66kV變電站電氣一次設計手段的合理選擇

趙海月

（延邊電力經(jīng)濟技術研究所）

0 引言

隨著社會現(xiàn)代化進程的推進和發(fā)展，人們對物質(zhì)生活質(zhì)量的需求也不斷地提高。電氣設備作為人類生活不可或缺的重要組成部分，其發(fā)展更新速度也日臻完善。變電站占據(jù)了社會生活環(huán)境的關鍵地位，人們越來越重視電力設備的安全設計和經(jīng)濟效益。

1 66kV變電站的接線設計

1.1 66kV變電站的設計分析

主接線設計是66kV變電站電氣一次設計的重中之重。鑒于變電系統(tǒng)的復雜性和多變性背景，因此變電站電氣的一次設計必須秉承靈活性和可靠性的根本原則。通過依據(jù)變電站終端建設規(guī)模、電力系統(tǒng)負荷、電氣設備備用容量來進行科學化、專業(yè)化、技術化的系統(tǒng)設計。整個電氣系統(tǒng)中的各個配電裝置、繼電保護設備、擬定電氣設備和自動控制裝置的合理配置都是主接線設計中主要考慮的關鍵因素。主接線的可靠性要求電力系統(tǒng)的斷路器在檢修維護過程中不會對電氣系統(tǒng)負荷造成負面影響，確保在變電站停電停運、母線斷電的情況下可以滿足一級負荷和部分二級負荷的供電基礎需求，從根本上減少變電站停電時間和系統(tǒng)停運線路回數(shù)從而提高變電站的安全系數(shù)和經(jīng)濟效益；主接線的靈活性要求主接線電氣設計應該滿足電氣系統(tǒng)調(diào)度對變壓器與線路設計的靈活投切，以及系統(tǒng)電源對電力負荷的系統(tǒng)調(diào)配等方面。變電站接線設計靈活性的具體表現(xiàn)是指在電力系統(tǒng)斷路器的一次設備檢修維護過程中仍能維護電網(wǎng)的正常運行，從而確保變電站的供電正常。

1.2 66kV變電站電氣一次設計的接線方式

（1）單母線接線方式

單母線接線方式是一種比較主流的變電系統(tǒng)接線設計手段。在66kV變電站電氣一次設計中采用單母線接線方式能夠充分發(fā)揮出電氣系統(tǒng)的安全可靠性，它能同時適應于變電站高壓接線環(huán)境和低壓接線環(huán)境，能夠滿足中央變電站和低壓客戶端的電力變化傳輸，從而確保變電站正常穩(wěn)定運行。但是由于該接線方式的經(jīng)濟成本相對較高，因此常常使用在大型規(guī)?；淖冸娤到y(tǒng)。

（2）內(nèi)橋接線方式

內(nèi)橋接線方式一般情況下僅能適用在66kV變電站的高壓接線環(huán)境，這種接線方式可以保證中間變電站的電力負荷正常穩(wěn)定，況且線路設計簡單方便，具有超高的性價比。但同時內(nèi)橋接線方式的靈活性和可靠性相比不如單母線接線方式，因此適用于客觀需求較低的小規(guī)模電力系統(tǒng)。這兩種接線方式各具優(yōu)缺點，在變電站的一次接線設計中被廣泛應用，應根據(jù)具體的實際情況來選擇適當?shù)慕泳€方式。

1.3 66kV變電站的主接線設計

（1）靈活性

變電站主接線的靈活性考量常常作用于電氣系統(tǒng)在調(diào)度、檢修和擴建的設計環(huán)節(jié)上。為滿足變電站的系統(tǒng)維修調(diào)度，主接線設計必須能夠靈活地投入或切除變電器和線路回路中的負荷滿足系統(tǒng)；并且能夠順利地監(jiān)控母線的運作，方便及時有效地保護斷路器等繼電設備的系統(tǒng)正常。在變電站的電氣擴建建設中，依靠主接線設計靈活性的基礎將接線從初期過渡到末期，適當減免變電站電氣系統(tǒng)的停運時間，并確保變電站連續(xù)供電的穩(wěn)定性和可靠性，不影響整體電網(wǎng)的工作運行。

（2）可靠性

變電站電氣一次設計的主要原則是保證電網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性和安全性。因此主接線的設計手段必須秉承安全可靠的設計要求進行科學化、專業(yè)化的設備配置。即使是在電氣系統(tǒng)出現(xiàn)局部故障問題時，也必須最大程度地滿足系統(tǒng)的一級和二級負荷供電，避免出現(xiàn)全站停運、停電現(xiàn)象。同時變電站作為一種經(jīng)濟效益性產(chǎn)業(yè)應該在設計原則的基礎上考慮接線方式的經(jīng)濟性，通過科學化的專業(yè)知識來控制變壓器、繼電器、斷路器之間的電力聯(lián)動性，盡可能地節(jié)約資源，形成接線設計的最佳匹配狀態(tài)。

2 變電站的接地問題探究

2.1 變電站接地電阻、電流問題探究

（1）66kV變電站接地電阻

根據(jù)我國DL/T 621—1997《交流電氣的接地》針對接地電阻的相關規(guī)定分析，變電站接地裝置的電阻必須滿足公式：R≤2000/I。式中電流是指流經(jīng)接地裝置的入地短路電流，電阻應該考慮相應環(huán)境下的最大接地電阻。如果接地電阻不滿足該式可以通過物理技術增大接地電阻（不得超過5 Ω），并且采取隔離、均壓等保護措施。但《繼電保護實施細則》明文規(guī)定：“靜態(tài)型、微機型繼電保護裝置的接地電阻應該滿足場地安全電阻不大于0.5 Ω的要求……”。因此建議在66kV變電站的接地設計中應適當放寬電阻的界限取值。根據(jù)《繼電保護實施細則》規(guī)定分析：在以流經(jīng)電流為依據(jù)的接地電阻計算中，當I≤5000A時接地電阻不得超過1 Ω；當I＞5000A時接地電阻應該小于0.5Ω。

