探討變電站擴建工程電氣設計

林煒濤

（廣州匯雋電力工程設計有限公司，廣東 廣州 511400）

探討變電站擴建工程電氣設計

林煒濤

（廣州匯雋電力工程設計有限公司，廣東 廣州 511400）

變電站是電力系統中的一個重要組成環節。變電站的設計水平，直接關系到整個電氣化工程的質量。本文針對變電站改建工程電氣設計原則，對設計、相關計算等進行了探討。

變電站；設計原則；電氣設備

隨著我國電力系統容量的不斷增加，流經地網的入地短路電流也愈來愈大，因此要確保人身和設備的安全，提高電網供電能力，則有必要對一些變電站進行改建、擴建，以提升電網的可靠性。在已有變電站進行的改建、擴建涉及變電站的一期或前期工程，電氣主接線及電氣總平面布置與已建工程關聯更為密切，一般情況下應維持變電站現有的接線形式及布置形式，以減少改造工程的工作量。

1 設計原則

變電站主接線的選擇是根據變電站在系統中的地位和作用、地理位置、電壓等級、站內變壓器臺數及容量和進出線等各種條件綜合優化決定的。城市電網的安全可靠性固然重要，但是城市人口密度大，用地緊張，因此城網變電站接線除了滿足安全可靠性外，還必須盡量簡單化。在確定間隔位置時要求做到間隔不調整或少調整、線路不交叉或盡量少交叉的原則，以確保工程量為最少。

（1）系統一次專業根據本次間隔接入系統的要求，來確定本次新增間隔的接入位置，當接線為一臺半斷路器接線時需考慮到同名回路應布置在不同的串上，以免當一串的中問斷路器故障或檢修時，同時串中另一側回路故障時，使該串中兩個同名回路同時斷開；對特別重要的同名回路，可考慮分別交替接入不同側母線即“交替布置”。

（2）線路專業根據變電站內問隔排列位置、線路路徑來確定本次新增問隔的具體位置，如遄雙回路架空出線時，可以順序布置，以避免線路交叉跨越。

（3）綜合上述原則確定問膈位簧，然后將電氣主接線圖及總平面布置圖完善后提供給各專業，系統一次專業據此核算出新增間隔的線路最大負荷、母線穿越功率、變電站內系統阻抗，由此來進行相關的計算、設備選擇及校驗。

2 相關計算

根據線路最大負荷S（MVA）來計算新增間隔的電氣設備的額定電流Ig（A），具體計算公式為：Ig＝［S÷（1.73×Ue）］×1 000；Ue：額定電壓（kV）。

根據母線穿越功率s（MVA）來計算母線所需的載流量Ig（A），具體計算公式為：Ig'＝［S'÷（1.73×Ue）］×1 000；Ue：額定電壓（kV）。

根據變電站內系統阻抗x來計算短路電流Id，短路電流計算包括：三相短路電流、單相短路電流、兩相接地短路電流。計算結果取三個值中最大值作為最終結果值Id，由Id可計算出沖擊電流ich。

通過上述計算就可以進行本期新增間隔的電氣設備的選擇及原有母線、電氣設備的校驗。

3 新增電氣設備的選擇

3.1 斷路器

設備額定電流＞Ig；設備額定開斷電流＞Id；設備動穩定電流＞ich。

3.2 隔離開關

設備額定電流＞Ig；設備熱穩定電流＞Id；設備動穩定電流＞ich。

3.3 電流互感器

設備熱穩定電流＞Id；設備動穩定電流＞ich。

在選擇電流互感器時要注意：若接線是一臺半斷路器接線，在完善串的改造中，本期工程新增設的邊斷路器（選用罐式斷路器）的內附電流互感器或外加式電流互感器（選用瓷柱式斷路器）的一次電流比值必須與本串的中斷路器（選用罐式斷路器）的內附電流互感器或外加式電流互感器（選用瓷柱式斷路器）比值相同。

3.4 原有母線、電氣設備的校驗

（1）母線按照母線載流量＞Ig進行校驗，不滿足要求時更換母線。

（2）電氣設備按照設備額定開斷電流＞Id，設備動穩定電流＞ich進行校驗，不滿足要求時更換設備。

3.5 母聯間隔電氣設備的校核

設備額定電流＞Ig；設備額定開斷電流＞ld；設備動穩定電流＞ich。

若母聯間隔電氣設備額定電流＜Ig時，可按同一電壓等級的所有出線中最大一回出線的線路負荷計算的額定電流Ig''來校驗，設備額定電流＞Ig''即可，通常情況下Ig＞Ig''。

