220kV變電站電氣一次部分設計技術探析

李嵩 陳德鋒

摘 要：隨著國民經濟的快速發展，人們對電力的需求越來越多，變電站在電力傳輸系統中具有非常重要的作用，因為它在整個傳輸系統中起到變換電壓，并進行再次分配及控制的作用，保障人們生活用電的需求。由于變電站在電力傳輸網的重要作用，它的功能對電網的可靠性有著決定性的影響，直接關乎著整個電網運行的穩定。根據變電站設計的不同，可將變電站分為一次和二次之分，一次設計中主要是主接線設計、電氣設備的選擇、接地以及防雷等設計。

關鍵詞：220kV變電站；電氣一次設計；設計技術分析

中圖分類號：TM63 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）24-0074-02

Abstract： With the rapid development of national economy， people need more and more power. Substation plays a very important role in the power transmission system， because it plays the role of switching voltage in the entire transmission system. And redistribution and control of the role， to ensure the demand for electricity for people's lives. As substation plays an important role in power transmission network， its function has a decisive impact on the reliability of the grid， directly related to the stability of the entire grid operation. According to the different substation design， the substation can be divided into primary and secondary， the primary design is mainly the main wiring design， electrical equipment selection， grounding and lightning protection design.

Keywords： 220kV substation； electrical primary design； design technical analysis

1 變電站的重要性

變電站主要功能是通過轉變電壓，以及對轉變完電壓的傳輸和對電流流向的控制達到傳輸電流的目的。它溝通電壓和電網，使不同等級電壓的電流穩定有序的傳輸。由此可見，變電站的主要功能就是增加或減少電壓。根據用電單位的不同用電需求，變電站負責將發電廠生產的固定壓力電流通過加壓或降壓的方式進行處理，加壓方便長距離運輸，同時保護傳輸線路；降低壓方便人們使用，同時保證人們用電安全。由于不同地網之間的構造不同，變電站的設計也不相同，主要有110kV、220kV和500kV等不同規格，不同規格的變電站對電壓的調節也會不同。當今，220kV變電站的分布最廣，因為我國家庭用電的規格幾乎都是220V，所以必須要用220kV變電站進行變壓。因此，對220kV變電站的設計工作必須重點關注它的實用性、安全性和綠色環保性能，確保它的傳輸安全和居民用電安全和減少對能源的使用和浪費，對整個國民經濟都有著重要的作用。

2 關于220kV變電站進行電氣一次設計方面的原則

由于220kV變電站的適用范圍非常廣，在所有規格變電站中的特殊地位，故在進行220kV變電站的設計時還要進行一定的特殊性設計。一是主接線的設計，這也是最主要的設計，要求安全可靠是第一位的，要求每一個模塊的連接必須平順緊密，安全可靠。二是要求整體220kV變電站設計總體統一，使整體設計標準統一，避免出現前后矛盾，減少維護成本。三是充分考慮供電單位的經濟效益，只有保證供電企業的合理經濟效益，才能使整個供電網實現可持續發展。四是在變電站的選址和建設時應該充分考慮當地環境的承載能力，因地制宜進行建設施工，避免對環境造成不可逆后果。

3 220kV變電站電氣一次設計的問題

3.1 主接線設計問題

在目前變電站的設計上，為了首先保證整個供電網的安全可靠，在主接線的選擇上一般選擇安全性能最好的較復雜主接線。但這種選擇有兩個后果，一個是由于設計復雜，施工復雜，后期的維護成本比較高。一個是由于核心部件的體積增加了，造成變電站的體積也相應增加，造成占地成本增加。現在我們主要對目前市面流行的兩種主接線方式，雙母接線和單母分段接線，進行對比分析，發現其各自有哪些優缺點。從可靠性上分析，雙母接線的優點是它有兩組相互隔離的母線控制開關，在維修保養中可以輪流對單個母線控制開關進行關閉，而不影響整體線路使用，在對一個母線隔離控制開關進行維修后能夠迅速恢復供電。其缺點是在進行線路檢修時需要對整個線路進行斷電，因為在操作母線隔離控制開關時容易導致失誤。而單母分段連接的優點是采用分母分段連接，可以將供電線路分成N段進行處理，其中的一段上母線發生故障，由分段隔離器自動隔離故障段，其他分母段不會受到影響。從靈活性上分析，雙母接線可以做到將電源和回路符合靈活地分配不同的母線段；而單母分段連接線能夠滿足不同運營方式的運用，更加的靈活。從經濟性上分析：雙母接線需要投入更多的設備，所需資金比較大；而單母分段需要投入的設備較少，所需資金比較少。

3.2 電氣設備選擇的問題

一般來說，變電站中的電氣設備主要包括變壓器，斷路器，電流互感器、隔離開關等設備，在電氣選擇上，主要需要考慮就是短路電流計算等問題。為了增強變電站電氣設備的整體性能，減少電氣設備的損壞，應該對線路不同點的短路電流進行計算。如果計算不正確，就容易燒毀線路上的電氣設備，影響線路傳輸的安全和穩定，同時會造成電氣設備使用壽命縮減，系統可靠性受到影響。

