變電所的設(shè)計研究

石秀倩 于曉明

摘 ? 要：變電所是電力系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，本文以小區(qū)、小型工廠變電所設(shè)計為例，淺析了變電所設(shè)計的重要性，針對主接線方式進行討論，采取單母線分段接線方式，考慮了所內(nèi)電流承載能力，對短路電流進行計算，后對母線和變壓器進行繼電保護設(shè)計，最后綜合變電所保護系統(tǒng)，對變電所防雷措施和接地裝置進行研究。以達到電力系統(tǒng)的正常運行。

關(guān)鍵詞：變電所 ?變壓器 ?防雷 ?繼電保護

中圖分類號：TM63 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）06（a）-0057-02

1 ?變電所設(shè)計分析

電力在人類生活中發(fā)揮著巨大的作用，在21世紀人類對于電力的需求量與日俱增，變電所能在小區(qū)、工廠、企業(yè)等多領(lǐng)域進行應(yīng)用，變電所的優(yōu)良設(shè)計能緩解人類用電的巨大壓力，變電所通過對電力系統(tǒng)內(nèi)的電壓和電流進行變換分配，保證了電氣設(shè)備的正常運行，維護了電力系統(tǒng)的正常工作，變電所的設(shè)計與研究對于電能的利用具有重大意義。

不同地區(qū)變電所的設(shè)計具有不同的要求，針對電力的需要進行接線配電設(shè)計，能做到供需平衡。變電所的設(shè)計對面積也具有嚴格的要求，需考慮運行及維護經(jīng)費，保證所內(nèi)電氣設(shè)備的正常運行與檢修維護，以達到電力系統(tǒng)的正常運行。

2 ?電氣接線設(shè)計

變電所主接線為電能輸送和線路分配的核心，主接線以電源進出線為基本環(huán)節(jié)，為電器輸配電，在此以小型工廠或小區(qū)為例，電氣主接線采取單母線分段接線方式。

當(dāng)一段電路發(fā)生故障時只需從不同的電路段進行檢修，保證正常段電路不間斷供電，尤其是在小區(qū)樓棟電路間、工廠區(qū)段車間內(nèi)，不同段分布線利用隔離開關(guān)保證線路的正常工作，在一定程度上保證了電路運行的高效性。

比較單母線接線方式而言，某一部件的檢修需整條線路斷電，線路正常工作需保證整條母線上電器元件的正常運行;比較雙母線而言，其備用母線，雖極大保證供電可靠性，但增加母線和回路同樣消耗了建造成本，據(jù)小區(qū)和小型工廠而言，單母線分段接線方式即能較好地提供電能，雙母線接線方式對于整條母線的備用消耗資金巨大，得不償失。

3 ?短路電流計算

變電所承載的電流電壓數(shù)值較高，出現(xiàn)波動易損壞電氣設(shè)備，當(dāng)電源正負極相接，發(fā)生短路，電源釋放巨大能量，造成導(dǎo)線損壞，甚至產(chǎn)生電弧，引發(fā)火災(zāi)。為保證電氣設(shè)備的安全，很有必要進行短路電流計算，短路電流數(shù)值遠大于額定電流，利用短路電流的限值可為系統(tǒng)選擇電氣設(shè)備、繼電保護裝置和接線方式，保證電力系統(tǒng)滿足穩(wěn)定性校驗。

短路電流的計算需要一定的條件：（1）計算的電力系統(tǒng)中有無限大的能量;（2）對于高壓電氣，考慮其電抗而忽略其電阻的影響;（3）短路形式判斷利用電氣行業(yè)規(guī)定標準，選取計算公式。

短路電流的計算通常采用手動計算和機器計算，計算步驟如下所示。

（1）基準值選取。

（2）標幺值計算。

（3）計算短路電流，求解短路電流沖擊值。

4 ?繼電保護設(shè)計

電力系統(tǒng)中發(fā)生故障或異常情況對于電能的輸送配置造成極大的威脅，繼電保護是變電所的必備環(huán)節(jié)，通過故障檢測，設(shè)置報警信號，隔離切除故障段，極大降低故障期間對于地區(qū)的供電影響。

小區(qū)、小型工廠變電所的繼電保護在技術(shù)層面有一定的要求：（1）通過電路的設(shè)計運行選擇相應(yīng)的保護裝置;（2）在故障發(fā)生時保護裝置能盡快地切除故障，保證設(shè)備運行的高效性;（3）對于電路參數(shù)的計算保證精確度，以在電路運行的超限數(shù)值下發(fā)生動作;（4）保護裝置的運行不會導(dǎo)致設(shè)備的故障，不會造成系統(tǒng)的崩潰，保證變電所安全可靠地運行。

