500kV变电站电气一次部分及其监控系统设计

李亚平

【摘要】电气一次部分是高压变电站系统的重要组成部分，其设计是否科学合理以及运行状态直接关系到变电站整个电气系统的功能。本文通过500kV变电站的电气一次部分进行设计和研究，并探讨了与该设计相关的监控系统，通过调试和运行试验，表明该监控系统能够有效地控制一次部分设备的状态和相关参数，有助于维持系统稳定运行，为变电站智能化和自动化提供了可靠的经验借鉴。

【关键词】变电站；500kV；电气一次部分；监控系统；设计

在国家不经济建设不断取得新发展、新突破的同时，与经济建设相关的能源问题开始受到人们的广泛关注。能源是经济建设的重要支持，但是在能源需求不断增加的情况下，输变电工程中的电压等级处于不断变化状态，而且电网结构日趋复杂化，实施传递的信息量呈现出不断增加的趋势，对电网系统设计提出了更高的要求。

一、电气一次部分和监控系统设计的重要性

电气一次部分的设计涉及到电气主接线等重点设计内容，而电气主接线的形式对变电站及其电力系统的运行稳定性、灵活性和建设经济性均有着重要的影响，与此同时，电气主接线的形式决定了电气设备型号、相关的继电保护装置以及控制方式的选择，因此，需对主接线形式进行合理规划和设计，以提高电气一次部分设计的科学性。

变电站监控系统主要负责收集变电站系统中的各项数据，并对设备运行情况进行监控，是排除系统故障和问题的重要途径，对于保障电网安全、稳定运行有着重要意义。

二、变电站的电气一次部分设计方案

本文将500kV变电站作为案例，提出了关于电气一次部分的设计方案及对应的监控系统。本研究选取的某500kV变电站属于枢纽性超高压变电站，主要包括500kV的进线共4回和8回110kV的馈出线。其中2回距负荷端40km，2回距负荷端50km，2回距负荷端60km，另有2回距负荷端70km。同时，设置主变单台共计四台（规格：4*370MVA）。在设计系统时，考虑无穷大作为基准。

（一）主接线的设计

主接线指的是通过连接高压电器而形成的分配、接受电能的电路，是变电站中电气部分的主体。其设计对电力系统的稳定性、安全性和继、配电装置、控制方式等均有影响，在实际设计工作中，要以灵活调度、稳定可靠、方便检修、经济可持续为标准，综合各方面要素得出科学合理的设计方案，下面就2/3式断路器接线的设计方案进行探讨。

该种接线设计方案是于每3个断路器间引出两回回路，将其作为该电网系统的母线主接线，具有如下具体优劣势：优势方面，能够实现灵活的运行调度，当其处于正常运行状态时，全部断路器和母线之间能够构成多路环状供电。每一回回路都有两台断路器提供电能，若母线出现故障，其他回路都不受影响，能够继续正常运行。若有一组母线出现停支情况，其他回路无需切换，在检修任意一台断路器时，其他回路依然能够在原接线系统中正常运行，无需切换。劣势方面，主要体现在该种接线设计需投入较多的设备，如电流互感器、断路器等，其保护接线工作十分复杂。

（二）主变压器容量的选择

为了确保电气一次部分的设计能够顺利落实，需要选择对应的主变压器。一般情况下，主变压器容量较大，容易增加变压器空载损耗，容易造成过多损耗，不符合能源节约的要求；而变压器容量过小，则无法保证电力负荷，也不能适应如今不断增长的电力负荷要求。基于上述分析，在选择变电站主变压器时，需将长期使用情况下其电力负荷的预期增长情况纳入考核标准中，还要充分考虑到一旦有1台主变压器故障时，有无其他供正常使用的主变压器（电能负荷达成其6～7成）。因为500kV变电站属于枢纽性超高压变电站，其主变压器容量的选择应保证在370MVA左右，变压器型号考虑SFPZ500/370000。

三、500kV变电站监控系统的设计和规划

变电站的长期稳定运行往往离不开一个科学的、全面的监控系统，针对500kV的变电站，其在建设监控系统时，需考虑应用高性能通讯技术和信息化技术，以实现在线控制和全面监督，及时获取电气一次部分体系中电气设备的实际运行信息和相关数据，并将分析结果及时反馈给监控系统终端。

在该500kv变电站监控系统中，主要包含三层结构。首先，第一层设计中包含上位机，作为监控系统整体的中心，主要由计算机、组态软件组成。其次，第二层设计主要是PLC，主要分布在监控系统控制室中，属于软冗余。最后，第三层设计包括主要的控制电气设备，如隔离开关和断路器等，能够对电流和电压等具体参数进行监督和控制。除了PLC是通过以太网进行连接以外，其余主控制计算机均通过普通网卡与以太网相连，从而与控制系统构成了一个相对完整的通信体系，能够实现实时通信和切换。

四、小结

通过将该变电站的电气一次部分和监控系统投入调试和运行试验，证实了该电气一次部分设计能够维持电网系统长期稳定运行，当母线故障时，其他回路仍不受影响而正常运行，且在使用断路器检修过程中不涉及到回路切换处理，检修十分方便，同时该监控系统能够满足设备运行监测和隐患排查的需求，在很大程度上提高了该变电站的自动化程度。

参考文献

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