浅谈变电站设计

周宇飞　张蕾　郭琳

摘 要：随着我国经济和技术的快速发展，电力工业的发展也非常迅速。人们对电能的需求越来越高，电力负荷也越来越大，导致了电力供应不足的现象。因此，对变电站的要求越来越高。变电站主要分为两种：发电厂变电站和电网变电站。其中电网变电站可以分为枢纽、配电、区域变电站，不同的变电站具有不同的作用，因此在变电站的建设过程中，要针对不同的变电站建造出最符合要求的电气部分。特别是变电站的主接线是变电站电气设计的主要部分，它确定变电站中变压器、断路器、线路、无功补偿装置等的连接形式，关系着整个电力变电站运行的可靠性和安全性，因此在设计时要特别注意。

关键词：变电站;电气自动化;系统设计

在城市电网主体的建设中，变电站的设计是最重要的技术环节之一。如何设计变电站电气自动化系统是城市电网建设和改造中需要研究和解决的重要课题。

一、变电站电气设计的内容

变电站作为电力系统中的重要组成部分，它的设计包括两部分：初步设计和施工设计。变电站的初步设计主要对设计方案的必要性、合理性、经济性、先进性等进行设计;变电站的施工设计主要是对初步设计进行精细化设计。在对变电站进行具体的电气设计时，主要分为电气的一次设计和二次设计。一次设计主要包括电气主接线、短路电流计算、电气设备、配电装置、过电压保护等;二次设计主要包括测量仪表、操作回路、监视等的设计。

二、变电站的规划与设计阐述

1.电气部分、土建部分。电气部分包含电气主接线、短路电流计算及主要设备选择、配电装置、电气总平面布置、变电站总平面规划布置、变电站建筑与结构站用电部分。土建部分包含土建，水质情况、水文气象、综合楼的布置。其中联合楼结构建议多采用多层现浇钢筋砼框架及现浇钢筋砼楼屋面结构，建筑整体刚度好，同时在门窗口设置水平拉梁及加强基础梁，以便适合软土地基的不均匀沉降。室内楼梯均采用现浇钢筋砼板式楼梯。根据所址的地质条件，建筑物基础拟采用钻孔灌注桩基础。事故油池采用现浇钢筋砼结构。主变压器基础采用钻孔灌注桩基础。所区电缆沟为砖壁少量配筋砼底板结构，采用双面配筋的予制钢筋砼盖板。电缆沟纵向坡度≥0.5%。根据地质勘察报告，综合地质情况和上部结构荷载要求，综合楼框架、主变和避雷针基础采用钻孔灌注桩基础，采用端承型桩。

2.水工部分、消防部分。水工部分包括给水和排水。变电所用水主要有生活、绿化及消防用水。平均用水量约3m3/d，给水由附近引接，距离约150米;所内消防给水管采用镀锌钢管，生活给水管采用φ150UPVC给水管。所区道路为公路型道路，场地排水采用组织排水，生活污水经化粪池处理后至无动力污水生化处理池进行处理，经处理达到国家综合污水一级排放标准后排入城区污水系统管道，排水管长度约为150米;变压器事故排油采用油水分离处理，分离出的水及电缆沟积水一起也排至污水管道。消防部分要遵守一定原则，本工程消防设计只考虑所区的各类火灾的防止和扑灭，立足自救。本设计根据“以防为主，防消结合”的消防工作方针，遵循立足国内，中等适用的指导思想，在设计中严格执行国家有关防火规范各标准，优先采用防火材料，在加强火灾监测报警的基础上，对重要设备采用相应的消防措施。要注意消防通道，建筑物的火灾危险性及耐火等级。