繼電保護通過正常運行時參數(shù)的比較，實現(xiàn)保護系統(tǒng)邏輯部分的運算執(zhí)行，輸出系統(tǒng)判斷結(jié)果，實現(xiàn)保護系統(tǒng)動作。變電所母線保護裝置主要采用微機保護，利用警燈裝置實現(xiàn)電路速斷，防止電路過低壓、過低流現(xiàn)象發(fā)生;電力變壓器是繼電保護的核心，變壓器的故障會影響控制地區(qū)的全面停電，可通過瓦斯保護和差動保護實現(xiàn)變壓器的正常運行，瓦斯保護在變壓器油箱內(nèi)產(chǎn)生氣體推動油體的流動，實現(xiàn)保護裝置動作，輕瓦斯利用繼電器發(fā)出信號，重瓦斯在發(fā)生短路時跳閘以保護電路，差動保護將變壓器當(dāng)做節(jié)點，根據(jù)流入電流之和等于零的原理，當(dāng)電流數(shù)值不為零時進行斷路器斷開操作，實現(xiàn)故障隔離。

5 ?防雷接地設(shè)計

雷擊對于變電所的危害是巨大的，遭遇雷擊，變電所控制地區(qū)的用電將受到嚴重影響，為保證人民的日常生活，變電所的正常運行，需采取一定的防雷措施。雷電分為直擊雷、雷電侵入波兩種類型，采用避雷針或避雷線可預(yù)防直擊雷，為完整保護設(shè)備，在安裝避雷針時需計算其保護范圍，保證范圍包圍變電所內(nèi)的所有保護設(shè)備;閾值避雷器通過限制電氣設(shè)備的電壓以保護電氣設(shè)備的運行，避雷器與電氣設(shè)備采用并聯(lián)方式，當(dāng)電氣設(shè)備電壓超過限值時，避雷器放電，限制電氣設(shè)備兩端的電壓，以防止雷擊危害的發(fā)生;除設(shè)置避雷裝置外，還需將變壓器接地，將進線段、出線段設(shè)置防雷電侵入波操作，將變電所防雷措施形成一個綜合的保護系統(tǒng)。

接地操作是將線路接地節(jié)點與大地相連，維持節(jié)點與大地等電位，以保護電氣設(shè)備正常運行。變電所接地分為工作接地、保護接地、防雷接地和防靜電接地，工作接地主要對于變電所的主變壓器而言，在變壓器中性點進行接地，維護變壓器正常工作;保護接地是將變壓器兩側(cè)電氣設(shè)備進行接地，使電氣設(shè)備工作電壓不超過安全范圍，防止用電給人體和設(shè)備帶來的危害;防雷接地通過避雷針、避雷器等防雷裝置，將雷電引入大地，以保證變電所的正常工作;防靜電接地的設(shè)計主要用于應(yīng)對微機保護抗靜電能力差的缺陷，對保護裝置進行屏蔽中斷處理，以使得母線的繼電保護正常運行。

接地環(huán)節(jié)使用多對金屬接地極，使得相互之間的接地極組成接地網(wǎng)絡(luò)，接地網(wǎng)對于變電所的正常運行起著保護屏蔽作用，接地設(shè)計還需考慮接地電阻阻值的大小，在小區(qū)、小型工廠變電所中防雷接地、工作接地等共用接地網(wǎng)，據(jù)電力行業(yè)行為標準，接地電阻阻值需保持在0.5歐姆范圍之內(nèi)。

參考文獻

[1] 葆宗霖.10kV變電所設(shè)計與研究[J].科技與創(chuàng)新，2019（11）：144-145.

[2] 張鵬騫，陳潤龍.淺析10kV降壓變電所設(shè)計[J].建材與裝飾，2016（22）：233-234.

[3] 鐘愜，詹帆.淺析變電所設(shè)計中的接地變、消弧線圈與自動補償技術(shù)[J].低碳世界，2017（27）：47-48.

[4] 張寅川.變電所設(shè)計中的接地變、消弧線圈與自動補償技術(shù)探析[J].工程技術(shù)研究，2017（9）：239-240.

[5] 畢志杰.供電110kV變電所的電氣二次設(shè)計[J].電子技術(shù)與軟件工程，2018（16）：218.

[6] 趙洋洋，王牣，于洋.智能牽引變電所五防系統(tǒng)設(shè)計[J].電氣化鐵道，2018，29（5）：11-15.

[7] 張晨慧. 220kV望奎變電站工程規(guī)劃與設(shè)計[D].哈爾濱理工大學(xué)，2019.