變電站設計中需要注意的一些問題

摘要:城市電網建設中，變電站是首先要解決的問題，建設時要符合快速發展城市的需求，要有足夠的變電容量，處理好用地面積、總平面布置和基礎選型，自動化程度高，通信運行性能高，靈活性能高的主接線方式，主設備技術性能優越，檢修頻率低，噪聲低。本文就變電站設計中需要注意的一些問題進行論述，并提出合理、經濟的設計方案。

關鍵詞:變電站;設計;問題;方案

一、設計原則與變電站容量的確定

變電站是我國大部分地區能源供應的主渠道，在變電站的建設中，應在滿足各地區電力供應的同時，兼顧經濟性和容量需求潛力。因此在變電站設計中，應掌握以下原則并依此選擇變電站容量。

1)足夠的變電容量以滿足供電區域內中長期規劃預測的負荷要求;2)可靠靈活的主接線方式;3)結構緊湊，設備體積小，占地面積小;4)主設備技術性能優越，可靠性高，檢修頻率低，噪聲低;5)自動化程度高，通信誤碼率低，可靠性高。

根據以上原則，選擇220kV作為地區電源點，可以充分發揮容量大、通道省、占地少、投資相對經濟的優點。因此，220kV變電站是解決地區供電矛盾的一個有效措施，同時也將是今后國家電力系統發展的一個方向。

二、變電站設計中應注意的問題

(1)電氣主接線選擇

電氣主接線的方式主要有單母線接線，單母線分段接線，單母線帶旁路母線接線，單母線分段帶旁路母線接線，雙母線接線，雙母線分段接線，雙母線帶旁路母線的接線，一臺半斷路器的接線。近年來，隨著SF6斷路器和氣體絕緣金屬封閉開關設備的普遍采用，旁路母線的使用越來越少。所以我們沒有采用單母線分段帶旁路母線接線和雙母線帶旁路母線的接線等接線形式。安全可靠是電力生產的首要任務，停電不僅使發電廠造成損失，而且對國民經濟各部門帶來的損失將更嚴重，往往比少發電能的價值大幾十倍，至于導致人身傷亡、設備損壞、產品報廢、城市生活混亂等經濟損失和政治影響，更是難以估量。因此，主接線的接線形式必須保證供電可靠。電壓、頻率和供電連續可靠是表征電能質量的基本指標，主接線應在各種運行方式下都能滿足這方面的要求。

(2)主變壓器選擇

變電站主變壓器容量和臺數時影響電網結構、可靠性和經濟性的一個重要因數。所以根據當地電網現狀、最高供電負荷、售電量及其發展趨勢，確定變電站的規模，合理選擇變電站的變壓器容量和臺數。

主變壓器可以根據6個方面進行選擇:按電網發展規劃選擇主要變壓器容量;按電壓等級選擇主變壓器容量;根據變電站所帶負荷的性質和電網結構來選擇主變壓器的容量;同級電壓的單臺變壓器容量的級別;按容載比確定主變壓器的容量;按負荷密度選擇變電站主變壓器的容量。主變壓器臺數的選擇應根據地區供電條件、負荷性質、供電負荷大小、運行方式、供電可靠性等條件進行綜合比較后確定。同級電壓的單臺變壓器容量級別不宜太多，應從全網出發，推行主變壓器容量的系列化和標準化。

(3)三維布置

按照實際工程需要利用三維模型庫搭建電站三維模型，并且附加實際工程信息。

①配電間隔的創建。配電間隔由間隔內部設備和導線以及導線支架組成。在本工程中，參考施工圖實際的距離參數來布置間隔內部各個設備之間的間距。每個間隔在模型目錄中的層次按如下規則存放:SITE層確定分區，如500 kV分區;ZONE層確定間隔，如:2#，3#至10 W某電廠Ⅱ出線間隔;EQUI層則存放該間隔內的設備。

②導線的創建。導線包括各類母線、進線、出線及設備間導線等。PDMS中沒有專用創建導線的工具，本工程中采用彎曲鋼管代替，弧垂幅度根據計算結果確定，本層次由電氣專業進行設計。