3.暖通部分、环境保护和安全生产。暖通部分是空调、通风。环境保护和安全生产还包含污水处理和绿化。污水处理措施变电所噪声主要表现为电磁噪声，来源于变压器。设计中设备选用低噪声设备，对噪声敏感的建筑物如联合楼内的房屋布置，都已考虑使噪声源对建筑物中运行人员的影响减到最低限度。对联合楼内生产运行人员集中的地方，从建筑上考虑采用吸音材料，以减少噪声对人的影响。所内绿化重点在联合楼周围及围墙边，在联合楼周边适当位置种植经济合理的本地区植物。所内道路旁、空余场地等适当种植草皮绿化。变电所电气设备布置设计确保安全净距，同时采取防止电气误操作措施，以防止对运行人员的伤害。室内电缆沟入口处及地下技术层通至主控制室的保护屏等的电缆竖井和10kV电缆通至室外10kV电缆沟的孔洞采用防火材料封堵，电缆进入孔洞的两侧，涂刷1 m长的防火涂料，以防止电缆起火的蔓延。所内所有的电力设备均应可靠接地。

4.施工组织大纲。施工组织大纲包含施工总平面布置、主要施工方案、电气安装施工方案、冬雨季施工措施、施工进度、交通运输条件。

三、变电所优化设计策略

1.合理设计主接线。第一，主接线要求。保证所选择的主接线具有良好的可靠性、灵活性，即在检修断路器时不会对系统供电产生较大的影响，而如果系统母线出现运行故障，主接线可以最大限度的降低台数与停运回路数，保证系统可以正常供电。而对于灵活性来说，可以满足无人值班运行状态的要求，符合系统故障、运行以及维修等状态下的调度要求。第二，配电装置选型。110KV配电装置主要分为室内与室外两种形式，其中室外又包括高型布置、中型布置以及半高型布置等。设计时可以将高型布置方式應用于双母线，以上下重叠母线或者母线隔离的方式;而对于半高型方式可以应用到升高母线与母线隔离开关设计上，或者是在升高母线下对电流互感器或者断路器进行设计，以此来减小配电装置跨度，更适合应在进出线回路比较多的变电站。

2.合理选择变压器。第一，相数。需要以原始资料为依据，并结合变电站建设实际情况来确定变压器相数，当运输条件不为限制条件时，应选择用三相变压器。与单相变压器相比，三相变压器在耗损、投资、配电装置以及二次接线等角度来说更具优势，并且在运行过程中更容易进行维护。第二，绕组数。

3.加强防雷及接地设计。第一，安装防弧金具。在距离绝缘子轴线100～150mm范围内剥离一段绝缘导线绝缘层，并安装防弧金具，这样最后雷击过电压会作用到防弧金具上，可以对工频电弧路径进行确定。并且，对于环网线路来说，将防弧金具安装在绝缘子轴线起向两侧绝缘层位置，可以保证导线在任何潮流方式下都不会被灼伤。第二，安装感应雷屏蔽线。设计时要保证导线在安全距离下，对绝缘导线上方或者下方位置架设一感应雷屏蔽线，可以起到屏蔽导线的作用。第三，安装避雷器。选择用带间隙避雷器，在雷电过电压或者工频续流作用下才会动作，导线正常运行状态下不受工频电压影响，与其他种类避雷器相比，既可以起到避雷的作用，同时还可以有效延长其使用寿命，要注意在设计时需要相隔一基杆来安装一组避雷器。第四，接地设计。在导线下方架设耦合地线，以此来增加几何耦合系数与分流效果，提高变电站杆塔防雷水平。设计时要注意因为耦合地线在导线下方并且与大地连接，等于降低了杆塔高度，还可以有效降低绕击事故。

4.变电站二次部分的电气设计。变电站的电气二次设计主要包括监控、测量、自动装置、继电保护、操纵和信号回路等部分。目前采用计算机监控的方式对变电站进行监控，实现“四遥”。特别是继电保护是变电站二次设计中最重要的部分，它关系着整个电力系统的稳定运行，因此继电保护的设计要满足四个基本的要求，即选择性、快速性、灵敏性、可靠性。通过继电保护以及计算机监控综合提高变电站的自动化水平。

总之，变电站电气设计在变电站的建设中起着非常重要的作用，因此，在对变电站进行电气设计时要遵从一定的原则，根据变电站的容量、周围的环境、所需负荷的实际容量等设计出最适合的变电站，同时还要对电气设计的方案进行不断的优化，使其满足变电站的供电的可靠性和灵活性。

参考文献

[1]王红.变电站设计探讨.2017.

[2]郭召.变电站的设计浅议.2017.