220kV變電站電氣一次系統(tǒng)設(shè)計

珠海電力建設(shè)工程有限公司 蘇春成

變電站將電壓進行變換而后再進行分配，最終通過功率變換來講電力系統(tǒng)的電能輸送到各用電設(shè)備當(dāng)中，其工作內(nèi)容較為復(fù)雜。因此在進行變壓器設(shè)計時須設(shè)計出合理的執(zhí)行方案，確保變電站能安全并高效運行下去，進而使得整個電力系統(tǒng)能有效地運作。對變電站進行設(shè)計的總體流程可分為電氣一次設(shè)計與電氣二次設(shè)計兩個步驟，下文提到的主接線設(shè)計、接地方案設(shè)計、防雷與照明方案及消防報警設(shè)計方案均在電氣一次設(shè)計范疇中。

220kV變電站的設(shè)計需遵循以下原則：要保證方案的安全性以及可靠性。由于電力能源非常易燃，易產(chǎn)生火災(zāi)甚至導(dǎo)致爆炸，設(shè)計之初就應(yīng)充分考慮到方案的安全系數(shù)；在變電站進行建設(shè)時須遵循同樣的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，以免因設(shè)計人員意見不合而最終導(dǎo)致最終工期的延誤；由于不同地方實地情況與建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)都不盡相同，在變電站建設(shè)時應(yīng)根據(jù)實際情況設(shè)計出符合當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)的變電站建設(shè)方案。

1 220kV變電站電氣一次設(shè)計存在的問題

主接線設(shè)計問題。為滿足供電設(shè)備的安全可靠原則，在進行主接線選擇時通常選用安全系數(shù)較高且復(fù)雜度也較高的主接線。但在滿足安全性的同時也帶來一些問題：由于組成較為復(fù)雜、后續(xù)維護費用較為昂貴，另外其核心構(gòu)件會增多，會造成占用面積較大的問題。當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的兩種主接線方式中，雙母線接線兩組母線相互隔離且可進行相互倒換，因而在一組母線出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)供電能在短時間內(nèi)完成恢復(fù)，但在系統(tǒng)檢修時需對整體線路進行斷電，檢修成本較高；而單母線接線將母線進行分段連接，如其中單獨一段母線出現(xiàn)故障可利用分段斷路設(shè)備直接將故障部分去除，供電系統(tǒng)又可恢復(fù)正常，其故障處理靈活度較高且檢修費用較少。另外在進行電氣設(shè)備選擇時，需特別注意應(yīng)計算好線路中不同點的短路電流，一旦計算出現(xiàn)錯誤或不夠準(zhǔn)確，系統(tǒng)中的電氣設(shè)備便很容易燒毀[1]。

防雷問題。針對于220kV變電站這一高壓網(wǎng)絡(luò)，在夏季雷雨天氣中非常容易出現(xiàn)安全事故。為避免變電站安全事故的頻發(fā)造成不可估量的損失，須對變電站做好防雷處理。變電站防雷方案的設(shè)計須嚴格參考相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，對避雷設(shè)備進行過壓保護處理，此外還應(yīng)對變電站的避雷裝置及時進行檢修與保養(yǎng)維護，確保避雷設(shè)備能達到較強的避雷標(biāo)準(zhǔn)，進而使得整體配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能安全高效的運行。

2 220kV變電站電氣一次設(shè)計

某地20kV變電站容量為360MVA，不足以提供當(dāng)?shù)?00MVA的用電需求。此外該變電站110kV的出現(xiàn)間隔非常緊張，后續(xù)新的110kV出線間隔設(shè)置難度非常大，因此需重新建立一座220kV變電站。

