220kV變電站電氣一次系統設計

珠海電力建設工程有限公司 蘇春成

變電站將電壓進行變換而后再進行分配，最終通過功率變換來講電力系統的電能輸送到各用電設備當中，其工作內容較為復雜。因此在進行變壓器設計時須設計出合理的執行方案，確保變電站能安全并高效運行下去，進而使得整個電力系統能有效地運作。對變電站進行設計的總體流程可分為電氣一次設計與電氣二次設計兩個步驟，下文提到的主接線設計、接地方案設計、防雷與照明方案及消防報警設計方案均在電氣一次設計范疇中。

220kV變電站的設計需遵循以下原則：要保證方案的安全性以及可靠性。由于電力能源非常易燃，易產生火災甚至導致爆炸，設計之初就應充分考慮到方案的安全系數；在變電站進行建設時須遵循同樣的設計標準，以免因設計人員意見不合而最終導致最終工期的延誤；由于不同地方實地情況與建設標準都不盡相同，在變電站建設時應根據實際情況設計出符合當地標準的變電站建設方案。

1 220kV變電站電氣一次設計存在的問題

主接線設計問題。為滿足供電設備的安全可靠原則，在進行主接線選擇時通常選用安全系數較高且復雜度也較高的主接線。但在滿足安全性的同時也帶來一些問題：由于組成較為復雜、后續維護費用較為昂貴，另外其核心構件會增多，會造成占用面積較大的問題。當前應用較為廣泛的兩種主接線方式中，雙母線接線兩組母線相互隔離且可進行相互倒換，因而在一組母線出現故障時，系統供電能在短時間內完成恢復，但在系統檢修時需對整體線路進行斷電，檢修成本較高；而單母線接線將母線進行分段連接，如其中單獨一段母線出現故障可利用分段斷路設備直接將故障部分去除，供電系統又可恢復正常，其故障處理靈活度較高且檢修費用較少。另外在進行電氣設備選擇時，需特別注意應計算好線路中不同點的短路電流，一旦計算出現錯誤或不夠準確，系統中的電氣設備便很容易燒毀[1]。

防雷問題。針對于220kV變電站這一高壓網絡，在夏季雷雨天氣中非常容易出現安全事故。為避免變電站安全事故的頻發造成不可估量的損失，須對變電站做好防雷處理。變電站防雷方案的設計須嚴格參考相關設計標準與規范，對避雷設備進行過壓保護處理，此外還應對變電站的避雷裝置及時進行檢修與保養維護，確保避雷設備能達到較強的避雷標準，進而使得整體配電網絡系統能安全高效的運行。

2 220kV變電站電氣一次設計

某地20kV變電站容量為360MVA，不足以提供當地500MVA的用電需求。此外該變電站110kV的出現間隔非常緊張，后續新的110kV出線間隔設置難度非常大，因此需重新建立一座220kV變電站。

2.1 220kV變電站電氣主接線的設計

2.1.1 變電站主接線設計方案

若該地原有變電站產生線路故障時，需將該變電站當中全部電荷向新變電站進行轉移。最終兩個變電站的總容量可達到1060MVA，新建成的變電站每回線路輸送電荷的容量可達到540MVA，負荷轉供比例系數最終可達到100%，不會出現失電現象。而當新建成的220kV電站出現線路問題導致供電故障時，由另外一邊電源向原變電站提供負荷，而由另一回線路來向新變電站提供負荷，此時符合轉供比例仍可到達100%，同樣不會產生失電情況。

2.1.2 電氣主接線設計及其具體分析

新建成的220kV變電站首期設置出線數量為3回，而在終期出線設置為6回，終期出線選擇雙母線接線的方式，且在線路當中專門設置母聯斷路器。變電站本期出線設置為3回，設置方法同終期出線相同。對于變電站的中性點進行接電時，選擇的接地方式是隔離開關直接接地法，可根據電力系統實際運行的情況來選擇直接接地還是不接地。

針對于電氣情況，具體計算分為兩步，首先需進行潮流計算。這一計算主要考察的是新建220kV變電站在實際投入使用后區域線路及主變的負載，另外還需校驗變電裝置及送電電路的實際導線界面情況。新建變電站投入使用后所在系統的潮流分布科學，且區域線路及主變的負載情況均正常、沒有發生過載現象，線路當中雙母線的電壓大小始終保持正常。同時在投產階段，對新建變電站的一回線路進行檢修，各線路負載情況以及母線電壓均處于正常水平。除了潮流計算外，還需對新建變電站進行短路計算，其具體的變電站運行方式選擇220kV系統環網運行，并將3臺終期主變也投入到系統運行中。經計算，新建220kV變電站母線的單相及三相短路電路均不大于50kA，這一計算結果符合相關標準[2]。

