對(duì)變電站電氣一次設(shè)計(jì)的分析

顧保利

國(guó)網(wǎng)河北省電力公司檢修分公司

對(duì)變電站電氣一次設(shè)計(jì)的分析

顧保利

國(guó)網(wǎng)河北省電力公司檢修分公司

從電力系統(tǒng)整體角度進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)變電站電氣一次設(shè)備的水平會(huì)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量和效率造成直接影響，因此設(shè)計(jì)變電站電氣一次設(shè)備的過(guò)程中應(yīng)該切實(shí)滿足基本需求，并且依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，選擇科學(xué)合理的接線方式、電氣設(shè)備、照明系統(tǒng)、接地系統(tǒng)等，保障能夠提高電力系統(tǒng)的可靠性、安全性以及運(yùn)行效率，為電力企業(yè)進(jìn)一步發(fā)展奠定基礎(chǔ)。鑒于此，本文主要分析變電站電氣一次設(shè)計(jì)。

變電站；電氣；一次設(shè)計(jì)

1、變電站電氣一次設(shè)計(jì)的基本要求

隨著電力系統(tǒng)的不斷擴(kuò)展升級(jí)，電力設(shè)備更新?lián)Q代，電力技術(shù)水平不斷提高，如何提高變電站工作效率、改善設(shè)計(jì)水平等問(wèn)題成為當(dāng)前社會(huì)研究的熱門話題。設(shè)計(jì)需要從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，以應(yīng)對(duì)發(fā)展越來(lái)越快的電力需求，應(yīng)充分考慮發(fā)展趨勢(shì)對(duì)現(xiàn)狀的影響，具有前瞻性，保障變電站電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，并保障一定的經(jīng)濟(jì)效益，正確協(xié)調(diào)二者關(guān)系，正確處理各個(gè)時(shí)期的問(wèn)題矛盾，綜合考慮，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

變電站電氣一次設(shè)計(jì)的基本原則：第一，變電站電氣一次設(shè)計(jì)需針對(duì)所劃區(qū)域電力需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，滿足變電量需求，并以此優(yōu)化設(shè)計(jì)。第二，變電站的主接線應(yīng)采用可靠標(biāo)準(zhǔn)的接線方式，以保證變電站日常工作的安全、穩(wěn)定，在此基礎(chǔ)上適當(dāng)調(diào)整主接線路的靈活性。第三，變電站建設(shè)面積在設(shè)計(jì)中不宜過(guò)大，盡量在保證運(yùn)行多需的基礎(chǔ)上，減少占地，節(jié)約土地資源，相應(yīng)的電氣設(shè)備也應(yīng)該采用性能良好的小型設(shè)備。第四，變電站電氣設(shè)計(jì)應(yīng)不斷提高電力系統(tǒng)的自動(dòng)化，同時(shí)提高設(shè)備的可靠性、穩(wěn)定性，應(yīng)將數(shù)據(jù)信息誤碼率控制在相對(duì)低的水平，對(duì)設(shè)備可靠性進(jìn)行優(yōu)化，減少檢修率，提高經(jīng)濟(jì)效益。

2、變電站電氣一次設(shè)計(jì)

2.1 布置電氣平面

對(duì)場(chǎng)地因素進(jìn)行充分分析，對(duì)施工場(chǎng)地的情況進(jìn)行勘察設(shè)計(jì)，制定設(shè)計(jì)規(guī)劃，然后設(shè)計(jì)變電站電氣一次設(shè)備，最終形成總體設(shè)計(jì)方案。如戶內(nèi)布置和戶外布置的主變形式，設(shè)計(jì)中充分分析主變?cè)O(shè)計(jì)消防設(shè)備和通風(fēng)措施，此外，設(shè)計(jì)二次設(shè)備的時(shí)候，垂直空間中不能設(shè)計(jì)電容器，避免電容器干擾計(jì)算機(jī)設(shè)備，提升電力系統(tǒng)運(yùn)行安全性和可靠性。

2.2 選擇電氣設(shè)備

完成變電站建筑平面設(shè)計(jì)之后，依據(jù)設(shè)計(jì)區(qū)域的功能進(jìn)行劃分，需考慮電流、負(fù)荷等參數(shù)。利用主接線方式來(lái)對(duì)電氣設(shè)備額定值的選擇，分析合理工作狀態(tài)，校驗(yàn)核算電氣設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性等參數(shù)，并且對(duì)設(shè)計(jì)原則進(jìn)行分析，在滿足安全位置、環(huán)境需求以及使用規(guī)范的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)設(shè)備體積，通過(guò)已確定變電站為系統(tǒng)提供運(yùn)行方式以及供電量，對(duì)變電站系統(tǒng)的技術(shù)和變壓器數(shù)量進(jìn)行確定。

2.3 設(shè)計(jì)主接線

變電站電力系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容就是電氣主接線的設(shè)計(jì)，其中控制、自動(dòng)化系統(tǒng)、繼電保護(hù)、配電裝飾等都是在電氣主接線設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上完成的，而且直接影響著變電站的日常工作運(yùn)行。應(yīng)充分考慮經(jīng)濟(jì)性、靈活性、穩(wěn)定性等因素，主要常用的接線形式包括：

