關于35kV變電站電氣一次部分設計技術的研究

四川美奐電力工程設計有限公司寧夏分公司 張 艷

合理對變電站進行設計，能夠有效提升安全系數，減少事故發(fā)生概率。尤其是電氣一次部分設計，關系電路整體連續(xù)性，必須高度重視。本文以35kV變電站一次部分設計為例，分析電力相關設計技術的有效策略。

1 變電站電氣一次設計現狀

1.1 一次設備過熱問題

當變電站電氣設備持續(xù)運轉時，一些一次設備的升溫速度較快，溫度較高，存在潛在的安全隱患。在長時間高溫環(huán)境下，線路及其有關設備壽命會下降，故障概率也會增加。若不及時解決問題，容易造成事故的擴大。實踐證明，在一次設備發(fā)生過熱事故時，導線的斷面大小是引起其失效的重要因素。故在設計時，必須充分重視裝置在較低溫度下的熱穩(wěn)定，防止出現過熱等現象，減少線路短路等問題。所以，在變電站的維護管理中，相關部門應重視維護工作，要結合各部件的特點、功能、類型等對其進行維護。如刀閘通常需要長時間使用，易出現銹蝕，因此在此基礎上，采用導線涂膜的方法，可減少故障的發(fā)生[1]。

1.2 雷擊問題

從變電站的電氣系統(tǒng)角度來看，由于其所處的環(huán)境比較復雜，容易受到雷擊等外部環(huán)境因素的干擾，從而導致電氣系統(tǒng)的負荷增大。在負荷超出規(guī)定的情況下，設備容易燒壞，甚至會造成線路嚴重損傷。目前，我國變電站一次設計的防雷設計雖然有多種，但仍然存在較多問題。

2 電氣一次設計改善措施

2.1 完善前期準備工作

在進行一次變電站初步設計時，要充分考慮到其前期的工作。在正式開工前，應全面、系統(tǒng)化地進行電力負荷的調研與研究。并且要熟悉我國的設計法規(guī)、行業(yè)標準等，同時針對具體的工程情況，進行一次電氣的設計，從源頭上消除安全隱患。在進行一次設計時，要充分考慮未來發(fā)展的需求，并結合有關標準及相關文件規(guī)定進行方案的編制。

2.2 合理選用變壓器

在一次電力系統(tǒng)的設計中，變壓器的選取是關鍵的一步。必須全面審議下列問題：一是在對其工作區(qū)域進行詳細分析后，找出了適用于該設備的制冷設備。此外，還要考慮到其自身的性能、結構特點等因素，使其符合環(huán)保的需要。二是考慮負載和無激磁調壓時，合理設計一種新型的電力變壓器。三是針對電網需求和電氣設備特性，對變壓器的選型進行了優(yōu)化。另外，在實際應用中，應充分考慮到短路阻抗等因素，并對其進行及時的絕緣試驗，以保證試驗結果符合規(guī)范要求[2]。

3 35kV變電站電氣一次部分設計基本概述

變電站一次部分的設計以高壓電氣設備為主，把其串聯(lián)在一起，構成一個完整的持續(xù)電路，通常稱之為一次接線。通過一次接線，可以清楚地看出兩個裝置在系統(tǒng)中的功能，以及之間的聯(lián)系。電力系統(tǒng)的主要接線性能直接關系到變電站的持續(xù)供電質量。而且其也會對選擇其他設備有較大的影響。在進行設計時，必須符合以下基本條件。

3.1 主接線要具備靈活性和便捷性

35kV變電站的電力系統(tǒng)一方面要保證線路的正常工作，另一方面要滿足故障發(fā)生時的調度要求。同時，也要保證變電站在檢修時，主接線的使用可靠性高，從而能夠更好地適應不同的系統(tǒng)在運行時的需要。同時，其必須在運行時滿足各種調度需求，這樣可以縮短故障停電維修的時間，最大限度降低維修帶來的負面影響。圖1為總電氣主線接線設計圖。

