基于重點分析的變電一次設計分析
——以A變電站為例

馬麗彤

（寧夏眾合遠大電力設計有限公司）

0 引言

現階段，隨著國內外電氣系統的不斷擴大和完善，電氣領域的相關工程以及尖端技術也得到了進步。從可持續性發展的角度來看，提高變電站的效率和設計水平是當代電氣工程領域的重要課題。規劃需要考慮長遠，以應對日益增長的電力需求，充分考慮發展趨勢對現狀的影響，確保變電站在電力系統中的安全穩定運行，保證一定的經濟效益，妥善協調它們之間的關系，解決不同時期的問題沖突，從整體上優化規劃方案［1-3］。

變電站電氣一次規劃的基本原則有兩條：第一，變電站電氣一次規劃應結合當地的電力需求進行，以滿足不同的需求，優化規劃。第二，變電站主干線應具有可靠的標準切換方式，確保變電站日常運行的安全性和穩定性，允許適當調整主聯結線的靈活性［4-5］。

1 工程概況

本文對某110kV變電站擴建工程進行分析，將最終方案確定為兩臺主變壓器（2×40MVA），4條110kV輸出線路和40條10kV輸出線路。目前，計劃開展40MVA雙繞組三相主變壓器、2條110kV輸出線路、20條10kV輸出線路和兩套10kV無功補償器的建設工作。110kV側的建設條件為：110kV母線設備間隔，主變壓器一次間隔，分段間隔，2個110kV母線饋線；10kV側建設條件為：10kV變壓器進線間隔，20條10kV母線饋線，兩套3000V無功功率母線設備間隔。

2 主變壓器的選擇

變壓器的最大負荷應根據以下公式確定：

本方案選擇了SZ11-40000／110型主變壓器，相應參數見表1。

表1 變壓器參數

3 變電站一次設計分析

3.1 電氣平面布置

應將選址因素、基本選址研究、設計方案編制與變電站電氣設計充分結合。提供總平面布置設計，如主變壓器的平面布置和內部布置，通風和消防措施的設計應參照主變壓器的設計，同時輔助設備的設計要防止電容器對計算機設備的干擾。為了提高系統的可靠性，電容器不能設計在垂直空間內。

3.2 電氣設備選擇

變電站布局設計完成后，參數（包括熱穩定性、動穩定性等）應根據各功能區的需求來確定，同時考慮負荷、電流等參數。通過主接線方式選擇電氣設備，并參考額定工況來進行控制和核算。還應參考上述設計原則，根據確定的所需變電站功率和運行方式，確定所用設備的容量和變壓器數量，以滿足應用要求、環境要求和安全位置等。

3.3 電氣主接線選擇

主配電系統是電氣部門的骨干力量，將各種主要電氣設備連接起來，形成變電站電力融合配電系統，并按照特定的順序進行配置，以保障電氣產品的計量。在主配電系統的設計中，變電站應根據系統條件、饋電和放電回路數量、負荷特性、工作特性、環境條件等，確定合理的結構，既要保證供電安全和電能質量，又要有一定的靈活性、便利性、經濟性和發展壯大的空間。需要解決的關鍵問題為：變電站電氣系統設計的一個重要部分是主配電系統的設計，在主配電系統設計的基礎上，還要增加控制系統、自動化系統、繼電保護和配電網的設計，這直接影響到變電站的日常業務，因此必須充分考慮經濟性、靈活性和穩定性。

由于與高壓設備的連接較少，因此占地面積相對較小，但在這種情況下，設計必須符合輸電要求，因為在高壓線路出現故障時，如果其中一個電源出現故障，主變壓器通常會自動接通繼電保護器。單母線形式的電源有兩個接線方向，一個接主線，一個接備用電源線，使用單母線的高壓接線可確保電源運行的穩定性和可靠性，在備用電源事件中，低壓接線可通過兩段母線之間的導線對電力系統進行備份和恢復供電。備用線路的使用使得設備相對復雜和昂貴，主要用于功率要求高、輸電量大的城市配電網。內部橋式連接為雙導線形式，橋接內部的高低壓線路，并將其與電網相連［6-8］。上述形式各有利弊，在實際的變電站電氣設計中，要根據當地變電站運行的需要，選擇符合設計要求的接線方式。該變電站的電壓等級為110kV，主要負責周邊居民和工業區重要裝置的供電。在110kV側有2條輸入線路，在10kV側有20條輸出線路。110kV主線保持不變，本次增容改造工程將繼續使用單母線接線形式。根據電氣設計手冊《電氣一次部分》，可能會出現斷路器維護錯誤，而在10kV側，所有用戶都由一個電路供電，不能指定旁路，因此，10kV側接線圖被定義為單母線接線。在這種情況下，必須重新安裝10kV主變壓器間隔、10kV母線間隔和兩套無功補償裝置間隔。

