220kV 变电站前期规划设计

黄志庆

（国网福建省电力有限公司安溪县供电公司，福建 安溪362400）

拟建的220kV 竹园变位于安溪县西南部，而2012 年安溪电网需220kV 供电负荷约352MW，届时若竹园220kV 变电站未能建成，则220kV 容载比仅为1.53，由于安溪电网南、北部负荷不平衡，小水电主要分布于北部地区，南部主要依靠仙苑变（2×180MVA）供电，2009 年仙苑变最高负荷为230MW，主变最高负载率达64%，且仙苑变位于安溪县东南部，对安溪中南及西南部区域供电距离较长，损耗较大。故为满足电网负荷持续快速发展的需要，理顺安溪南部电网，便于新建110kV 变电站的接入，以及完善泉州北部220kV 网架，2012 年建成220kV 竹园变一期工程是必要的。

1 变电站选址原则

1.1 变电站选址的思路

依据远景规划目标年负荷分布预测的结果，利用“规划软件”中变电站选址容量优化软件自动进行计算，得到远景目标年的变电站布点和主变容量方案。依据城市规划和地形地貌的实际情况通过规划专家的修正得到最终的变电站布点方案，利用规划软件自动计算变电站的供电范围，确定变电站应带的负荷大小。随着安溪南部区域负荷的进一步增长，仅依靠仙苑变的供电能力已不能满足供电要求。根据区域负荷需求及电网目标网架规划，为节约土地、降低单位造价，并满足远景发展需要，竹园变主变容量采用180MVA，最终规模按3×180MVA 考虑，本期建设规模为1×180MVA。

1.2 变电站选址系统的基本功能

变电站选址模块主要有以下的特点：1.2.1 在各个小区负荷密度已知的情况下，确定目标年各新建变电站的位置及容量；1.2.2 以满足负荷需求及各种其它约束，同时使所需投资及运行费用之和最小；1.2.3 要充分考虑负荷分布的不均匀性，同时，变电站选择应满足其所供负荷并留有一定的容量裕度，且所供负荷应处于所允许的供电半径内，具体可从竹园变110kV 本期接线示意图看出变电站选址基本符合半径要求。

图1 竹园变110kV 本期接线示意图

本文拟建的竹园变站，从交通运输方面分析，站址北面约370 米有9.0m 宽的镇村公路通过，该路为新建混凝土路面，路况良好，能满足主变的运输要求，运输条件便利，可节省运输成本。从环境评价方面分析，选址、选线符合地方规划要求，路径选择基本合理，对地方社会经济发展起到较大的促进作用，其经济效益、社会效益和环境效益明显，且工程运行后对当地水环境、大气环境基本无影响。从征地方面分析，站址用地为农保地，政府拟结合虎邱镇中原工业小区开发调整为工业用地，场地内现为山坡低洼地茶园，地方政府已同意置换，无拆迁，仅需考虑青苗赔偿费用，同时站址土方自行平衡，站区围墙外四侧均需设边坡围护，护坡面积超过4000m2，又可减少土建成本。

图2 站址现状图片

2 电气设计

2.1 短路电流计算及主要设备选择

短路电流按远景220kV 母线三相短路电流进线计算，计算结果见表1：

表1 母线短路电流

根据短路电流计算结果并考虑适当裕度，220kV 设备短路电流水平按照50kA 水平选择，110kV 设备短路电流水平按照40kA 水平选择。10kV 电抗器后设备，除主变进线和电容器组回路设备的短路电流水平按31.5kA 考虑，其余均按25kA 选择。主变压器推荐选用户外油浸式三相三卷变，冷却方式采用自然油循环自冷（ONAN），型号为SSZ10-180000/220、电压比220±8×1.25%/115/10.5kV；220kV、110kV 主设备选用SF6 绝缘的封闭组合电气设备（GIS）；10kV 开关柜推荐采用中置式铠装开关柜（内配真空断路器），选用国产优质产品；10kV 并联补偿装置选用国产优质户外成套框架式补偿装置，电容器组串接5%干式空芯串联电抗器；10kV 限流电抗器采用干式空芯电抗器，带防雨罩；站用变压器选用非晶合金油浸变压器，容量250kVA，接线组别Dyn11，阻抗电压4%，带防护外壳；220kV、110kV 的母线采用防腐软导线或GIS 母线管，引线采用防腐软导线，其中220kV 断路器与电流互感器之间跨道路的引线，选用铝管母线，10kV 主变进线采用铝母排进线。

2.2 电气总平面布置及各级电压配电装置

参照《高压配电装置设计技术规程》（DL/T5352-2006），结合站址地理位置、系统接线、各电压配电装置布置方式及出线方向等，确定各级电压配电装置的布置型式。其中220kV 屋外配电装置布置在站区西北侧，朝西北方向架空出线；110kV 屋外配电装置布置在站区东南侧，朝东南方向架空出线；3 台主变压器布置在220、110kV 配电装置区之间，变压器间设防火墙，其间隔宽度为20 米。220kV、110kV 配电装置均采用户外GIS 落地单列布置型式，10kV 屋内配电装置则采用户内开关柜单列离墙布置型式，其它的如10kV 限流电抗器、无功补偿装置、站用变采用户外布置。