2.1 220kV變電站電氣主接線的設(shè)計

2.1.1 變電站主接線設(shè)計方案

若該地原有變電站產(chǎn)生線路故障時，需將該變電站當(dāng)中全部電荷向新變電站進行轉(zhuǎn)移。最終兩個變電站的總?cè)萘靠蛇_到1060MVA，新建成的變電站每回線路輸送電荷的容量可達到540MVA，負荷轉(zhuǎn)供比例系數(shù)最終可達到100%，不會出現(xiàn)失電現(xiàn)象。而當(dāng)新建成的220kV電站出現(xiàn)線路問題導(dǎo)致供電故障時，由另外一邊電源向原變電站提供負荷，而由另一回線路來向新變電站提供負荷，此時符合轉(zhuǎn)供比例仍可到達100%，同樣不會產(chǎn)生失電情況。

2.1.2 電氣主接線設(shè)計及其具體分析

新建成的220kV變電站首期設(shè)置出線數(shù)量為3回，而在終期出線設(shè)置為6回，終期出線選擇雙母線接線的方式，且在線路當(dāng)中專門設(shè)置母聯(lián)斷路器。變電站本期出線設(shè)置為3回，設(shè)置方法同終期出線相同。對于變電站的中性點進行接電時，選擇的接地方式是隔離開關(guān)直接接地法，可根據(jù)電力系統(tǒng)實際運行的情況來選擇直接接地還是不接地。

針對于電氣情況，具體計算分為兩步，首先需進行潮流計算。這一計算主要考察的是新建220kV變電站在實際投入使用后區(qū)域線路及主變的負載，另外還需校驗變電裝置及送電電路的實際導(dǎo)線界面情況。新建變電站投入使用后所在系統(tǒng)的潮流分布科學(xué)，且區(qū)域線路及主變的負載情況均正常、沒有發(fā)生過載現(xiàn)象，線路當(dāng)中雙母線的電壓大小始終保持正常。同時在投產(chǎn)階段，對新建變電站的一回線路進行檢修，各線路負載情況以及母線電壓均處于正常水平。除了潮流計算外，還需對新建變電站進行短路計算，其具體的變電站運行方式選擇220kV系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)運行，并將3臺終期主變也投入到系統(tǒng)運行中。經(jīng)計算，新建220kV變電站母線的單相及三相短路電路均不大于50kA，這一計算結(jié)果符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[2]。

2.1.3 電氣設(shè)備的選擇

確定主變參數(shù)。本工程新建變電站的主變壓器型號為SFSZ11-180000/220，180MVA，接線選擇YN、yn0、d11，180/180/60，母線短路電流須小于50kA。因此對于各級電壓設(shè)備的開路與短路電流都應(yīng)當(dāng)設(shè)置為50kA。

確定低壓無功補償配置。根據(jù)新建220kV變壓器的無功補償結(jié)果可對電容器的量級進行選擇。本工程每臺主變壓器都應(yīng)配置相應(yīng)的電容器，經(jīng)分析該電容器應(yīng)選擇5×8MVar的大小，而在終期安裝低壓電容器時規(guī)格應(yīng)當(dāng)選擇3×5×8，設(shè)置完各部分的電容器后可監(jiān)測分析得到電容器引起的波動大小是0.12%，不符合國家關(guān)于電壓波動值得限定標(biāo)準(zhǔn)。

確定導(dǎo)線截面面積。通常情況下220kV變電站的線路當(dāng)中導(dǎo)線截面面積應(yīng)高于2×400mm2，但針對于用電量較大、電力負荷較重的地區(qū)，通常線路的導(dǎo)線截面積會增加許多。在該工程項目當(dāng)中新建變電站同原有變電站遠期可達到的總?cè)萘繛?060MVA。新建成的變電站每回線路輸送電荷的容量可達到540MVA，由于首期出現(xiàn)共有3回，加入其中一回電源線出現(xiàn)技術(shù)問題導(dǎo)致該回電路不能繼續(xù)供電時，剩余兩回的輸送容量可達到1080MVA，完全能滿足遠期的供電量要求。

