探討高壓變電站電氣一次設(shè)計主要流程及注意事項

福建博電工程設(shè)計有限公司 李 鍵

1 電氣一次設(shè)計的重要地位

在電力系統(tǒng)運行中，對直接承載電力的設(shè)備如主變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、互感器等設(shè)備及其附屬設(shè)施的設(shè)計稱為電氣一次設(shè)計，電氣一次設(shè)計在宏觀上主要體現(xiàn)為電氣主接線及電氣平面布置設(shè)計。在電氣一次設(shè)計中體現(xiàn)一次設(shè)備間邏輯關(guān)系的單線圖稱為電氣主接線圖，電氣主接線圖是整個高壓變電站設(shè)計的指導(dǎo)性文件，決定了變電站及電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性及靈活性，同時也是系統(tǒng)和元件保護(hù)、控制方式、二次設(shè)備布置確定的依據(jù)，以及系統(tǒng)通信設(shè)計的基礎(chǔ)資料[1]。

電氣平面布置是將變電站內(nèi)各電壓等級配電裝置按照電力系統(tǒng)規(guī)劃，變電站高壓、中壓、低壓出線規(guī)劃，站區(qū)地理位置，站區(qū)環(huán)境，地形地貌等條件進(jìn)行布局和設(shè)計。電氣平面布置設(shè)計是影響變電站占地面積、設(shè)備選型、運行與維護(hù)是否方便以及各電壓等級出線走廊規(guī)劃的決定性因素。變電站電氣一次設(shè)計是對項目進(jìn)行全局規(guī)劃、指導(dǎo)具體實施的重要環(huán)節(jié)，電氣一次設(shè)計作為變電站設(shè)計中的核心和牽頭專業(yè)，是確定技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的主要環(huán)節(jié)，對變電站建設(shè)的質(zhì)量、投資和運行安全及全壽命周期起著決定性的作用，是變電站設(shè)計的靈魂。

2 高壓變電站電氣一次設(shè)計流程

2.1 勘察及資料收集

項目初期的現(xiàn)場勘察和基礎(chǔ)資料收集，是決定擬選站址是否具備建站條件的客觀依據(jù)；在排除擬選站址位置不存在有地質(zhì)災(zāi)害、壓覆礦產(chǎn)及文物、軍事干擾等不良因素外，還應(yīng)綜合考慮擬選站址是否具備高、低壓進(jìn)出線走廊、施工用水、用電、大型設(shè)備運輸條件、消防以及與周邊規(guī)劃環(huán)境相協(xié)調(diào)等因素。

2.2 確定初步設(shè)計方案

在完成基礎(chǔ)資料收集與分析后，針對變電站實際使用需求及其全壽命周期管理，初步確定變電站總體方案及規(guī)模，需確定的涉及原則性的方案如下：

電氣主接線的確定：根據(jù)變電站所處電力系統(tǒng)中的地位及作用，高、低壓側(cè)進(jìn)出現(xiàn)回路數(shù)、供電可靠性及運行靈活性需求選擇經(jīng)濟(jì)、合理、可靠的電氣主接線；主要電氣設(shè)備選擇：根據(jù)負(fù)荷預(yù)測合理選擇主變?nèi)萘浚鶕?jù)變電站所處地理位置及環(huán)境狀況選擇設(shè)備型式（AIS、GIS、戶內(nèi)、戶外），按短路電流計算結(jié)果選擇設(shè)備短路水平及導(dǎo)體截面，根據(jù)無功補(bǔ)償補(bǔ)償計算結(jié)果合理選擇補(bǔ)償設(shè)備及容量；變電站平面布置方案：根據(jù)站址條件、變電站終期規(guī)模規(guī)劃及設(shè)備型式選擇結(jié)果合理布置電氣平面，電氣平面布置力求緊湊合理，出線方便，減少占地面積，節(jié)省投資。

例如：擬建某重要工業(yè)用戶地處海邊港口附近，用電負(fù)荷約90MW，用電可靠性要求高，若突然停電將導(dǎo)致鍋爐及生產(chǎn)線停運、產(chǎn)品報廢，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失；針對該用戶的實際用電需求，可確定其采用110kV 電壓等級雙回路電源供電，110kV 采用單母線分段接線，提高其站內(nèi)供電可靠性；按其負(fù)荷需求，同時考慮主變經(jīng)濟(jì)運行及預(yù)留一定裕度，選擇兩臺63MVA 主變；再根據(jù)變電站所處地理位置為大氣嚴(yán)重污染地區(qū)，考慮整個變電站全戶內(nèi)緊湊型布置，減少占地面積。

2.3 方案校審和評審

在初步設(shè)計方案確定后，需完成設(shè)計院內(nèi)部校審，還需委托有資質(zhì)的第三方評審機(jī)構(gòu)對設(shè)計方案進(jìn)行評審，在符合項目現(xiàn)有核準(zhǔn)、規(guī)劃、政府和國土部門等依據(jù)性文件前提下，按輸變電工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性條文、輸變電工程反事故措施、輸變電工程標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、輸變電工程通用設(shè)備及相關(guān)規(guī)程規(guī)范等文件要求對設(shè)計方案做全方位評價，提供原則性及建議性意見，設(shè)計單位應(yīng)根據(jù)意見完善設(shè)計方案，提升設(shè)計方案的技術(shù)合理性和經(jīng)濟(jì)性型。

