關(guān)于變電站一次設(shè)計的綜述

(國網(wǎng)龍巖供電公司,福建 龍巖 364000)

1 引言

隨著我國科學技術(shù)的飛速發(fā)展，國民經(jīng)濟大水平提高的同時，社會對于電網(wǎng)的可靠性供電依賴也變得越來越高，因此變電站的規(guī)模和供電質(zhì)量也在不斷擴展。這就需要變電站中的相應(yīng)電氣設(shè)備裝置等，在質(zhì)量和性能方面有很大的提高要求。隨著電力大數(shù)據(jù)下數(shù)字智能化的發(fā)展，數(shù)字化三維變電站[1]的設(shè)計也成為了電網(wǎng)電力工程設(shè)計技術(shù)發(fā)展的重要目標。近年來隨著國家電網(wǎng)公司對供電可靠性、電壓合格率等要求的提高，我國電力系統(tǒng)的運行變得日益穩(wěn)定，這在滿足國民日常生活需要的同時，也為我國經(jīng)濟快速增長提供了有效的載體保障。

結(jié)合我國目前的經(jīng)濟形勢，人們更加追求的是充足穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)可靠、廉價的電能。因此這提醒變電站設(shè)計的過程中應(yīng)該充分考慮其合理性，安全性和經(jīng)濟性的需求，保證各個設(shè)備可靠穩(wěn)定運行的同時，得到變電站設(shè)計的架構(gòu)體系，從而保證各種保護調(diào)度功能的實現(xiàn)[2]。

通常變電站的一次設(shè)計主要分為電氣主接線的選取，變壓器型號和臺數(shù)的確定，主要電氣設(shè)備的選擇，相應(yīng)的短路電流計算等方面[3]。本文通過以模擬變電站的整體需求規(guī)劃以及變電站的出線方向等方面綜合考慮，分析變電站承載負荷的相關(guān)資料，從安全穩(wěn)定、經(jīng)濟可行、可靠保障等方面出發(fā)，確定了220kV變電站的主接線方式的設(shè)計。通過供電網(wǎng)絡(luò)的范圍和負載消耗的計算等方面綜合考慮可以確定主變的數(shù)量、容量，按照此方法也可以確定站用變的型號及數(shù)量。最后，其他設(shè)備的選取可以根據(jù)實際的短路計算確定。綜上所述可以實現(xiàn)220kV變電站電氣一次部分的設(shè)計。

2 變壓器選擇介紹

主變是變電站的“心臟”，是電力系統(tǒng)與用電負載輸送功率的橋梁。它承擔著變換不同等級電壓的重要任務(wù)。因此變電站安全可靠和經(jīng)濟運行的重要環(huán)節(jié)就是確定變電站變壓器的容量。文獻[4]給出主變壓器的選擇要突出考慮體積小、噪音低、阻燃性好、可靠性高的性能。

主變的數(shù)量、容量的合理選擇是電力系統(tǒng)規(guī)劃和具體變電站主接線設(shè)計中的一個重要環(huán)節(jié)。從文獻[5-7]得知變壓器的選擇可以根據(jù)以下幾點來選擇：(1)對于一類和二類負荷，通常配置兩臺變壓器來滿足供電的可靠性，這樣當一臺處于檢修狀態(tài)時，確保用戶的一、二級負荷正常運行；(2)主變的容量一般都按照變電站所承載用電負載的大小來選擇，選擇過程中應(yīng)充分考慮到今后幾年的負荷發(fā)展規(guī)劃；(3)對于配有兩臺主變的變電站，當其中一臺主變因意外故障斷開時，另一主變?nèi)萘繎?yīng)保證70%的用電負荷正常運行。