2.2 220kV變電站接地設(shè)計

新建變電站的主要接地方式為水平接地，另外再設(shè)置垂直接地體共同組成變電站的混合機接地網(wǎng)絡(luò)。由于變電站大門以及各電力設(shè)備所在區(qū)域的入口處的潛在危險風(fēng)險均較高，因此其接地設(shè)計非常重要，在該工程當(dāng)中設(shè)計均壓帶來減小跨步電壓。對避雷裝置進行集中接地設(shè)置，獨立避雷裝置進行單獨接地處理。對避雷針進行接地時，其與建筑的空氣間隔應(yīng)大于5米，且接地距離應(yīng)當(dāng)大于3米。由于變電站的特殊環(huán)境，其發(fā)生觸電事故以及火災(zāi)的風(fēng)險較高，因此除接地之外還應(yīng)降低接地電阻，這里使用到的方法是引外接地及添加降阻材料。

2.3 220kV變電站防雷與照明設(shè)計

220kV高壓網(wǎng)絡(luò)變電站進行防雷設(shè)計時，室外的配電裝備應(yīng)在室外設(shè)置獨立避雷針避免直擊雷對變電設(shè)備的影響，而針對于室內(nèi)的配電裝備，應(yīng)在變電站的樓頂安裝避雷針，并在頂層大范圍鋪設(shè)避雷帶，以保障整個變電站的避雷效果。該工程在設(shè)計時選用獨立構(gòu)架避雷針完成室外保護工作，選用220kV避雷器以及對應(yīng)的出線套管來共同完成變電站的室外保護。

由于變電站內(nèi)部較為封閉且需不間斷工作，因此其照明非常重要，室外、房間及走廊均需要照明，以保障人員操作的順利完成。在進行照明設(shè)計時，選擇投光燈作為室外配電設(shè)備所在場地的檢修照明，此外還需在道路旁設(shè)置專用路燈以保障工作人員設(shè)備操作與后期監(jiān)測巡視順利進行。對室內(nèi)照明進行設(shè)計時，不僅需保證工作間內(nèi)的正常照明，還需另外設(shè)計在出現(xiàn)緊急情況時的臨時照明，以充分發(fā)揮其應(yīng)急功能。另外一旦電力系統(tǒng)產(chǎn)生故障，工作人員需安排檢修，此時的緊急照明裝置也需進行設(shè)計。

2.4 220kV變電站消防報警設(shè)計

由于變電站安全事故發(fā)生的概率很高，且一旦發(fā)生危險造成的損失不可估量，因此在對220kV變電站進行電氣一次系統(tǒng)設(shè)計時消防報警系統(tǒng)十分關(guān)鍵。該系統(tǒng)產(chǎn)生的報警信號能快速引導(dǎo)工作人員及時發(fā)現(xiàn)危險、解決問題，進而避免后續(xù)的損失。設(shè)計消防報警系統(tǒng)時，需多個火災(zāi)探測設(shè)備、報警控制設(shè)備及蜂鳴器共同組成，可將上述設(shè)備用電纜同消防栓上的控制設(shè)備相連接。一旦發(fā)生火災(zāi)，火災(zāi)探測設(shè)備便可感應(yīng)到煙霧信號，啟動報警控制器并由蜂鳴器最終發(fā)出報警信號[3]。

電力能源作為日常生活當(dāng)中最不可或缺的重要能源，在生產(chǎn)生活的各方面都有十分廣泛的應(yīng)用，因此變電站作為配電網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其安全高效的運行能在很大程度上保障居民正常用電以及電力系統(tǒng)正常工作。在對變電站進行電氣一次系統(tǒng)設(shè)計時，從主接線的選擇與線路設(shè)計、接地方案的設(shè)計、防雷以及消防報警各個方面都要嚴加把控，依據(jù)建設(shè)地實地情況通過數(shù)據(jù)分析得到最優(yōu)化設(shè)計方案，進而保障220kV變電站的最終供電效能。