吳　凡　王小波（武漢供電設(shè)計院，湖北 武漢 430033）

變電站電氣設(shè)計方案的探討

吳凡王小波
（武漢供電設(shè)計院，湖北 武漢 430033）

摘要：變電站是確保電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要組成部分，在保證供電質(zhì)量上發(fā)揮著不可替代的作用。為確保變電站充分發(fā)揮自身功能，應(yīng)確定最佳的電氣設(shè)計方案。本文對變電站電氣設(shè)計方案進(jìn)行探討，以期為保證變電站的安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供參考。

關(guān)鍵詞：變電站；電氣設(shè)計；探討

隨著社會的發(fā)展，人們的生產(chǎn)生活對電能的依賴程度越來越大，對供電質(zhì)量要求越來越高，作為供電環(huán)節(jié)中重要的組成部分-變電站，確保其電氣設(shè)計的科學(xué)與合理性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、電氣主接線設(shè)計

對變電站主接線進(jìn)行設(shè)計時需要考慮主接線基本要求、接線方式的選擇等內(nèi)容。接下來逐一對其進(jìn)行探討。

1電氣主接線基本要求

所謂電氣主接線主要指電廠或發(fā)電站在參考設(shè)計要求的基礎(chǔ)上，用于連接一次設(shè)備的電路。實(shí)際設(shè)計過程中確定電氣主接線形式時需要考慮變電站性能、電力系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)等諸多因素，一般要求在主接線可靠及靈活性的基礎(chǔ)上，最大的減少投入。具體而言設(shè)計電氣主接線時需充分考慮以下基本要求：一方面，花費(fèi)最少的費(fèi)用，確保變電站能夠提供穩(wěn)定、可靠的電能。另一方面，確保接線的靈活性及方便性，降低后期維護(hù)的難度，為變電站的安全運(yùn)行奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)。

2選擇合理的主接線方式

設(shè)計主接線方式時應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用雙母線、單母線及旁路，其中當(dāng)線路中負(fù)荷比較大時，35kV~60kV出線多于8回、110kV~220kV線路不少于5回時應(yīng)設(shè)計使用雙母線，而當(dāng)負(fù)荷小且回路較少時應(yīng)考慮使用單母線。當(dāng)220kV出現(xiàn)超過4回，110kV出線超過6回時應(yīng)考慮設(shè)計旁路。

設(shè)計220kV側(cè)的接線時應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、靈活性以及可靠性等內(nèi)容，設(shè)計為雙母線接線。原因在于從可靠性方面講雙母線可實(shí)現(xiàn)不同重要客戶的引入，確保供電的穩(wěn)定性。而且當(dāng)1回線發(fā)生故障時斷路器可實(shí)現(xiàn)故障母線的自動隔離，確保重要客戶不間斷的供電，具有更強(qiáng)的靈活性。盡管投入費(fèi)用稍微高點(diǎn)，但接線比較方便，綜合起來分析具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

另外，對電力系統(tǒng)而言，110kV~ 500kV系統(tǒng)屬于大電流接地系統(tǒng)，因此，變電站主變的220kV側(cè)中性點(diǎn)應(yīng)設(shè)計為中性點(diǎn)直接接地方式，而且設(shè)計無功補(bǔ)償容量時按照主變量的37%進(jìn)行設(shè)計。

二、短路電流的計算

變電站電氣設(shè)計時短路電流的計算是極其重要的內(nèi)容，設(shè)計不合理不僅會影響變電站的正常工作，甚至?xí)龤ё冸娬鞠嚓P(guān)電氣設(shè)備。因此，需要對短路電流進(jìn)行準(zhǔn)確的計算，一般情況下可借助曲線對任意時刻的短路電流進(jìn)行計算，即根據(jù)統(tǒng)計獲得的汽輪發(fā)電機(jī)或系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，對阻抗條件不同狀態(tài)下某一時刻短路電流進(jìn)行計算，而后使用短路電流的平均值制作成運(yùn)行曲線，在此基礎(chǔ)上計算得出電抗以及某一時刻短路電流值。

