基于重点分析的变电一次设计分析——以A变电站为例

马丽彤

（宁夏众合远大电力设计有限公司）

0 引言

现阶段，随着国内外电气系统的不断扩大和完善，电气领域的相关工程以及尖端技术也得到了进步。从可持续性发展的角度来看，提高变电站的效率和设计水平是当代电气工程领域的重要课题。规划需要考虑长远，以应对日益增长的电力需求，充分考虑发展趋势对现状的影响，确保变电站在电力系统中的安全稳定运行，保证一定的经济效益，妥善协调它们之间的关系，解决不同时期的问题冲突，从整体上优化规划方案［1-3］。

变电站电气一次规划的基本原则有两条：第一，变电站电气一次规划应结合当地的电力需求进行，以满足不同的需求，优化规划。第二，变电站主干线应具有可靠的标准切换方式，确保变电站日常运行的安全性和稳定性，允许适当调整主联结线的灵活性［4-5］。

1 工程概况

本文对某110kV变电站扩建工程进行分析，将最终方案确定为两台主变压器（2×40MVA），4条110kV输出线路和40条10kV输出线路。目前，计划开展40MVA双绕组三相主变压器、2条110kV输出线路、20条10kV输出线路和两套10kV无功补偿器的建设工作。110kV侧的建设条件为：110kV母线设备间隔，主变压器一次间隔，分段间隔，2个110kV母线馈线；10kV侧建设条件为：10kV变压器进线间隔，20条10kV母线馈线，两套3000V无功功率母线设备间隔。

2 主变压器的选择

变压器的最大负荷应根据以下公式确定：

本方案选择了SZ11-40000／110型主变压器，相应参数见表1。

表1 变压器参数

3 变电站一次设计分析

3.1 电气平面布置

应将选址因素、基本选址研究、设计方案编制与变电站电气设计充分结合。提供总平面布置设计，如主变压器的平面布置和内部布置，通风和消防措施的设计应参照主变压器的设计，同时辅助设备的设计要防止电容器对计算机设备的干扰。为了提高系统的可靠性，电容器不能设计在垂直空间内。

3.2 电气设备选择

变电站布局设计完成后，参数（包括热稳定性、动稳定性等）应根据各功能区的需求来确定，同时考虑负荷、电流等参数。通过主接线方式选择电气设备，并参考额定工况来进行控制和核算。还应参考上述设计原则，根据确定的所需变电站功率和运行方式，确定所用设备的容量和变压器数量，以满足应用要求、环境要求和安全位置等。

3.3 电气主接线选择

主配电系统是电气部门的骨干力量，将各种主要电气设备连接起来，形成变电站电力融合配电系统，并按照特定的顺序进行配置，以保障电气产品的计量。在主配电系统的设计中，变电站应根据系统条件、馈电和放电回路数量、负荷特性、工作特性、环境条件等，确定合理的结构，既要保证供电安全和电能质量，又要有一定的灵活性、便利性、经济性和发展壮大的空间。需要解决的关键问题为：变电站电气系统设计的一个重要部分是主配电系统的设计，在主配电系统设计的基础上，还要增加控制系统、自动化系统、继电保护和配电网的设计，这直接影响到变电站的日常业务，因此必须充分考虑经济性、灵活性和稳定性。

由于与高压设备的连接较少，因此占地面积相对较小，但在这种情况下，设计必须符合输电要求，因为在高压线路出现故障时，如果其中一个电源出现故障，主变压器通常会自动接通继电保护器。单母线形式的电源有两个接线方向，一个接主线，一个接备用电源线，使用单母线的高压接线可确保电源运行的稳定性和可靠性，在备用电源事件中，低压接线可通过两段母线之间的导线对电力系统进行备份和恢复供电。备用线路的使用使得设备相对复杂和昂贵，主要用于功率要求高、输电量大的城市配电网。内部桥式连接为双导线形式，桥接内部的高低压线路，并将其与电网相连［6-8］。上述形式各有利弊，在实际的变电站电气设计中，要根据当地变电站运行的需要，选择符合设计要求的接线方式。该变电站的电压等级为110kV，主要负责周边居民和工业区重要装置的供电。在110kV侧有2条输入线路，在10kV侧有20条输出线路。110kV主线保持不变，本次增容改造工程将继续使用单母线接线形式。根据电气设计手册《电气一次部分》，可能会出现断路器维护错误，而在10kV侧，所有用户都由一个电路供电，不能指定旁路，因此，10kV侧接线图被定义为单母线接线。在这种情况下，必须重新安装10kV主变压器间隔、10kV母线间隔和两套无功补偿装置间隔。

