分析110kV變電站電氣一次部分設(shè)計技術(shù)

摘 要：變電站是輸配電系統(tǒng)中的一個重要組成部分，是電網(wǎng)中的一個關(guān)鍵監(jiān)控點，對提高電網(wǎng)運行的安全性有著重要作用。110kV變電站在我國電網(wǎng)中應(yīng)用廣泛，對其一次部分進行科學(xué)設(shè)計，可以確保電網(wǎng)中相關(guān)環(huán)節(jié)運行的正常性，能夠提高整個電網(wǎng)的經(jīng)濟性。

關(guān)鍵詞：110kV變電站；設(shè)計技術(shù)；電氣

就目前我國電網(wǎng)的整體規(guī)模情況來，大型發(fā)電站所生產(chǎn)的電能主要通過110kV的監(jiān)控線路輸送到地區(qū)中線變電站，然后在利用電纜對電能的輸送進行適當(dāng)分配。由此可見，110kV變電站是電網(wǎng)系統(tǒng)中的一個關(guān)鍵節(jié)點，對其進行分析進行具有現(xiàn)實意義。

1 主變壓器與主接線的設(shè)計

1.1 選擇合理的主變器

變壓器的臺數(shù)、容量、型式等內(nèi)容都會對變電站一次主接線方式與配電裝置自身結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同程度影響。在設(shè)計主變器時，除了依據(jù)容量的原始資料外，還需要對電力系統(tǒng)在未來5-10年內(nèi)的發(fā)展進行準(zhǔn)確判斷，綜合分析未來饋線回路和輸送功率等各項因素[1]。設(shè)計人員在選擇主變器容量時，針對其中關(guān)鍵的變電站，要考慮一臺主變發(fā)生停運時，其余主變壓容量遇到的問題，在允許時間內(nèi)確保主變站的負荷能力能夠滿足要求，確保可以完成Ⅰ類和Ⅱ類負荷供電。對于一般變電站來說，如果其中一臺主變站發(fā)生停運，其余主變器容量應(yīng)當(dāng)能夠滿足所有符合的65%左右[2]。

1.2 設(shè)計電氣主接線

變電站中的電氣主接線應(yīng)當(dāng)能夠達到靈活、可靠、可拓展、經(jīng)濟性四個方面的要求。在具體設(shè)計過程中為了使變電站在運行過程中能夠具有靈活與可靠兩項特點，電網(wǎng)規(guī)劃與設(shè)計人員在對變電站進行設(shè)計時，設(shè)計的主接線圖會變得十分復(fù)雜。這樣可以確保電站具有靈活和可靠兩項特點，但是從實際情況來看，復(fù)雜的主接線在應(yīng)用中也存在許多缺點有待解決。例如，運行操作過程會變得十分繁瑣，加大了維護與運行過程中的工作量，同時也會加大投資面積和占地面積。這些無法避免的缺點，將會導(dǎo)致運行人員在對變電站進行維護和運行過程中消耗大量的精力與投資，并且還會引起一些不必要的麻煩[3]。因此，對系統(tǒng)中處于不同位置和具有不同作用的110kV變電站中的電氣主接線進行設(shè)計，工作人員需從運行方式、負荷性質(zhì)、電氣設(shè)備、主變負載率、調(diào)度、拓建方便、降低成本等多個方面對問題進行詳細分析，從而確定一種最佳的一次主接線設(shè)計方案。

2 中心變電站與中心變電站設(shè)計

2.1 中心變電站

中心電站中的主接線，在設(shè)計上可以采用匯流母線形式，其中常見的行駛有以下幾種：（1）單母線斷路器，通常分為2-3段，如果在具體應(yīng)用過程中其中的一段母線出現(xiàn)了故障，分段斷路器會將故障自動隔離開，這樣正常斷路器的母線能夠繼續(xù)工作[4]。從實際運行情況來看，不同母線同時檢修或故障的概率較低，因此可以在不同的地段處將電源接入，可以使供電的靈活性和可靠性都能夠得到顯著提高。（2）雙母線接線形式，在變電站具有互為備用線母線的兩組母線，每次回進與出線都要通過斷路器和并列的隔離開關(guān)與母線。供電的可靠性主要表現(xiàn)為通過倒換兩組隔離開關(guān)，實現(xiàn)對其中在一組母線的檢修，輪流檢修不必切斷電源，不會發(fā)生斷電情況，若檢修接于任意一母線上的管理開關(guān)時，斷開隔離開關(guān)所在的回路以及與開關(guān)線路的母線即可，并不會其他線路的運行造成影響，不會出現(xiàn)定點現(xiàn)象。（3）一主一備屬雙目線，該方式的母線可以實現(xiàn)靈活調(diào)度。

