220 kV 變電站一次系統設計探討

楊志成，黃學彥

（深圳供電規劃設計院有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引 言

電力系統中變電站擔負著變換電壓、匯集電能及輸送電能的重任，其中一次系統的設計水平直接影響著電力系統運行的安全性和可靠性，因此在220 kV變電站一次系統設計過程中，應重視工程選址分析，做好變壓器、電氣接線、主要設備及配電裝置等的選擇和設計，提高一次系統設計的合理性，使其更好地服務于電力生產與系統運行。

1 220 kV變電站一次系統的重要性分析

電力系統主要包括發電、變電、輸電、配電以及用電等環節。變電站的作用是變化電壓、接收電能、分配電能及控制電力流向。如果一次系統設計存在缺陷，如變電站位置不合理、變壓器規格不適用、設備性能差及線路連接有問題等，均會給變電站和整個電力系統埋下安全隱患，所以220 kV變電站一次系統設計不容忽視。

220 kV變電站一次系統設計過程中，不僅要立足所在區域的實際需求和變電站建設要求，還應遵循一定原則，包括安全可靠性、效益最大化、協調性、特殊性以及可持續發展等原則。要求變電站一次系統的設計方案是全面分析和優化后的最佳方案，可滿足具體功能和需求，并與周圍環境相協調。

2 220 kV變電站一次系統的設計要點

2.1 加強系統設計論證

對于220 kV變電站一次系統設計，變電站總體結構是設計重點，因此應分析站址的水文條件、氣象條件及地址條件，以提高選址的合理性。根據水平年、負荷水平、潮流方式、功率因數及電壓控制范圍等確定接入系統，對變電站總體結構進行設計論證，同時將變電站位置、系統作用、運行要求、發展規模、負荷分級、主變臺數、電壓等級以及系統備用容量等納入考慮和論證范圍，以保證變電站設計的可靠性和可行性[1]。

2.2 重視變壓器的選擇

變電站中的變壓器可實現不同電壓等級之間的功率交換和功率輸送，若選用不當，不僅影響電氣主接線和配電裝置，還會造成經濟損失，因此要結合區域用電原始資料和未來發展規劃對新增負荷和出現回路數進行科學預測，并從變壓器相數、繞組數、連接組別、調壓方式及冷卻方式等方面確定規格型號。為保證可靠供電，建議至少設置兩臺變壓器，以免因檢修或故障引發大面積、長時間停電。例如，某220 kV變電站決定近期安裝1臺180 MVA容量的變壓器，遠期規劃則為3臺180 MVA容量的變壓器作為主變規模，其中容量是由調相調壓計算結果確定的。該地區最終設定的主變壓器參數如表1所示[2]。220 kV主變電站要求必須可靠接地，常用的方式為中性點接地，出現單相短路時可瞬時自動重合閘切斷故障，既保證了設備安全，又減少了事故影響和損失。出于安全考慮，該變電站中主變壓器的110 kV和220 kV一側的中性點經隔離開關直接接地。此外，容性與感性無功補償技術，強化了電力系統的無功平衡，以適應峰值和低谷的負荷運行變化。

表1 某220 kV變電站主變壓器參數

2.3 優化電氣接線形式

電氣主接線形式設計水平不僅影響變電站和整個電力系統運行的安全性和經濟性，而且很大程度地決定了配電裝置、電氣一次設備及電氣二次設備的選型，所以需格外重視和具體分析。電氣主接線形式主要有兩種：第一種是雙母線接線及其分段接線，雖然靈活性好，可靠性高，但操作和保護復雜；第二種是單母線接線及其分段接線，雖然操作方便，但靈活性和可靠性難以保障。所以，設計時應從可靠性、靈活性及經濟性綜合權衡，選擇最優設計方案。例如，某地變電站針對220 kV側主接線考慮到當地電網結構復雜、運行調整難度較大及對可靠性要求較高，提出了雙母線接線和雙母線雙分段接線兩種設計方案。通過條件假設，對事故狀態下和檢修狀態下的兩者的可靠性進行分析和計算，結果發現雖然雙母線接線形式投資成本較低，占地面積略小，但可靠性不如雙母線雙分段接線，且雙母線雙分段接線運行較靈活，容易擴建。因此，綜合分析該變電站的系統地位、可靠性、靈活性以及投資占地等相關因素后選擇了雙母線雙分段接地，主接線形式如圖1所示[3]。

圖1 某地變電站220 kV側電氣主接線形式

2.4 妥善防治短路故障

變電站長期運行中，難免發生短路故障。該故障破壞力強，危害性大，且成因復雜，不僅可能引發停電事故，還可能破壞系統穩定，因此需采取有效措施加以預防和治理。（1）科學計算短路電流。該措施的目的是為后續的設備選擇、繼電保護及接地設計等提供數據參考。三相對稱短路電流雖然故障概率僅有2%～5%，但其影響和危害卻是最嚴重的。不管是主接線方式的選擇，還是電氣設備熱穩定性和電氣設備動穩定性的校驗，均必須以三相短路電流為重要依據，以保障短路故障下電力系統依舊能安全運行。具體地，需根據系統專業提供的初始條件，對220 kV和110 kV側的不對稱短路電流加以計算。（2）優化電氣設備選擇。獲得相應的短路電流計算結果后，便是電氣設備的選擇。此時要求電氣設備的工作電壓、額定頻率、額定電流及長期載流量等能滿足正常運行狀態與故障及時切除的需要，且經濟可靠，能適應實際環境，最好同類設備為同一型號，如某220 kV變電站中的GIS出線間隔采用的是3 150 A/50 kA規格的斷路器、3 150 A規格的隔離開關以及2×800/1 A 5P30/5P30/0.2 s/0.2 s3 150 A規格的電流互感器，避雷器采用的是規格為204/532 kV的氧化鋅避雷器[4]。

2.5 完善配電裝置設計

配電裝置指的是用于測量和保護的輔助設備，可在系統故障狀態下及時有效的切斷故障源，保護系統運行正常。應遵循運行可靠、方便檢修、安全經濟及便于擴建的要求，合理選擇和切實完善配電裝置，一般需滿足220 kV的過電壓控制水平應為1.3 p.u.，220 kV進出線間隔需設置避雷器，設備絕緣配置需符合規定值，電氣設備內部絕緣對地額定沖擊電壓與避雷器動作過電壓應至少具備1.15的匹配系數等。在防雷與接地設計環節，避雷針除與主接地網連接外，還應連接附近的集中接地裝置，沿接地體長度應大于15 m，接地阻值低于10 Ω；為防止發生反擊，主變壓器構架無需設置避雷針。對于接地設計，應根據實際需求做好接地網的部署，如材料、邊長、間距及埋深等。此外，站用電源和照明等配電裝置也應予以合理設計。

3 結 論

220 kV變電站一次系統設計直接影響電力生產效率的提高和供電質量的保障。因此，需立足實際，把握一次系統設計原則，選擇合適的變壓器和電氣設備，優化主接線方式，準確計算短路電流，采取有效的保護措施，以促進220 kV變電站一次系統更加穩定、高效地運行。