配網(wǎng)110kV變電所設計探討

蘭州倚能電力設計咨詢有限公司 李錫偉

城市區(qū)域的人口比較密集，土地資源短缺，在進行變電所工程建設和改造過程中，要想實現(xiàn)最佳建設效果，并且獲得更多的綜合效益，就要對變電所的設計方案進行改善和優(yōu)化。電力部門在進行具體建設的過程中，要對設計方案進行比對，選擇最優(yōu)的設計方案。當前，在進行變電所建設和改造的過程中，均對設計工作提出更高的要求。在開展設計工作的過程中，應根據(jù)城市的建設要求和變電所的運行特點，進行方案內容的制作，才能提高方案應用的可行性，從而為后期工程的建設提供科學的指導[1]。

1 電氣項目設計

1.1 110kV接線方式的選擇

我國在進行110kV變電所的高壓側設計時，綜合考慮供電可靠、運行靈活、操作檢修方便等原因，大多數(shù)采用單母線的分段接線方式。這種接線方式在應用的過程中，繼電保護形式比較簡單，而且有比較成熟的運行經(jīng)驗，后期在開展運行維護工作時，工作比較簡單，面臨的故障問題比較少，且都有成熟的解決方式，系統(tǒng)的總體運行安全性能得到有效的提高。隨著現(xiàn)階段電網(wǎng)結構的不斷改善和優(yōu)化，在進行變電所設計時，采用的接線方式更加簡化，也會采用橋接的接線方式，這種接線操作也比較簡單快捷，而且相關技術在應用時沒有較大的缺點[2]。

在應用線路變壓器組接線形式進行具體建設時，變壓器組的應用范圍正在不斷地擴大。因為采用這種接線方式建設的系統(tǒng)接線更加簡單，在運行時可靠性比較高，而且建設方式比較穩(wěn)定，有利于變電所向著自動化和無人化的方向進行發(fā)展。但是這種接線方式在應用時也存在較大的缺點，如果高壓任何一側失電，都要停止供電，還要對部分用戶進行限電。在進行具體規(guī)劃設計時，要保證主變容量能夠滿足設計的要求，才能使用這種接線方式。

目前，我國各個城區(qū)在進行變電所建設的過程中，面臨的負荷率比較高。在對其進行整體規(guī)劃設計時，所產(chǎn)生的容量無法滿足設計的要求，所以大多數(shù)變電所都采用了內橋接線的建設形式[3]。

1.2 主設備的平面布置

當前，在進行變電所建設的過程中，城市用電總量正在不斷地提高，所以在進行城市供電負荷中心變電所建設時，要對供電半徑進行縮小，才能提高整體供電能力和質量，減少線損的發(fā)生概率，降低施工階段的造價成本。近年來，我國大部分城市采用綜合建設方式，建設出來的變電所應用效果比較好，不僅節(jié)約土地資源，而且能夠滿足城市環(huán)境的發(fā)展要求。但因為城市經(jīng)濟的發(fā)展速度比較快，一些原有的變電所建設形式，已經(jīng)無法滿足現(xiàn)階段城市經(jīng)濟的發(fā)展需求。所以，要對原有的變電所進行改造，在進行改造的過程中，要對變電所進行整體的規(guī)劃和設計[4]。

1.3 主變壓器的選擇

在進行變電所建設的過程中，至少要對電力系統(tǒng)運行10年期間的電力負荷發(fā)展情況進行規(guī)劃和設計。一個變電所內部所設置的主變壓器數(shù)量不能多于4臺，不能選用同種型號的主變壓器設備，要根據(jù)資金的投入情況和負荷的發(fā)展狀況，對其分期建設形式進行明確。

一般來說，在對變電所進行具體設計時，可采用兩卷變的建設形式，如果存在特殊的需要，可以選用35kV的電壓等級，并且對設計方案進行經(jīng)濟對比。要根據(jù)區(qū)域內用戶負荷的差別，對供電的可靠性進行具體的設計。

在具體的設計過程中，主變高壓側套管不設CT，中性點設套管CT，采用常規(guī)式互感器。配置主變本體智能組件裝設于主變本體智能控制柜（IP55），實現(xiàn)對主變瓦斯、壓力釋放器等本體信號，有載檔位控制，中性點刀閘遙信、遙控等相關參量就地數(shù)字化測量。主變本體智能組件作為過程層設備，與間隔層設備采用光纜連接，與主變本體采用電纜連接，非電量保護跳閘由本體智能終端擴展電氣回路通過控制電纜直接跳閘。