4 主要电气设备的选择

4.1 高压断路器

在选择断路器类型时，不仅要考虑技术和环境要求，还要考虑施工和调试的方便性，使之便于运行和维护，确保供电的可靠性。一般情况下，以断路器实际跳闸时的短路电流作为校验条件。表2列出了某110kV变电站LW30-126型高压侧断路器的设计参数。

表2 110k V断路器的参数

4.2 高压隔离开关

对于主站110kV侧，选择了GW4-126DD和GW4-126D型断路器，其参数见表3。

表3 110kV隔离开关参数

4.3 电流互感器

当使用电流互感器进行测量时，一次额定电流应大于电路正常工作电流的1／3，以确保设备的最佳运行状态，并在过载时为设备提供足够的指示。用于电气测量的电流互感器的精度应至少达到0.5级，而电流和电压测量的精度应至少达到1级，非关键电路的精度应达到3级。本文建议选择LB7-110W3型电流互感器用于110kV侧，其参数见表4。

表4 110kV电流互感器参数

4.4 无功补偿装置

所安装的最大容性无功功率应等于设备所在母线负载所补偿的最大容性无功功率与用于功率因数校正的主变压器所补偿的最大容性无功功率之和。负载补偿的最大容性无功功率应按下式计算：

主变压器补偿的最大容性无功功率计算公式如下：

5 防雷及接地

雷暴对电网具有致命威胁，直接雷击会使电路过载，烧毁设备和电线。因此使用接地扁铁水平接地网，接地极采用2.5m长镀锌角钢，其接地电阻小于0.5Ω。始终高度重视高压变电站工作人员的人身安全，确保设备处于良好的工作状态，设备必须配备接地结构，这样不仅能防止高压电击，还能有效防止设备的机械损坏。接地结构一般包括接地导体、接地框架以及与设备四角和底座相连的装置，接地框架直接与大地相连，接地导体位于框架之中自然接地，高低压配电室与同一接地框架相连［9-10］。

该变电站已在出线110kV框架上安装了两个25m框架避雷器，并在中央控制楼和10kV电容器场附近安装了两个单独的25m避雷器，为整个变电站提供直接防雷保护。电流持续时间保持不变，已根据容量和变压器升级要求进行了调整，110kV和10kV系统都安装了氧化锌浪涌抑制器，以防止雷电浪涌穿透线路。项目覆盖的变电站都有完整的接地网，工程只需要对接地网进行维修。新设备、支撑结构和建筑物接地端子将以尽可能短的距离连接到主接地网络，变电站内的关键电气设备将采用双导体接地方法，以满足措施要求。根据目前的要求，接地网的铜导体最小截面积为100mm2，放置在主控室和10kV变电站内，并与一个特殊的环形铜接地网相连接。主控室和10kV变电站应配备最小截面积为100mm2的接地网铜线。

6 结束语

综上所述，110kV变电站的改造将提高变电容量，满足供电安全需求，适应本地区经济社会发展，符合电网规划和发展要求，项目建成后将优化输配电网络结构，使电网运行更加经济高效，并提高抗灾能力。变电站设计是一项较为全面的实践过程，要结合项目实际情况，确保设计的合理性，在保证电力系统安全性、经济性、可靠性和环保性等基本要求的同时，注重对新技术、新设备的理解和应用。