三、電氣設(shè)備的選擇

電氣設(shè)備是支撐變電站穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，因此，進(jìn)行變電站電氣設(shè)計時應(yīng)將電氣設(shè)備的設(shè)計當(dāng)做重點(diǎn)，以充分發(fā)揮變電站工作潛能。變電站電氣設(shè)備包括很多內(nèi)容，如導(dǎo)線、220kV母線、220kV側(cè)主變引線等，接下來對其進(jìn)行探討。

1導(dǎo)線的選擇

導(dǎo)線是連接變電站電氣設(shè)備、承載電流的主要介質(zhì)，一般包括各電壓級絕緣子、出線、主變引下線、不同電壓級匯流母線等。對導(dǎo)線進(jìn)行設(shè)計時應(yīng)確保所能承載的最高工作電壓高于回路運(yùn)行電壓。導(dǎo)線中允許通過的最大電流，可采用以下方法進(jìn)行計算：計算220kV主母線電流時應(yīng)參考實(shí)際功率分配情況進(jìn)行計算；旁路母線回路中的最大電流即為旁路回路的最大額定電流；主變引下線最大電流應(yīng)為對應(yīng)電壓側(cè)電流的1.5倍；出線單回線最大電流的值與最大負(fù)荷電流的值相等，雙回線最大電流約為單回線最大負(fù)荷電流的1.2~2倍；分段回路電流為變壓器額定電流的1.05K倍，其中K值在0.5~0.8范圍內(nèi)。

表1 電壓互感器參數(shù)

2220kV母線的選擇

設(shè)計220kV母線時不僅需要考慮其截面，而且還應(yīng)進(jìn)行熱穩(wěn)定性校驗(yàn)。設(shè)計220kV母線截面時利用公式Imax≤KImax進(jìn)行確定，其中K=0.94。對其進(jìn)行熱穩(wěn)定性校驗(yàn)時需要利用導(dǎo)線短路持續(xù)時間計算出短路的發(fā)熱量以及導(dǎo)線發(fā)熱的最小導(dǎo)體截面，在參考《電力工程電氣設(shè)計手冊》加以確定。另外，還應(yīng)進(jìn)行動穩(wěn)定性的校驗(yàn)，如果設(shè)計采用軟母線，則可省略動穩(wěn)定校驗(yàn)。

3220kV側(cè)主變引下線的選擇

設(shè)計220kV側(cè)主變引下線時室外通常使用鋼芯鋁絞線LGJ。經(jīng)過計算得出其最大電流為316A。同時，考慮到母線不僅具有較大傳輸容量，而且距離較長設(shè)計截面時應(yīng)依據(jù)經(jīng)濟(jì)電流密度加以確定。例如可考慮使用LGJ-300，當(dāng)導(dǎo)線溫度達(dá)到70℃時允許電流值為770A。另外，仍需對其進(jìn)行熱穩(wěn)定性校驗(yàn)，以確保熱穩(wěn)定性滿足設(shè)計目標(biāo)要求。至于是否進(jìn)行電暈校驗(yàn)，需要參考相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)加以確定。例如，如果是220kV，LGJ-300的軟導(dǎo)型號可省略電暈校驗(yàn)。

4斷路器的選擇

在選擇短路器時《電力工程電氣設(shè)計手冊》中有相關(guān)規(guī)定，即當(dāng)不超過35kV時應(yīng)在考慮經(jīng)濟(jì)性前提下，使用少油、真空的多油斷路器。電壓在35~220kV時可考慮使用是、少油空氣斷路器。另外，考慮到后期維護(hù)的便捷性以及通過國家鑒定的產(chǎn)品可使用SW6-220/1200型斷路器。