（2）66kV變電站接地電流

電阻和電流是變電站電力系統(tǒng)必須考慮的關鍵節(jié)點，接地電流與接地電阻互為關聯(lián)的同時影響著整個電網(wǎng)體系的安全可靠經(jīng)濟運作。接地電流的計算分析也直接關系到接地線熱穩(wěn)定、設備高壓和跨步高壓的計算設計。根據(jù)DL/T 621—1997規(guī)定，接地電流應該考慮系統(tǒng)5～10年的發(fā)展運行環(huán)境進行計算分析。在接地線熱穩(wěn)定檢驗中應選取最大接地電流，忽略地線分流的影響，以最大限度的規(guī)范值來獲取盡可能長的穩(wěn)定時效。一般110kV以上變電站會采用有效接地和非有效接地的異相、異地接地短路電流計算，這種接地線熱穩(wěn)定性電流值的校驗使得系統(tǒng)接地線的線截面計算遠大于有效接地的線截面。因此建議在66kV變電站的接地線設計中統(tǒng)一按照有效接地系統(tǒng)中的最大短路電流值進行校驗，并合理選擇適當?shù)慕拥鼐€。

2.2 變電站接地設計需注意的關鍵因素

變電站的接地系統(tǒng)的一次接線設計不僅關系到電力系統(tǒng)正常運行的效益性和經(jīng)濟性，更是電力系統(tǒng)環(huán)境設備安全和人身生命安全的重要保障。根據(jù)SDJ8—1979《電氣設備接地設計技術規(guī)程》的對變電站接地系統(tǒng)的技術要求規(guī)定：“接地系統(tǒng)設計必須從人工接地體、分流、均壓、隔離和接地導體選擇幾個方面來考慮系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和安全性?！?/p>

（1）人工接地體

由于變電站本身電力環(huán)境的特點，在接地設計中應用鋼筋、金屬管道容易引發(fā)電力系統(tǒng)的漏電癱瘓，因此在自然接地體難以滿足的情況下，人工接地體在接地系統(tǒng)中起到了主導性的作用。

（2）分流措施

分流是通過減低流經(jīng)接地裝置的入地短路電流來控制接地系統(tǒng)電位變化的有效措施。接地裝置和變電站避雷針的架空輸電線路連接形成了“地線-桿塔”的接地分流系統(tǒng)，在此架空線路方向連續(xù)敷設多層空檔的水平接地帶，形成與線路桿塔的接地連接裝置能有效提高輸電設備的分流作用，減小零序阻抗。

（3）均壓措施

均壓和分流一樣是為了控制減少接地系統(tǒng)電位差。通過改善地面設備系統(tǒng)之間的電位分布來減少接地裝置的接觸電勢和跨步電勢之間的電位差。在高壓配電裝置設置地下水平敷設的人工接地網(wǎng)是均壓控制電位的具體措施，接地網(wǎng)的外緣閉合會使網(wǎng)內(nèi)敷設形成若干均壓帶，進行平衡分壓，從而降低接觸電勢。

（4）隔離措施

在接地系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，由于地下電網(wǎng)內(nèi)外之間的電位轉(zhuǎn)移會通過接地系統(tǒng)線路導體進行“接觸”觸電的連鎖反應，造成低壓線路、弱電設備以及電線電纜的電力損壞，對設備和人身安全帶來嚴重的傷害。因此，在變電站接地一次設計中必須將金屬連接管道、低壓中性線路、通信和弱電線路等設施進行隔離配置。

（5）接地導體

接地導體除了必須滿足接電線熱穩(wěn)定和均壓分流的物理截面要求之外，還應當符合接地材質(zhì)的化學要求。接地導體必須能夠適應相應地下線路的化學環(huán)境，具有很好的防腐性。目前普通鍍鋅鋼占據(jù)著接地導體材料的主流市場，其作用原理是鋅元素的腐蝕電位低于碳鋼的腐蝕電位，在土壤腐蝕性嚴重的環(huán)境中優(yōu)先侵蝕鋅元素能延長接地線路系統(tǒng)的使用壽命。根據(jù)《城市地下變電站設計規(guī)定》（DL/T 5216—2005）規(guī)定：“地下變電站接地系統(tǒng)的人工接地體宜采用銅導體”。這里的銅導體指的是銅包鋼和全銅線。銅包鋼采用的是火泥熔焊技術，利用化學反應產(chǎn)生高熱環(huán)境將銅和鋼進行分子熔接，這種技術先進價格較貴。全銅線的接地設計加工較為繁瑣，前期建設工程作業(yè)量大，其一次性投資較高，但是銅元素的抗腐蝕性能優(yōu)于其他接地材料，可保證相當長時間內(nèi)接地系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性能，避免了大規(guī)模接地系統(tǒng)的開挖擴建程序。66kV變電站的電氣一次設計應該從電氣系統(tǒng)、運作環(huán)境、運作時間和經(jīng)濟效益等諸多方面來綜合考量，合理選擇設計方案。

3 結(jié)束語

綜上，66kV變電站電氣的設計選擇必須在滿足設計規(guī)范和電氣需求的前提下，綜合考慮電氣一次設計的切實可行性和實用性，制定完善科學的設計方案和保護措施。同時注重設備的監(jiān)控和檢修維護工作，確保電氣一次設備在安全穩(wěn)定的變電環(huán)境中健康有效地運行，從而促進我國電力事業(yè)和社會建設的全面發(fā)展，提高變電站電氣設備的社會地位，增加經(jīng)濟效益。

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