220 kV变电站电气一次系统设计分析

2022-03-13何敏接

今日自动化 2022年11期

何敏接

（东莞市输变电工程建设有限责任公司，广东东莞 523000）

1 课题研究背景及难点

我国电力行业的大力发展主要是从改革开放之后开始的。经济的快速增长，人们生活水平的提高，对电能质量要求的不断提升，以及国家对于能源的大力开发，使得社会的电力需求量越来越大，因此，对电网建设的速度和规模提出了更高的标准与要求。而变电站作为整个电力系统的重要组成部分，其设计的好坏将直接影响着供电的可靠性、稳定性及安全性。所以，在进行变电站的设计时，要充分考虑到其运行的安全可靠，同时还要兼顾到投资的节约性，以保证用户用电的方便性[1]。

2 220 kV变电站电气一次系统设计必要性及现状分析

2.1 变电站建设必要性

随着我国经济的快速发展，电力系统的建设取得了很大的进步与提升，在这个过程中，变电站的建设也成为非常重要的环节之一。而在变电站实际的运行当中，由于电网结构复杂，并且其规模较大，就会出现很多的问题需要解决，比如线路短路、断路器故障等，这就使得整个变电站的工作变得十分繁杂，而且还增加了维修的难度以及成本[2]。因此，为了能够让这些困难得以改善，就要对变电所进行合理的规划设计，使其可以满足用户的需求和供电的可靠性要求。除此之外，对于一些大型的发电厂，都会有比较高的电压等级，而在这种高压输电的情况下，如果发生了短路的现象时，就会造成严重的后果；同时，短路还会产生大量的热量和电动力，从而对设备的耐压性、稳定性、安全性都有一定的影响；此外，当遇到雷击的天气时，会将引起的破坏比正常的时候还要大，这也将导致输电网络的损坏程度提高。

2.2 变电站电气一次系统的发展历程、现状及影响

在我国，电力系统的建设起步较晚，但随着经济的快速增长，中国已拥有了世界上最大的发电厂和配电网络。在过去的几十年里，由于国家的大力支持，以及人们对生活质量的要求和对电能的需求量不断增加，使得电网规模迅速扩大，同时也使变电站的数量也越来越多。因此出现了许多新的技术、新设备，为满足用户的不同需要，各种新型的接线形式，如，微机控制的接线，电子式的接线，数字化的接地等。近年来，计算机仿真技术的应用日益广泛，通过软件模拟的方法，可以实现对工程的研究与设计，并能准确地进行数据的统计与分析，从而为决策者提供可靠的依据；另一方面，它也是一种利用数学模型来解决复杂的问题或过程的分析手段。当前，国内外当有大量的专家学者致力于变电站电气一次系统的设计研究中，以提高可靠性，降低成本减少投资，以达到最佳的使用效果。

3 220 kV变电站电气一次系统的设计策略

3.1 总体规划

220 kV 变电站的电气一次系统的设计是根据相关的设计规范和工程建设的实际情况进行的，在进行变电站设计时，要以经济性、可靠性、灵活性为原则，同时，也要结合当地的自然条件以及社会环境，对整个电网的结构和运行方式做出合理的选择与确定，从而使其达到最佳的供电效果[3]。

变电站的电气一次部分主要包括主变压器的接线形式、短路电流的计算及各种保护装置的配置；站内的配电设备的选型及校验继电保护的整定，防雷的整定等。在此次变电站的电气一次系统的设计研究中，首先需要对主接线方案比较分析，然后再通过分析该线路的技术指标，最后再从安全可靠的角度出发，选出最合适的设计方案来完成该任务。

3.2 变电站电气一次系统设计原则

在进行变电站的电气一次系统设计时，首先要根据实际环境来确定所选的电气一次装置的型号以及容量大小。同时，还要考虑到工程的具体情况，比如在某地区的地质条件、地形地貌等方面的因素，对整个电网的影响等。

①可靠性。电力系统是一个非常复杂的系统工程，其可靠性包括许多方面，例如，供电的稳定性、电压的稳定、频率的高低以及故障的偶然性和不确定性等。所以在进行变电站的设计时，要充分考虑到这些因素，保证在发生突发事件时，能够有足够的时间来解决问题，确保电网的安全运行。②灵活性。电气一次系统的设计应具有一定的机动性和可操作性，以满足各种不同的用电需求。同时，还要能适应多种负荷的变化要求。因此，在实际的设计过程中，要根据具体的情况来选择合适的主接线形式，并对其进行合理的配置与组合，从而使其能有效地发挥作用。③经济效益与安全性随着我国社会的不断发展，对电能的需要也越来越大，而为了保障人们的正常生活，必须提高电气的技术水平，以达到减少投资，降低成本，节约资源的目的；另外，还应该注意防火防盗，避免因火灾而造成人员伤亡。

3.3 变电站电气一次系统的设计要求

变电站的电气一次系统的设计主要包括以下几个方面：

①电力系统的运行方式和各部分所需的参数。②主接线的方案和技术经济指标。③主线的设计方案与选择原则、方法及其在单母子公司上的应用等。在进行电气一次设计时，要根据实际的工程情况，结合国家的相关规定，以可靠性、灵活性以及操作方便性等系统来确定最终的设计方案与步骤。同时，还要考虑到未来可能出现的各种突发事件，例如一些重要的大型设备发生故障时，是否会影响整个电网的供电质量，所以要做到提前预测，并做好应急处理。在设计的过程中，要充分思考如何提高工作效率，减少投资，降低成本。最后还应注意的是，设计人员的综合能力，不仅需要具备过硬的专业知识，还需要有丰富的实践经验，这样才能更好地完成任务。同时，必须严格的按照国家标准来执行，以确保电气的安全可靠。

