220 kV變電站電氣一次系統設計分析

何敏接

（東莞市輸變電工程建設有限責任公司，廣東東莞 523000）

1 課題研究背景及難點

我國電力行業的大力發展主要是從改革開放之后開始的。經濟的快速增長，人們生活水平的提高，對電能質量要求的不斷提升，以及國家對于能源的大力開發，使得社會的電力需求量越來越大，因此，對電網建設的速度和規模提出了更高的標準與要求。而變電站作為整個電力系統的重要組成部分，其設計的好壞將直接影響著供電的可靠性、穩定性及安全性。所以，在進行變電站的設計時，要充分考慮到其運行的安全可靠，同時還要兼顧到投資的節約性，以保證用戶用電的方便性[1]。

2 220 kV變電站電氣一次系統設計必要性及現狀分析

2.1 變電站建設必要性

隨著我國經濟的快速發展，電力系統的建設取得了很大的進步與提升，在這個過程中，變電站的建設也成為非常重要的環節之一。而在變電站實際的運行當中，由于電網結構復雜，并且其規模較大，就會出現很多的問題需要解決，比如線路短路、斷路器故障等，這就使得整個變電站的工作變得十分繁雜，而且還增加了維修的難度以及成本[2]。因此，為了能夠讓這些困難得以改善，就要對變電所進行合理的規劃設計，使其可以滿足用戶的需求和供電的可靠性要求。除此之外，對于一些大型的發電廠，都會有比較高的電壓等級，而在這種高壓輸電的情況下，如果發生了短路的現象時，就會造成嚴重的后果；同時，短路還會產生大量的熱量和電動力，從而對設備的耐壓性、穩定性、安全性都有一定的影響；此外，當遇到雷擊的天氣時，會將引起的破壞比正常的時候還要大，這也將導致輸電網絡的損壞程度提高。

2.2 變電站電氣一次系統的發展歷程、現狀及影響

在我國，電力系統的建設起步較晚，但隨著經濟的快速增長，中國已擁有了世界上最大的發電廠和配電網絡。在過去的幾十年里，由于國家的大力支持，以及人們對生活質量的要求和對電能的需求量不斷增加，使得電網規模迅速擴大，同時也使變電站的數量也越來越多。因此出現了許多新的技術、新設備，為滿足用戶的不同需要，各種新型的接線形式，如，微機控制的接線，電子式的接線，數字化的接地等。近年來，計算機仿真技術的應用日益廣泛，通過軟件模擬的方法，可以實現對工程的研究與設計，并能準確地進行數據的統計與分析，從而為決策者提供可靠的依據；另一方面，它也是一種利用數學模型來解決復雜的問題或過程的分析手段。當前，國內外當有大量的專家學者致力于變電站電氣一次系統的設計研究中，以提高可靠性，降低成本減少投資，以達到最佳的使用效果。

3 220 kV變電站電氣一次系統的設計策略

3.1 總體規劃

220 kV 變電站的電氣一次系統的設計是根據相關的設計規范和工程建設的實際情況進行的，在進行變電站設計時，要以經濟性、可靠性、靈活性為原則，同時，也要結合當地的自然條件以及社會環境，對整個電網的結構和運行方式做出合理的選擇與確定，從而使其達到最佳的供電效果[3]。

變電站的電氣一次部分主要包括主變壓器的接線形式、短路電流的計算及各種保護裝置的配置；站內的配電設備的選型及校驗繼電保護的整定，防雷的整定等。在此次變電站的電氣一次系統的設計研究中，首先需要對主接線方案比較分析，然后再通過分析該線路的技術指標，最后再從安全可靠的角度出發，選出最合適的設計方案來完成該任務。

3.2 變電站 電氣一次系統設計原則

在進行變電站的電氣一次系統設計時，首先要根據實際環境來確定所選的電氣一次裝置的型號以及容量大小。同時，還要考慮到工程的具體情況，比如在某地區的地質條件、地形地貌等方面的因素，對整個電網的影響等。

