探讨高压变电站电气一次设计主要流程及注意事项

福建博电工程设计有限公司 李 键

1 电气一次设计的重要地位

在电力系统运行中，对直接承载电力的设备如主变压器、断路器、隔离开关、互感器等设备及其附属设施的设计称为电气一次设计，电气一次设计在宏观上主要体现为电气主接线及电气平面布置设计。在电气一次设计中体现一次设备间逻辑关系的单线图称为电气主接线图，电气主接线图是整个高压变电站设计的指导性文件，决定了变电站及电力系统运行的稳定性及灵活性，同时也是系统和元件保护、控制方式、二次设备布置确定的依据，以及系统通信设计的基础资料[1]。

电气平面布置是将变电站内各电压等级配电装置按照电力系统规划，变电站高压、中压、低压出线规划，站区地理位置，站区环境，地形地貌等条件进行布局和设计。电气平面布置设计是影响变电站占地面积、设备选型、运行与维护是否方便以及各电压等级出线走廊规划的决定性因素。变电站电气一次设计是对项目进行全局规划、指导具体实施的重要环节，电气一次设计作为变电站设计中的核心和牵头专业，是确定技术与经济的主要环节，对变电站建设的质量、投资和运行安全及全寿命周期起着决定性的作用，是变电站设计的灵魂。

2 高压变电站电气一次设计流程

2.1 勘察及资料收集

项目初期的现场勘察和基础资料收集，是决定拟选站址是否具备建站条件的客观依据；在排除拟选站址位置不存在有地质灾害、压覆矿产及文物、军事干扰等不良因素外，还应综合考虑拟选站址是否具备高、低压进出线走廊、施工用水、用电、大型设备运输条件、消防以及与周边规划环境相协调等因素。

2.2 确定初步设计方案

在完成基础资料收集与分析后，针对变电站实际使用需求及其全寿命周期管理，初步确定变电站总体方案及规模，需确定的涉及原则性的方案如下：

电气主接线的确定：根据变电站所处电力系统中的地位及作用，高、低压侧进出现回路数、供电可靠性及运行灵活性需求选择经济、合理、可靠的电气主接线；主要电气设备选择：根据负荷预测合理选择主变容量，根据变电站所处地理位置及环境状况选择设备型式（AIS、GIS、户内、户外），按短路电流计算结果选择设备短路水平及导体截面，根据无功补偿补偿计算结果合理选择补偿设备及容量；变电站平面布置方案：根据站址条件、变电站终期规模规划及设备型式选择结果合理布置电气平面，电气平面布置力求紧凑合理，出线方便，减少占地面积，节省投资。

例如：拟建某重要工业用户地处海边港口附近，用电负荷约90MW，用电可靠性要求高，若突然停电将导致锅炉及生产线停运、产品报废，造成严重经济损失；针对该用户的实际用电需求，可确定其采用110kV 电压等级双回路电源供电，110kV 采用单母线分段接线，提高其站内供电可靠性；按其负荷需求，同时考虑主变经济运行及预留一定裕度，选择两台63MVA 主变；再根据变电站所处地理位置为大气严重污染地区，考虑整个变电站全户内紧凑型布置，减少占地面积。

2.3 方案校审和评审

在初步设计方案确定后，需完成设计院内部校审，还需委托有资质的第三方评审机构对设计方案进行评审，在符合项目现有核准、规划、政府和国土部门等依据性文件前提下，按输变电工程建设标准强制性条文、输变电工程反事故措施、输变电工程标准化设计、输变电工程通用设备及相关规程规范等文件要求对设计方案做全方位评价，提供原则性及建议性意见，设计单位应根据意见完善设计方案，提升设计方案的技术合理性和经济性型。

评审阶段的工作开展，评审人员要发挥出自身的工作职能，明确出高压变电站在实际的运行环节有着合理的电气设备配置。其次，电气设备的容量控制上，也要能够避免受到一些外界因素的影响、进而对其设备造成不必要的浪费[2]。

2.4 深化设计

设计方案经评审并取得批复文件后，需根据已采购的电气设备对设计方案进行深化设计，通过电气计算对导体截面、接地材料等方面验算其合理性，深化设计图纸需清晰易懂，不产生歧义，能够指导现场精准施工，满足标准工艺要求，促使施工不返工、不做无用功，推动变电站顺利建设。相比较设计方案的确定，深化设计时选择合理的安装方式和工艺，能够在保障设备稳定运行的同时，还能减少不必要的运行、维护和检修工作量，提高安全生产保障能力。

3 高压电变电站电气一次设计注意事项

3.1 选择技术合理的电气主接线

电气主接线的型式是电网安全稳定运行及用户用电可靠性的决定性因素，电气主接线选择时必须对其进行合理性分析和稳定性校验，需分别分析、校验电网端和变电站端故障时，电网端不出现较大电压波动、解列甚至瓦解，变电站端不出现全站停电情况，用户侧不出现突然大面积甩负荷，保证用户侧全部一、二级负荷正常供电。

某110kV 变电站终期规模为两线两变、双回电源进线，其中一回为风电场出线，该变电站在前期方案确定时，110kV 侧选择采用桥型接线，未充分考虑风电场侧的供电稳定性，当变电站连接风电场的1台主变需要检修时，由于主变回路没有断路器，将强迫风电场线路停电，导致风电场停机，严重影响风电场机组正常稳定运行；根据该变电站的实际情况，应选择主接线型式更加灵活、可靠的单母线分段接线型式，满足各侧运行需求。

3.2 选择安全可靠的电气设备

主接线的可靠性在很大程度上取决于设备的可靠程度，采用可靠性高的电气设备可以简化接线，提高变电站运行稳定性。例如：某220kV 变电站10kV站用变开关柜内电流互感器，由于站用变回路额定电流只有10A，设计选择其保护绕组变比为100/5A，其短路容量不足，当站用变回路短路时电流互感器稳态饱和，不能有效反馈故障信息，本回路开关柜断路器不动作，导致事故范围扩大，主变10kV 低压侧进线断路器动作使该段10kV 母线失电，造成大面积停电事故。因此，当某回路额定电流较小，电流互感器绕组不能同时满足计量、测量和保护需求时，应选择较大变比绕组带小变比抽头的电流互感器，例如600/5A 带100/5A 中间抽头的电流互感器，以满足计量、测量和保护需求，同时还需向设备制造商确认其短路容量大于系统短路容量。

3.3 专业间协调配合

变电一次专业在整个变电站设计中处主导地位，不仅需严格遵循电网规划及系统接入方案设计，还需向送电、建筑、结构、水工、暖通、电气二次、通信、技经等专业提供准确的电气平面布置图、电气主接线图、线路出线相序、出线构架拉力计算、设备重量及基础需求、具体材料清册等资料，作为其他专业设计的依据，同时也要响应诸如二次专业的电流互感器和电压互感器配置需求、通信专业的屏柜布置需求、水工和暖通专业的低压用电需求等，电气一次专业为牵头专业，稍有改动将造成其他各专业的同步调整、返工，甚至造成重大设计事故，变电一次设计需采用矩阵式管理，分级校核、层层把关，与其他专业配合实行纵向到底、横向到边，避免专业间设计配合出现问题。