何敏接

（東莞市輸變電工程建設(shè)有限責(zé)任公司，廣東東莞 523000）

1 課題研究背景及難點

我國電力行業(yè)的大力發(fā)展主要是從改革開放之后開始的。經(jīng)濟(jì)的快速增長，人們生活水平的提高，對電能質(zhì)量要求的不斷提升，以及國家對于能源的大力開發(fā)，使得社會的電力需求量越來越大，因此，對電網(wǎng)建設(shè)的速度和規(guī)模提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)與要求。而變電站作為整個電力系統(tǒng)的重要組成部分，其設(shè)計的好壞將直接影響著供電的可靠性、穩(wěn)定性及安全性。所以，在進(jìn)行變電站的設(shè)計時，要充分考慮到其運行的安全可靠，同時還要兼顧到投資的節(jié)約性，以保證用戶用電的方便性[1]。

2 220 kV變電站電氣一次系統(tǒng)設(shè)計必要性及現(xiàn)狀分析

2.1 變電站建設(shè)必要性

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)的建設(shè)取得了很大的進(jìn)步與提升，在這個過程中，變電站的建設(shè)也成為非常重要的環(huán)節(jié)之一。而在變電站實際的運行當(dāng)中，由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且其規(guī)模較大，就會出現(xiàn)很多的問題需要解決，比如線路短路、斷路器故障等，這就使得整個變電站的工作變得十分繁雜，而且還增加了維修的難度以及成本[2]。因此，為了能夠讓這些困難得以改善，就要對變電所進(jìn)行合理的規(guī)劃設(shè)計，使其可以滿足用戶的需求和供電的可靠性要求。除此之外，對于一些大型的發(fā)電廠，都會有比較高的電壓等級，而在這種高壓輸電的情況下，如果發(fā)生了短路的現(xiàn)象時，就會造成嚴(yán)重的后果；同時，短路還會產(chǎn)生大量的熱量和電動力，從而對設(shè)備的耐壓性、穩(wěn)定性、安全性都有一定的影響；此外，當(dāng)遇到雷擊的天氣時，會將引起的破壞比正常的時候還要大，這也將導(dǎo)致輸電網(wǎng)絡(luò)的損壞程度提高。

2.2 變電站電氣一次系統(tǒng)的發(fā)展歷程、現(xiàn)狀及影響

在我國，電力系統(tǒng)的建設(shè)起步較晚，但隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長，中國已擁有了世界上最大的發(fā)電廠和配電網(wǎng)絡(luò)。在過去的幾十年里，由于國家的大力支持，以及人們對生活質(zhì)量的要求和對電能的需求量不斷增加，使得電網(wǎng)規(guī)模迅速擴(kuò)大，同時也使變電站的數(shù)量也越來越多。因此出現(xiàn)了許多新的技術(shù)、新設(shè)備，為滿足用戶的不同需要，各種新型的接線形式，如，微機(jī)控制的接線，電子式的接線，數(shù)字化的接地等。近年來，計算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛，通過軟件模擬的方法，可以實現(xiàn)對工程的研究與設(shè)計，并能準(zhǔn)確地進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析，從而為決策者提供可靠的依據(jù)；另一方面，它也是一種利用數(shù)學(xué)模型來解決復(fù)雜的問題或過程的分析手段。當(dāng)前，國內(nèi)外當(dāng)有大量的專家學(xué)者致力于變電站電氣一次系統(tǒng)的設(shè)計研究中，以提高可靠性，降低成本減少投資，以達(dá)到最佳的使用效果。

3 220 kV變電站電氣一次系統(tǒng)的設(shè)計策略

3.1 總體規(guī)劃

220 kV 變電站的電氣一次系統(tǒng)的設(shè)計是根據(jù)相關(guān)的設(shè)計規(guī)范和工程建設(shè)的實際情況進(jìn)行的，在進(jìn)行變電站設(shè)計時，要以經(jīng)濟(jì)性、可靠性、靈活性為原則，同時，也要結(jié)合當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件以及社會環(huán)境，對整個電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和運行方式做出合理的選擇與確定，從而使其達(dá)到最佳的供電效果[3]。

變電站的電氣一次部分主要包括主變壓器的接線形式、短路電流的計算及各種保護(hù)裝置的配置；站內(nèi)的配電設(shè)備的選型及校驗繼電保護(hù)的整定，防雷的整定等。在此次變電站的電氣一次系統(tǒng)的設(shè)計研究中，首先需要對主接線方案比較分析，然后再通過分析該線路的技術(shù)指標(biāo)，最后再從安全可靠的角度出發(fā)，選出最合適的設(shè)計方案來完成該任務(wù)。

3.2 變電站 電氣一次系統(tǒng)設(shè)計原則

在進(jìn)行變電站的電氣一次系統(tǒng)設(shè)計時，首先要根據(jù)實際環(huán)境來確定所選的電氣一次裝置的型號以及容量大小。同時，還要考慮到工程的具體情況，比如在某地區(qū)的地質(zhì)條件、地形地貌等方面的因素，對整個電網(wǎng)的影響等。

