220kV变电站电气一次系统设计

珠海电力建设工程有限公司 苏春成

变电站将电压进行变换而后再进行分配，最终通过功率变换来讲电力系统的电能输送到各用电设备当中，其工作内容较为复杂。因此在进行变压器设计时须设计出合理的执行方案，确保变电站能安全并高效运行下去，进而使得整个电力系统能有效地运作。对变电站进行设计的总体流程可分为电气一次设计与电气二次设计两个步骤，下文提到的主接线设计、接地方案设计、防雷与照明方案及消防报警设计方案均在电气一次设计范畴中。

220kV变电站的设计需遵循以下原则：要保证方案的安全性以及可靠性。由于电力能源非常易燃，易产生火灾甚至导致爆炸，设计之初就应充分考虑到方案的安全系数；在变电站进行建设时须遵循同样的设计标准，以免因设计人员意见不合而最终导致最终工期的延误；由于不同地方实地情况与建设标准都不尽相同，在变电站建设时应根据实际情况设计出符合当地标准的变电站建设方案。

1 220kV变电站电气一次设计存在的问题

主接线设计问题。为满足供电设备的安全可靠原则，在进行主接线选择时通常选用安全系数较高且复杂度也较高的主接线。但在满足安全性的同时也带来一些问题：由于组成较为复杂、后续维护费用较为昂贵，另外其核心构件会增多，会造成占用面积较大的问题。当前应用较为广泛的两种主接线方式中，双母线接线两组母线相互隔离且可进行相互倒换，因而在一组母线出现故障时，系统供电能在短时间内完成恢复，但在系统检修时需对整体线路进行断电，检修成本较高；而单母线接线将母线进行分段连接，如其中单独一段母线出现故障可利用分段断路设备直接将故障部分去除，供电系统又可恢复正常，其故障处理灵活度较高且检修费用较少。另外在进行电气设备选择时，需特别注意应计算好线路中不同点的短路电流，一旦计算出现错误或不够准确，系统中的电气设备便很容易烧毁[1]。

防雷问题。针对于220kV变电站这一高压网络，在夏季雷雨天气中非常容易出现安全事故。为避免变电站安全事故的频发造成不可估量的损失，须对变电站做好防雷处理。变电站防雷方案的设计须严格参考相关设计标准与规范，对避雷设备进行过压保护处理，此外还应对变电站的避雷装置及时进行检修与保养维护，确保避雷设备能达到较强的避雷标准，进而使得整体配电网络系统能安全高效的运行。

2 220kV变电站电气一次设计

某地20kV变电站容量为360MVA，不足以提供当地500MVA的用电需求。此外该变电站110kV的出现间隔非常紧张，后续新的110kV出线间隔设置难度非常大，因此需重新建立一座220kV变电站。

2.1 220kV变电站电气主接线的设计

2.1.1 变电站主接线设计方案

若该地原有变电站产生线路故障时，需将该变电站当中全部电荷向新变电站进行转移。最终两个变电站的总容量可达到1060MVA，新建成的变电站每回线路输送电荷的容量可达到540MVA，负荷转供比例系数最终可达到100%，不会出现失电现象。而当新建成的220kV电站出现线路问题导致供电故障时，由另外一边电源向原变电站提供负荷，而由另一回线路来向新变电站提供负荷，此时符合转供比例仍可到达100%，同样不会产生失电情况。

2.1.2 电气主接线设计及其具体分析

新建成的220kV变电站首期设置出线数量为3回，而在终期出线设置为6回，终期出线选择双母线接线的方式，且在线路当中专门设置母联断路器。变电站本期出线设置为3回，设置方法同终期出线相同。对于变电站的中性点进行接电时，选择的接地方式是隔离开关直接接地法，可根据电力系统实际运行的情况来选择直接接地还是不接地。

针对于电气情况，具体计算分为两步，首先需进行潮流计算。这一计算主要考察的是新建220kV变电站在实际投入使用后区域线路及主变的负载，另外还需校验变电装置及送电电路的实际导线界面情况。新建变电站投入使用后所在系统的潮流分布科学，且区域线路及主变的负载情况均正常、没有发生过载现象，线路当中双母线的电压大小始终保持正常。同时在投产阶段，对新建变电站的一回线路进行检修，各线路负载情况以及母线电压均处于正常水平。除了潮流计算外，还需对新建变电站进行短路计算，其具体的变电站运行方式选择220kV系统环网运行，并将3台终期主变也投入到系统运行中。经计算，新建220kV变电站母线的单相及三相短路电路均不大于50kA，这一计算结果符合相关标准[2]。