第一，雙電源形式選擇。該種形式采用的是 T型接線，同時(shí)也可與其他變電電路相連接，高壓測(cè)線線路接變壓器，另一側(cè)低壓線路則采用母線分段的形式，無(wú)須接入大量高壓設(shè)備，線路保持清晰靈活的特性。由于高壓設(shè)備連接較少，占地面積相對(duì)較小，但是在高壓線故障時(shí)，主變壓器將會(huì)通用，當(dāng)其中一個(gè)電源失效時(shí)，通過(guò)繼電保護(hù)自動(dòng)切換，此時(shí)需要參照是否遵循功率轉(zhuǎn)移要求來(lái)使用該設(shè)計(jì)。

第二，單母線形式選擇。此種接線形式的電源進(jìn)線為兩路，一路為主線，另一路備用。高壓接線利用單母線鏈接，保證供電工作的穩(wěn)定可靠進(jìn)行，當(dāng)電源故障時(shí)，可以通過(guò)備用低壓接線兩段母線的鏈接，恢復(fù)電力系統(tǒng)供電。由于備用電源接線的使用，設(shè)備相對(duì)復(fù)雜、成本較高，主要應(yīng)用于供電需求大、功率轉(zhuǎn)移較高的城市供電電網(wǎng)中。

第三，關(guān)于內(nèi)橋連接形式方面。此種形式兩路接線均接入電網(wǎng)，其中高壓線內(nèi)橋連接接入，與低壓線構(gòu)成四回路供電網(wǎng)絡(luò)，不需要太多斷路器進(jìn)行保護(hù)，但由于多回路的特性，使得靈活性相對(duì)較低，運(yùn)行相對(duì)復(fù)雜，當(dāng)故障變壓器出現(xiàn)故障，至少需要兩個(gè)斷路器工作，切斷故障線路，主要應(yīng)用在操作頻繁的高壓電路中。

2.4 完善配套系統(tǒng)

明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，綜合分析機(jī)房、內(nèi)外廠房、開關(guān)站，對(duì)照明系統(tǒng)類型進(jìn)行分析，包括事故和工作兩種，也就是對(duì)工作照明時(shí)間設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)為工作面標(biāo)準(zhǔn)照度，并且把應(yīng)急照明設(shè)備安置在樓梯間、安全出口、疏散通道等場(chǎng)合中，避免由于照明故障導(dǎo)致失去工作照明，影響修復(fù)設(shè)備的水平。燈具選擇的過(guò)程中充分考慮使用期限、減光系數(shù)、光通量，此外，把絕緣導(dǎo)線暗敷在中控室中，利用鍍鋅鋼管處理室外線路，剩余的進(jìn)行明線敷設(shè)。設(shè)計(jì)系統(tǒng)防雷的過(guò)程中，不但能夠利用屋頂避雷設(shè)備來(lái)處理，同時(shí)也能夠利用避雷器來(lái)保護(hù)處理系統(tǒng)過(guò)電壓，并且把避雷器合理安裝在主變壓器進(jìn)線、中性點(diǎn)，但是也不能忽略接地系統(tǒng)，也就是說(shuō)主要方式為水平接地，輔助方式為垂直接地，利用扁鋼、圓鋼來(lái)處理接地線，有機(jī)結(jié)合角鋼處理接地體，端部削尖打入地中，接地體系統(tǒng)敷設(shè)的時(shí)候，注重變電站設(shè)計(jì)，與此同時(shí)對(duì)低壓配電室和高壓配電室進(jìn)行設(shè)計(jì)，配備兩個(gè)連接接地體，變壓器室實(shí)際上是一個(gè)連接體，實(shí)際操作中應(yīng)該對(duì)接地螺絲和接地設(shè)備進(jìn)行固定，保障在滿足實(shí)際需要的基礎(chǔ)上選擇接地電阻，從而能夠全面提升變電站一次設(shè)備運(yùn)行的安全性和可靠性。

2.5 電氣一次設(shè)備的合理選擇

以 110kV 變電站為例，其主變壓器的選擇與設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)充分考慮以下內(nèi)容：①一些具有冷卻功能的設(shè)備應(yīng)當(dāng)根據(jù)主變壓器的外部工作環(huán)境、本身結(jié)構(gòu)特征以及具體容量來(lái)決定；②變電器的選擇應(yīng)當(dāng)以確定的有載調(diào)壓或無(wú)激磁調(diào)壓方式來(lái)決定；③必須嚴(yán)格按照電力系統(tǒng)要求設(shè)備的相數(shù)、繞組數(shù)、繞阻的接線組別等的實(shí)際需要作為最終變電器確定的條件。斷路器的選擇會(huì)對(duì)變電站運(yùn)行的安全性產(chǎn)生重要影響，因此設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)斷路器的選擇給予充分的重視。①設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)盡可能延長(zhǎng)斷路器的使用壽命以及保證其性能發(fā)揮正常，盡量選擇安裝方便，便于檢修的斷路器；②斷路器的選擇應(yīng)當(dāng)確保其在電力系統(tǒng)合閘運(yùn)行時(shí)還具備足夠的導(dǎo)電性，以保證在負(fù)荷電流以及短路電流通過(guò)時(shí)，設(shè)備還具有良好的動(dòng)穩(wěn)定性能與熱穩(wěn)定性能。

