基于重點分析的變電一次設計分析
——以A變電站為例

馬麗彤

（寧夏眾合遠大電力設計有限公司）

0 引言

現(xiàn)階段，隨著國內(nèi)外電氣系統(tǒng)的不斷擴大和完善，電氣領域的相關工程以及尖端技術也得到了進步。從可持續(xù)性發(fā)展的角度來看，提高變電站的效率和設計水平是當代電氣工程領域的重要課題。規(guī)劃需要考慮長遠，以應對日益增長的電力需求，充分考慮發(fā)展趨勢對現(xiàn)狀的影響，確保變電站在電力系統(tǒng)中的安全穩(wěn)定運行，保證一定的經(jīng)濟效益，妥善協(xié)調(diào)它們之間的關系，解決不同時期的問題沖突，從整體上優(yōu)化規(guī)劃方案［1-3］。

變電站電氣一次規(guī)劃的基本原則有兩條：第一，變電站電氣一次規(guī)劃應結合當?shù)氐碾娏π枨筮M行，以滿足不同的需求，優(yōu)化規(guī)劃。第二，變電站主干線應具有可靠的標準切換方式，確保變電站日常運行的安全性和穩(wěn)定性，允許適當調(diào)整主聯(lián)結線的靈活性［4-5］。

1 工程概況

本文對某110kV變電站擴建工程進行分析，將最終方案確定為兩臺主變壓器（2×40MVA），4條110kV輸出線路和40條10kV輸出線路。目前，計劃開展40MVA雙繞組三相主變壓器、2條110kV輸出線路、20條10kV輸出線路和兩套10kV無功補償器的建設工作。110kV側的建設條件為：110kV母線設備間隔，主變壓器一次間隔，分段間隔，2個110kV母線饋線；10kV側建設條件為：10kV變壓器進線間隔，20條10kV母線饋線，兩套3000V無功功率母線設備間隔。

2 主變壓器的選擇

變壓器的最大負荷應根據(jù)以下公式確定：

本方案選擇了SZ11-40000／110型主變壓器，相應參數(shù)見表1。

表1 變壓器參數(shù)

3 變電站一次設計分析

3.1 電氣平面布置

應將選址因素、基本選址研究、設計方案編制與變電站電氣設計充分結合。提供總平面布置設計，如主變壓器的平面布置和內(nèi)部布置，通風和消防措施的設計應參照主變壓器的設計，同時輔助設備的設計要防止電容器對計算機設備的干擾。為了提高系統(tǒng)的可靠性，電容器不能設計在垂直空間內(nèi)。

3.2 電氣設備選擇

變電站布局設計完成后，參數(shù)（包括熱穩(wěn)定性、動穩(wěn)定性等）應根據(jù)各功能區(qū)的需求來確定，同時考慮負荷、電流等參數(shù)。通過主接線方式選擇電氣設備，并參考額定工況來進行控制和核算。還應參考上述設計原則，根據(jù)確定的所需變電站功率和運行方式，確定所用設備的容量和變壓器數(shù)量，以滿足應用要求、環(huán)境要求和安全位置等。

3.3 電氣主接線選擇

主配電系統(tǒng)是電氣部門的骨干力量，將各種主要電氣設備連接起來，形成變電站電力融合配電系統(tǒng)，并按照特定的順序進行配置，以保障電氣產(chǎn)品的計量。在主配電系統(tǒng)的設計中，變電站應根據(jù)系統(tǒng)條件、饋電和放電回路數(shù)量、負荷特性、工作特性、環(huán)境條件等，確定合理的結構，既要保證供電安全和電能質(zhì)量，又要有一定的靈活性、便利性、經(jīng)濟性和發(fā)展壯大的空間。需要解決的關鍵問題為：變電站電氣系統(tǒng)設計的一個重要部分是主配電系統(tǒng)的設計，在主配電系統(tǒng)設計的基礎上，還要增加控制系統(tǒng)、自動化系統(tǒng)、繼電保護和配電網(wǎng)的設計，這直接影響到變電站的日常業(yè)務，因此必須充分考慮經(jīng)濟性、靈活性和穩(wěn)定性。