①可靠性。電力系統(tǒng)是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其可靠性包括許多方面，例如，供電的穩(wěn)定性、電壓的穩(wěn)定、頻率的高低以及故障的偶然性和不確定性等。所以在進(jìn)行變電站的設(shè)計時，要充分考慮到這些因素，保證在發(fā)生突發(fā)事件時，能夠有足夠的時間來解決問題，確保電網(wǎng)的安全運行。②靈活性。電氣一次系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)具有一定的機(jī)動性和可操作性，以滿足各種不同的用電需求。同時，還要能適應(yīng)多種負(fù)荷的變化要求。因此，在實際的設(shè)計過程中，要根據(jù)具體的情況來選擇合適的主接線形式，并對其進(jìn)行合理的配置與組合，從而使其能有效地發(fā)揮作用。③經(jīng)濟(jì)效益與安全性隨著我國社會的不斷發(fā)展，對電能的需要也越來越大，而為了保障人們的正常生活，必須提高電氣的技術(shù)水平，以達(dá)到減少投資，降低成本，節(jié)約資源的目的；另外，還應(yīng)該注意防火防盜，避免因火災(zāi)而造成人員傷亡。

3.3 變電站電氣一次系統(tǒng)的設(shè)計要求

變電站的電氣一次系統(tǒng)的設(shè)計主要包括以下幾個方面：

①電力系統(tǒng)的運行方式和各部分所需的參數(shù)。②主接線的方案和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。③主線的設(shè)計方案與選擇原則、方法及其在單母子公司上的應(yīng)用等。在進(jìn)行電氣一次設(shè)計時，要根據(jù)實際的工程情況，結(jié)合國家的相關(guān)規(guī)定，以可靠性、靈活性以及操作方便性等系統(tǒng)來確定最終的設(shè)計方案與步驟。同時，還要考慮到未來可能出現(xiàn)的各種突發(fā)事件，例如一些重要的大型設(shè)備發(fā)生故障時，是否會影響整個電網(wǎng)的供電質(zhì)量，所以要做到提前預(yù)測，并做好應(yīng)急處理。在設(shè)計的過程中，要充分思考如何提高工作效率，減少投資，降低成本。最后還應(yīng)注意的是，設(shè)計人員的綜合能力，不僅需要具備過硬的專業(yè)知識，還需要有豐富的實踐經(jīng)驗，這樣才能更好地完成任務(wù)。同時，必須嚴(yán)格的按照國家標(biāo)準(zhǔn)來執(zhí)行，以確保電氣的安全可靠。

3.4 變電站電氣一次系統(tǒng)設(shè)計要點

變電站電氣一次系統(tǒng)設(shè)計的主要任務(wù)是：對主接線進(jìn)行簡單的設(shè)計和分析，選擇出合適的電氣設(shè)備，并且對主接線方案的經(jīng)濟(jì)性、可靠性、靈活性以及合理性等方面做出綜合的評價；根據(jù)負(fù)荷的性質(zhì)和用電的要求來確定變壓器的容量與臺數(shù)，并通過校驗短路電流，來保證安全可靠運行；在繼電保護(hù)的整定計算中，要考慮到未來的發(fā)展情況，使其能滿足今后的發(fā)展需求。

①變電站電氣一次系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)以國家電網(wǎng)為基礎(chǔ)，以電能生產(chǎn)與輸送的實際需要為前提，充分利用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的實時監(jiān)測和控制，保證整個電氣一次裝置的安全運行。②在進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)考慮到工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性、先進(jìn)性以及可靠性，使其能滿足未來的發(fā)展需求。③在設(shè)計過程中，要結(jié)合當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件，盡量減少投資降低成本。④在設(shè)計的時候，要注意保護(hù)環(huán)境，做到節(jié)能環(huán)保，提高能源的綜合使用效率。⑤根據(jù)變電所的具體情況，對其電氣主接線進(jìn)行方案選擇，并確定最終的設(shè)計方案是否可行。同時，還應(yīng)該考慮到后期的維護(hù)工作，防止發(fā)生故障時，影響日后的正常供電。因此必須認(rèn)真對待。⑥還需了解設(shè)備的性能參數(shù)，并通過試驗來驗證。⑦再確認(rèn)最佳的接線方式。如果出現(xiàn)了問題，也可以盡快解決，確保系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

3.5 變電站電氣一次系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)

對于變電站一次系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)，主要是根據(jù)工程的具體情況來確定還要充分的考慮當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件，如：地形、地質(zhì)、水文等。

①變電站的一次設(shè)備的數(shù)量和占地面積是影響其運行的主要因素。所以在設(shè)計時，應(yīng)盡量滿足其最大負(fù)荷的需求以及供電的能力需要。②電力變壓器的容量和臺數(shù)的多少對二次側(cè)的主接線的電氣裝置的選取有著很大的決定性的作用；如果沒有足夠的臺數(shù)，那么就會導(dǎo)致后期的維護(hù)費用的增加或者引起事故的發(fā)生等。③主接線的方案比選，首先應(yīng)該從技術(shù)的先進(jìn)程度上綜合的比較來選出最合理的一種方案。其次就是按照短路電流的計算結(jié)果，再結(jié)合所選的型號來選用斷路器。