2.6 隔離開關(guān)的選擇及校驗(yàn)隔離開關(guān)是高壓開關(guān)的一種，因?yàn)闆](méi)有專門的滅弧裝置，所以不能切斷負(fù)荷電流和短路電流。 但是它有明顯的斷開點(diǎn)，可以有效的隔離電源，通常與斷路器配合使用。 隔離開關(guān)型式的選擇，其技術(shù)條件與斷路器相同，應(yīng)根據(jù)配電裝置的布置特點(diǎn)和使用要求等因素進(jìn)行綜合的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，然后確定。 其選擇的技術(shù)條件與斷路器選擇的技術(shù)條件相同。 經(jīng)過(guò)分析，該變電站 110kV 母線側(cè)與進(jìn)線側(cè)選出隔離開關(guān) GW4－110/600型，35kV 母線側(cè)選出隔離開關(guān)型號(hào)為 GW2-35/1000 型，35kV出線側(cè)選出隔離開關(guān)型號(hào)為 GW4－35/600 型，10kV 母線側(cè)選隔離開關(guān)型號(hào)為 GW2-10/2000 型，10kV出線側(cè)選出隔離開關(guān)型號(hào)為 GN1-10/400 型。

2.7 電流互感器的選擇及校驗(yàn)

電流互感器的型式應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境條件和產(chǎn)品情況選擇。 對(duì)于6～20kV 屋內(nèi)配電裝置，可采用瓷絕緣結(jié)構(gòu)或樹脂澆注絕緣結(jié)構(gòu)的電流互感器，對(duì)于 35kV 及以上配電裝置，一般用油浸箱式絕緣結(jié)構(gòu)的獨(dú)立式電流互感器，有條件時(shí)，應(yīng)盡量釆用套管式電流互感器。 電流互感器的二次側(cè)額定電流有 5A和 1A 兩種，一般弱電系統(tǒng)用 1A，強(qiáng)電系統(tǒng)用 5A，當(dāng)配電裝置距離控制室較遠(yuǎn)時(shí)， 亦可考慮用 1A。 經(jīng)過(guò)分析， 該變電站110kV 母線側(cè)與進(jìn)線側(cè)選電流互感器型號(hào)為 LB-110/2600/5型，35kV 母線側(cè)與出線側(cè)選電流互感器型號(hào)為 LCWD1-35/800/5 型 ，10kV 母線側(cè)選電流互感器型號(hào)為 LAJ-10/2000～6000/5型，10kV 出線側(cè)選電流互感器型號(hào)為 LA-10/300/5 型。

2.8 防雷、接地保護(hù)

雷暴天氣對(duì)電力系統(tǒng)電網(wǎng)有致命威脅，雷電直擊將導(dǎo)致電路超負(fù)載，燒毀設(shè)備與線路，除了使用防雷設(shè)備進(jìn)行斷電保護(hù)外，在設(shè)計(jì)需求中還應(yīng)接入防雷設(shè)計(jì)。屋頂避雷保護(hù)通常使用40×4、60×8的鍍鋅扁鋼接地體，同時(shí)連接主接地網(wǎng)進(jìn)行接地保護(hù)。利用高壓設(shè)備的接地保護(hù)同樣應(yīng)用到防雷設(shè)計(jì)中，水平接地網(wǎng)路使用6×6接地線路，垂直線路使用50×50×2500的深埋垂直接地極，變電站防雷接地網(wǎng)路電阻小于0.5Ω。高壓變電工作人員的人身安全一直受到人們重視，為保證設(shè)備正常工作，同時(shí)防止高壓電給人們生命造成威脅，應(yīng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行接地設(shè)計(jì)，除防止高壓觸電，還能有效防止機(jī)械作用對(duì)設(shè)備的損壞。在接地設(shè)計(jì)中，通常采用扁鋼或圓鋼構(gòu)成的接地線與角鋼材質(zhì)的接地體組成接地裝置，接地體直接打入地面接地，接地線則通過(guò)自然接地鋪設(shè)，其中高壓與低壓配電室連接到同一個(gè)接地體，外接地線與各設(shè)備相連并與底座角貼相連。

總之，在變電站的電氣一次設(shè)計(jì)過(guò)程中，要想對(duì)電氣進(jìn)行更加理想的設(shè)計(jì)，使之符合國(guó)家規(guī)定的要求，就要嚴(yán)格把關(guān)每一個(gè)安裝環(huán)節(jié)的細(xì)節(jié)，對(duì)設(shè)備之間的連接進(jìn)行檢查，特別注意檢驗(yàn)二次回路是否準(zhǔn)確等問(wèn)題。最終的目的就是要保證電力系統(tǒng)可以正常的運(yùn)行。

[1]汪鵬.變電站電氣一次設(shè)計(jì)發(fā)展分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2016，(19)：18+20.