3 主接線設(shè)計探討

主接線的設(shè)計必須綜合考慮各個方面的影響因素，從技術(shù)創(chuàng)新，經(jīng)濟可行等方面充分比較，從而確定工程實際的最優(yōu)設(shè)計。目前對于變電站的電氣主接線設(shè)計一直是研究的熱點[8]。對于電氣主接線的設(shè)計主要考慮下面幾種原則，首先要考慮所建變電站在電網(wǎng)中的作用和地位，其次要考慮近期的電網(wǎng)規(guī)劃和長遠的規(guī)模擴建，再次要充分考慮所承載負荷的重要性等級，最后還要考慮變電站的主變數(shù)量對于主接線的影響。同時，電氣主接線在設(shè)計的過程中要充分考慮可靠性、靈活性和經(jīng)濟性的基本要求。即在保證可靠供電的同時，也要保證不間斷供電，隨時滿足調(diào)度和檢修需求，實現(xiàn)經(jīng)濟上的最小投資。

文獻[9]給出主接線方式有多種，主要常見的有以下幾類：單母線接線方式、單母線分段接線方式、雙母線接線方式等。其中單母線接線方式的優(yōu)點在于操作簡單明了，投資消耗少，便于擴展；但是這種接線方式也存在相關(guān)的問題，由于接線中僅需要一根母線，因此在電網(wǎng)存在故障或者需要檢修時，母線上的所有負載都需要停電，因此這樣就會造成大面積的停電故障。單母線分段接線方式跟單母線接線方式相比較這種接線方式下，當某一位置發(fā)生故障，分段斷路器會自動隔離故障，這樣其他沒有故障的線路仍然可以正常供電；雙母線接線方式的優(yōu)勢在于主線變?yōu)閮筛?，兩條主線就存在兩套母線隔離開關(guān)，這樣在檢修維護其中一條總線時另一組備用仍然可以持續(xù)供電，而不會造成供電中斷，以此滿足不同運行模式下電網(wǎng)調(diào)度的需要。但是出于經(jīng)濟性考慮，這種接線方式使用設(shè)備多而且復(fù)雜，占地面積更大，因此建設(shè)消耗資金也會更大。

電氣主接線的設(shè)計選擇應(yīng)充分考慮變電站所處的電壓等級、區(qū)域位置、站內(nèi)變壓器的型號臺數(shù)、進出線等各條件。設(shè)計主接線的時候通過比較不同接線方式在系統(tǒng)中的可用程度，分析不同接線方式在實際運行中的可能存在的問題。文獻[10]給出以往設(shè)計者在220kV變電站主接線設(shè)計中需要注意的地方，主要存在以下幾點：(1)有的城市變電站的地理位置處于市中心或者是人口的密集區(qū)域，這種區(qū)域本身城市用地緊缺，如果設(shè)計過程中沒有考慮這些因素，隨隨便便給出設(shè)計方案，這樣引起的接線復(fù)雜，設(shè)備繁多，占地劇增等因素，無疑給電網(wǎng)的投資增加負擔。(2)在主接線設(shè)計過程中設(shè)計者只看到眼前的設(shè)計需要，沒有顧及后期的規(guī)劃和擴建等問題。(3)有的設(shè)計者在電氣主接線設(shè)計時只是紙上談兵，沒有考慮到施工過程的便利，給施工帶來一定的困難。 (4)電氣主接線設(shè)計時僅僅考慮了國家電網(wǎng)公司對于運行的安全可靠性要求，沒有考慮后期的設(shè)備檢修、調(diào)控的需要等。

針對以往電氣主接線設(shè)計中出現(xiàn)的問題，結(jié)合文獻[9-10]可以通過以下措施來改善：(1)在主接線接線方式的選擇方面，應(yīng)盡量充分考慮選擇供電可靠性高的接線方式，這樣便于輪流檢修，調(diào)度運行、日后規(guī)模擴建等問題，如采用雙母線接線方式；(2)變電站布置設(shè)計除了按照相關(guān)規(guī)范實施外，還應(yīng)按實際需求進行技術(shù)方面的改革創(chuàng)新，降低施工占用面積，縮減施工的成本；(3)選擇合適的管道母線，從而縮短設(shè)備間的距離，降低設(shè)備的大小尺寸，從而減少了土建施工量，從而降低了土建成本。

