分析110kV變電站電氣一次部分設(shè)計技術(shù)

摘 要：變電站是輸配電系統(tǒng)中的一個重要組成部分，是電網(wǎng)中的一個關(guān)鍵監(jiān)控點，對提高電網(wǎng)運行的安全性有著重要作用。110kV變電站在我國電網(wǎng)中應(yīng)用廣泛，對其一次部分進(jìn)行科學(xué)設(shè)計，可以確保電網(wǎng)中相關(guān)環(huán)節(jié)運行的正常性，能夠提高整個電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：110kV變電站；設(shè)計技術(shù)；電氣

就目前我國電網(wǎng)的整體規(guī)模情況來，大型發(fā)電站所生產(chǎn)的電能主要通過110kV的監(jiān)控線路輸送到地區(qū)中線變電站，然后在利用電纜對電能的輸送進(jìn)行適當(dāng)分配。由此可見，110kV變電站是電網(wǎng)系統(tǒng)中的一個關(guān)鍵節(jié)點，對其進(jìn)行分析進(jìn)行具有現(xiàn)實意義。

1 主變壓器與主接線的設(shè)計

1.1 選擇合理的主變器

變壓器的臺數(shù)、容量、型式等內(nèi)容都會對變電站一次主接線方式與配電裝置自身結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同程度影響。在設(shè)計主變器時，除了依據(jù)容量的原始資料外，還需要對電力系統(tǒng)在未來5-10年內(nèi)的發(fā)展進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，綜合分析未來饋線回路和輸送功率等各項因素[1]。設(shè)計人員在選擇主變器容量時，針對其中關(guān)鍵的變電站，要考慮一臺主變發(fā)生停運時，其余主變壓容量遇到的問題，在允許時間內(nèi)確保主變站的負(fù)荷能力能夠滿足要求，確?？梢酝瓿散耦惡廷蝾愗?fù)荷供電。對于一般變電站來說，如果其中一臺主變站發(fā)生停運，其余主變器容量應(yīng)當(dāng)能夠滿足所有符合的65%左右[2]。

1.2 設(shè)計電氣主接線

變電站中的電氣主接線應(yīng)當(dāng)能夠達(dá)到靈活、可靠、可拓展、經(jīng)濟(jì)性四個方面的要求。在具體設(shè)計過程中為了使變電站在運行過程中能夠具有靈活與可靠兩項特點，電網(wǎng)規(guī)劃與設(shè)計人員在對變電站進(jìn)行設(shè)計時，設(shè)計的主接線圖會變得十分復(fù)雜。這樣可以確保電站具有靈活和可靠兩項特點，但是從實際情況來看，復(fù)雜的主接線在應(yīng)用中也存在許多缺點有待解決。例如，運行操作過程會變得十分繁瑣，加大了維護(hù)與運行過程中的工作量，同時也會加大投資面積和占地面積。這些無法避免的缺點，將會導(dǎo)致運行人員在對變電站進(jìn)行維護(hù)和運行過程中消耗大量的精力與投資，并且還會引起一些不必要的麻煩[3]。因此，對系統(tǒng)中處于不同位置和具有不同作用的110kV變電站中的電氣主接線進(jìn)行設(shè)計，工作人員需從運行方式、負(fù)荷性質(zhì)、電氣設(shè)備、主變負(fù)載率、調(diào)度、拓建方便、降低成本等多個方面對問題進(jìn)行詳細(xì)分析，從而確定一種最佳的一次主接線設(shè)計方案。

2 中心變電站與中心變電站設(shè)計

2.1 中心變電站

中心電站中的主接線，在設(shè)計上可以采用匯流母線形式，其中常見的行駛有以下幾種：（1）單母線斷路器，通常分為2-3段，如果在具體應(yīng)用過程中其中的一段母線出現(xiàn)了故障，分段斷路器會將故障自動隔離開，這樣正常斷路器的母線能夠繼續(xù)工作[4]。從實際運行情況來看，不同母線同時檢修或故障的概率較低，因此可以在不同的地段處將電源接入，可以使供電的靈活性和可靠性都能夠得到顯著提高。（2）雙母線接線形式，在變電站具有互為備用線母線的兩組母線，每次回進(jìn)與出線都要通過斷路器和并列的隔離開關(guān)與母線。供電的可靠性主要表現(xiàn)為通過倒換兩組隔離開關(guān)，實現(xiàn)對其中在一組母線的檢修，輪流檢修不必切斷電源，不會發(fā)生斷電情況，若檢修接于任意一母線上的管理開關(guān)時，斷開隔離開關(guān)所在的回路以及與開關(guān)線路的母線即可，并不會其他線路的運行造成影響，不會出現(xiàn)定點現(xiàn)象。（3）一主一備屬雙目線，該方式的母線可以實現(xiàn)靈活調(diào)度。