3.3 防雷設計問題

我國夏季，由于極端對流天氣的增加，造成雷電頻次增加，為了避免變電站遭受雷電襲擊，對變電站的避雷點設計顯得格外重要。在變電站的設計施工時必須要按照變電站避雷等級嚴格進行施工，對需要采取的避雷電設計要嚴格按規定進行安裝，同時在后期的使用維護上，也要對避雷電設施進行定期維修保養，充分做好防雷擊各項工作， 保障供電的安全平穩運行。

4 電氣一次設備設計技術

4.1 變電站電氣主接線的設計

主接線在變電站的整體設計中占有非常重要的地位，它的存在主要作用是保證變電站運營的安全可靠，保證變電站在不同電網之間的有效轉換，從而實現變電站的平穩運行。在電氣主接線的設計上，應該做到對電氣主接線和電氣總平面進行合理的設計和布置，同時合理對模塊主接線進行優化，減少后期設備的維修保養壓力，既保證變電站的平穩運營，又有效減少維修消耗。

4.2 關于接地設計

從變電站的設計上，變電站必須擁有獨立的接地網絡。在接地的設計上，現在普遍比較流行的有自然接地方式和深井接地方式，它們的目的都是為了使接地的電阻降低到設計要求的安全范圍內，從而保證變電站整體運行安全穩定。除了上述兩種將阻方式之外，通常還可以使用降阻劑或增加埋藏深度，換掉埋藏點土質，增加接地面積等多種方式來達到降低電阻的目的。在設計環節，要充分考慮到變電站所在的區位特點和地質結構，經過嚴格勘查論證后，選擇最安全最經濟的方式進行降阻處理。

4.3 關于防雷設計和照明設計

在變電站防雷擊防護上，在現在較為普遍的220kV變電站的電氣一次設計上，主要是通過安裝避雷針的方式進行防雷擊預防的，同時變電站的附屬設施也要進行防雷擊設計，保證變電站的整體免遭雷擊，保證它整體運行安全平穩。目前階段在防雷擊上我們主要采用ATP-EMTM技術對過量電壓進行計算，因為過量的電壓主要來自于自然界的閃電侵入設備管線內，通過計算得出主要的數值，就能夠根據這個數據來選用合適的避雷設備了，從而達到合理避雷的目的。同時變電站的正常運行，合理的照明設施必不可少，在進行設計時，在主要的安全通道和電氣設備場所要進行應急照明系統設計，合理的應急照明設計能夠保證在出現事故時，相關的維修保障人員能夠省去準備照明的時間，盡快將找出故障點進行維修。

5 220kV變電站電氣一次主接線設計的實例運用

實例：偏遠工業區的某變電站，其電力電源主要來自于周邊兩座110kV的變電站，規劃在工業區內某地建設一座新的110kV變電站。

通過上述的表述可知，兩座110kV的變電站能夠保證變電站的正常運行，通過比較分析，我們可以采用單母分段接線作為110kV的主接線，并且規劃總體四回110kV出線，首期兩回，終期完善，這樣既達到聯網效果，也可以滿足該站擴建及附近110kV變電站規劃建設需求。同時由于某變電站位于工業區，負荷非常大，主要為金屬加工（冷軋鋼）負荷，負荷變化較大，因此選定：本期主變2臺，終期3臺，容量5萬kVA，三相雙繞組，有載調壓，自然冷卻方式。（即：SZ11-50000/110，110±8×1.25%/10.5kVUk=16%；YN，d11）對斷路器的選擇并核算如下：（1）該變電站主接線為110kV單母分段接線，可選用額定電壓UN≥110kV的斷路器，即：126kV六氟化硫斷路器。（2）斷路器安裝在戶外，故選戶外式斷路器。（3）斷路器的額定電流，IN=3150（A）>Imax=1.05×（50000/（×115））=0.2636（kA）=263.6（A）。（4）為方便運行管理及維護，選取110kVSF6斷路器為同一型號產品，選為LW30-126斷路器。

6 結束語

變電站中的電氣一次設計對于220kV變電站主接線設計起著至關重要的作用，在設計過程中，應對接線的方式、變壓器的配置等進行合理的選擇和使用，確保各電器元件在使用過程中的用電安全。隨著我國經濟的高速發展，人們生活中對電器的使用越來越多，越來越智能，使得電力系統在實際生活中應用的越來越廣泛，這就要求電力系統的安全性和穩定工作要不斷提高。因此電力系統在發展過程中對工程質量的要求只會越來越高，而220kV變電站在所有的變電站中占據著絕對市場多數的地位，隨著變電站各項技術的不斷研究發展，變電站電氣一次主接線設計也會發展的越來越好。

參考文獻：

[1]劉凱.220kV變電站電氣一次部分設計技術探析[J].中國新技術新產品，2017（23）：72-73.

[2]裔傳厚.220kV綜合自動化變電站電氣二次設計的應用探討[J].中國新通信，2017，19（23）：120.

[3]王慧.110kV變電站電氣一次設計的具體方法探究[J].中國新技術新產品，2017（20）：61-62.