在對主變壓器進行故障檢修的過程中，如果存在停電的現(xiàn)象，就要提高主變壓器的應用容量。還要在允許的時間范圍內，恢復一級和二級負荷的供電能力。要按照設計的標準，保證城區(qū)的負荷密度能夠相互適用，并且對系統(tǒng)的短路容量進行充分地考慮。在對變壓器的阻抗值進行選擇時，要根據(jù)系統(tǒng)的短路容量和額定容量進行具體的選擇。

根據(jù)研究證明，隨著主變壓器的容量增大，為了對短路容量進行限制，可以運用高阻抗變壓器設備。在進行分接頭選擇時，要根據(jù)電網(wǎng)的電壓水平進行具體的選用，可以選擇有載調壓變壓器設備。在選擇主要部件時，可以選用不銹鋼結構。

1.4 110kV GIS設備的選擇

在對配網(wǎng)變電所進行改造時，可以選用GIS設備。在進行接線方式設計時，可以使用線路組或者內橋接線的建設方式。因為GIS設備在應用的過程中具備較多的優(yōu)勢。設備的體積小，安裝時靈活，而且開斷的性能較好。并且，后期維護工作量較少、運行可靠性較高、檢修周期較長。GIS設備都要封裝在接地外殼中，保證設備在運行的過程中，不會受到外界環(huán)境的較大影響，可以保護運維人員的作業(yè)安全。如果變電所的建設位置與電源側的距離比較近，可以不設斷路器。在發(fā)生故障問題時，直接跳線路的側電源開關。

戶外GIS設備運行對于氣象環(huán)境條件要求較高，主要為以下幾點：一是極端低溫對GIS設備的影響。環(huán)境溫度低會造成SF6氣體的液化、氣隔氣壓降低，從而導致絕緣強度下降，引發(fā)事故，SF6氣體的液化點與溫度、壓力均有關系，當環(huán)境溫度為-30℃時，GIS設備中氣隔壓力在0.5MPa時就會產(chǎn)生液化。若按照極端天氣情況考慮，采取在斷路器室、避雷器室、電壓互感器室外側增加加熱套的措施保證GIS正常運行。

二是晝夜溫差對GIS設備的影響。晝夜溫差過大會導致設備外殼頻繁的熱脹冷縮，各氣隔接口處會頻繁地受到擠壓或拉伸力，容易導致連接處損壞漏氣，解決辦法一般為增加伸縮節(jié)進行補償。

三是GIS設備的安裝影響。GIS采用戶外布置，方便吊裝作業(yè)，在場地允許和吊車充足的情況下可同時進行施工，加快安裝進度，同時防塵防潮措施可考慮在現(xiàn)場安裝防塵室，除了做好防塵室的空氣干燥外，還應在安裝連接法蘭處套上防塵套，施工人員穿著也應采取防塵、除塵措施。

1.5 10kV主接線的設計

在進行10kV系統(tǒng)建設時，一般選用單母線分段接線的形式，每臺主變可以設置10回左右的出線，并且選用成套柜的戶內布置形式。如果環(huán)網(wǎng)的建設并沒有完全形成，可以通過裝配式開關柜的應用和旁路母線的設置，提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。如果采用中置式的開關柜。在進行無功補償裝置選擇時，應該根據(jù)分散補償和集中相結合的設計原則進行具體的配置，還應根據(jù)用戶的性質來確定二次測的功率因數(shù)。因為當前在進行建設的過程中，絕大多數(shù)區(qū)域采用了電纜材料進行建設，設置的線路比較短，無功容量比較充足，只需要對主變容量進行補償。

1.6 10kV中性點運行方式的設計

在進行10kV配電網(wǎng)建設的過程中，很多城市區(qū)域采用中性點不接地的設置方式。在進行具體建設時，如果發(fā)生單相接地故障問題，不會中斷區(qū)域內的供電情況。但隨著配電網(wǎng)絡建設規(guī)模的不斷擴大，城市區(qū)域電纜線路設置的不斷增多。在進行故障問題解決時，如果不拆除線路，就會降低系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。所以在對中性點運行方式進行設計時，可以結合區(qū)域內的用電情況設置接地變壓器。

1.7 過電壓的保護和接地方式的具體選擇

在進行變電所建設時，應該設置防止雷電侵入的保護措施，應該在變電所屋頂設置接閃器。在對屋頂?shù)谋芾讕нM行設計時，可以選用圓鋼材料，并且設置單獨的避雷針進行保護。在進行具體建設時，應該采用水平接地的建設形式，并且用垂直接地極進行輔助建設。在設計主接地網(wǎng)時，可以利用外圍的空地區(qū)域埋設接地極。因為接地網(wǎng)的改造存在較大的難度，所以要選用質量更好的材料進行主接地網(wǎng)的建設。

