變電站電氣設計方案的探討

吳　凡　王小波（武漢供電設計院，湖北 武漢 430033）

變電站電氣設計方案的探討

吳凡王小波
（武漢供電設計院，湖北 武漢 430033）

摘要：變電站是確保電網穩定運行的重要組成部分，在保證供電質量上發揮著不可替代的作用。為確保變電站充分發揮自身功能，應確定最佳的電氣設計方案。本文對變電站電氣設計方案進行探討，以期為保證變電站的安全、穩定運行提供參考。

關鍵詞：變電站；電氣設計；探討

隨著社會的發展，人們的生產生活對電能的依賴程度越來越大，對供電質量要求越來越高，作為供電環節中重要的組成部分-變電站，確保其電氣設計的科學與合理性具有重要的現實意義。

一、電氣主接線設計

對變電站主接線進行設計時需要考慮主接線基本要求、接線方式的選擇等內容。接下來逐一對其進行探討。

1電氣主接線基本要求

所謂電氣主接線主要指電廠或發電站在參考設計要求的基礎上，用于連接一次設備的電路。實際設計過程中確定電氣主接線形式時需要考慮變電站性能、電力系統、經濟等諸多因素，一般要求在主接線可靠及靈活性的基礎上，最大的減少投入。具體而言設計電氣主接線時需充分考慮以下基本要求：一方面，花費最少的費用，確保變電站能夠提供穩定、可靠的電能。另一方面，確保接線的靈活性及方便性，降低后期維護的難度，為變電站的安全運行奠定堅實的基礎。

2選擇合理的主接線方式

設計主接線方式時應根據實際使用雙母線、單母線及旁路，其中當線路中負荷比較大時，35kV~60kV出線多于8回、110kV~220kV線路不少于5回時應設計使用雙母線，而當負荷小且回路較少時應考慮使用單母線。當220kV出現超過4回，110kV出線超過6回時應考慮設計旁路。

設計220kV側的接線時應綜合考慮經濟性、靈活性以及可靠性等內容，設計為雙母線接線。原因在于從可靠性方面講雙母線可實現不同重要客戶的引入，確保供電的穩定性。而且當1回線發生故障時斷路器可實現故障母線的自動隔離，確保重要客戶不間斷的供電，具有更強的靈活性。盡管投入費用稍微高點，但接線比較方便，綜合起來分析具有較好的經濟性。

另外，對電力系統而言，110kV~ 500kV系統屬于大電流接地系統，因此，變電站主變的220kV側中性點應設計為中性點直接接地方式，而且設計無功補償容量時按照主變量的37%進行設計。

二、短路電流的計算

變電站電氣設計時短路電流的計算是極其重要的內容，設計不合理不僅會影響變電站的正常工作，甚至會燒毀變電站相關電氣設備。因此，需要對短路電流進行準確的計算，一般情況下可借助曲線對任意時刻的短路電流進行計算，即根據統計獲得的汽輪發電機或系統的相關參數，對阻抗條件不同狀態下某一時刻短路電流進行計算，而后使用短路電流的平均值制作成運行曲線，在此基礎上計算得出電抗以及某一時刻短路電流值。

三、電氣設備的選擇

電氣設備是支撐變電站穩定運行的基礎，因此，進行變電站電氣設計時應將電氣設備的設計當做重點，以充分發揮變電站工作潛能。變電站電氣設備包括很多內容，如導線、220kV母線、220kV側主變引線等，接下來對其進行探討。

1導線的選擇

導線是連接變電站電氣設備、承載電流的主要介質，一般包括各電壓級絕緣子、出線、主變引下線、不同電壓級匯流母線等。對導線進行設計時應確保所能承載的最高工作電壓高于回路運行電壓。導線中允許通過的最大電流，可采用以下方法進行計算：計算220kV主母線電流時應參考實際功率分配情況進行計算；旁路母線回路中的最大電流即為旁路回路的最大額定電流；主變引下線最大電流應為對應電壓側電流的1.5倍；出線單回線最大電流的值與最大負荷電流的值相等，雙回線最大電流約為單回線最大負荷電流的1.2~2倍；分段回路電流為變壓器額定電流的1.05K倍，其中K值在0.5~0.8范圍內。

