220kV 變電站前期規劃設計

黃志慶

（國網福建省電力有限公司安溪縣供電公司，福建 安溪362400）

擬建的220kV 竹園變位于安溪縣西南部，而2012 年安溪電網需220kV 供電負荷約352MW，屆時若竹園220kV 變電站未能建成，則220kV 容載比僅為1.53，由于安溪電網南、北部負荷不平衡，小水電主要分布于北部地區，南部主要依靠仙苑變（2×180MVA）供電，2009 年仙苑變最高負荷為230MW，主變最高負載率達64%，且仙苑變位于安溪縣東南部，對安溪中南及西南部區域供電距離較長，損耗較大。故為滿足電網負荷持續快速發展的需要，理順安溪南部電網，便于新建110kV 變電站的接入，以及完善泉州北部220kV 網架，2012 年建成220kV 竹園變一期工程是必要的。

1 變電站選址原則

1.1 變電站選址的思路

依據遠景規劃目標年負荷分布預測的結果，利用“規劃軟件”中變電站選址容量優化軟件自動進行計算，得到遠景目標年的變電站布點和主變容量方案。依據城市規劃和地形地貌的實際情況通過規劃專家的修正得到最終的變電站布點方案，利用規劃軟件自動計算變電站的供電范圍，確定變電站應帶的負荷大小。隨著安溪南部區域負荷的進一步增長，僅依靠仙苑變的供電能力已不能滿足供電要求。根據區域負荷需求及電網目標網架規劃，為節約土地、降低單位造價，并滿足遠景發展需要，竹園變主變容量采用180MVA，最終規模按3×180MVA 考慮，本期建設規模為1×180MVA。

1.2 變電站選址系統的基本功能

變電站選址模塊主要有以下的特點：1.2.1 在各個小區負荷密度已知的情況下，確定目標年各新建變電站的位置及容量；1.2.2 以滿足負荷需求及各種其它約束，同時使所需投資及運行費用之和最小；1.2.3 要充分考慮負荷分布的不均勻性，同時，變電站選擇應滿足其所供負荷并留有一定的容量裕度，且所供負荷應處于所允許的供電半徑內，具體可從竹園變110kV 本期接線示意圖看出變電站選址基本符合半徑要求。

圖1 竹園變110kV 本期接線示意圖

本文擬建的竹園變站，從交通運輸方面分析，站址北面約370 米有9.0m 寬的鎮村公路通過，該路為新建混凝土路面，路況良好，能滿足主變的運輸要求，運輸條件便利，可節省運輸成本。從環境評價方面分析，選址、選線符合地方規劃要求，路徑選擇基本合理，對地方社會經濟發展起到較大的促進作用，其經濟效益、社會效益和環境效益明顯，且工程運行后對當地水環境、大氣環境基本無影響。從征地方面分析，站址用地為農保地，政府擬結合虎邱鎮中原工業小區開發調整為工業用地，場地內現為山坡低洼地茶園，地方政府已同意置換，無拆遷，僅需考慮青苗賠償費用，同時站址土方自行平衡，站區圍墻外四側均需設邊坡圍護，護坡面積超過4000m2，又可減少土建成本。

圖2 站址現狀圖片

2 電氣設計

2.1 短路電流計算及主要設備選擇

短路電流按遠景220kV 母線三相短路電流進線計算，計算結果見表1：

表1 母線短路電流

根據短路電流計算結果并考慮適當裕度，220kV 設備短路電流水平按照50kA 水平選擇，110kV 設備短路電流水平按照40kA 水平選擇。10kV 電抗器后設備，除主變進線和電容器組回路設備的短路電流水平按31.5kA 考慮，其余均按25kA 選擇。主變壓器推薦選用戶外油浸式三相三卷變，冷卻方式采用自然油循環自冷（ONAN），型號為SSZ10-180000/220、電壓比220±8×1.25%/115/10.5kV；220kV、110kV 主設備選用SF6 絕緣的封閉組合電氣設備（GIS）；10kV 開關柜推薦采用中置式鎧裝開關柜（內配真空斷路器），選用國產優質產品；10kV 并聯補償裝置選用國產優質戶外成套框架式補償裝置，電容器組串接5%干式空芯串聯電抗器；10kV 限流電抗器采用干式空芯電抗器，帶防雨罩；站用變壓器選用非晶合金油浸變壓器，容量250kVA，接線組別Dyn11，阻抗電壓4%，帶防護外殼；220kV、110kV 的母線采用防腐軟導線或GIS 母線管，引線采用防腐軟導線，其中220kV 斷路器與電流互感器之間跨道路的引線，選用鋁管母線，10kV 主變進線采用鋁母排進線。

2.2 電氣總平面布置及各級電壓配電裝置

參照《高壓配電裝置設計技術規程》（DL/T5352-2006），結合站址地理位置、系統接線、各電壓配電裝置布置方式及出線方向等，確定各級電壓配電裝置的布置型式。其中220kV 屋外配電裝置布置在站區西北側，朝西北方向架空出線；110kV 屋外配電裝置布置在站區東南側，朝東南方向架空出線；3 臺主變壓器布置在220、110kV 配電裝置區之間，變壓器間設防火墻，其間隔寬度為20 米。220kV、110kV 配電裝置均采用戶外GIS 落地單列布置型式，10kV 屋內配電裝置則采用戶內開關柜單列離墻布置型式，其它的如10kV 限流電抗器、無功補償裝置、站用變采用戶外布置。

