关于变电站一次设计的综述

(国网龙岩供电公司,福建 龙岩 364000)

1 引言

随着我国科学技术的飞速发展，国民经济大水平提高的同时，社会对于电网的可靠性供电依赖也变得越来越高，因此变电站的规模和供电质量也在不断扩展。这就需要变电站中的相应电气设备装置等，在质量和性能方面有很大的提高要求。随着电力大数据下数字智能化的发展，数字化三维变电站[1]的设计也成为了电网电力工程设计技术发展的重要目标。近年来随着国家电网公司对供电可靠性、电压合格率等要求的提高，我国电力系统的运行变得日益稳定，这在满足国民日常生活需要的同时，也为我国经济快速增长提供了有效的载体保障。

结合我国目前的经济形势，人们更加追求的是充足稳定、优质可靠、廉价的电能。因此这提醒变电站设计的过程中应该充分考虑其合理性，安全性和经济性的需求，保证各个设备可靠稳定运行的同时，得到变电站设计的架构体系，从而保证各种保护调度功能的实现[2]。

通常变电站的一次设计主要分为电气主接线的选取，变压器型号和台数的确定，主要电气设备的选择，相应的短路电流计算等方面[3]。本文通过以模拟变电站的整体需求规划以及变电站的出线方向等方面综合考虑，分析变电站承载负荷的相关资料，从安全稳定、经济可行、可靠保障等方面出发，确定了220kV变电站的主接线方式的设计。通过供电网络的范围和负载消耗的计算等方面综合考虑可以确定主变的数量、容量，按照此方法也可以确定站用变的型号及数量。最后，其他设备的选取可以根据实际的短路计算确定。综上所述可以实现220kV变电站电气一次部分的设计。

2 变压器选择介绍

主变是变电站的“心脏”，是电力系统与用电负载输送功率的桥梁。它承担着变换不同等级电压的重要任务。因此变电站安全可靠和经济运行的重要环节就是确定变电站变压器的容量。文献[4]给出主变压器的选择要突出考虑体积小、噪音低、阻燃性好、可靠性高的性能。

主变的数量、容量的合理选择是电力系统规划和具体变电站主接线设计中的一个重要环节。从文献[5-7]得知变压器的选择可以根据以下几点来选择：(1)对于一类和二类负荷，通常配置两台变压器来满足供电的可靠性，这样当一台处于检修状态时，确保用户的一、二级负荷正常运行；(2)主变的容量一般都按照变电站所承载用电负载的大小来选择，选择过程中应充分考虑到今后几年的负荷发展规划；(3)对于配有两台主变的变电站，当其中一台主变因意外故障断开时，另一主变容量应保证70%的用电负荷正常运行。

3 主接线设计探讨

主接线的设计必须综合考虑各个方面的影响因素，从技术创新，经济可行等方面充分比较，从而确定工程实际的最优设计。目前对于变电站的电气主接线设计一直是研究的热点[8]。对于电气主接线的设计主要考虑下面几种原则，首先要考虑所建变电站在电网中的作用和地位，其次要考虑近期的电网规划和长远的规模扩建，再次要充分考虑所承载负荷的重要性等级，最后还要考虑变电站的主变数量对于主接线的影响。同时，电气主接线在设计的过程中要充分考虑可靠性、灵活性和经济性的基本要求。即在保证可靠供电的同时，也要保证不间断供电，随时满足调度和检修需求，实现经济上的最小投资。

文献[9]给出主接线方式有多种，主要常见的有以下几类：单母线接线方式、单母线分段接线方式、双母线接线方式等。其中单母线接线方式的优点在于操作简单明了，投资消耗少，便于扩展；但是这种接线方式也存在相关的问题，由于接线中仅需要一根母线，因此在电网存在故障或者需要检修时，母线上的所有负载都需要停电，因此这样就会造成大面积的停电故障。单母线分段接线方式跟单母线接线方式相比较这种接线方式下，当某一位置发生故障，分段断路器会自动隔离故障，这样其他没有故障的线路仍然可以正常供电；双母线接线方式的优势在于主线变为两根，两条主线就存在两套母线隔离开关，这样在检修维护其中一条总线时另一组备用仍然可以持续供电，而不会造成供电中断，以此满足不同运行模式下电网调度的需要。但是出于经济性考虑，这种接线方式使用设备多而且复杂，占地面积更大，因此建设消耗资金也会更大。

