變電所的設計研究

石秀倩 于曉明

摘 ? 要：變電所是電力系統的中心環節，本文以小區、小型工廠變電所設計為例，淺析了變電所設計的重要性，針對主接線方式進行討論，采取單母線分段接線方式，考慮了所內電流承載能力，對短路電流進行計算，后對母線和變壓器進行繼電保護設計，最后綜合變電所保護系統，對變電所防雷措施和接地裝置進行研究。以達到電力系統的正常運行。

關鍵詞：變電所 ?變壓器 ?防雷 ?繼電保護

中圖分類號：TM63 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）06（a）-0057-02

1 ?變電所設計分析

電力在人類生活中發揮著巨大的作用，在21世紀人類對于電力的需求量與日俱增，變電所能在小區、工廠、企業等多領域進行應用，變電所的優良設計能緩解人類用電的巨大壓力，變電所通過對電力系統內的電壓和電流進行變換分配，保證了電氣設備的正常運行，維護了電力系統的正常工作，變電所的設計與研究對于電能的利用具有重大意義。

不同地區變電所的設計具有不同的要求，針對電力的需要進行接線配電設計，能做到供需平衡。變電所的設計對面積也具有嚴格的要求，需考慮運行及維護經費，保證所內電氣設備的正常運行與檢修維護，以達到電力系統的正常運行。

2 ?電氣接線設計

變電所主接線為電能輸送和線路分配的核心，主接線以電源進出線為基本環節，為電器輸配電，在此以小型工廠或小區為例，電氣主接線采取單母線分段接線方式。

當一段電路發生故障時只需從不同的電路段進行檢修，保證正常段電路不間斷供電，尤其是在小區樓棟電路間、工廠區段車間內，不同段分布線利用隔離開關保證線路的正常工作，在一定程度上保證了電路運行的高效性。

比較單母線接線方式而言，某一部件的檢修需整條線路斷電，線路正常工作需保證整條母線上電器元件的正常運行;比較雙母線而言，其備用母線，雖極大保證供電可靠性，但增加母線和回路同樣消耗了建造成本，據小區和小型工廠而言，單母線分段接線方式即能較好地提供電能，雙母線接線方式對于整條母線的備用消耗資金巨大，得不償失。

3 ?短路電流計算

變電所承載的電流電壓數值較高，出現波動易損壞電氣設備，當電源正負極相接，發生短路，電源釋放巨大能量，造成導線損壞，甚至產生電弧，引發火災。為保證電氣設備的安全，很有必要進行短路電流計算，短路電流數值遠大于額定電流，利用短路電流的限值可為系統選擇電氣設備、繼電保護裝置和接線方式，保證電力系統滿足穩定性校驗。

短路電流的計算需要一定的條件：（1）計算的電力系統中有無限大的能量;（2）對于高壓電氣，考慮其電抗而忽略其電阻的影響;（3）短路形式判斷利用電氣行業規定標準，選取計算公式。

短路電流的計算通常采用手動計算和機器計算，計算步驟如下所示。

（1）基準值選取。

（2）標幺值計算。

（3）計算短路電流，求解短路電流沖擊值。

4 ?繼電保護設計

電力系統中發生故障或異常情況對于電能的輸送配置造成極大的威脅，繼電保護是變電所的必備環節，通過故障檢測，設置報警信號，隔離切除故障段，極大降低故障期間對于地區的供電影響。

小區、小型工廠變電所的繼電保護在技術層面有一定的要求：（1）通過電路的設計運行選擇相應的保護裝置;（2）在故障發生時保護裝置能盡快地切除故障，保證設備運行的高效性;（3）對于電路參數的計算保證精確度，以在電路運行的超限數值下發生動作;（4）保護裝置的運行不會導致設備的故障，不會造成系統的崩潰，保證變電所安全可靠地運行。

繼電保護通過正常運行時參數的比較，實現保護系統邏輯部分的運算執行，輸出系統判斷結果，實現保護系統動作。變電所母線保護裝置主要采用微機保護，利用警燈裝置實現電路速斷，防止電路過低壓、過低流現象發生;電力變壓器是繼電保護的核心，變壓器的故障會影響控制地區的全面停電，可通過瓦斯保護和差動保護實現變壓器的正常運行，瓦斯保護在變壓器油箱內產生氣體推動油體的流動，實現保護裝置動作，輕瓦斯利用繼電器發出信號，重瓦斯在發生短路時跳閘以保護電路，差動保護將變壓器當做節點，根據流入電流之和等于零的原理，當電流數值不為零時進行斷路器斷開操作，實現故障隔離。

5 ?防雷接地設計

雷擊對于變電所的危害是巨大的，遭遇雷擊，變電所控制地區的用電將受到嚴重影響，為保證人民的日常生活，變電所的正常運行，需采取一定的防雷措施。雷電分為直擊雷、雷電侵入波兩種類型，采用避雷針或避雷線可預防直擊雷，為完整保護設備，在安裝避雷針時需計算其保護范圍，保證范圍包圍變電所內的所有保護設備;閾值避雷器通過限制電氣設備的電壓以保護電氣設備的運行，避雷器與電氣設備采用并聯方式，當電氣設備電壓超過限值時，避雷器放電，限制電氣設備兩端的電壓，以防止雷擊危害的發生;除設置避雷裝置外，還需將變壓器接地，將進線段、出線段設置防雷電侵入波操作，將變電所防雷措施形成一個綜合的保護系統。

接地操作是將線路接地節點與大地相連，維持節點與大地等電位，以保護電氣設備正常運行。變電所接地分為工作接地、保護接地、防雷接地和防靜電接地，工作接地主要對于變電所的主變壓器而言，在變壓器中性點進行接地，維護變壓器正常工作;保護接地是將變壓器兩側電氣設備進行接地，使電氣設備工作電壓不超過安全范圍，防止用電給人體和設備帶來的危害;防雷接地通過避雷針、避雷器等防雷裝置，將雷電引入大地，以保證變電所的正常工作;防靜電接地的設計主要用于應對微機保護抗靜電能力差的缺陷，對保護裝置進行屏蔽中斷處理，以使得母線的繼電保護正常運行。

接地環節使用多對金屬接地極，使得相互之間的接地極組成接地網絡，接地網對于變電所的正常運行起著保護屏蔽作用，接地設計還需考慮接地電阻阻值的大小，在小區、小型工廠變電所中防雷接地、工作接地等共用接地網，據電力行業行為標準，接地電阻阻值需保持在0.5歐姆范圍之內。

參考文獻

[1] 葆宗霖.10kV變電所設計與研究[J].科技與創新，2019（11）：144-145.

[2] 張鵬騫，陳潤龍.淺析10kV降壓變電所設計[J].建材與裝飾，2016（22）：233-234.

[3] 鐘愜，詹帆.淺析變電所設計中的接地變、消弧線圈與自動補償技術[J].低碳世界，2017（27）：47-48.

[4] 張寅川.變電所設計中的接地變、消弧線圈與自動補償技術探析[J].工程技術研究，2017（9）：239-240.

[5] 畢志杰.供電110kV變電所的電氣二次設計[J].電子技術與軟件工程，2018（16）：218.

[6] 趙洋洋，王牣，于洋.智能牽引變電所五防系統設計[J].電氣化鐵道，2018，29（5）：11-15.

[7] 張晨慧. 220kV望奎變電站工程規劃與設計[D].哈爾濱理工大學，2019.