4 主要電氣設備的選擇

4.1 高壓斷路器

在選擇斷路器類型時，不僅要考慮技術和環境要求，還要考慮施工和調試的方便性，使之便于運行和維護，確保供電的可靠性。一般情況下，以斷路器實際跳閘時的短路電流作為校驗條件。表2列出了某110kV變電站LW30-126型高壓側斷路器的設計參數。

表2 110k V斷路器的參數

4.2 高壓隔離開關

對于主站110kV側，選擇了GW4-126DD和GW4-126D型斷路器，其參數見表3。

表3 110kV隔離開關參數

4.3 電流互感器

當使用電流互感器進行測量時，一次額定電流應大于電路正常工作電流的1／3，以確保設備的最佳運行狀態，并在過載時為設備提供足夠的指示。用于電氣測量的電流互感器的精度應至少達到0.5級，而電流和電壓測量的精度應至少達到1級，非關鍵電路的精度應達到3級。本文建議選擇LB7-110W3型電流互感器用于110kV側，其參數見表4。

表4 110kV電流互感器參數

4.4 無功補償裝置

所安裝的最大容性無功功率應等于設備所在母線負載所補償的最大容性無功功率與用于功率因數校正的主變壓器所補償的最大容性無功功率之和。負載補償的最大容性無功功率應按下式計算：

主變壓器補償的最大容性無功功率計算公式如下：

5 防雷及接地

雷暴對電網具有致命威脅，直接雷擊會使電路過載，燒毀設備和電線。因此使用接地扁鐵水平接地網，接地極采用2.5m長鍍鋅角鋼，其接地電阻小于0.5Ω。始終高度重視高壓變電站工作人員的人身安全，確保設備處于良好的工作狀態，設備必須配備接地結構，這樣不僅能防止高壓電擊，還能有效防止設備的機械損壞。接地結構一般包括接地導體、接地框架以及與設備四角和底座相連的裝置，接地框架直接與大地相連，接地導體位于框架之中自然接地，高低壓配電室與同一接地框架相連［9-10］。

該變電站已在出線110kV框架上安裝了兩個25m框架避雷器，并在中央控制樓和10kV電容器場附近安裝了兩個單獨的25m避雷器，為整個變電站提供直接防雷保護。電流持續時間保持不變，已根據容量和變壓器升級要求進行了調整，110kV和10kV系統都安裝了氧化鋅浪涌抑制器，以防止雷電浪涌穿透線路。項目覆蓋的變電站都有完整的接地網，工程只需要對接地網進行維修。新設備、支撐結構和建筑物接地端子將以盡可能短的距離連接到主接地網絡，變電站內的關鍵電氣設備將采用雙導體接地方法，以滿足措施要求。根據目前的要求，接地網的銅導體最小截面積為100mm2，放置在主控室和10kV變電站內，并與一個特殊的環形銅接地網相連接。主控室和10kV變電站應配備最小截面積為100mm2的接地網銅線。

6 結束語

綜上所述，110kV變電站的改造將提高變電容量，滿足供電安全需求，適應本地區經濟社會發展，符合電網規劃和發展要求，項目建成后將優化輸配電網絡結構，使電網運行更加經濟高效，并提高抗災能力。變電站設計是一項較為全面的實踐過程，要結合項目實際情況，確保設計的合理性，在保證電力系統安全性、經濟性、可靠性和環保性等基本要求的同時，注重對新技術、新設備的理解和應用。