由于與高壓設備的連接較少，因此占地面積相對較小，但在這種情況下，設計必須符合輸電要求，因為在高壓線路出現(xiàn)故障時，如果其中一個電源出現(xiàn)故障，主變壓器通常會自動接通繼電保護器。單母線形式的電源有兩個接線方向，一個接主線，一個接備用電源線，使用單母線的高壓接線可確保電源運行的穩(wěn)定性和可靠性，在備用電源事件中，低壓接線可通過兩段母線之間的導線對電力系統(tǒng)進行備份和恢復供電。備用線路的使用使得設備相對復雜和昂貴，主要用于功率要求高、輸電量大的城市配電網(wǎng)。內(nèi)部橋式連接為雙導線形式，橋接內(nèi)部的高低壓線路，并將其與電網(wǎng)相連［6-8］。上述形式各有利弊，在實際的變電站電氣設計中，要根據(jù)當?shù)刈冸娬具\行的需要，選擇符合設計要求的接線方式。該變電站的電壓等級為110kV，主要負責周邊居民和工業(yè)區(qū)重要裝置的供電。在110kV側有2條輸入線路，在10kV側有20條輸出線路。110kV主線保持不變，本次增容改造工程將繼續(xù)使用單母線接線形式。根據(jù)電氣設計手冊《電氣一次部分》，可能會出現(xiàn)斷路器維護錯誤，而在10kV側，所有用戶都由一個電路供電，不能指定旁路，因此，10kV側接線圖被定義為單母線接線。在這種情況下，必須重新安裝10kV主變壓器間隔、10kV母線間隔和兩套無功補償裝置間隔。

4 主要電氣設備的選擇

4.1 高壓斷路器

在選擇斷路器類型時，不僅要考慮技術和環(huán)境要求，還要考慮施工和調(diào)試的方便性，使之便于運行和維護，確保供電的可靠性。一般情況下，以斷路器實際跳閘時的短路電流作為校驗條件。表2列出了某110kV變電站LW30-126型高壓側斷路器的設計參數(shù)。

表2 110k V斷路器的參數(shù)

4.2 高壓隔離開關

對于主站110kV側，選擇了GW4-126DD和GW4-126D型斷路器，其參數(shù)見表3。

表3 110kV隔離開關參數(shù)

4.3 電流互感器

當使用電流互感器進行測量時，一次額定電流應大于電路正常工作電流的1／3，以確保設備的最佳運行狀態(tài)，并在過載時為設備提供足夠的指示。用于電氣測量的電流互感器的精度應至少達到0.5級，而電流和電壓測量的精度應至少達到1級，非關鍵電路的精度應達到3級。本文建議選擇LB7-110W3型電流互感器用于110kV側，其參數(shù)見表4。

表4 110kV電流互感器參數(shù)

4.4 無功補償裝置

所安裝的最大容性無功功率應等于設備所在母線負載所補償?shù)淖畲笕菪詿o功功率與用于功率因數(shù)校正的主變壓器所補償?shù)淖畲笕菪詿o功功率之和。負載補償?shù)淖畲笕菪詿o功功率應按下式計算：

主變壓器補償?shù)淖畲笕菪詿o功功率計算公式如下：

5 防雷及接地

雷暴對電網(wǎng)具有致命威脅，直接雷擊會使電路過載，燒毀設備和電線。因此使用接地扁鐵水平接地網(wǎng)，接地極采用2.5m長鍍鋅角鋼，其接地電阻小于0.5Ω。始終高度重視高壓變電站工作人員的人身安全，確保設備處于良好的工作狀態(tài)，設備必須配備接地結構，這樣不僅能防止高壓電擊，還能有效防止設備的機械損壞。接地結構一般包括接地導體、接地框架以及與設備四角和底座相連的裝置，接地框架直接與大地相連，接地導體位于框架之中自然接地，高低壓配電室與同一接地框架相連［9-10］。

該變電站已在出線110kV框架上安裝了兩個25m框架避雷器，并在中央控制樓和10kV電容器場附近安裝了兩個單獨的25m避雷器，為整個變電站提供直接防雷保護。電流持續(xù)時間保持不變，已根據(jù)容量和變壓器升級要求進行了調(diào)整，110kV和10kV系統(tǒng)都安裝了氧化鋅浪涌抑制器，以防止雷電浪涌穿透線路。項目覆蓋的變電站都有完整的接地網(wǎng)，工程只需要對接地網(wǎng)進行維修。新設備、支撐結構和建筑物接地端子將以盡可能短的距離連接到主接地網(wǎng)絡，變電站內(nèi)的關鍵電氣設備將采用雙導體接地方法，以滿足措施要求。根據(jù)目前的要求，接地網(wǎng)的銅導體最小截面積為100mm2，放置在主控室和10kV變電站內(nèi)，并與一個特殊的環(huán)形銅接地網(wǎng)相連接。主控室和10kV變電站應配備最小截面積為100mm2的接地網(wǎng)銅線。

6 結束語

綜上所述，110kV變電站的改造將提高變電容量，滿足供電安全需求，適應本地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展，符合電網(wǎng)規(guī)劃和發(fā)展要求，項目建成后將優(yōu)化輸配電網(wǎng)絡結構，使電網(wǎng)運行更加經(jīng)濟高效，并提高抗災能力。變電站設計是一項較為全面的實踐過程，要結合項目實際情況，確保設計的合理性，在保證電力系統(tǒng)安全性、經(jīng)濟性、可靠性和環(huán)保性等基本要求的同時，注重對新技術、新設備的理解和應用。