3.6 一次系統(tǒng)主接線配置要求

主接線的設(shè)計應(yīng)滿足可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性的要求。

①供電可靠。在電力系統(tǒng)中，各種電氣設(shè)備的正常工作，必須保證其安全穩(wěn)定，盡量避免故障的影響；在發(fā)生短路的時候，能盡快切除，以減少更多用戶的損失；當(dāng)系統(tǒng)的運行方式不改變時，應(yīng)盡可能的縮小線路長度，以便節(jié)約投資。②調(diào)度方便。當(dāng)變電站的規(guī)模較大時，應(yīng)該考慮到未來的發(fā)展規(guī)劃，使電廠的建設(shè)可以快速的進(jìn)行并投入運營，同時也要為將來可能出現(xiàn)的事故做好準(zhǔn)備。③擴(kuò)建便利。由于我國的能源分布不均，所以對電網(wǎng)的輸送能力也有一定的限制作用。因此，為了提高傳輸?shù)男屎凸?jié)省成本，需要將主接線的設(shè)計改為單母線的形式即可。根據(jù)上述的分析可知，一次系統(tǒng)的配置是有多種方案的：單母線及分段接線、雙回路、雙斷路器、隔離開關(guān)等。

3.7 電氣設(shè)備設(shè)計

根據(jù)變電站的具體情況，選擇合適的電氣設(shè)備，是保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的重要因素。在實際工作中，必須要結(jié)合電網(wǎng)的基本狀況，合理地配置各種電氣設(shè)備，使其能夠滿足不同負(fù)荷的要求和特點。

①主變壓器的設(shè)計。首先，要確定出變電站的主變壓器類型，然后對其進(jìn)行比較，最后，再對主接線的方案做詳細(xì)的分析計算。②短路電流的計算和繼電保護(hù)的選擇。短路電流的計算主要包括三相短路、兩相或單相接地的可能性，如果發(fā)生單相故障時，則會造成跳閘的問題；而出現(xiàn)單相短路的時候，則會導(dǎo)致跳閘，從而影響整個系統(tǒng)的安全與可靠。所以，需要依據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)資料來判斷是否屬于非正常的狀態(tài)。

3.8 接線形式

接線方式有兩種：單母線接線和雙母分段帶旁路。

①單母線及旁路。在正常運行中，兩段配電裝置都采用單母線及旁路，且在故障情況下，兩回路的進(jìn)、出線路的斷路器合投時，可以使用的時間也比較多。②雙條帶旁路。當(dāng)一條進(jìn)、出線路發(fā)生短路過動的時候，該段短路過動的區(qū)段一般是斷開后的兩條干線。當(dāng)其中一條路由臺架空導(dǎo)線的設(shè)備損壞時，另一條則會被斷開。雙條帶旁道的作用是如果一段由隔離開關(guān)的另一段配電裝置停電，那么另一個段的負(fù)荷就會停止供電，并不會影響到另一段的電力供應(yīng)；同時，若兩股饋電線的絕緣水平不一樣，則允許的最大輸送功率小于或等于額定輸電電壓。這種方法適用于距變電站5～10 km 的變電站。由于本次設(shè)計的為220 kV 及以下的高壓電網(wǎng)，所以選擇的接線為單條出線。

3.9 短路

由于電力系統(tǒng)中的故障在短時間內(nèi)發(fā)生，所以導(dǎo)致的后果是非常嚴(yán)重的，例如，短路的破壞和影響設(shè)備的安全。因此，必須采取必要的措施來限制可能會出現(xiàn)的各種危害。

①當(dāng)短路電流通過導(dǎo)體時，會產(chǎn)生很大的電動力，使其的電壓下降，從而使整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低，甚至燒毀電氣設(shè)備。②當(dāng)短接地過載時，電路中的點將會有較大的電功率，這將會造成巨大的損失；同時，如果導(dǎo)線的截面積過大，也會對附近的通信設(shè)施帶來不利的影響；并且，還會引起其他的電氣事故。③在正常工作的情況下，線路上的負(fù)載也不會因為絕緣損壞而減少。但在過載的時候，卻無法恢復(fù)到之前的狀態(tài)或繼續(xù)使用。為了防止這些問題的發(fā)生，以及避免它們的再次重演，應(yīng)該盡可能的選擇最合適的方案來進(jìn)行計算。通常來說，可以把三相的單相的接線方式分為3種，即單母線、雙母線及多角形接線。

4 結(jié)束語

本次設(shè)計主要針對的是220 kV 的變電站一次電氣系統(tǒng)部分，該設(shè)計包括主變壓器的選擇與校驗，主接線方案的確定，以及短路電流的計算等。此次設(shè)計的內(nèi)容涉及的知識點比較多，其中有工程的相關(guān)理論、電氣規(guī)范、繼電保護(hù)、防雷接地技術(shù)等。