2.2 終端110kV變電站

無匯流母線是一般終端變電站的主要連接方式，采用的為橋型接線及線路變壓器組接線。變壓器組接線是一種相對比較簡單的接線方式，高壓配電相關(guān)裝置中僅配置兩單位的設(shè)備的單元，此方式的主要優(yōu)點在于接線簡單，并且占地面積小。若檢修一臺主編線路時出現(xiàn)了故障，并且需要從運行狀態(tài)中退出，那么操作過程中將變壓器低側(cè)作為轉(zhuǎn)移負(fù)荷操作，就可以實現(xiàn)全部符合供電。在地方電網(wǎng)中，應(yīng)用110kV類型的終端變電站，假設(shè)主變?nèi)萘磕軌驖M足“N-1”準(zhǔn)則的具體要求，在接線上采用內(nèi)接線，可以使系統(tǒng)的可靠性和安全性都能夠得到進(jìn)一步提高，而針對需要經(jīng)常切換的變壓器或者外部系統(tǒng)在運行過程中有穿越功率流過時，在接線上應(yīng)當(dāng)采用外橋式。

3 分析110kV變電站接地設(shè)計

110kV變電站電氣一次設(shè)計作業(yè)過程中，接地的核心目的在于確保電氣設(shè)備整個運行過程中不會出現(xiàn)故障，盡量避免人員發(fā)生觸電現(xiàn)象，將電氣設(shè)備中的部分元件與地面能夠?qū)崿F(xiàn)可靠電氣連接，確保整個系統(tǒng)在運行過程中的安全性與可靠性。在設(shè)計過程中進(jìn)行合理的接地處理，還能夠?qū)崿F(xiàn)以下幾項價值：（1）有效地避免了人身接觸電氣設(shè)備而發(fā)生觸電危險，有效地降低安全事故的發(fā)生。（2）有效避免電器設(shè)備在正常運行狀態(tài)下，出現(xiàn)機械損傷從而對的設(shè)備日后的正常運行造成不良影響。（3）有效防止電氣設(shè)備發(fā)生機械損傷等多個方面的問題，有效避免爆炸、火災(zāi)等災(zāi)害[5]。目前，技術(shù)條件的支持下，100kV變電站電氣設(shè)備常態(tài)意義上的工作接地裝置包括以下兩個不同的部門：第一接是接地體，第二是接地線。在這之中，針對接地來說，將更多的角鋼作為原材料，消減尖端部位，并將其打入地下。對與接地來說，應(yīng)當(dāng)多選擇扁鋼或圓作為主要材料，從而使其保障性能能夠得到有效發(fā)揮。在設(shè)計變電站電氣一次過程中，應(yīng)當(dāng)圍繞變電所及低壓配電室設(shè)置兩處接地的連通[6]。在設(shè)計過程中需要額外注意的是：針對變壓器來說，還需要與將其與低壓配電室、高壓配電室，室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行接地連接，最終構(gòu)成以一個統(tǒng)一的整體，確保了系統(tǒng)運行的安全性。

4 分析110kV變電站防雷設(shè)計

從防雷設(shè)計角度說，在設(shè)計110kV變電站電氣一次設(shè)計中，對于直擊雷保護(hù)和過電壓保護(hù)兩項內(nèi)容應(yīng)當(dāng)分別進(jìn)行分析，采取合理的設(shè)計措施。對于以上兩個方面的內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)概括，具體內(nèi)容如下：第一，對于有關(guān)防止直擊雷保護(hù)方面，在變電站一次電氣設(shè)計中，所有的配電裝布置上都應(yīng)當(dāng)采用用戶所提供的方案，在屋頂設(shè)置避雷針，通過此方式實現(xiàn)預(yù)防直擊雷的目的。通過大量的工程實踐經(jīng)驗來看，在屋頂避雷采用的原材料應(yīng)當(dāng)選取過熱鍍鋅扁鋼，選擇的尺寸大小應(yīng)當(dāng)為40mm×4mm。并且在此基礎(chǔ)上，選用的熱鍍鋅扁鋼的尺寸可以略大于40mm×4mm作為引下線，并且同與接地網(wǎng)進(jìn)行連接，從而確保在雷雨天氣中出現(xiàn)的直擊雷能夠通過該方式傾瀉入大地，有效地避免了變電站在運行過程中遭遇雷擊，從而遭受破壞。第二，從過壓角度進(jìn)行分析，為了避免線路在正常運行情況下，遭遇雷擊，而出現(xiàn)過壓侵入現(xiàn)象，在具體設(shè)計中，需要在110kV進(jìn)線段以及10kV出現(xiàn)段每段母線線路上分別安裝獨立避雷器，通過利用避雷的方式，實現(xiàn)對系統(tǒng)中電壓的安全保護(hù)。與此同時，還應(yīng)當(dāng)將避雷器安裝在110kV中性點上，通過設(shè)置放電間隙的方式，實現(xiàn)變壓器中性點絕緣，從而實現(xiàn)過壓的可靠保護(hù)。

5 電氣設(shè)備安裝及運行維護(hù)

5.1 電氣設(shè)備安裝

5.1.1 連接導(dǎo)體

銅或鋁是多數(shù)導(dǎo)體的制造材料，這有可能會引起接線處的螺桿與螺帽的銅鋁發(fā)生連接，而連接部位有可能會出現(xiàn)較為嚴(yán)重的氧化反應(yīng)，如果為連接部位進(jìn)行妥善處理，由于氧化反應(yīng)而產(chǎn)生的熱量有可能會燒毀設(shè)備。