2.3 避雷器及絕緣子串數選擇

避雷器主要用于保護電氣設備免受高瞬態過電壓危害并限制續電流時間，電氣設備的絕緣水平由雷電過電壓決定，一旦出現不正常電壓，避雷器就產生作用，起到保護作用。氧化鋅避雷器是20 世紀70 年代出現的一種新型避雷器，它具有無間隙、無續流、殘壓低等優點，已取代閥型避雷器、磁吹閥式避雷器，被廣泛應用在電力系統之中。本工程各電壓等級避雷器均選用國產優質氧化鋅避雷器，220kV、110kV 采用瓷絕緣外套，10kV采用硅橡膠絕緣外套。

絕緣子串片數的選擇，一般遵循以下原則：

（1）按爬電比距。根據所在地區污穢水平等級劃分，并規定各等級相應的爬電比距，由爬電比距確定絕緣水平，再進一步確定絕緣子片數；

（2）按污耐壓。污耐壓以長串絕緣子真型試驗確定，根據污耐壓等級設計污穢絕緣，再計算絕緣子懸垂串所需片數。

通過計算，本工程220、110kV 母線耐張絕緣子串采用合成絕緣子串，要求在額定運行線電壓下的爬電比距≥25mm/kV，電弧距離分別大于等于1900mm 和1000mm。220kV 懸垂絕緣子串采用17 片XWP-70 防污型絕緣子；110kV 懸垂絕緣子串采用8片XWP-70 防污型絕緣子。瓷絕緣子串每片爬距按400mm 考慮。

3 二次系統設計

3.1 電流、電壓回路

電流二次回路設計原則：

（1）電流互感器二次繞組應合理分配，保證主一保護的保護范圍最大化；

（2）220kV 和110kV 線路、母線保護應選用5P 級電流互感器二次繞組；10-35kV 保護宜選用5P 級電流互感器二次繞組；

（3）多個二次設備共用同一交流電流回路時，應按保護、安全自動裝置、錄波裝置、故障測距的順序依次串接。

電壓二次回路設計原則：

（1）電壓互感器端子箱、匯控柜或開關柜處應配置分相總空氣開關，并實現狀態監視。

（2）保護、安全自動裝置與自動化設備、錄波裝置采集的三相電壓取自電壓互感器繞組應遵循先后順序，依次為第一套相關保護、第二套相關保護、錄波裝置。

（3）220kV、110kV 線路保護和測控裝置用的同期電壓均取自線路電壓互感器(單相)的第一個繞組的電壓。

（4）對電壓互感器的每組二次繞組，其電壓并列與電壓切換用的直流電源應取自同一段直流母線。

3.2 電源回路

電源回路設計要求：

（1）遠動裝置、交換機、時間同步系統等含冗余配置的設備，應配置兩路取自不同直流母線段的直流電源。

（2）對于配置雙電源模塊的單裝置，其雙電源進線應取自同一路直流電源。

（3）電力監控系統安全防護設備，應配置兩路取自不同母線段的電源，優先采用直流電源，采用交流電源時應取自交流不間斷電源系統。

（4）集中組屏的測控裝置宜采用輻射供電方式，每面屏配置一路直流電源，在測控屏上通過直流空氣開關分別為各裝置電源和信號電源供電；安裝在開關柜上的保護測控一體化裝置，宜采用環形接線方式，開環供電。

3.3 控制及信號回路

根據保護配置原則，合理配置各保護，同時調度要求上送信號應做必做，并確保能可靠上送。比如監控后臺斷路器、隔離（接地）開關的分合位置，保護動作、裝置故障、運行異常、操作箱信號，CT、PT、主變壓器、斷路器、隔離(接地)開關、GIS 本體信號等；遠動裝置、交換機、相量測量系統、直流系統、交流不間斷電源系統、時間同步系統、消防及火災報警系統、視頻及環境監測系統等全站公用系統的“電源消失”、“裝置故障”等報警信號應接入公用測控裝置；監控網中，保護裝置和測控裝置宜分別接入不同的交換機。

4 土建設計

本工程變電站地處安溪縣虎邱鎮中元村西面小山丘，規劃中的安溪縣虎邱鎮中原工業小區西南面。工程建設符合當地城鎮總體規劃要求。為了減少遠期購地難度，站區按最終規模（3×180MVA）進行統一規劃，一次購地并進行平整，站內分期建設。站址場地設計標高較高，不受當地百年一遇最高洪水位的影響，無需采取特別的防排洪措施。站址地形為東、南高，中間低，在強暴雨時需考慮站區東、南面小山坡形成的坡面漫流的影響，坡頂設截洪溝。按本站最終規模，根據站址總體規劃、自然地形條件、工藝布置要求，綜合進出線條件，建筑物防火間距、消防通道以及交通運輸等因素進行總平面設計。

5 結論

本工程為220kV 變電站工程，通過前期規劃設計，可及時發現問題并予以修正，避免后期返工，貽誤工期，還使得施工時有據可依，施工進度更快，節約成本。