圖1 為總電氣主線接線設計圖

3.2 確保電力供應與電力質量的穩(wěn)定

35kV變電站的一次部分設計，其主接線的設計是關鍵環(huán)節(jié)。主接線的設計必須在滿足電力供應的同時，保證電力供應的可靠性和安全性。在系統(tǒng)運行期間，若不能確保其安全、穩(wěn)定，則會導致系統(tǒng)發(fā)生較大的斷電。停電不僅會對電站自身造成負面影響，而且還會導致大規(guī)模的斷電，給各行業(yè)帶來經濟損失。所以在主線路的設計中，必須采取有效的方法來保證電力供應的安全、可靠、持續(xù)。

3.3 保證擴建的可能性和經濟性

在進行主線路的設計時，必須充分考慮以下兩點：一是確保變電站的終端連接能夠順利地進行；二是為了確保分批接線工程的順利進行，為下一步的施工做準備，創(chuàng)造良好的環(huán)境和條件。此外，還應從經濟角度進行設計。只有這樣，才能讓火力發(fā)電廠的效益最大化，才能使電廠的持續(xù)健康發(fā)展[3]。

4 35kV變電站電氣一次部分設計步驟與要點

4.1 35kV變電站電氣一次部分設計步驟

35kV變電站電氣一次部分設計有其特殊性，必須嚴格按照35kV變電站電氣一次部分設計程序，以保證其合理和科學。35kV變電站電氣一次部分設計，通常要經過以下六個步驟。一是在設計前必須充分了解有關的設計依據和基礎數據，并通過對35kV變電站電氣一次部分設計數據的綜合分析，找出35kV變電站電氣一次部分設計要點。二是35kV變電站的運行特性必須選用合適的相位，以保證其數量和容量能夠滿足變電站一次部分設計需求，并制定出一種切實可行的接線方案。三是檢查并決定主變的容量及數量。四是注意常規(guī)供電線路的連接。五是根據35kV變電站的實際工作狀況，決定該變電站的電流限制工作。如有必要，應當采取相應的措施。六是針對35kV變電站電氣一次部分設計方案的選擇，從經濟和技術兩個方面進行了全面的分析。據此，對35kV變電站電氣一次部分設計的主要部分進行了優(yōu)化設計。

4.2 35kV變電站電氣一次部分設計注意事項

35kV變電站在使用過程中會存在著一些故障，對其正常工作有較大的影響。因此，在變電站電氣一次設計中，必須在每一臺機組低壓側增加一臺能夠滿足其工作要求的快速啟動柴油發(fā)電機組。另外，在機組內部也要有兩個保安區(qū)段，使其能夠充分地整合在一起，這樣可以防止電力供應過程中出現安全問題。同時，在35kV變電站一次部分設計中，針對柴油發(fā)動機的安裝，應在兩臺柴油機之間安裝一個聯(lián)絡開關。這樣，當一臺柴油機發(fā)生故障時，就可以啟動連接，采用另外一臺柴油機啟動工作。另外，為保證發(fā)電機的安全運行，使其更好地發(fā)揮其作用，必須在各機組上安裝一套不間斷供電裝置，以保證整個變電站系統(tǒng)正常工作[4]。

5 35kV變電站電氣一次部分設計

5.1 主接線的選取

根據《發(fā)電廠電氣部分》《電力工程手冊》《35kV-110kV變電站設計規(guī)范》等相關技術標準的要求，變電站電氣一次部分的設計與優(yōu)化，通常要求選擇主接線，變壓器，電氣設備，短路電流計算，接地和防雷設計。經科學的論證與分析，確定了新建35kV變電站的等級劃分為35kV和10kV，以滿足電網供電的需要。并在該變電站中新增兩臺變壓器（35/10.5kV）；為了滿足變電站一次供電的經濟性、靈活性和可靠性要求，35kV一回進線，10kV一回進線。

根據GB50059-2011《35-110kV變電站設計規(guī)范》中相關規(guī)定，35kV線路在2回或小于2回路時，應采用線路分支、橋型或線路互感器等接線方式。如果是2回或大于2回時，應選擇單段母線、擴大橋形、單母線接線。同時，參照現行電力工程電氣設計手冊中相關單母接線的有關技術規(guī)定，在35kV配電網中，若有回數小于3回，則應選用單母接線。而在此設計方案中，35kV側進線1回，出線2回，兩臺變壓器并列運行，10kV側與10kV電源進線側采用聯(lián)絡柜進線連接，所以35kV配電裝置的出線次數大于3回時，需嚴格遵守電力工程電氣設計手冊及GB50059-2011《35-110kV變電站設計規(guī)范》相關要求，采用單母線連接。