5.1.2 變壓器的安裝

上文已經(jīng)提到變壓器的選擇，磁珠主要針對變壓器的安裝進(jìn)行重點介紹，在安裝變壓器過程中，工作了和安裝程序需要依據(jù)變壓器的具體結(jié)果而定。例如，變壓器的高壓套管、調(diào)壓裝置、冷卻系統(tǒng)等各項內(nèi)容[7]。除此之外，不可能拆分變壓器，將其直接運輸?shù)焦さ?，完成安裝。

在安裝變壓器過程中要注意以下內(nèi)容：在施工之前需要將變壓器運輸?shù)竭m當(dāng)?shù)牡攸c，拆封變壓器期時，要確保絕緣的完整性，在安裝變壓器前，要準(zhǔn)備好安裝工作所需要的各項工具，同時要協(xié)調(diào)好安裝人員和工作，完成安裝之后，要對各項裝置的絕緣性能進(jìn)行檢查，需要詳細(xì)分析閃電、絕緣強度、酸堿反應(yīng)等各項內(nèi)容，同時還需要重點檢查線圈的絕緣強度和油箱的密封性，確保變壓器在應(yīng)用中能夠發(fā)揮出應(yīng)有的作用。

5.1.3 安裝隔離開關(guān)

在架空線和電纜的連接處、斷路器電源側(cè)、架空引下線、分支線T接線位置等出安裝隔離開關(guān)。隔離開關(guān)的主要作用有以下幾點：（1）將帶電設(shè)備與高壓檢修設(shè)備分開，從而從期間出現(xiàn)一個肉眼可見的斷開點。（2）隔離開關(guān)在應(yīng)用過程中可以與斷路器進(jìn)行配合，依據(jù)系統(tǒng)的具體運行方式，進(jìn)行倒閘操作，使系統(tǒng)的連接方式得到改變。（3）用于斷開或接通小電流電路。

5.2 電氣設(shè)備的運行維護(hù)

電氣設(shè)備的運行維護(hù)與動態(tài)管理。近幾年，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，信息處理技術(shù)、光纖技術(shù)傳感技術(shù)、計算機技術(shù)逐漸滲透到了更各領(lǐng)域。如果將這些先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到電氣設(shè)備運行維護(hù)中，電氣設(shè)備運行的安全性得到了進(jìn)一步提升。例如，電氣設(shè)備運行維護(hù)中已經(jīng)對無線監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行了應(yīng)用，該技術(shù)與傳統(tǒng)的預(yù)防性實驗相比，因為使用高靈敏度的傳感器收集設(shè)備信息而具有較高的精準(zhǔn)度，在利用無線監(jiān)測系統(tǒng)相關(guān)信息在后，再利用計算技術(shù)對信息進(jìn)行處理，從而獲取想要的信息，對這些技術(shù)的合理應(yīng)用，促進(jìn)了電力設(shè)備周期性檢修向狀態(tài)檢修過渡。

此外，在設(shè)計過程中還需要做好無功補償，其主要目的是降低變壓器上的輸電消耗，提高效率。在電氣自動化系統(tǒng)中，無功功率占配電設(shè)備中一個很大比例，這將會導(dǎo)致線路中的能量損耗增加，會導(dǎo)致電網(wǎng)內(nèi)的電壓下降，影響電網(wǎng)運行的經(jīng)濟(jì)性和電能質(zhì)量，無功補償需要符合以下幾項標(biāo)準(zhǔn)：（1）設(shè)備的選擇要將參數(shù)作為主要依據(jù)，例如，對電容設(shè)備的容量進(jìn)行明確。（2）分析電網(wǎng)的具體運行情況，在無功補償設(shè)備選擇時，要對電網(wǎng)的具體運行情況進(jìn)行針對性分析，合理分析補償電路。（3）設(shè)備的安裝要合理參考就近原則，這種就近、便捷的安裝方式能夠很好地實現(xiàn)功率補償，從而實現(xiàn)降低電能消耗效果。（4）依據(jù)線路負(fù)荷的實際情況選擇無功補償器，對于負(fù)荷較小線路，可以選擇靜態(tài)補償裝置，若線路的負(fù)荷較大，在選擇上則可以選擇動態(tài)補償。例如，針對電動機負(fù)荷較大的線路，應(yīng)用動態(tài)補償設(shè)備所取得的節(jié)能效果十分顯著。

6 結(jié)束語

綜上所述，110kV變電站一次電氣部分的設(shè)計是一項較為復(fù)雜的工程，在整個電力系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。因此，在具體設(shè)計過程中需要確保設(shè)計的科學(xué)性，從而保證供電的安全性。由此可見，只有做好電氣設(shè)備連接方式、一次部分的設(shè)計等各項內(nèi)容，才能使變電站的經(jīng)濟(jì)效益最大化，提升系統(tǒng)用電的安全性。

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作者簡介：楊淑君（1976-），女，河南許昌人，本科，許繼電氣股份有限公司保護(hù)自動化系統(tǒng)公司，設(shè)計。