2.2 終端110kV變電站

無匯流母線是一般終端變電站的主要連接方式，采用的為橋型接線及線路變壓器組接線。變壓器組接線是一種相對比較簡單的接線方式，高壓配電相關(guān)裝置中僅配置兩單位的設(shè)備的單元，此方式的主要優(yōu)點在于接線簡單，并且占地面積小。若檢修一臺主編線路時出現(xiàn)了故障，并且需要從運行狀態(tài)中退出，那么操作過程中將變壓器低側(cè)作為轉(zhuǎn)移負荷操作，就可以實現(xiàn)全部符合供電。在地方電網(wǎng)中，應(yīng)用110kV類型的終端變電站，假設(shè)主變?nèi)萘磕軌驖M足“N-1”準(zhǔn)則的具體要求，在接線上采用內(nèi)接線，可以使系統(tǒng)的可靠性和安全性都能夠得到進一步提高，而針對需要經(jīng)常切換的變壓器或者外部系統(tǒng)在運行過程中有穿越功率流過時，在接線上應(yīng)當(dāng)采用外橋式。

3 分析110kV變電站接地設(shè)計

110kV變電站電氣一次設(shè)計作業(yè)過程中，接地的核心目的在于確保電氣設(shè)備整個運行過程中不會出現(xiàn)故障，盡量避免人員發(fā)生觸電現(xiàn)象，將電氣設(shè)備中的部分元件與地面能夠?qū)崿F(xiàn)可靠電氣連接，確保整個系統(tǒng)在運行過程中的安全性與可靠性。在設(shè)計過程中進行合理的接地處理，還能夠?qū)崿F(xiàn)以下幾項價值：（1）有效地避免了人身接觸電氣設(shè)備而發(fā)生觸電危險，有效地降低安全事故的發(fā)生。（2）有效避免電器設(shè)備在正常運行狀態(tài)下，出現(xiàn)機械損傷從而對的設(shè)備日后的正常運行造成不良影響。（3）有效防止電氣設(shè)備發(fā)生機械損傷等多個方面的問題，有效避免爆炸、火災(zāi)等災(zāi)害[5]。目前，技術(shù)條件的支持下，100kV變電站電氣設(shè)備常態(tài)意義上的工作接地裝置包括以下兩個不同的部門：第一接是接地體，第二是接地線。在這之中，針對接地來說，將更多的角鋼作為原材料，消減尖端部位，并將其打入地下。對與接地來說，應(yīng)當(dāng)多選擇扁鋼或圓作為主要材料，從而使其保障性能能夠得到有效發(fā)揮。在設(shè)計變電站電氣一次過程中，應(yīng)當(dāng)圍繞變電所及低壓配電室設(shè)置兩處接地的連通[6]。在設(shè)計過程中需要額外注意的是：針對變壓器來說，還需要與將其與低壓配電室、高壓配電室，室內(nèi)環(huán)境進行接地連接，最終構(gòu)成以一個統(tǒng)一的整體，確保了系統(tǒng)運行的安全性。

4 分析110kV變電站防雷設(shè)計

從防雷設(shè)計角度說，在設(shè)計110kV變電站電氣一次設(shè)計中，對于直擊雷保護和過電壓保護兩項內(nèi)容應(yīng)當(dāng)分別進行分析，采取合理的設(shè)計措施。對于以上兩個方面的內(nèi)容進行總結(jié)概括，具體內(nèi)容如下：第一，對于有關(guān)防止直擊雷保護方面，在變電站一次電氣設(shè)計中，所有的配電裝布置上都應(yīng)當(dāng)采用用戶所提供的方案，在屋頂設(shè)置避雷針，通過此方式實現(xiàn)預(yù)防直擊雷的目的。通過大量的工程實踐經(jīng)驗來看，在屋頂避雷采用的原材料應(yīng)當(dāng)選取過熱鍍鋅扁鋼，選擇的尺寸大小應(yīng)當(dāng)為40mm×4mm。并且在此基礎(chǔ)上，選用的熱鍍鋅扁鋼的尺寸可以略大于40mm×4mm作為引下線，并且同與接地網(wǎng)進行連接，從而確保在雷雨天氣中出現(xiàn)的直擊雷能夠通過該方式傾瀉入大地，有效地避免了變電站在運行過程中遭遇雷擊，從而遭受破壞。第二，從過壓角度進行分析，為了避免線路在正常運行情況下，遭遇雷擊，而出現(xiàn)過壓侵入現(xiàn)象，在具體設(shè)計中，需要在110kV進線段以及10kV出現(xiàn)段每段母線線路上分別安裝獨立避雷器，通過利用避雷的方式，實現(xiàn)對系統(tǒng)中電壓的安全保護。與此同時，還應(yīng)當(dāng)將避雷器安裝在110kV中性點上，通過設(shè)置放電間隙的方式，實現(xiàn)變壓器中性點絕緣，從而實現(xiàn)過壓的可靠保護。

5 電氣設(shè)備安裝及運行維護

5.1 電氣設(shè)備安裝

5.1.1 連接導(dǎo)體

銅或鋁是多數(shù)導(dǎo)體的制造材料，這有可能會引起接線處的螺桿與螺帽的銅鋁發(fā)生連接，而連接部位有可能會出現(xiàn)較為嚴重的氧化反應(yīng)，如果為連接部位進行妥善處理，由于氧化反應(yīng)而產(chǎn)生的熱量有可能會燒毀設(shè)備。

