淺談110kV變電站系統(tǒng)設(shè)計

摘要：本文結(jié)合現(xiàn)階段110kV變電站概況，從設(shè)計模式、存在狀況及將來的發(fā)展方向，做了概括的陳述，使讀者對110kV變電站有了一個整體的輪廓。又從變電站的設(shè)計內(nèi)容及原則等細節(jié)入手，闡述了在設(shè)計中的應(yīng)該注意的問題及解決方法，一步步讓讀者對110kV變電站有了一個完整清晰的認識。

關(guān)鍵詞：變電站 110kV 系統(tǒng)設(shè)計

1 變電站建設(shè)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 逐漸向綜合自動化轉(zhuǎn)變：很多地區(qū)從建立了第一座110kV綜合自動化無人值班站起，以后新建的110kV變電站都改為了綜合自動化無人值班站模式，同時陸續(xù)對以前的舊站進行了自動化無人值班的改造，并且變電站的控制模式也由遠方控制代替了原來的現(xiàn)場操作。由于隔離開關(guān)并不符合遠方控制的要求，變電站的電氣主接線型式就要盡量減少改變運行方式時隔離開關(guān)的倒閘操作，減少變電站的電壓等級和簡化接線[7]。

1.2 變電站設(shè)備的簡化：在變電站中由于光纖和微波通信方式傳輸速率大和可靠性強，已經(jīng)取代了載波通信方式。而且，由于110kV電壓等級電力網(wǎng)絡(luò)已降為配電網(wǎng)絡(luò)，在很多地區(qū)，為了保證配置簡化、整定方便以及負荷潮流分布安全合理的需要，110kV電壓等級電力網(wǎng)絡(luò)不再實行環(huán)網(wǎng)運行，而是采用單電源的運行方式，電源點也多為電壓等級更高變電站的110kV出線[8]。

1.3 變電站數(shù)字化：隨著信息化的普及和深入，越來越多的目光投向了數(shù)字化變電站和數(shù)字化電網(wǎng)的研究與開發(fā)。數(shù)字化的目標是利用電網(wǎng)進行數(shù)據(jù)采集和處理、通信和信息綜合利用、分層和分類的數(shù)字化電網(wǎng)調(diào)度體系，實現(xiàn)電網(wǎng)監(jiān)控分析的數(shù)據(jù)統(tǒng)一和規(guī)范化管理以及信息挖掘和信息增值利用，提高決策效率和電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行水平[6][3]。

1.4 變電站集成化：集成化是指要形成互聯(lián)大電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)，這種系統(tǒng)需綜合利用多角度和尺度、廣域大范圍的電網(wǎng)信息及分離的各系統(tǒng)內(nèi)存在的各種數(shù)據(jù)[5]。調(diào)度數(shù)據(jù)集成化要實現(xiàn)調(diào)度數(shù)據(jù)的整合，數(shù)據(jù)和應(yīng)用的標準化，實現(xiàn)相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)的資源整合和數(shù)據(jù)共享以及電網(wǎng)調(diào)度信息化和管現(xiàn)代化，最終為實現(xiàn)調(diào)度智能化服務(wù)[7]。

1.5 變電站智能化：智能調(diào)度是未來電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢。智能調(diào)度采用調(diào)度數(shù)據(jù)集成技術(shù)，能有效整合電力系統(tǒng)的運行信息，實現(xiàn)電力系統(tǒng)正常運行的監(jiān)測與優(yōu)化、預(yù)警與動態(tài)預(yù)防控制、事故的智能辨識以及事故后的故障分析和系統(tǒng)恢復(fù)，同時實現(xiàn)緊急狀態(tài)下的協(xié)調(diào)控制，調(diào)度運行和管理的智能化，電網(wǎng)調(diào)度可視化等高級功能[7]。

2 變電站設(shè)計內(nèi)容及原則

110kV變電站電氣一次系統(tǒng)設(shè)計主要包括以下步驟：電氣主接線設(shè)計、主變壓器容量型號的選擇、短路電流的計算、電氣設(shè)備的選擇、無內(nèi)外配電裝置的選擇和防雷及接地裝置的選擇[1]。

2.1 變電站設(shè)計原則[1] ①為了滿足供電區(qū)域內(nèi)中長期規(guī)劃預(yù)測的負荷要求，必須有足夠的變電容量；②變電站結(jié)構(gòu)要緊湊，盡量使用體積小的設(shè)備以減少占地面積；③為了保證通信誤碼率低、可靠性高，必須提高自動化程度；④主接線方式要做到可靠靈活；⑤主設(shè)備技術(shù)可靠性高、噪音低、檢修頻率低以及性能優(yōu)越。在變電站設(shè)計中要考慮到雷電對變電站的危害，在變電站中至少要安裝一臺避雷器來保護變壓器，最佳選擇是在變電站入口處安裝避雷器[4]。此時，即使在瞬時有極高電流出現(xiàn)，也能最大限度地保證變壓器上的電壓水平在安全極限內(nèi)。