1.8 系統(tǒng)繼電保護配置方案的具體選擇

變電所內應采用支持DL/T860標準的數(shù)字式繼電保護裝置，保護直接采樣、直接跳閘。跨間隔信息（啟動母差失靈功能和母差保護動作遠跳功能等）采用GOOSE網(wǎng)絡傳輸方式。110kV線路、110kV母聯(lián)（分段）采用保護測控一體化裝置。系統(tǒng)繼電保護還需具備保護不停電“一鍵式”傳動、硬壓板在線監(jiān)測、保護“一鍵式”校驗等功能。

以單母線分段接線形式為例，110kV保護配置應包含：110kV每回線路配置一套線路保護，線路保護單套配置，保護應具有完整的后備保護。線路保護均應含三相一次重合閘功能。重合閘可實現(xiàn)三重和停用方式。110kV母聯(lián)配置母聯(lián)保護，斷路器按單套配置專用的、具備瞬時和延時跳閘功能的過電流保護；配置單套母線保護裝置。采用具備瞬時和延時跳閘功能的過電流保護。除此之外還應配置故障錄波裝置、網(wǎng)絡分析裝置，用以監(jiān)測站控層網(wǎng)絡及過程層網(wǎng)絡報文傳輸狀態(tài)。

1.9 所用電和直流系統(tǒng)的設計

在變電所中應該設置兩臺變壓器，還要增加自動閉鎖互投裝置，要對直流電源進行組合設置。要保證電源的容量能夠滿足變電所故障問題發(fā)生時，停電2h左右的放電容量。可以選用閥控式密封鉛酸蓄電池進行具體的建設。

2 無人值班變電所的綜合自動化系統(tǒng)設計

在對變電所進行建設和改造時，要保證變電所的供電更加安全，還要保證變電所能夠與配網(wǎng)的自動化系統(tǒng)進行資源的共享。在對變電所進行通信和信息數(shù)據(jù)采集測量時。要滿足各種功能的操作需求。因此要改變原有的建設方式，通過建設綜合自動化系統(tǒng)，對變電所的運行情況進行實時的監(jiān)督和管理。

變電所自動化系統(tǒng)站控層網(wǎng)絡應該按照安全分區(qū)劃分為安全Ⅰ、Ⅱ及Ⅳ區(qū)。其中，保護、監(jiān)控及站用交直流等系統(tǒng)部署于安全I區(qū)；故障錄波、計量、一次設備在線監(jiān)測、火災消防、安全防衛(wèi)、動環(huán)、智能鎖控等系統(tǒng)部署于安全Ⅱ區(qū)；智能巡視系統(tǒng)部署于安全Ⅳ區(qū)。站控層統(tǒng)一采用DL/T 860通信報文。

在進行系統(tǒng)應用時，基本可以實現(xiàn)無人值守的操作需求。因為，在進行這項系統(tǒng)應用的過程中，各項工作的開展形式更加簡單快捷。可以在室內布置所有的設備，通過系統(tǒng)的保護和監(jiān)督，提高設備運行的安全性。

3 土建項目設計

在對變電所的土建項目進行設計時，要保證平面的組合更加靈活，要對功能的分區(qū)界限進行明確。還要減少外界環(huán)境對變電所運行的干擾，要盡可能完善變電所的功能。設計人員在開展工作時，要保證變電所的建設，能夠與城市的景觀建設相協(xié)調。在進行平面組合設計時，要充分地利用線條對建筑造型進行豐富。應該根據(jù)電氣設備的布置形式進行柱網(wǎng)的設計，然后對建筑物結構進行合理的規(guī)劃。在對室內變壓器進行設計時，要選擇無噪聲設備。如果變電所的建筑物和圍墻之間沒有設置通道，要預留一定的空間進行消防通道的建設，要在室內布置適量的消防滅火裝置。

綜上所述，在對配網(wǎng)110kV變電所進行設計的過程中，要保證接線方式更加的簡單，還應采用全戶內多層化的布置形式。通過小型化建筑的建設，融合現(xiàn)代的高科技，設計綜合自動化無人值班系統(tǒng)。這種建設方式符合現(xiàn)代化城市建設的需要，可以滿足配網(wǎng)發(fā)展的要求。電力部門在進行工程建設的過程中，不僅要提高對設計工作的重視程度，還應對實際建設時存在的各項問題進行深入的分析和探討，從而采取有效的措施解決這些問題，才能保證工程的建設質量能夠得到進一步的提高，促進配網(wǎng)110kV變電所進行可持續(xù)的發(fā)展。