2.1.3 電氣設備的選擇

確定主變參數。本工程新建變電站的主變壓器型號為SFSZ11-180000/220，180MVA，接線選擇YN、yn0、d11，180/180/60，母線短路電流須小于50kA。因此對于各級電壓設備的開路與短路電流都應當設置為50kA。

確定低壓無功補償配置。根據新建220kV變壓器的無功補償結果可對電容器的量級進行選擇。本工程每臺主變壓器都應配置相應的電容器，經分析該電容器應選擇5×8MVar的大小，而在終期安裝低壓電容器時規格應當選擇3×5×8，設置完各部分的電容器后可監測分析得到電容器引起的波動大小是0.12%，不符合國家關于電壓波動值得限定標準。

確定導線截面面積。通常情況下220kV變電站的線路當中導線截面面積應高于2×400mm2，但針對于用電量較大、電力負荷較重的地區，通常線路的導線截面積會增加許多。在該工程項目當中新建變電站同原有變電站遠期可達到的總容量為1060MVA。新建成的變電站每回線路輸送電荷的容量可達到540MVA，由于首期出現共有3回，加入其中一回電源線出現技術問題導致該回電路不能繼續供電時，剩余兩回的輸送容量可達到1080MVA，完全能滿足遠期的供電量要求。

2.2 220kV變電站接地設計

新建變電站的主要接地方式為水平接地，另外再設置垂直接地體共同組成變電站的混合機接地網絡。由于變電站大門以及各電力設備所在區域的入口處的潛在危險風險均較高，因此其接地設計非常重要，在該工程當中設計均壓帶來減小跨步電壓。對避雷裝置進行集中接地設置，獨立避雷裝置進行單獨接地處理。對避雷針進行接地時，其與建筑的空氣間隔應大于5米，且接地距離應當大于3米。由于變電站的特殊環境，其發生觸電事故以及火災的風險較高，因此除接地之外還應降低接地電阻，這里使用到的方法是引外接地及添加降阻材料。

2.3 220kV變電站防雷與照明設計

220kV高壓網絡變電站進行防雷設計時，室外的配電裝備應在室外設置獨立避雷針避免直擊雷對變電設備的影響，而針對于室內的配電裝備，應在變電站的樓頂安裝避雷針，并在頂層大范圍鋪設避雷帶，以保障整個變電站的避雷效果。該工程在設計時選用獨立構架避雷針完成室外保護工作，選用220kV避雷器以及對應的出線套管來共同完成變電站的室外保護。

由于變電站內部較為封閉且需不間斷工作，因此其照明非常重要，室外、房間及走廊均需要照明，以保障人員操作的順利完成。在進行照明設計時，選擇投光燈作為室外配電設備所在場地的檢修照明，此外還需在道路旁設置專用路燈以保障工作人員設備操作與后期監測巡視順利進行。對室內照明進行設計時，不僅需保證工作間內的正常照明，還需另外設計在出現緊急情況時的臨時照明，以充分發揮其應急功能。另外一旦電力系統產生故障，工作人員需安排檢修，此時的緊急照明裝置也需進行設計。

2.4 220kV變電站消防報警設計

由于變電站安全事故發生的概率很高，且一旦發生危險造成的損失不可估量，因此在對220kV變電站進行電氣一次系統設計時消防報警系統十分關鍵。該系統產生的報警信號能快速引導工作人員及時發現危險、解決問題，進而避免后續的損失。設計消防報警系統時，需多個火災探測設備、報警控制設備及蜂鳴器共同組成，可將上述設備用電纜同消防栓上的控制設備相連接。一旦發生火災，火災探測設備便可感應到煙霧信號，啟動報警控制器并由蜂鳴器最終發出報警信號[3]。

電力能源作為日常生活當中最不可或缺的重要能源，在生產生活的各方面都有十分廣泛的應用，因此變電站作為配電網絡當中的關鍵環節，其安全高效的運行能在很大程度上保障居民正常用電以及電力系統正常工作。在對變電站進行電氣一次系統設計時，從主接線的選擇與線路設計、接地方案的設計、防雷以及消防報警各個方面都要嚴加把控，依據建設地實地情況通過數據分析得到最優化設計方案，進而保障220kV變電站的最終供電效能。