評審階段的工作開展，評審人員要發(fā)揮出自身的工作職能，明確出高壓變電站在實際的運行環(huán)節(jié)有著合理的電氣設(shè)備配置。其次，電氣設(shè)備的容量控制上，也要能夠避免受到一些外界因素的影響、進(jìn)而對其設(shè)備造成不必要的浪費[2]。

2.4 深化設(shè)計

設(shè)計方案經(jīng)評審并取得批復(fù)文件后，需根據(jù)已采購的電氣設(shè)備對設(shè)計方案進(jìn)行深化設(shè)計，通過電氣計算對導(dǎo)體截面、接地材料等方面驗算其合理性，深化設(shè)計圖紙需清晰易懂，不產(chǎn)生歧義，能夠指導(dǎo)現(xiàn)場精準(zhǔn)施工，滿足標(biāo)準(zhǔn)工藝要求，促使施工不返工、不做無用功，推動變電站順利建設(shè)。相比較設(shè)計方案的確定，深化設(shè)計時選擇合理的安裝方式和工藝，能夠在保障設(shè)備穩(wěn)定運行的同時，還能減少不必要的運行、維護(hù)和檢修工作量，提高安全生產(chǎn)保障能力。

3 高壓電變電站電氣一次設(shè)計注意事項

3.1 選擇技術(shù)合理的電氣主接線

電氣主接線的型式是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行及用戶用電可靠性的決定性因素，電氣主接線選擇時必須對其進(jìn)行合理性分析和穩(wěn)定性校驗，需分別分析、校驗電網(wǎng)端和變電站端故障時，電網(wǎng)端不出現(xiàn)較大電壓波動、解列甚至瓦解，變電站端不出現(xiàn)全站停電情況，用戶側(cè)不出現(xiàn)突然大面積甩負(fù)荷，保證用戶側(cè)全部一、二級負(fù)荷正常供電。

某110kV 變電站終期規(guī)模為兩線兩變、雙回電源進(jìn)線，其中一回為風(fēng)電場出線，該變電站在前期方案確定時，110kV 側(cè)選擇采用橋型接線，未充分考慮風(fēng)電場側(cè)的供電穩(wěn)定性，當(dāng)變電站連接風(fēng)電場的1臺主變需要檢修時，由于主變回路沒有斷路器，將強(qiáng)迫風(fēng)電場線路停電，導(dǎo)致風(fēng)電場停機(jī)，嚴(yán)重影響風(fēng)電場機(jī)組正常穩(wěn)定運行；根據(jù)該變電站的實際情況，應(yīng)選擇主接線型式更加靈活、可靠的單母線分段接線型式，滿足各側(cè)運行需求。

3.2 選擇安全可靠的電氣設(shè)備

主接線的可靠性在很大程度上取決于設(shè)備的可靠程度，采用可靠性高的電氣設(shè)備可以簡化接線，提高變電站運行穩(wěn)定性。例如：某220kV 變電站10kV站用變開關(guān)柜內(nèi)電流互感器，由于站用變回路額定電流只有10A，設(shè)計選擇其保護(hù)繞組變比為100/5A，其短路容量不足，當(dāng)站用變回路短路時電流互感器穩(wěn)態(tài)飽和，不能有效反饋故障信息，本回路開關(guān)柜斷路器不動作，導(dǎo)致事故范圍擴(kuò)大，主變10kV 低壓側(cè)進(jìn)線斷路器動作使該段10kV 母線失電，造成大面積停電事故。因此，當(dāng)某回路額定電流較小，電流互感器繞組不能同時滿足計量、測量和保護(hù)需求時，應(yīng)選擇較大變比繞組帶小變比抽頭的電流互感器，例如600/5A 帶100/5A 中間抽頭的電流互感器，以滿足計量、測量和保護(hù)需求，同時還需向設(shè)備制造商確認(rèn)其短路容量大于系統(tǒng)短路容量。

3.3 專業(yè)間協(xié)調(diào)配合

變電一次專業(yè)在整個變電站設(shè)計中處主導(dǎo)地位，不僅需嚴(yán)格遵循電網(wǎng)規(guī)劃及系統(tǒng)接入方案設(shè)計，還需向送電、建筑、結(jié)構(gòu)、水工、暖通、電氣二次、通信、技經(jīng)等專業(yè)提供準(zhǔn)確的電氣平面布置圖、電氣主接線圖、線路出線相序、出線構(gòu)架拉力計算、設(shè)備重量及基礎(chǔ)需求、具體材料清冊等資料，作為其他專業(yè)設(shè)計的依據(jù)，同時也要響應(yīng)諸如二次專業(yè)的電流互感器和電壓互感器配置需求、通信專業(yè)的屏柜布置需求、水工和暖通專業(yè)的低壓用電需求等，電氣一次專業(yè)為牽頭專業(yè)，稍有改動將造成其他各專業(yè)的同步調(diào)整、返工，甚至造成重大設(shè)計事故，變電一次設(shè)計需采用矩陣式管理，分級校核、層層把關(guān)，與其他專業(yè)配合實行縱向到底、橫向到邊，避免專業(yè)間設(shè)計配合出現(xiàn)問題。