2.2 變電站設(shè)計中應(yīng)注意的問題[9] ①電氣主線的接線方式主要有：雙母線接線，雙母線分段接線，雙母線帶旁路母線的接線，單母線接線，單母線分段接線，單母線帶旁路母線接線，單母線分段帶旁路母線接線和一臺半斷路器的接線。近年來，旁路母線隨著SF6斷路器和氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的普遍采用已經(jīng)是越來越少，因此，在選擇接線形式的時候我們沒有采用單母線分段帶旁路母線接線和雙母線帶旁路母線的方式。電力生產(chǎn)最首要的任務(wù)就是安全可靠，停電會對國民經(jīng)濟的各個部門帶來嚴重的損失，而對于發(fā)電廠造成的損失比少發(fā)電能的價值大幾十倍；如果因此導(dǎo)致了設(shè)備損害、人身傷亡、城市生活混亂等經(jīng)濟損失和政治影響，那就更難以估計。因此，表征電能質(zhì)量的基本指標是電壓、頻率以及可靠連續(xù)的供電，在選擇主線接線方式的時候首先要保證供電的可靠性，主接線必須滿足各種運行方式下的要求。②主變壓器選擇的變電站主變壓器容量和臺數(shù)是影響電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、可靠性以及經(jīng)濟性的重要因數(shù)。因此，在確定變電站規(guī)模、選擇變壓器容量以及臺數(shù)的時候要考慮當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的狀況、最高供電負荷、售電量以及其發(fā)展趨勢。在選擇主變壓器時可以根據(jù)以下六個方面進行選擇：按負荷密度選擇變電站主變壓器的容量；按電壓等級選擇主變壓器容量；同級電壓的單臺變壓器容量的級別；按電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃選擇主要變壓器容量；按容載比確定主變壓器的容量；根據(jù)變電站所帶負荷的性質(zhì)和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)來選擇主變壓器的容量。在確定主變壓器臺數(shù)時應(yīng)綜合考慮負荷性質(zhì)、供電可靠性、地區(qū)供電條件、運行方式、供電負荷大小等因素。同級電壓的單臺變壓器容量級別不宜太多，應(yīng)從全網(wǎng)出發(fā)，推行主變壓器容量的系列化和標準化。③三維布置。按照實際工程需要利用三維模型庫搭建電站三維模型，并且附加實際工程信息。a配電間隔的創(chuàng)建。配電間隔由間隔內(nèi)部設(shè)備和導(dǎo)線以及導(dǎo)線支架組成。在本工程中，參考施工圖實際的距離參數(shù)來布置間隔內(nèi)部各個設(shè)備之間的間距。每個間隔在模型目錄中的層次按如下規(guī)則存放：SITE層確定分區(qū)，如500kV分區(qū){Z0NE層確定間隔，如：2#，37～至10W某電廠Ⅱ出線間隔；EQUI層則存放該間隔內(nèi)的設(shè)備。b導(dǎo)線的創(chuàng)建。導(dǎo)線包括各類母線、進線、出線及設(shè)備間導(dǎo)線等。PDMS中沒有專用創(chuàng)建導(dǎo)線的工具，本工程中采用彎曲鋼管代替，弧垂幅度根據(jù)計算結(jié)果確定，本層次由電氣專業(yè)進行設(shè)計。c主控樓、站內(nèi)道路、圍墻的創(chuàng)建。建模時采用t3dms土建專用工具和道路創(chuàng)建專用工具，本層次由土建專業(yè)負責(zé)設(shè)計。d全站三維布置。確定變電站模型坐標系原點位置后，按照實際位置參數(shù)設(shè)置變電站中所有設(shè)備、支架、導(dǎo)線、道路、圍墻、主控樓等。對變電站進行全場布置時，由sITE劃分功能分區(qū)，如：500kV分區(qū)、220kV分區(qū)、35kV分區(qū)、主控樓、場區(qū)道路、圍墻等。由Z0NE劃分功能子單元、獨立的間隔，如：8WII至某開關(guān)站Ⅱ、所用變回路Ⅱ等。④接地材料的選擇。我們知道最常見的接地材料是鋼材，但是在選擇接地材料的時候一定要做到綜合考慮，如：短路電流、土壤的對接地材料的腐蝕程度等。當(dāng)短路電流過大時應(yīng)當(dāng)考慮銅接地并且需要變電所降低施工難度；材料的腐蝕方面要根據(jù)土壤的具體環(huán)境來確定。根據(jù)部分投運時間長達10a的按地網(wǎng)來看，部分鋼材完好如初，只有少數(shù)的材料腐蝕較為嚴重，而盡在焊接處和空氣距離比較近的地方出現(xiàn)了銹蝕，這些都提醒設(shè)計者在進行材料設(shè)計時應(yīng)當(dāng)根據(jù)當(dāng)?shù)赝寥赖膶嶋H腐蝕數(shù)據(jù)進行設(shè)計。⑤主變保護的設(shè)計。大容量的電力變壓器是十分貴重的設(shè)備，而在電力系統(tǒng)中最重要的供電設(shè)備就是電力變壓器，如果電力變壓器出現(xiàn)故障則會嚴重影響供電系統(tǒng)的可靠性，甚至?xí)璧K系統(tǒng)的正常運行。因此，為了保證供電系統(tǒng)良好的運行，必須采用繼電保護裝置對變壓器進行保護，通常要根據(jù)變壓器的容量和重要程度來考慮，同時繼電保護裝置要性能良好、安全可靠。針對變壓器故障的類型和不正常運行的狀態(tài)，對主變可以采取220kV零序過流保護；諧波制動縱差保護；110kV 2段方向零序過流保護；瓦斯保護；220kV～I35kV

～1]過負荷保護；變壓器35kV側(cè)過流保護；35kVN零序過流保護；變壓器220kV側(cè)過流保護。

3 結(jié)束語

變電站設(shè)計是個綜合系統(tǒng)工程，是電力系統(tǒng)項目設(shè)計的重要組成部分。一份成功的變電站設(shè)計方案可以在實際工程中取得最優(yōu)的效益：增加系統(tǒng)的可靠性，節(jié)約占地面積以及建設(shè)成本，使變電站的配置達到最佳，保證較高的經(jīng)濟效益和社會效益。

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作者簡介：呂會軍（1974-），男，河北石家莊人，電力工程師，研究方向：電網(wǎng)建設(shè)。