探讨变电站电气一次设计

张敏

摘 要：变电站电气一次设备的安全性和稳定性，是电力正常运行的重要条件。在变电站的设计和施工过程中，电气一次设备的设计是关键。针对变电站设计的现状，探讨了变电站电气设备的一次设计。

关键词：变电站；电气一次设计；电气主接线；接地；防雷

中图分类号：TM411文献标识码： A

0 引 言

变电站电气一次设计主要包括发电机，变压器，隔离开关，断路器，在变电站电气设计的输电线路和电力电缆和其他电气设备。发电、输电和配电过程是依靠一个变电站电气设备相互连接的。各部分运行一次设备的变电站是否正常的，一个环和两个回路的正确性，将影响变电站的正常运行，而且会影响电力系统的正常工作。因此，对变电站电气设备的设计必须是设计者的重视，为了减少变电站事故频率。

1 变电站电气一次设计的相关准备工作

变电站电气一次设备的性能直接影响到电网发电、 输电、变电以及配电等过程，因此，技术人员必须加强对电气一次设备的优化设计。

（1）变电站设计人员应当充分做好变电站电气一次设备设计的可行性研究，严格按照我国相关变电站标准要求来进行设计，要全面考虑变电站选址的可行性与恰当性，要对变电站周边地质环境状况、交通运输情况以及环境污染情况做好充分的调查，以作设计的参考数据。 此外，设计人员还必须以该设计的实际情况作为设计的基础条件， 制定相关切实可行的设计施工方案，以推动高质量、标准化的变电站电气一次设备设计工作的顺利进行。 最后，设计人员还应当综合考虑变电站设计的长远目标与经济收益，以制定相关的设计方案以及设备、技术投入等。

（2）设计人员要慎重选择电气一次设备 ，选择的基础就是电力系统一次主接线、短路电流及负荷，另外设备选择的原则也必须严格按照相关标准。 另一方面，所选的一次设备必须要与施工环境相适应， 且要充分结合电气一次设备的具体实际应用要求与实际的供给需要，以更好地确定电气设备的形式。 最后，设备的选择应当满足电力系统正常运行状态下对各种设备的稳定值要求，同时也要满足短路故障时各电气设备的动稳定、热稳定性等性能要求。 技术人员还必须注意以安装位置的三相短路作为计算的基础条件，对开关电器本身的断流能力进行检验。

2 变电站电气主接线设计

变电站电气主接线的设计可以说是电气设计的关键，主接线的设计除了会对整个电力系统中各个配电装置、继电保护工作、自动控制装置与拟定电气设备的选择等产生影响，还会对电力系统的运行状况产生深远的影响。 变电站电气主接线的设计主要根据变电站的重要性、分期以及终端建设规模、电力负荷、电力系统的备用容量以及相关设计标准专业要求为重要基础。

变电站电气主接线的设计原则是可靠性与灵活性，简单来说就是确保变电站电气的主接线设计工作可以能够适应电力系统中可能出现的各种运行情况，且要在极短时间内得以灵活转换，当然，还必须充分考虑主接线设计的经济性。

变电站最常用的主接线方案有四种， 即单母线接线方案、单母线分段接线方案、双母线接线方案以及双母线分段接线方案，具体情况如图 1～4 所示。 实际上，各接线方式的选择应当根据实际需要而定， 而各个接线方案都有优缺点以及适用范围，因此应根据实际施工情况、施工需要综合考虑经济性、实用性以及安全性，选择最佳的一次接线方式。

图 1 单母线接线方案 图 2 单母线分段接线方案

图 3 双母线接线方案图 4 双母线分段接线方案

主接线的可靠性要求，主要体现在设计人员必须确保电力系统的断路器在检修过程中不会对电力系统与负荷造成影响，另外还必须防止出现全站停电或停运的事故，也就是说变电站母线、断路器等在检修状态下，变电站电气主接线可以满足一级负荷以及绝大部分二级负荷的供电需求，从根本上尽可能减少停电时间以及停运线路回数。

而主接线的灵活性要求即指主接线设计应当满足电力系统调度对变压器以及线路的灵活投切、系统电源以及电力负荷的有效调配、电力事故运行的检查检修等，最重要一点就是确保电力系统断路器等一次设备检修时还可以灵活维持电网的运行以及供电的正常。

