電站電氣一次設(shè)計(jì)的問(wèn)題

3.1 主接線設(shè)計(jì)問(wèn)題

在目前變電站的設(shè)計(jì)上，為了首先保證整個(gè)供電網(wǎng)的安全可靠，在主接線的選擇上一般選擇安全性能最好的較復(fù)雜主接線。但這種選擇有兩個(gè)后果，一個(gè)是由于設(shè)計(jì)復(fù)雜，施工復(fù)雜，后期的維護(hù)成本比較高。一個(gè)是由于核心部件的體積增加了，造成變電站的體積也相應(yīng)增加，造成占地成本增加。現(xiàn)在我們主要對(duì)目前市面流行的兩種主接線方式，雙母接線和單母分段接線，進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)其各自有哪些優(yōu)缺點(diǎn)。從可靠性上分析，雙母接線的優(yōu)點(diǎn)是它有兩組相互隔離的母線控制開(kāi)關(guān)，在維修保養(yǎng)中可以輪流對(duì)單個(gè)母線控制開(kāi)關(guān)進(jìn)行關(guān)閉，而不影響整體線路使用，在對(duì)一個(gè)母線隔離控制開(kāi)關(guān)進(jìn)行維修后能夠迅速恢復(fù)供電。其缺點(diǎn)是在進(jìn)行線路檢修時(shí)需要對(duì)整個(gè)線路進(jìn)行斷電，因?yàn)樵诓僮髂妇€隔離控制開(kāi)關(guān)時(shí)容易導(dǎo)致失誤。而單母分段連接的優(yōu)點(diǎn)是采用分母分段連接，可以將供電線路分成N段進(jìn)行處理，其中的一段上母線發(fā)生故障，由分段隔離器自動(dòng)隔離故障段，其他分母段不會(huì)受到影響。從靈活性上分析，雙母接線可以做到將電源和回路符合靈活地分配不同的母線段；而單母分段連接線能夠滿足不同運(yùn)營(yíng)方式的運(yùn)用，更加的靈活。從經(jīng)濟(jì)性上分析：雙母接線需要投入更多的設(shè)備，所需資金比較大；而單母分段需要投入的設(shè)備較少，所需資金比較少。

3.2 電氣設(shè)備選擇的問(wèn)題

一般來(lái)說(shuō)，變電站中的電氣設(shè)備主要包括變壓器，斷路器，電流互感器、隔離開(kāi)關(guān)等設(shè)備，在電氣選擇上，主要需要考慮就是短路電流計(jì)算等問(wèn)題。為了增強(qiáng)變電站電氣設(shè)備的整體性能，減少電氣設(shè)備的損壞，應(yīng)該對(duì)線路不同點(diǎn)的短路電流進(jìn)行計(jì)算。如果計(jì)算不正確，就容易燒毀線路上的電氣設(shè)備，影響線路傳輸?shù)陌踩头€(wěn)定，同時(shí)會(huì)造成電氣設(shè)備使用壽命縮減，系統(tǒng)可靠性受到影響。

3.3 防雷設(shè)計(jì)問(wèn)題

我國(guó)夏季，由于極端對(duì)流天氣的增加，造成雷電頻次增加，為了避免變電站遭受雷電襲擊，對(duì)變電站的避雷點(diǎn)設(shè)計(jì)顯得格外重要。在變電站的設(shè)計(jì)施工時(shí)必須要按照變電站避雷等級(jí)嚴(yán)格進(jìn)行施工，對(duì)需要采取的避雷電設(shè)計(jì)要嚴(yán)格按規(guī)定進(jìn)行安裝，同時(shí)在后期的使用維護(hù)上，也要對(duì)避雷電設(shè)施進(jìn)行定期維修保養(yǎng)，充分做好防雷擊各項(xiàng)工作， 保障供電的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

4 電氣一次設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)

4.1 變電站電氣主接線的設(shè)計(jì)

主接線在變電站的整體設(shè)計(jì)中占有非常重要的地位，它的存在主要作用是保證變電站運(yùn)營(yíng)的安全可靠，保證變電站在不同電網(wǎng)之間的有效轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)變電站的平穩(wěn)運(yùn)行。在電氣主接線的設(shè)計(jì)上，應(yīng)該做到對(duì)電氣主接線和電氣總平面進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和布置，同時(shí)合理對(duì)模塊主接線進(jìn)行優(yōu)化，減少后期設(shè)備的維修保養(yǎng)壓力，既保證變電站的平穩(wěn)運(yùn)營(yíng)，又有效減少維修消耗。

4.2 關(guān)于接地設(shè)計(jì)

從變電站的設(shè)計(jì)上，變電站必須擁有獨(dú)立的接地網(wǎng)絡(luò)。在接地的設(shè)計(jì)上，現(xiàn)在普遍比較流行的有自然接地方式和深井接地方式，它們的目的都是為了使接地的電阻降低到設(shè)計(jì)要求的安全范圍內(nèi)，從而保證變電站整體運(yùn)行安全穩(wěn)定。除了上述兩種將阻方式之外，通常還可以使用降阻劑或增加埋藏深度，換掉埋藏點(diǎn)土質(zhì)，增加接地面積等多種方式來(lái)達(dá)到降低電阻的目的。在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，要充分考慮到變電站所在的區(qū)位特點(diǎn)和地質(zhì)結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格勘查論證后，選擇最安全最經(jīng)濟(jì)的方式進(jìn)行降阻處理。