2.1.3 电气设备的选择

确定主变参数。本工程新建变电站的主变压器型号为SFSZ11-180000/220，180MVA，接线选择YN、yn0、d11，180/180/60，母线短路电流须小于50kA。因此对于各级电压设备的开路与短路电流都应当设置为50kA。

确定低压无功补偿配置。根据新建220kV变压器的无功补偿结果可对电容器的量级进行选择。本工程每台主变压器都应配置相应的电容器，经分析该电容器应选择5×8MVar的大小，而在终期安装低压电容器时规格应当选择3×5×8，设置完各部分的电容器后可监测分析得到电容器引起的波动大小是0.12%，不符合国家关于电压波动值得限定标准。

确定导线截面面积。通常情况下220kV变电站的线路当中导线截面面积应高于2×400mm2，但针对于用电量较大、电力负荷较重的地区，通常线路的导线截面积会增加许多。在该工程项目当中新建变电站同原有变电站远期可达到的总容量为1060MVA。新建成的变电站每回线路输送电荷的容量可达到540MVA，由于首期出现共有3回，加入其中一回电源线出现技术问题导致该回电路不能继续供电时，剩余两回的输送容量可达到1080MVA，完全能满足远期的供电量要求。

2.2 220kV变电站接地设计

新建变电站的主要接地方式为水平接地，另外再设置垂直接地体共同组成变电站的混合机接地网络。由于变电站大门以及各电力设备所在区域的入口处的潜在危险风险均较高，因此其接地设计非常重要，在该工程当中设计均压带来减小跨步电压。对避雷装置进行集中接地设置，独立避雷装置进行单独接地处理。对避雷针进行接地时，其与建筑的空气间隔应大于5米，且接地距离应当大于3米。由于变电站的特殊环境，其发生触电事故以及火灾的风险较高，因此除接地之外还应降低接地电阻，这里使用到的方法是引外接地及添加降阻材料。

2.3 220kV变电站防雷与照明设计

220kV高压网络变电站进行防雷设计时，室外的配电装备应在室外设置独立避雷针避免直击雷对变电设备的影响，而针对于室内的配电装备，应在变电站的楼顶安装避雷针，并在顶层大范围铺设避雷带，以保障整个变电站的避雷效果。该工程在设计时选用独立构架避雷针完成室外保护工作，选用220kV避雷器以及对应的出线套管来共同完成变电站的室外保护。

由于变电站内部较为封闭且需不间断工作，因此其照明非常重要，室外、房间及走廊均需要照明，以保障人员操作的顺利完成。在进行照明设计时，选择投光灯作为室外配电设备所在场地的检修照明，此外还需在道路旁设置专用路灯以保障工作人员设备操作与后期监测巡视顺利进行。对室内照明进行设计时，不仅需保证工作间内的正常照明，还需另外设计在出现紧急情况时的临时照明，以充分发挥其应急功能。另外一旦电力系统产生故障，工作人员需安排检修，此时的紧急照明装置也需进行设计。

2.4 220kV变电站消防报警设计

由于变电站安全事故发生的概率很高，且一旦发生危险造成的损失不可估量，因此在对220kV变电站进行电气一次系统设计时消防报警系统十分关键。该系统产生的报警信号能快速引导工作人员及时发现危险、解决问题，进而避免后续的损失。设计消防报警系统时，需多个火灾探测设备、报警控制设备及蜂鸣器共同组成，可将上述设备用电缆同消防栓上的控制设备相连接。一旦发生火灾，火灾探测设备便可感应到烟雾信号，启动报警控制器并由蜂鸣器最终发出报警信号[3]。

电力能源作为日常生活当中最不可或缺的重要能源，在生产生活的各方面都有十分广泛的应用，因此变电站作为配电网络当中的关键环节，其安全高效的运行能在很大程度上保障居民正常用电以及电力系统正常工作。在对变电站进行电气一次系统设计时，从主接线的选择与线路设计、接地方案的设计、防雷以及消防报警各个方面都要严加把控，依据建设地实地情况通过数据分析得到最优化设计方案，进而保障220kV变电站的最终供电效能。