5.1.2 變壓器的安裝

上文已經(jīng)提到變壓器的選擇，磁珠主要針對變壓器的安裝進行重點介紹，在安裝變壓器過程中，工作了和安裝程序需要依據(jù)變壓器的具體結(jié)果而定。例如，變壓器的高壓套管、調(diào)壓裝置、冷卻系統(tǒng)等各項內(nèi)容[7]。除此之外，不可能拆分變壓器，將其直接運輸?shù)焦さ?，完成安裝。

在安裝變壓器過程中要注意以下內(nèi)容：在施工之前需要將變壓器運輸?shù)竭m當(dāng)?shù)牡攸c，拆封變壓器期時，要確保絕緣的完整性，在安裝變壓器前，要準(zhǔn)備好安裝工作所需要的各項工具，同時要協(xié)調(diào)好安裝人員和工作，完成安裝之后，要對各項裝置的絕緣性能進行檢查，需要詳細分析閃電、絕緣強度、酸堿反應(yīng)等各項內(nèi)容，同時還需要重點檢查線圈的絕緣強度和油箱的密封性，確保變壓器在應(yīng)用中能夠發(fā)揮出應(yīng)有的作用。

5.1.3 安裝隔離開關(guān)

在架空線和電纜的連接處、斷路器電源側(cè)、架空引下線、分支線T接線位置等出安裝隔離開關(guān)。隔離開關(guān)的主要作用有以下幾點：（1）將帶電設(shè)備與高壓檢修設(shè)備分開，從而從期間出現(xiàn)一個肉眼可見的斷開點。（2）隔離開關(guān)在應(yīng)用過程中可以與斷路器進行配合，依據(jù)系統(tǒng)的具體運行方式，進行倒閘操作，使系統(tǒng)的連接方式得到改變。（3）用于斷開或接通小電流電路。

5.2 電氣設(shè)備的運行維護

電氣設(shè)備的運行維護與動態(tài)管理。近幾年，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，信息處理技術(shù)、光纖技術(shù)傳感技術(shù)、計算機技術(shù)逐漸滲透到了更各領(lǐng)域。如果將這些先進技術(shù)應(yīng)用到電氣設(shè)備運行維護中，電氣設(shè)備運行的安全性得到了進一步提升。例如，電氣設(shè)備運行維護中已經(jīng)對無線監(jiān)測技術(shù)進行了應(yīng)用，該技術(shù)與傳統(tǒng)的預(yù)防性實驗相比，因為使用高靈敏度的傳感器收集設(shè)備信息而具有較高的精準(zhǔn)度，在利用無線監(jiān)測系統(tǒng)相關(guān)信息在后，再利用計算技術(shù)對信息進行處理，從而獲取想要的信息，對這些技術(shù)的合理應(yīng)用，促進了電力設(shè)備周期性檢修向狀態(tài)檢修過渡。

此外，在設(shè)計過程中還需要做好無功補償，其主要目的是降低變壓器上的輸電消耗，提高效率。在電氣自動化系統(tǒng)中，無功功率占配電設(shè)備中一個很大比例，這將會導(dǎo)致線路中的能量損耗增加，會導(dǎo)致電網(wǎng)內(nèi)的電壓下降，影響電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性和電能質(zhì)量，無功補償需要符合以下幾項標(biāo)準(zhǔn)：（1）設(shè)備的選擇要將參數(shù)作為主要依據(jù)，例如，對電容設(shè)備的容量進行明確。（2）分析電網(wǎng)的具體運行情況，在無功補償設(shè)備選擇時，要對電網(wǎng)的具體運行情況進行針對性分析，合理分析補償電路。（3）設(shè)備的安裝要合理參考就近原則，這種就近、便捷的安裝方式能夠很好地實現(xiàn)功率補償，從而實現(xiàn)降低電能消耗效果。（4）依據(jù)線路負荷的實際情況選擇無功補償器，對于負荷較小線路，可以選擇靜態(tài)補償裝置，若線路的負荷較大，在選擇上則可以選擇動態(tài)補償。例如，針對電動機負荷較大的線路，應(yīng)用動態(tài)補償設(shè)備所取得的節(jié)能效果十分顯著。

6 結(jié)束語

綜上所述，110kV變電站一次電氣部分的設(shè)計是一項較為復(fù)雜的工程，在整個電力系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。因此，在具體設(shè)計過程中需要確保設(shè)計的科學(xué)性，從而保證供電的安全性。由此可見，只有做好電氣設(shè)備連接方式、一次部分的設(shè)計等各項內(nèi)容，才能使變電站的經(jīng)濟效益最大化，提升系統(tǒng)用電的安全性。

參考文獻

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作者簡介：楊淑君（1976-），女，河南許昌人，本科，許繼電氣股份有限公司保護自動化系統(tǒng)公司，設(shè)計。