①可靠性。電力系統是一個非常復雜的系統工程，其可靠性包括許多方面，例如，供電的穩定性、電壓的穩定、頻率的高低以及故障的偶然性和不確定性等。所以在進行變電站的設計時，要充分考慮到這些因素，保證在發生突發事件時，能夠有足夠的時間來解決問題，確保電網的安全運行。②靈活性。電氣一次系統的設計應具有一定的機動性和可操作性，以滿足各種不同的用電需求。同時，還要能適應多種負荷的變化要求。因此，在實際的設計過程中，要根據具體的情況來選擇合適的主接線形式，并對其進行合理的配置與組合，從而使其能有效地發揮作用。③經濟效益與安全性隨著我國社會的不斷發展，對電能的需要也越來越大，而為了保障人們的正常生活，必須提高電氣的技術水平，以達到減少投資，降低成本，節約資源的目的；另外，還應該注意防火防盜，避免因火災而造成人員傷亡。

3.3 變電站電氣一次系統的設計要求

變電站的電氣一次系統的設計主要包括以下幾個方面：

①電力系統的運行方式和各部分所需的參數。②主接線的方案和技術經濟指標。③主線的設計方案與選擇原則、方法及其在單母子公司上的應用等。在進行電氣一次設計時，要根據實際的工程情況，結合國家的相關規定，以可靠性、靈活性以及操作方便性等系統來確定最終的設計方案與步驟。同時，還要考慮到未來可能出現的各種突發事件，例如一些重要的大型設備發生故障時，是否會影響整個電網的供電質量，所以要做到提前預測，并做好應急處理。在設計的過程中，要充分思考如何提高工作效率，減少投資，降低成本。最后還應注意的是，設計人員的綜合能力，不僅需要具備過硬的專業知識，還需要有豐富的實踐經驗，這樣才能更好地完成任務。同時，必須嚴格的按照國家標準來執行，以確保電氣的安全可靠。

3.4 變電站電氣一次系統設計要點

變電站電氣一次系統設計的主要任務是：對主接線進行簡單的設計和分析，選擇出合適的電氣設備，并且對主接線方案的經濟性、可靠性、靈活性以及合理性等方面做出綜合的評價；根據負荷的性質和用電的要求來確定變壓器的容量與臺數，并通過校驗短路電流，來保證安全可靠運行；在繼電保護的整定計算中，要考慮到未來的發展情況，使其能滿足今后的發展需求。

①變電站電氣一次系統設計應以國家電網為基礎，以電能生產與輸送的實際需要為前提，充分利用計算機網絡技術，實現對電力系統的實時監測和控制，保證整個電氣一次裝置的安全運行。②在進行設計時，應考慮到工程建設的經濟性、先進性以及可靠性，使其能滿足未來的發展需求。③在設計過程中，要結合當地的自然條件，盡量減少投資降低成本。④在設計的時候，要注意保護環境，做到節能環保，提高能源的綜合使用效率。⑤根據變電所的具體情況，對其電氣主接線進行方案選擇，并確定最終的設計方案是否可行。同時，還應該考慮到后期的維護工作，防止發生故障時，影響日后的正常供電。因此必須認真對待。⑥還需了解設備的性能參數，并通過試驗來驗證。⑦再確認最佳的接線方式。如果出現了問題，也可以盡快解決，確保系統的安全性和穩定性。

3.5 變電站電氣一次系統的主要技術指標

對于變電站一次系統的主要技術指標，主要是根據工程的具體情況來確定還要充分的考慮當地的自然條件，如：地形、地質、水文等。

①變電站的一次設備的數量和占地面積是影響其運行的主要因素。所以在設計時，應盡量滿足其最大負荷的需求以及供電的能力需要。②電力變壓器的容量和臺數的多少對二次側的主接線的電氣裝置的選取有著很大的決定性的作用；如果沒有足夠的臺數，那么就會導致后期的維護費用的增加或者引起事故的發生等。③主接線的方案比選，首先應該從技術的先進程度上綜合的比較來選出最合理的一種方案。其次就是按照短路電流的計算結果，再結合所選的型號來選用斷路器。