3.4 变电站电气一次系统设计要点

变电站电气一次系统设计的主要任务是：对主接线进行简单的设计和分析，选择出合适的电气设备，并且对主接线方案的经济性、可靠性、灵活性以及合理性等方面做出综合的评价；根据负荷的性质和用电的要求来确定变压器的容量与台数，并通过校验短路电流，来保证安全可靠运行；在继电保护的整定计算中，要考虑到未来的发展情况，使其能满足今后的发展需求。

①变电站电气一次系统设计应以国家电网为基础，以电能生产与输送的实际需要为前提，充分利用计算机网络技术，实现对电力系统的实时监测和控制，保证整个电气一次装置的安全运行。②在进行设计时，应考虑到工程建设的经济性、先进性以及可靠性，使其能满足未来的发展需求。③在设计过程中，要结合当地的自然条件，尽量减少投资降低成本。④在设计的时候，要注意保护环境，做到节能环保，提高能源的综合使用效率。⑤根据变电所的具体情况，对其电气主接线进行方案选择，并确定最终的设计方案是否可行。同时，还应该考虑到后期的维护工作，防止发生故障时，影响日后的正常供电。因此必须认真对待。⑥还需了解设备的性能参数，并通过试验来验证。⑦再确认最佳的接线方式。如果出现了问题，也可以尽快解决，确保系统的安全性和稳定性。

3.5 变电站电气一次系统的主要技术指标

对于变电站一次系统的主要技术指标，主要是根据工程的具体情况来确定还要充分的考虑当地的自然条件，如：地形、地质、水文等。

①变电站的一次设备的数量和占地面积是影响其运行的主要因素。所以在设计时，应尽量满足其最大负荷的需求以及供电的能力需要。②电力变压器的容量和台数的多少对二次侧的主接线的电气装置的选取有着很大的决定性的作用；如果没有足够的台数，那么就会导致后期的维护费用的增加或者引起事故的发生等。③主接线的方案比选，首先应该从技术的先进程度上综合的比较来选出最合理的一种方案。其次就是按照短路电流的计算结果，再结合所选的型号来选用断路器。

3.6 一次系统主接线配置要求

主接线的设计应满足可靠性、灵活性和经济性的要求。

①供电可靠。在电力系统中，各种电气设备的正常工作，必须保证其安全稳定，尽量避免故障的影响；在发生短路的时候，能尽快切除，以减少更多用户的损失；当系统的运行方式不改变时，应尽可能的缩小线路长度，以便节约投资。②调度方便。当变电站的规模较大时，应该考虑到未来的发展规划，使电厂的建设可以快速的进行并投入运营，同时也要为将来可能出现的事故做好准备。③扩建便利。由于我国的能源分布不均，所以对电网的输送能力也有一定的限制作用。因此，为了提高传输的效率和节省成本，需要将主接线的设计改为单母线的形式即可。根据上述的分析可知，一次系统的配置是有多种方案的：单母线及分段接线、双回路、双断路器、隔离开关等。

3.7 电气设备设计

根据变电站的具体情况，选择合适的电气设备，是保证电力系统稳定运行的重要因素。在实际工作中，必须要结合电网的基本状况，合理地配置各种电气设备，使其能够满足不同负荷的要求和特点。

①主变压器的设计。首先，要确定出变电站的主变压器类型，然后对其进行比较，最后，再对主接线的方案做详细的分析计算。②短路电流的计算和继电保护的选择。短路电流的计算主要包括三相短路、两相或单相接地的可能性，如果发生单相故障时，则会造成跳闸的问题；而出现单相短路的时候，则会导致跳闸，从而影响整个系统的安全与可靠。所以，需要依据相关的数据资料来判断是否属于非正常的状态。

3.8 接线形式

接线方式有两种：单母线接线和双母分段带旁路。

①单母线及旁路。在正常运行中，两段配电装置都采用单母线及旁路，且在故障情况下，两回路的进、出线路的断路器合投时，可以使用的时间也比较多。②双条带旁路。当一条进、出线路发生短路过动的时候，该段短路过动的区段一般是断开后的两条干线。当其中一条路由台架空导线的设备损坏时，另一条则会被断开。双条带旁道的作用是如果一段由隔离开关的另一段配电装置停电，那么另一个段的负荷就会停止供电，并不会影响到另一段的电力供应；同时，若两股馈电线的绝缘水平不一样，则允许的最大输送功率小于或等于额定输电电压。这种方法适用于距变电站5～10 km 的变电站。由于本次设计的为220 kV 及以下的高压电网，所以选择的接线为单条出线。

3.9 短路

由于电力系统中的故障在短时间内发生，所以导致的后果是非常严重的，例如，短路的破坏和影响设备的安全。因此，必须采取必要的措施来限制可能会出现的各种危害。

①当短路电流通过导体时，会产生很大的电动力，使其的电压下降，从而使整个系统的稳定性降低，甚至烧毁电气设备。②当短接地过载时，电路中的点将会有较大的电功率，这将会造成巨大的损失；同时，如果导线的截面积过大，也会对附近的通信设施带来不利的影响；并且，还会引起其他的电气事故。③在正常工作的情况下，线路上的负载也不会因为绝缘损坏而减少。但在过载的时候，却无法恢复到之前的状态或继续使用。为了防止这些问题的发生，以及避免它们的再次重演，应该尽可能的选择最合适的方案来进行计算。通常来说，可以把三相的单相的接线方式分为3种，即单母线、双母线及多角形接线。