220kV变电站电气一次部分设计技术探析

李嵩 陈德锋

摘 要：随着国民经济的快速发展，人们对电力的需求越来越多，变电站在电力传输系统中具有非常重要的作用，因为它在整个传输系统中起到变换电压，并进行再次分配及控制的作用，保障人们生活用电的需求。由于变电站在电力传输网的重要作用，它的功能对电网的可靠性有着决定性的影响，直接关乎着整个电网运行的稳定。根据变電站设计的不同，可将变电站分为一次和二次之分，一次设计中主要是主接线设计、电气设备的选择、接地以及防雷等设计。

关键词：220kV变电站；电气一次设计；设计技术分析

中图分类号：TM63 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）24-0074-02

Abstract： With the rapid development of national economy， people need more and more power. Substation plays a very important role in the power transmission system， because it plays the role of switching voltage in the entire transmission system. And redistribution and control of the role， to ensure the demand for electricity for people's lives. As substation plays an important role in power transmission network， its function has a decisive impact on the reliability of the grid， directly related to the stability of the entire grid operation. According to the different substation design， the substation can be divided into primary and secondary， the primary design is mainly the main wiring design， electrical equipment selection， grounding and lightning protection design.

Keywords： 220kV substation； electrical primary design； design technical analysis

1 变电站的重要性

变电站主要功能是通过转变电压，以及对转变完电压的传输和对电流流向的控制达到传输电流的目的。它沟通电压和电网，使不同等级电压的电流稳定有序的传输。由此可见，变电站的主要功能就是增加或减少电压。根据用电单位的不同用电需求，变电站负责将发电厂生产的固定压力电流通过加压或降压的方式进行处理，加压方便长距离运输，同时保护传输线路；降低压方便人们使用，同时保证人们用电安全。由于不同地网之间的构造不同，变电站的设计也不相同，主要有110kV、220kV和500kV等不同规格，不同规格的变电站对电压的调节也会不同。当今，220kV变电站的分布最广，因为我国家庭用电的规格几乎都是220V，所以必须要用220kV变电站进行变压。因此，对220kV变电站的设计工作必须重点关注它的实用性、安全性和绿色环保性能，确保它的传输安全和居民用电安全和减少对能源的使用和浪费，对整个国民经济都有着重要的作用。

2 关于220kV变电站进行电气一次设计方面的原则

由于220kV变电站的适用范围非常广，在所有规格变电站中的特殊地位，故在进行220kV变电站的设计时还要进行一定的特殊性设计。一是主接线的设计，这也是最主要的设计，要求安全可靠是第一位的，要求每一个模块的连接必须平顺紧密，安全可靠。二是要求整体220kV变电站设计总体统一，使整体设计标准统一，避免出现前后矛盾，减少维护成本。三是充分考虑供电单位的经济效益，只有保证供电企业的合理经济效益，才能使整个供电网实现可持续发展。四是在变电站的选址和建设时应该充分考虑当地环境的承载能力，因地制宜进行建设施工，避免对环境造成不可逆后果。

3 220kV变电站电气一次设计的问题

3.1 主接线设计问题

在目前变电站的设计上，为了首先保证整个供电网的安全可靠，在主接线的选择上一般选择安全性能最好的较复杂主接线。但这种选择有两个后果，一个是由于设计复杂，施工复杂，后期的维护成本比较高。一个是由于核心部件的体积增加了，造成变电站的体积也相应增加，造成占地成本增加。现在我们主要对目前市面流行的两种主接线方式，双母接线和单母分段接线，进行对比分析，发现其各自有哪些优缺点。从可靠性上分析，双母接线的优点是它有两组相互隔离的母线控制开关，在维修保养中可以轮流对单个母线控制开关进行关闭，而不影响整体线路使用，在对一个母线隔离控制开关进行维修后能够迅速恢复供电。其缺点是在进行线路检修时需要对整个线路进行断电，因为在操作母线隔离控制开关时容易导致失误。而单母分段连接的优点是采用分母分段连接，可以将供电线路分成N段进行处理，其中的一段上母线发生故障，由分段隔离器自动隔离故障段，其他分母段不会受到影响。从灵活性上分析，双母接线可以做到将电源和回路符合灵活地分配不同的母线段；而单母分段连接线能够满足不同运营方式的运用，更加的灵活。从经济性上分析：双母接线需要投入更多的设备，所需资金比较大；而单母分段需要投入的设备较少，所需资金比较少。

3.2 电气设备选择的问题

一般来说，变电站中的电气设备主要包括变压器，断路器，电流互感器、隔离开关等设备，在电气选择上，主要需要考虑就是短路电流计算等问题。为了增强变电站电气设备的整体性能，减少电气设备的损坏，应该对线路不同点的短路电流进行计算。如果计算不正确，就容易烧毁线路上的电气设备，影响线路传输的安全和稳定，同时会造成电气设备使用寿命缩减，系统可靠性受到影响。