2.3 避雷器及绝缘子串数选择

避雷器主要用于保护电气设备免受高瞬态过电压危害并限制续电流时间，电气设备的绝缘水平由雷电过电压决定，一旦出现不正常电压，避雷器就产生作用，起到保护作用。氧化锌避雷器是20 世纪70 年代出现的一种新型避雷器，它具有无间隙、无续流、残压低等优点，已取代阀型避雷器、磁吹阀式避雷器，被广泛应用在电力系统之中。本工程各电压等级避雷器均选用国产优质氧化锌避雷器，220kV、110kV 采用瓷绝缘外套，10kV采用硅橡胶绝缘外套。

绝缘子串片数的选择，一般遵循以下原则：

（1）按爬电比距。根据所在地区污秽水平等级划分，并规定各等级相应的爬电比距，由爬电比距确定绝缘水平，再进一步确定绝缘子片数；

（2）按污耐压。污耐压以长串绝缘子真型试验确定，根据污耐压等级设计污秽绝缘，再计算绝缘子悬垂串所需片数。

通过计算，本工程220、110kV 母线耐张绝缘子串采用合成绝缘子串，要求在额定运行线电压下的爬电比距≥25mm/kV，电弧距离分别大于等于1900mm 和1000mm。220kV 悬垂绝缘子串采用17 片XWP-70 防污型绝缘子；110kV 悬垂绝缘子串采用8片XWP-70 防污型绝缘子。瓷绝缘子串每片爬距按400mm 考虑。

3 二次系统设计

3.1 电流、电压回路

电流二次回路设计原则：

（1）电流互感器二次绕组应合理分配，保证主一保护的保护范围最大化；

（2）220kV 和110kV 线路、母线保护应选用5P 级电流互感器二次绕组；10-35kV 保护宜选用5P 级电流互感器二次绕组；

（3）多个二次设备共用同一交流电流回路时，应按保护、安全自动装置、录波装置、故障测距的顺序依次串接。

电压二次回路设计原则：

（1）电压互感器端子箱、汇控柜或开关柜处应配置分相总空气开关，并实现状态监视。

（2）保护、安全自动装置与自动化设备、录波装置采集的三相电压取自电压互感器绕组应遵循先后顺序，依次为第一套相关保护、第二套相关保护、录波装置。

（3）220kV、110kV 线路保护和测控装置用的同期电压均取自线路电压互感器(单相)的第一个绕组的电压。

（4）对电压互感器的每组二次绕组，其电压并列与电压切换用的直流电源应取自同一段直流母线。

3.2 电源回路

电源回路设计要求：

（1）远动装置、交换机、时间同步系统等含冗余配置的设备，应配置两路取自不同直流母线段的直流电源。

（2）对于配置双电源模块的单装置，其双电源进线应取自同一路直流电源。

（3）电力监控系统安全防护设备，应配置两路取自不同母线段的电源，优先采用直流电源，采用交流电源时应取自交流不间断电源系统。

（4）集中组屏的测控装置宜采用辐射供电方式，每面屏配置一路直流电源，在测控屏上通过直流空气开关分别为各装置电源和信号电源供电；安装在开关柜上的保护测控一体化装置，宜采用环形接线方式，开环供电。

3.3 控制及信号回路

根据保护配置原则，合理配置各保护，同时调度要求上送信号应做必做，并确保能可靠上送。比如监控后台断路器、隔离（接地）开关的分合位置，保护动作、装置故障、运行异常、操作箱信号，CT、PT、主变压器、断路器、隔离(接地)开关、GIS 本体信号等；远动装置、交换机、相量测量系统、直流系统、交流不间断电源系统、时间同步系统、消防及火灾报警系统、视频及环境监测系统等全站公用系统的“电源消失”、“装置故障”等报警信号应接入公用测控装置；监控网中，保护装置和测控装置宜分别接入不同的交换机。

4 土建设计

本工程变电站地处安溪县虎邱镇中元村西面小山丘，规划中的安溪县虎邱镇中原工业小区西南面。工程建设符合当地城镇总体规划要求。为了减少远期购地难度，站区按最终规模（3×180MVA）进行统一规划，一次购地并进行平整，站内分期建设。站址场地设计标高较高，不受当地百年一遇最高洪水位的影响，无需采取特别的防排洪措施。站址地形为东、南高，中间低，在强暴雨时需考虑站区东、南面小山坡形成的坡面漫流的影响，坡顶设截洪沟。按本站最终规模，根据站址总体规划、自然地形条件、工艺布置要求，综合进出线条件，建筑物防火间距、消防通道以及交通运输等因素进行总平面设计。

5 结论

本工程为220kV 变电站工程，通过前期规划设计，可及时发现问题并予以修正，避免后期返工，贻误工期，还使得施工时有据可依，施工进度更快，节约成本。