电气主接线的设计选择应充分考虑变电站所处的电压等级、区域位置、站内变压器的型号台数、进出线等各条件。设计主接线的时候通过比较不同接线方式在系统中的可用程度，分析不同接线方式在实际运行中的可能存在的问题。文献[10]给出以往设计者在220kV变电站主接线设计中需要注意的地方，主要存在以下几点：(1)有的城市变电站的地理位置处于市中心或者是人口的密集区域，这种区域本身城市用地紧缺，如果设计过程中没有考虑这些因素，随随便便给出设计方案，这样引起的接线复杂，设备繁多，占地剧增等因素，无疑给电网的投资增加负担。(2)在主接线设计过程中设计者只看到眼前的设计需要，没有顾及后期的规划和扩建等问题。(3)有的设计者在电气主接线设计时只是纸上谈兵，没有考虑到施工过程的便利，给施工带来一定的困难。 (4)电气主接线设计时仅仅考虑了国家电网公司对于运行的安全可靠性要求，没有考虑后期的设备检修、调控的需要等。

针对以往电气主接线设计中出现的问题，结合文献[9-10]可以通过以下措施来改善：(1)在主接线接线方式的选择方面，应尽量充分考虑选择供电可靠性高的接线方式，这样便于轮流检修，调度运行、日后规模扩建等问题，如采用双母线接线方式；(2)变电站布置设计除了按照相关规范实施外，还应按实际需求进行技术方面的改革创新，降低施工占用面积，缩减施工的成本；(3)选择合适的管道母线，从而缩短设备间的距离，降低设备的大小尺寸，从而减少了土建施工量，从而降低了土建成本。

4 电气设备选择分析

变电站电气一次部分设计的另外一个主要内容就是电气设备的选择。电气设备的正确选择不仅能够保证变电站可靠灵活的运行，还可以通过选择经济合理的设备降低成本，这样在保证可靠安全的前提下，也达到了经济可行的目的。设备的选取应该充分考虑实际的需要，善于运用创新技术，积极稳妥的引进一下更加优良的设备，这样不仅降低故障概率，还在一定程度下节约了日后的维护成本。

结合文献[11-13]，合适的电气设备必须具备以下条件:第一，充分考虑长期稳定的工作条件：(1)电气设备最高允许工作电压不得小于该回路运行的最高电压，即:UN≥USN；(2)电气设备的额定电流不得小于各运行方式下的所在回路的持续工作电流，即：IN≥Imax；(3)电气设备应适应当地环境条件;第二： 短路稳定条件(1)热稳定的条件，即：It2≥Qk；(2)动稳定的条件，即：ies≥ish；(3)绝缘水平，保证电气设备的内外绝缘在正常工作电压的作用下，安全可靠。

变电站设计过程中所需的主要设备有主变压器、站用变压器、CT、隔离开关、断路器等，电气设备的选择必须考虑到所处的不正常运行状态和实际运行中可能发生的短路故障，这样才能达到变电站电气设备选择方面的最优配置。文献[10]给出几点设计者在以往主要电气设备选择方面存在的缺陷，如：工作人员自身的失误造成短路电流的计算错误，从而造成了设备的不合理选择；其次是选择电气设备的时候盲目追求数量多、价格贵，没有充分考虑设备在采购过程中，施工过程中存在的困难，以及没有认真考虑日后短路故障、日常检修、日后发展规划方面的问题；此外，有时候工作人员太大意疏忽，没有严格相关标准进行动热稳定校验。

针对上面问题，结合文献[14-15]资料，可以通过以下措施来改善：对于短路电流的计算实行不同点分级校验，对电气设备的选择，应充分考虑设备需求的合理性，从高性能、低价格等方面考虑，选择合适的设备；最后，在相关环境下一定要按照相关标准进行动、热稳定校验。

5 结论

变电站的电气一次设计是一个具有综合框架结构的系统工程，在设计过程中要求具有一定的整体设计思路，运用创新思维，积极引用新的设备以及技术方法，这样可以使得设计方案得到进一步的优化改善。此外出于安全稳定、高效可靠、经济可行等方面考虑，力争变电站的配置得到最佳，这样在满足社会经济需求的同时，也可以给社会和电网本身带来便利，本文研究也给变电站的设计提供一个更新的方向，为日后电网规划设计方面带来新的参考。