5隔離開關(guān)的選擇

市場上隔離開關(guān)類型比較多，依據(jù)安裝地點(diǎn)有屋內(nèi)與屋外之分，依據(jù)絕緣支柱數(shù)目可被分為單住式、雙柱式。隔離開關(guān)會給配電裝置占地面積產(chǎn)生直接影響，因此，確定隔離開關(guān)時應(yīng)在綜合考慮實(shí)際的基礎(chǔ)，選擇經(jīng)濟(jì)性較高的隔離開關(guān)。

6電壓互感器的選擇

互感器由電壓互感、電流互感之分，通過向測量儀表電壓、電流線圈以及繼電器供電，以判斷電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。在選擇電壓互感器時可依據(jù)一次、二次回路電壓進(jìn)行選擇。其中對一次回路電壓而言，為確?；ジ衅髟陬A(yù)定的安全級下正常工作，其一次繞組能承受的電網(wǎng)電壓應(yīng)在0.9~1.1Ve范圍內(nèi)。對二次回路電壓進(jìn)行設(shè)計時，二次側(cè)額定電壓的確定可參考表1內(nèi)容進(jìn)行選擇。

總之，電壓互感器設(shè)計時應(yīng)綜合考慮實(shí)際情況以及安裝地點(diǎn)，當(dāng)準(zhǔn)確級、容量滿足設(shè)計目標(biāo)時通?？墒褂秒娙菔诫妷夯ジ衅?。

7電流互感器的選擇

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，電力系統(tǒng)中應(yīng)用率比較高的電流互感器為電磁式電流互感器，而且《電力工程電氣設(shè)計手冊》明確規(guī)定了電流互感器的安裝，要求斷路器的回路中均應(yīng)安裝電流互感器。設(shè)計電力互感器時應(yīng)根據(jù)不同線路設(shè)計合理的電流互感器，例如在主變引下線可使用LCW2-200W電流互感器。

8穿墻套管及絕緣子的選擇

設(shè)計穿墻套管及絕緣子需考慮型式、電壓以及動熱穩(wěn)定校驗(yàn)等方面的內(nèi)容。首先，選擇型式時應(yīng)認(rèn)真分析安裝環(huán)境及地點(diǎn)，以選擇合適的產(chǎn)品型式。一般情況下，屋內(nèi)倒裝時可考慮使用懸掛式絕緣子，屋外使用聯(lián)合膠裝多棱式絕緣子；其次，確定額定電壓時應(yīng)按照按照電氣規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行；最后，進(jìn)行穩(wěn)定性校驗(yàn)時，應(yīng)注意：校驗(yàn)穿墻套管時其熱穩(wěn)定性能力應(yīng)不小于短路電流經(jīng)過產(chǎn)生的熱效應(yīng)。而母線型穿墻套管可不進(jìn)行熱穩(wěn)定性校驗(yàn)。另外，絕緣子與套管均應(yīng)檢驗(yàn)動穩(wěn)定性。處于相同平面中的三相導(dǎo)體出現(xiàn)短路現(xiàn)象時，支持絕緣子或套管受到的力為此絕緣子相鄰夸導(dǎo)體上點(diǎn)動力的平均值。其中支持絕緣子抗彎破壞強(qiáng)度Fde與作用在絕緣子高度H相關(guān)，而電動力Fmax的作用位置為導(dǎo)線截面中心線上，兩者關(guān)系應(yīng)滿足H1/ HFmax≤0.6Fde，其中0.6為裕度系數(shù)。

結(jié)語

變電站電氣設(shè)計涉及較多電學(xué)知識，為保證電力設(shè)計的合理性與安全性，除考慮電氣設(shè)備的性能參數(shù)外，還應(yīng)進(jìn)行相關(guān)的穩(wěn)定性檢驗(yàn)，以保證變電站電氣設(shè)備的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，為提高變電站供電質(zhì)量奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)。

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王小波（1982-），男，湖北鐘祥人，碩士研究生，工程師，從事變電站電氣一次設(shè)計工作。

中圖分類號：TM63

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

作者簡介：吳凡（1984-），男，湖北武漢人，碩士研究生，工程師，從事變電站電氣設(shè)計和電網(wǎng)規(guī)劃工作。