3 电气一次设备的合理选择

3.1 变电器的选择

变电站变电器的设计应当要把主变压器作为设计的关键，设计人员对变电器的设计就是对主变压器的选择与设计。 以110kV 变电站为例，其主变压器的选择与设计应当充分考虑以下内容：①一些具有冷却功能的设备应当根据主变压器的外部工作环境、本身结构特征以及具体容量来决定；②变电器的选择应当以确定的有载调压或无激磁调压方式来决定；③必须严格按照电力系统要求设备的相数、绕组数、绕阻的接线组别等的实际需要作为最终变电器确定的条件。

3.2 断路器的选择

断路器的选择会对变电站运行的安全性产生重要影响，因此设计人员应当对断路器的选择给予充分的重视。 ①设计人员应当尽可能延长断路器的使用寿命以及保证其性能发挥正常，尽量选择安装方便，简于检修的断路器；②断路器的选择应当确保其在电力系统合闸运行时还具备足够的导电性，以保证在负荷电流以及短路电流通过时，设备还具有良好的动稳定性能与热稳定性能。

4 电气接地设计

在实际的变电站设计建造过程中，为确保变电站电气一次设备的正常运行以及避免施工人员因触电而发生安全事故，一般会将电气设备的某部分与大地进行良好的连接，这就是我们所说的电气接地设计。 电气接地除了可以有效防止触电，还可以避免电气一次设备的机械性损害，有效避免火灾、爆炸的发生。

一般地，变电站电气一次设备的正常接地装置主要是由接地体与接地线组成，接地体一般分为自然接地体与人工接地体两种，最常用的是自然接地体，接地体多采用角钢，只要将其端部削尖，则可直接打入地中；而接地线一般都采用扁钢或圆钢。接地体一般是环绕着变电所进行敷设，而变电所的高压配电室与低压配电室分别有两处都与接地体连接，变压器只有一点与接地体连接起来的。 另一方面，变电所内高压配电室、低压配电室与变压器室均在室内用扁钢连接成一整体。 最后，接地电阻的计算值应当满足高压小接地系统的保护接地以及低压电气设备保护接地与工作接地电阻计算值。

5 电气防雷设计

电气防雷设计主要是为了避免直击雷与雷电过电压的伤害，变电站电气一次设备的防雷保护设计主要有三种，即直击雷保护、雷电过电压保护以及接地防雷保护。 直击雷保护即指变电站采用屋顶避雷带避免直击雷的侵害，这是因为变电站配电装置主要是全户内布置的， 屋顶避雷带应使用热镀锌扁钢，同时应当将其牵引到下部分与主接地网安全连接；而雷电过电压保护主要是指为避免线路侵入雷电波造成电压过高，因此在110kV 进线与 10kV 母线上分别安装特定的避雷器； 接地防雷保护是指变电站接地方式主要以水平接地体为主，以垂直接地极作为辅， 另外主接地网应当选择 6mm×6mm 的镀锌扁钢，垂直接地极则应当选择 50mm×50mm×2500mm 镀锌角钢。 最后，设备引下线最好选择 60mm×8mm 镀锌扁钢。 接地防雷设计应当尽可能布置在配电站之外的空地中， 同时要将接地极深埋；主接地网的接地电阻应当小于 0.5Ω，还要注意在经常出入的大门处设置一些与主接地网连接的均压带。

6 结束语

作为电网的关键部分， 变电站电气一次设计尤为重要，其设计的合理性、经济性与安全性将会对变电站的质量产生直接影响。 因此，变电站设计人员必须要在满足设计规范的前提下，必须制定完善的设计方案，全面考虑电气一次设备的设计与安全保护措施，充分考虑变电站电气一次设备设计的可行性与实用性，注重对设备的检查维修，确保电气一次设备能够在安全稳定的情况下进行安全运行。 另外，在电气一次设备的设计过程中，设计人员要做好全面的变电站风险评估，尽可能避免安全隐患的出现，并预先制定完善的安全措施，在实际施工过程中还要提出相关的合理施工建议。

参考文献：

［1］ 江才杨. 浅议变电站电气一次设计的具体要点［J］. 变电设计，2008（28）.

［2］ 郭毅朝 ，张素乾 ，莫雨贤. 探究变电站电气一次设计的具体方法及其应用实例［M］. 四川：四川科学出版社，2011，12.