3.6 一次系統主接線配置要求

主接線的設計應滿足可靠性、靈活性和經濟性的要求。

①供電可靠。在電力系統中，各種電氣設備的正常工作，必須保證其安全穩定，盡量避免故障的影響；在發生短路的時候，能盡快切除，以減少更多用戶的損失；當系統的運行方式不改變時，應盡可能的縮小線路長度，以便節約投資。②調度方便。當變電站的規模較大時，應該考慮到未來的發展規劃，使電廠的建設可以快速的進行并投入運營，同時也要為將來可能出現的事故做好準備。③擴建便利。由于我國的能源分布不均，所以對電網的輸送能力也有一定的限制作用。因此，為了提高傳輸的效率和節省成本，需要將主接線的設計改為單母線的形式即可。根據上述的分析可知，一次系統的配置是有多種方案的：單母線及分段接線、雙回路、雙斷路器、隔離開關等。

3.7 電氣設備設計

根據變電站的具體情況，選擇合適的電氣設備，是保證電力系統穩定運行的重要因素。在實際工作中，必須要結合電網的基本狀況，合理地配置各種電氣設備，使其能夠滿足不同負荷的要求和特點。

①主變壓器的設計。首先，要確定出變電站的主變壓器類型，然后對其進行比較，最后，再對主接線的方案做詳細的分析計算。②短路電流的計算和繼電保護的選擇。短路電流的計算主要包括三相短路、兩相或單相接地的可能性，如果發生單相故障時，則會造成跳閘的問題；而出現單相短路的時候，則會導致跳閘，從而影響整個系統的安全與可靠。所以，需要依據相關的數據資料來判斷是否屬于非正常的狀態。

3.8 接線形式

接線方式有兩種：單母線接線和雙母分段帶旁路。

①單母線及旁路。在正常運行中，兩段配電裝置都采用單母線及旁路，且在故障情況下，兩回路的進、出線路的斷路器合投時，可以使用的時間也比較多。②雙條帶旁路。當一條進、出線路發生短路過動的時候，該段短路過動的區段一般是斷開后的兩條干線。當其中一條路由臺架空導線的設備損壞時，另一條則會被斷開。雙條帶旁道的作用是如果一段由隔離開關的另一段配電裝置停電，那么另一個段的負荷就會停止供電，并不會影響到另一段的電力供應；同時，若兩股饋電線的絕緣水平不一樣，則允許的最大輸送功率小于或等于額定輸電電壓。這種方法適用于距變電站5～10 km 的變電站。由于本次設計的為220 kV 及以下的高壓電網，所以選擇的接線為單條出線。

3.9 短路

由于電力系統中的故障在短時間內發生，所以導致的后果是非常嚴重的，例如，短路的破壞和影響設備的安全。因此，必須采取必要的措施來限制可能會出現的各種危害。

①當短路電流通過導體時，會產生很大的電動力，使其的電壓下降，從而使整個系統的穩定性降低，甚至燒毀電氣設備。②當短接地過載時，電路中的點將會有較大的電功率，這將會造成巨大的損失；同時，如果導線的截面積過大，也會對附近的通信設施帶來不利的影響；并且，還會引起其他的電氣事故。③在正常工作的情況下，線路上的負載也不會因為絕緣損壞而減少。但在過載的時候，卻無法恢復到之前的狀態或繼續使用。為了防止這些問題的發生，以及避免它們的再次重演，應該盡可能的選擇最合適的方案來進行計算。通常來說，可以把三相的單相的接線方式分為3種，即單母線、雙母線及多角形接線。

4 結束語

本次設計主要針對的是220 kV 的變電站一次電氣系統部分，該設計包括主變壓器的選擇與校驗，主接線方案的確定，以及短路電流的計算等。此次設計的內容涉及的知識點比較多，其中有工程的相關理論、電氣規范、繼電保護、防雷接地技術等。