4 電氣設(shè)備選擇分析

變電站電氣一次部分設(shè)計的另外一個主要內(nèi)容就是電氣設(shè)備的選擇。電氣設(shè)備的正確選擇不僅能夠保證變電站可靠靈活的運行，還可以通過選擇經(jīng)濟合理的設(shè)備降低成本，這樣在保證可靠安全的前提下，也達到了經(jīng)濟可行的目的。設(shè)備的選取應(yīng)該充分考慮實際的需要，善于運用創(chuàng)新技術(shù)，積極穩(wěn)妥的引進一下更加優(yōu)良的設(shè)備，這樣不僅降低故障概率，還在一定程度下節(jié)約了日后的維護成本。

結(jié)合文獻[11-13]，合適的電氣設(shè)備必須具備以下條件:第一，充分考慮長期穩(wěn)定的工作條件：(1)電氣設(shè)備最高允許工作電壓不得小于該回路運行的最高電壓，即:UN≥USN；(2)電氣設(shè)備的額定電流不得小于各運行方式下的所在回路的持續(xù)工作電流，即：IN≥Imax；(3)電氣設(shè)備應(yīng)適應(yīng)當?shù)丨h(huán)境條件;第二： 短路穩(wěn)定條件(1)熱穩(wěn)定的條件，即：It2≥Qk；(2)動穩(wěn)定的條件，即：ies≥ish；(3)絕緣水平，保證電氣設(shè)備的內(nèi)外絕緣在正常工作電壓的作用下，安全可靠。

變電站設(shè)計過程中所需的主要設(shè)備有主變壓器、站用變壓器、CT、隔離開關(guān)、斷路器等，電氣設(shè)備的選擇必須考慮到所處的不正常運行狀態(tài)和實際運行中可能發(fā)生的短路故障，這樣才能達到變電站電氣設(shè)備選擇方面的最優(yōu)配置。文獻[10]給出幾點設(shè)計者在以往主要電氣設(shè)備選擇方面存在的缺陷，如：工作人員自身的失誤造成短路電流的計算錯誤，從而造成了設(shè)備的不合理選擇；其次是選擇電氣設(shè)備的時候盲目追求數(shù)量多、價格貴，沒有充分考慮設(shè)備在采購過程中，施工過程中存在的困難，以及沒有認真考慮日后短路故障、日常檢修、日后發(fā)展規(guī)劃方面的問題；此外，有時候工作人員太大意疏忽，沒有嚴格相關(guān)標準進行動熱穩(wěn)定校驗。

針對上面問題，結(jié)合文獻[14-15]資料，可以通過以下措施來改善：對于短路電流的計算實行不同點分級校驗，對電氣設(shè)備的選擇，應(yīng)充分考慮設(shè)備需求的合理性，從高性能、低價格等方面考慮，選擇合適的設(shè)備；最后，在相關(guān)環(huán)境下一定要按照相關(guān)標準進行動、熱穩(wěn)定校驗。

5 結(jié)論

變電站的電氣一次設(shè)計是一個具有綜合框架結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)工程，在設(shè)計過程中要求具有一定的整體設(shè)計思路，運用創(chuàng)新思維，積極引用新的設(shè)備以及技術(shù)方法，這樣可以使得設(shè)計方案得到進一步的優(yōu)化改善。此外出于安全穩(wěn)定、高效可靠、經(jīng)濟可行等方面考慮，力爭變電站的配置得到最佳，這樣在滿足社會經(jīng)濟需求的同時，也可以給社會和電網(wǎng)本身帶來便利，本文研究也給變電站的設(shè)計提供一個更新的方向，為日后電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計方面帶來新的參考。