3.3 防雷设计问题

我国夏季，由于极端对流天气的增加，造成雷电频次增加，为了避免变电站遭受雷电袭击，对变电站的避雷点设计显得格外重要。在变电站的设计施工时必须要按照变电站避雷等级严格进行施工，对需要采取的避雷电设计要严格按规定进行安装，同时在后期的使用维护上，也要对避雷电设施进行定期维修保养，充分做好防雷击各项工作， 保障供电的安全平稳运行。

4 电气一次设备设计技术

4.1 变电站电气主接线的设计

主接线在变电站的整体设计中占有非常重要的地位，它的存在主要作用是保证变电站运营的安全可靠，保证变电站在不同电网之间的有效转换，从而实现变电站的平稳运行。在电气主接线的设计上，应该做到对电气主接线和电气总平面进行合理的设计和布置，同时合理对模块主接线进行优化，减少后期设备的维修保养压力，既保证变电站的平稳运营，又有效减少维修消耗。

4.2 关于接地设计

从变电站的设计上，变电站必须拥有独立的接地网络。在接地的设计上，现在普遍比较流行的有自然接地方式和深井接地方式，它们的目的都是为了使接地的电阻降低到设计要求的安全范围内，从而保证变电站整体运行安全稳定。除了上述两种将阻方式之外，通常还可以使用降阻剂或增加埋藏深度，换掉埋藏点土质，增加接地面积等多种方式来达到降低电阻的目的。在设计环节，要充分考虑到变电站所在的区位特点和地质结构，经过严格勘查论证后，选择最安全最经济的方式进行降阻处理。

4.3 关于防雷设计和照明设计

在变电站防雷击防护上，在现在较为普遍的220kV变电站的电气一次设计上，主要是通过安装避雷针的方式进行防雷击预防的，同时变电站的附属设施也要进行防雷击设计，保证变电站的整体免遭雷击，保证它整体运行安全平稳。目前阶段在防雷击上我们主要采用ATP-EMTM技术对过量电压进行计算，因为过量的电压主要来自于自然界的闪电侵入设备管线内，通过计算得出主要的数值，就能够根据这个数据来选用合适的避雷设备了，从而达到合理避雷的目的。同时变电站的正常运行，合理的照明设施必不可少，在进行设计时，在主要的安全通道和电气设备场所要进行应急照明系统设计，合理的应急照明设计能够保证在出现事故时，相关的维修保障人员能够省去准备照明的时间，尽快将找出故障点进行维修。

5 220kV变电站电气一次主接线设计的实例运用

实例：偏远工业区的某变电站，其电力电源主要来自于周边两座110kV的变电站，规划在工业区内某地建设一座新的110kV变电站。

通过上述的表述可知，两座110kV的变电站能够保证变电站的正常运行，通过比较分析，我们可以采用单母分段接线作为110kV的主接线，并且规划总体四回110kV出线，首期两回，终期完善，这样既达到联网效果，也可以满足该站扩建及附近110kV变电站规划建设需求。同时由于某变电站位于工业区，负荷非常大，主要为金属加工（冷轧钢）负荷，负荷变化较大，因此选定：本期主变2台，终期3台，容量5万kVA，三相双绕组，有载调压，自然冷却方式。（即：SZ11-50000/110，110±8×1.25%/10.5kVUk=16%；YN，d11）对断路器的选择并核算如下：（1）该变电站主接线为110kV单母分段接线，可选用额定电压UN≥110kV的断路器，即：126kV六氟化硫断路器。（2）断路器安装在户外，故选户外式断路器。（3）断路器的额定电流，IN=3150（A）>Imax=1.05×（50000/（×115））=0.2636（kA）=263.6（A）。（4）为方便运行管理及维护，选取110kVSF6断路器为同一型号产品，选为LW30-126断路器。

6 结束语

变电站中的电气一次设计对于220kV变电站主接线设计起着至关重要的作用，在设计过程中，应对接线的方式、变压器的配置等进行合理的选择和使用，确保各电器元件在使用过程中的用电安全。随着我国经济的高速发展，人们生活中对电器的使用越来越多，越来越智能，使得电力系统在实际生活中应用的越来越广泛，这就要求电力系统的安全性和稳定工作要不断提高。因此电力系统在发展过程中对工程质量的要求只会越来越高，而220kV变电站在所有的变电站中占据着绝对市场多数的地位，随着变电站各项技术的不断研究发展，变電站电气一次主接线设计也会发展的越来越好。

参考文献：

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