表1 電壓互感器參數

2220kV母線的選擇

設計220kV母線時不僅需要考慮其截面，而且還應進行熱穩定性校驗。設計220kV母線截面時利用公式Imax≤KImax進行確定，其中K=0.94。對其進行熱穩定性校驗時需要利用導線短路持續時間計算出短路的發熱量以及導線發熱的最小導體截面，在參考《電力工程電氣設計手冊》加以確定。另外，還應進行動穩定性的校驗，如果設計采用軟母線，則可省略動穩定校驗。

3220kV側主變引下線的選擇

設計220kV側主變引下線時室外通常使用鋼芯鋁絞線LGJ。經過計算得出其最大電流為316A。同時，考慮到母線不僅具有較大傳輸容量，而且距離較長設計截面時應依據經濟電流密度加以確定。例如可考慮使用LGJ-300，當導線溫度達到70℃時允許電流值為770A。另外，仍需對其進行熱穩定性校驗，以確保熱穩定性滿足設計目標要求。至于是否進行電暈校驗，需要參考相關規范標準加以確定。例如，如果是220kV，LGJ-300的軟導型號可省略電暈校驗。

4斷路器的選擇

在選擇短路器時《電力工程電氣設計手冊》中有相關規定，即當不超過35kV時應在考慮經濟性前提下，使用少油、真空的多油斷路器。電壓在35~220kV時可考慮使用是、少油空氣斷路器。另外，考慮到后期維護的便捷性以及通過國家鑒定的產品可使用SW6-220/1200型斷路器。

5隔離開關的選擇

市場上隔離開關類型比較多，依據安裝地點有屋內與屋外之分，依據絕緣支柱數目可被分為單住式、雙柱式。隔離開關會給配電裝置占地面積產生直接影響，因此，確定隔離開關時應在綜合考慮實際的基礎，選擇經濟性較高的隔離開關。

6電壓互感器的選擇

互感器由電壓互感、電流互感之分，通過向測量儀表電壓、電流線圈以及繼電器供電，以判斷電氣設備的運行狀態。在選擇電壓互感器時可依據一次、二次回路電壓進行選擇。其中對一次回路電壓而言，為確保互感器在預定的安全級下正常工作，其一次繞組能承受的電網電壓應在0.9~1.1Ve范圍內。對二次回路電壓進行設計時，二次側額定電壓的確定可參考表1內容進行選擇。

總之，電壓互感器設計時應綜合考慮實際情況以及安裝地點，當準確級、容量滿足設計目標時通常可使用電容式電壓互感器。

7電流互感器的選擇

調查發現，電力系統中應用率比較高的電流互感器為電磁式電流互感器，而且《電力工程電氣設計手冊》明確規定了電流互感器的安裝，要求斷路器的回路中均應安裝電流互感器。設計電力互感器時應根據不同線路設計合理的電流互感器，例如在主變引下線可使用LCW2-200W電流互感器。

8穿墻套管及絕緣子的選擇

設計穿墻套管及絕緣子需考慮型式、電壓以及動熱穩定校驗等方面的內容。首先，選擇型式時應認真分析安裝環境及地點，以選擇合適的產品型式。一般情況下，屋內倒裝時可考慮使用懸掛式絕緣子，屋外使用聯合膠裝多棱式絕緣子；其次，確定額定電壓時應按照按照電氣規范標準進行；最后，進行穩定性校驗時，應注意：校驗穿墻套管時其熱穩定性能力應不小于短路電流經過產生的熱效應。而母線型穿墻套管可不進行熱穩定性校驗。另外，絕緣子與套管均應檢驗動穩定性。處于相同平面中的三相導體出現短路現象時，支持絕緣子或套管受到的力為此絕緣子相鄰夸導體上點動力的平均值。其中支持絕緣子抗彎破壞強度Fde與作用在絕緣子高度H相關，而電動力Fmax的作用位置為導線截面中心線上，兩者關系應滿足H1/ HFmax≤0.6Fde，其中0.6為裕度系數。

結語

變電站電氣設計涉及較多電學知識，為保證電力設計的合理性與安全性，除考慮電氣設備的性能參數外，還應進行相關的穩定性檢驗，以保證變電站電氣設備的安全、穩定運行，為提高變電站供電質量奠定堅實的基礎。

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王小波（1982-），男，湖北鐘祥人，碩士研究生，工程師，從事變電站電氣一次設計工作。

中圖分類號：TM63

文獻標識碼：A

作者簡介：吳凡（1984-），男，湖北武漢人，碩士研究生，工程師，從事變電站電氣設計和電網規劃工作。