此外，10kV側8回出線最大負荷為4500kVA，最小負荷為200kVA；35kV線路在8回以上時，應按照GB50059-2011《35-110kV變電站設計規(guī)范》的主要接線要求，接線方式應采用雙母或分段單母線。但是，考慮到操作經濟和檢修方便的需要，10kV母線末端的主要電氣連接方式是單母線分段連接[5]。

5.2 變壓器選擇

在此設計中，考慮近15年負荷增長及運用，采用兩種不同電壓等級的變壓器，也就是SZ22-12500/35三相兩卷有載調壓變壓器，額定容量為12500kVA；連接組標號為YN，d11；變壓器空載、負載損耗分別為9.84kW和42.75kW；短路阻抗值和空載電流分別為8和1.1%；此外，主變電壓調節(jié)范圍可達35±2×2.5%。因此，通過對變電站的分析，得出了變壓器的主要電阻為：

變壓器短路阻抗（%）Uk=8%；

變壓器負載損耗Pk（kW）=42.75；

按照變電站變壓器阻抗值（Ω）計算公式ZT＝得RT=0.82Ω；XT=11.48Ω， 則ZT=11.50Ω。

6 35kV變電站短路電流

6.1 阻抗值

該變電站35kV側供電是一個無限大的電力系統(tǒng)，通常所選擇的短路最大為短路計算點，F3為35kV線路的短路計算點，F1和F2為10kV線路的短路計算點。

35kV變電站的線路參數如下：35kV線路r1、X1的電阻值分別為0.236Ω、0.348Ω；Z1為0.436Ω/km，Z為4.36Ω，Z＊為0.318Ω。

圖2為35kV 變電站短路電流計算點。

圖2 35kV變電站短路電流計算點

6.2 短路電流

短路電流可以分成以下三種情況：

在F1為三相短路時：當負荷最大時，變壓器的供電端到短路點的總電抗值為0.579，而無窮大功率的功率源E＊是1，短路電流周期分量的標幺值是1.73，有名值是2.70kA；短路沖擊電流為6.87kA，短路全電流的最大有效值為4.08kA，三相短路容量參數值為173MVA。

最小負荷時，變壓器的供電端到短路點的總電抗值是1.156，而無窮大功率的功率源E＊是1，短路電流周期分量的標幺值是0.83，有名值是1.72kA；短路沖擊電流為3.28kA，短路全電流最大有效值為3.09kA，三相短路容量參數值為88MVA。

在F2為三相短路時：當負荷最大時，變壓器的供電端到短路點的總電抗值是0.999，而無窮大功率的功率源E＊是1，短路電流周期分量的標幺值是5.50，有名值是3.70kA；短路沖擊電流為14kA，短路全電流最大有效值為8.3kA，三相短路容量參數值為100MVA。

最小負荷時，變壓器的供電端到短路點的總電抗值是1.158，而無限大功率的功率源E＊是1，短路電流周期分量的標幺值是4.75，有名值是12kA；短路沖擊電流為12.08kA，短路全電流最大有效值為7.9kA，三相短路容量參數值為89MVA。

在F3為三相短路時：當負荷最大時，變壓器的供電端到短路點的總電抗是0.159，而無窮大功率的電源E＊是1，短路電流周期分量的標幺值是9.81，有名值是2.70kA。短路沖擊電流為25.09kA，短路全電流最大有效值為14.72kA，三相短路容量參數值為661MVA。

最小負荷時，變壓器的電源到短路點的總電抗是0.319，而無窮大功率的功率是1，短路電流周期分量的標幺值是5.10，有名值是11kA。短路沖擊電流為12.90kA，短路全電流最大有效值為7.6kA，三相短路容量參數值為332MVA。

7 結語

綜上所述，為了保證35kV變電站電氣一次部分設計合理，要結合實際開展設計工作，制定符合實際工作的方案，合理避免設計可能出現的問題，提高變電站安全系數。