4.3 關(guān)于防雷設(shè)計(jì)和照明設(shè)計(jì)

在變電站防雷擊防護(hù)上，在現(xiàn)在較為普遍的220kV變電站的電氣一次設(shè)計(jì)上，主要是通過(guò)安裝避雷針的方式進(jìn)行防雷擊預(yù)防的，同時(shí)變電站的附屬設(shè)施也要進(jìn)行防雷擊設(shè)計(jì)，保證變電站的整體免遭雷擊，保證它整體運(yùn)行安全平穩(wěn)。目前階段在防雷擊上我們主要采用ATP-EMTM技術(shù)對(duì)過(guò)量電壓進(jìn)行計(jì)算，因?yàn)檫^(guò)量的電壓主要來(lái)自于自然界的閃電侵入設(shè)備管線內(nèi)，通過(guò)計(jì)算得出主要的數(shù)值，就能夠根據(jù)這個(gè)數(shù)據(jù)來(lái)選用合適的避雷設(shè)備了，從而達(dá)到合理避雷的目的。同時(shí)變電站的正常運(yùn)行，合理的照明設(shè)施必不可少，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，在主要的安全通道和電氣設(shè)備場(chǎng)所要進(jìn)行應(yīng)急照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)，合理的應(yīng)急照明設(shè)計(jì)能夠保證在出現(xiàn)事故時(shí)，相關(guān)的維修保障人員能夠省去準(zhǔn)備照明的時(shí)間，盡快將找出故障點(diǎn)進(jìn)行維修。

5 220kV變電站電氣一次主接線設(shè)計(jì)的實(shí)例運(yùn)用

實(shí)例：偏遠(yuǎn)工業(yè)區(qū)的某變電站，其電力電源主要來(lái)自于周邊兩座110kV的變電站，規(guī)劃在工業(yè)區(qū)內(nèi)某地建設(shè)一座新的110kV變電站。

通過(guò)上述的表述可知，兩座110kV的變電站能夠保證變電站的正常運(yùn)行，通過(guò)比較分析，我們可以采用單母分段接線作為110kV的主接線，并且規(guī)劃總體四回110kV出線，首期兩回，終期完善，這樣既達(dá)到聯(lián)網(wǎng)效果，也可以滿足該站擴(kuò)建及附近110kV變電站規(guī)劃建設(shè)需求。同時(shí)由于某變電站位于工業(yè)區(qū)，負(fù)荷非常大，主要為金屬加工（冷軋鋼）負(fù)荷，負(fù)荷變化較大，因此選定：本期主變2臺(tái)，終期3臺(tái)，容量5萬(wàn)kVA，三相雙繞組，有載調(diào)壓，自然冷卻方式。（即：SZ11-50000/110，110±8×1.25%/10.5kVUk=16%；YN，d11）對(duì)斷路器的選擇并核算如下：（1）該變電站主接線為110kV單母分段接線，可選用額定電壓UN≥110kV的斷路器，即：126kV六氟化硫斷路器。（2）斷路器安裝在戶外，故選戶外式斷路器。（3）斷路器的額定電流，IN=3150（A）>Imax=1.05×（50000/（×115））=0.2636（kA）=263.6（A）。（4）為方便運(yùn)行管理及維護(hù)，選取110kVSF6斷路器為同一型號(hào)產(chǎn)品，選為L(zhǎng)W30-126斷路器。

6 結(jié)束語(yǔ)

變電站中的電氣一次設(shè)計(jì)對(duì)于220kV變電站主接線設(shè)計(jì)起著至關(guān)重要的作用，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)對(duì)接線的方式、變壓器的配置等進(jìn)行合理的選擇和使用，確保各電器元件在使用過(guò)程中的用電安全。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們生活中對(duì)電器的使用越來(lái)越多，越來(lái)越智能，使得電力系統(tǒng)在實(shí)際生活中應(yīng)用的越來(lái)越廣泛，這就要求電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定工作要不斷提高。因此電力系統(tǒng)在發(fā)展過(guò)程中對(duì)工程質(zhì)量的要求只會(huì)越來(lái)越高，而220kV變電站在所有的變電站中占據(jù)著絕對(duì)市場(chǎng)多數(shù)的地位，隨著變電站各項(xiàng)技術(shù)的不斷研究發(fā)展，變電站電氣一次主接線設(shè)計(jì)也會(huì)發(fā)展的越來(lái)越好。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉凱.220kV變電站電氣一次部分設(shè)計(jì)技術(shù)探析[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2017（23）：72-73.

[2]裔傳厚.220kV綜合自動(dòng)化變電站電氣二次設(shè)計(jì)的應(yīng)用探討[J].中國(guó)新通信，2017，19（23）：120.

[3]王慧.110kV變電站電氣一次設(shè)計(jì)的具體方法探究[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2017（20）：61-62.