③主控樓、站內道路、圍墻的創建。建模時采用pdms土建專用工具和道路創建專用工具，本層次由土建專業負責設計。

④全站三維布置。確定變電站模型坐標系原點位置后，按照實際位置參數設置變電站中所有設備、支架、導線、道路、圍墻、主控樓等。對變電站進行全場布置時，由SITE劃分功能分區，如:500 kV分區、220 kV分區、35 kV分區、主控樓、場區道路、圍墻等。由ZONE劃分功能子單元、獨立的間隔，如:8WⅡ至某開關站Ⅱ、所用變回路Ⅱ等。

(3)接地材料的選擇

選擇接地材料時需要綜合考慮，鋼材是最為常見的接地材料。短路電流過大時，變電所需降低施工難度，此時可選擇銅接地。腐蝕方面應該根據土壤的具體環境決定材料。從部分投運時間長達l0a的接地網來看，部分鋼材完好如初，只是在焊接處和距空氣接近處出現了銹蝕;少數銹蝕較為嚴重。這就提醒設計者在設計時需考慮到腐蝕情況，根據當地實際的腐蝕數據進行材料設計。

(4)主變保護的設計

電力變壓器是電力系統中十分重要的供電設備，它的故障將對供電可靠性和系統的正常運行帶來嚴重的影響，同時大容量的電力變壓器也是非常貴重的設備。因此，必須根據變壓器的容量和重要程度考慮裝設性能良好、工作可靠的繼電保護裝置。針對變壓器故障類型和不正常運行狀態，對主變可采用以下保護:①瓦斯保護;②諧波制動縱差保護;③變壓器220kv側過流保護;變壓器35kv側過流保護;220kv零序過流保護; ⑥110kv 2段方向零序過流保護;⑦35kv側零序過流保護;220kV和35kv側過負荷保護。

三、我國變電站的自動化發展趨勢

(1)系統配置

為了提高變電站綜合自動化系統的可靠性和性能價格比，在設計時就應采用分布式的變電站綜合自動化系統配置模式。該系統可以將變電所內各回路的數據采集單元、控制單元和保護單元分別集中安裝在變電所的控制室內的數據采集柜、控制柜和保護柜中，相互間通過現場總線與控制主機相連。這種分布集中組屏的結構，便于擴充和維護，而且其中一個環節出現故障時，不會影響其他部分的正常運行。

(2)通信系統

通信系統是將整個變電站綜合自動化系統采集的數據乃至該變電站相應的配電線路上自動化系統采集的數據傳輸給變電集控中心和配電自動化集控中心，站內通信采用光纖以太網，保證在站內毋需中斷其他設備。站外通訊采用光纜與中心站相連接，由中心站進行遙控軟件配置。

(3)基本功能

①測量及數據采集功能。包括狀態數據、模擬數據和脈沖數據。

②自動裝置功能。包括電壓和無功的就地控制、同期檢測和同期合閘及故障濾波測距等。

③保護功能。對所內的所有電氣設備進行保護，并對被保護設備進行故障顯示和記錄，存儲多套定值并能進行修改和顯示等。

④控制和操作閉鎖。可通過CRT屏幕對斷路器、隔離開關、變壓器分接頭和電容器組投切等進行遠方操作。

變電站中有大量的各種型號的設備、各種類型的土建支架、設備支架、設備基礎、絕緣子串、道路、圍墻和主控樓等，數目繁多，結構復雜，要在設計前的幾天建好模型，必須科學分配時間，做好模型布置的前期工作。據了解，在新建變電站中，相同電壓等級的電氣設備和土建支架在選型時重復度較高，可以提前做好建庫工作。前期需要設計人員配合的工作主要有:所有設備的外形圖，支架圖、絕緣子串圖，甚至是典設圖紙，如果各個變電站的設備復用率較高，可以將這些設備模型歸庫，也可以提前創建典型設計庫，布置時就可以隨取隨用，這樣可以大大提設計與施工的效率。

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