3.6 新增電氣設備型號的確定

一般情況下電氣設備型號與一期或前期工程選用同一型號，并要注意同類設備的運行情況是否滿足現階段的要求，如有特殊要求或一期/前期工程所選用的電氣設備屬淘汰產品時可選用其它設備或新型設備。

4 防雷接地設計

防雷措施按新增場地的防雷保護是否在原有防雷保護范圍內來確定需不需要新增防雷措施；新增場地的主接地網需與原有變電站內的主接地網兩點以上可靠連接，施工完畢后再實測接地電阻值，接地電阻值應滿足設計計算要求，如果超出允許值，應采取必要降阻措施；若是原有站址上的改建、擴建工程，防雷部分在一期工程中一般情況下已經實施，但還是需要校驗是否滿足要求，不滿足時再新增防雷措施。

5 工作接地設計

變電所的工作接地主要指主變壓器中性點和站用變低壓側中性點的接地。

（1）對于主變壓器，為防止在有效接地系統中出現孤立不接地系統并產生較高的工頻過電壓的異常運行工況，根據《防止電力生產重大事故的二十五項重點要求》中17.7、17.9條規定要求，110～220 kV變壓器中性點應有兩根與主接地網不同地點連接的接地引下線，主變中性點應加裝間隙并聯氧化鋅避雷器進行保護。且當主變中性點絕緣的沖擊耐受電壓≤185 kV時，還應在間隙旁并聯金屬氧化物避雷器，間隙距離及避雷器參數配合要進行校核。

（2）變電所站用變通常選用△/yn，d11接線組別的變壓器，為保證站用變低壓出線漏電保護能正確動作，從而避免設備漏電對人身造成傷害，因此站用變低壓系統的接地系統應結合站用變低壓側出線斷路器漏電保護原理進行選擇，由于目前站用變低壓側出線通常采用帶四極漏電保護的斷路器，即漏電保護動作電流取三相火線和中性線（零）線產生的不平衡電流，為此低壓接地系統中性線和保護線應分開，故站用變低壓接地只可采用TN－S、TT系統。

6 資料及會簽圖紙

專業間互提資料時，電氣一次提供給外專業的電氣主接線圖及電氣總平面布置圖必須是與現場實際情況相吻合并結合本期工程更新后的圖。

若接線是一臺半斷路器接線時，主接線圖中要將本期改建、擴建工程中需要完善串的全部電氣設備（特別是斷路器及電流互感器）的參數標注在電氣主接線圖上，以便各個專業進行核對會簽。會簽線路專業的圖紙時要注意其出線間隔的排列及出線相序與本專業是否是一致的。

設計時要預估施工中有可能存在的風險，盡量?降低并提出安全措施，在有可能造成停電的改建、擴建工程中，要提出合理化的施工建議以減少停電損失。

7 結束語

提高電網的供電可靠性，變電站起著十分重要的作用，在進行變電站改建、擴建工程的電氣一次設計時，要求掌握好其設計基本思路及原則：與前期工程的良好銜接、現場收集資料到位、減少變電站停電時間、預估并降低設計及施工風險，同時秉承改造工程量少、節約投資、設計及施工安全風險小的原則，以使工程順利、安全、高效的投入運行。

1 謝立群.110 kV佛山石洲變電站擴建工程可行性研究［J］.電工技術，2007（12）

2 蘇 曉.500 kV變電站擴建改造二次接線注意事項及措施［J］.電力系統保護與控制，2010（03）

3 周曉萱.某國際機場專用變電站設計創新與實踐［J］.山西建筑，2010（27）

4 陳昌振、單 沅、陳偉標.戶外型220 kV變電站設計方案優化［J］.廣東輸電與變電技術，2006（04）

The Exploration of Electrical Design of Substation Expansion Project

Lin Weitao

The substation is an important component of the electrical system. The design level of substation is directly related to the quality of the electrification project. This article discusses the electrical design principles, design and related calculations of substation conversion work.

substation; design principle; electrical equipment

TM63

A

1000－8136（2011）03－0020－02