关于110kV变电站电气一次设计的探析

弭 娜

宁夏先科电力设计咨询有限公司 宁夏银川 750001

电力系统中，变电站的功能作用巨大，如变换电压、分配电能、控制电流、调整电压等。变电站设计中，电气一次部分设计是关键内容，包括：变压器设计、高压断路器设计、隔离开关设计等，如电气一次部分设计存在问题，将会对变电站运行造成极大的影响。因此要高度重视110kV变电站电气一次设计工作，提高设计及系统的可靠性，降低故障概率。

一、110kV变电站在电力系统中的重要性

城乡发展不断加快的背景下，对于电力资源的需求量与日俱增，电力系统的运行，需要变电站的支撑，作为电力系统的重要组成部分，变电站具有电压变换、接收、分配以及控制电流输送方向等多方面的功能作用。由于110kV变电站直接面向广大用户，所以其具有分布广、数量多的特征，在设计110kV变电站时，应充分考虑到经济性、可靠性、灵活性等因素，在降低设计成本的同时，保证变电站的稳定性可靠性，灵活应对故障及停电情况，满足各个区域内居民的用电需求，助推社会有序运转。

二、110kV变电站电气一次设计流程

(一)可行性研究阶段的一次设计

在110kV变电站电气一次设计前，要重视可行性研究工作，为项目核准提供重要技术参考。可行性研究设计环节，应重点做好选址、可行性研究报告编写、论证计算等各项工作，并对一次设计方案予以确定，制定设计图纸，包括：电气主接线图纸、平面布置图纸等。

(二)初步设计

初步设计是110kV变电站电气一次设计的基础内容，在此环节应重点论证设计方案，优选可行性高、经济性优的设计方案，并对技术方案、技术经济指标以及造价等予以确定。在初步设计时，需完成说明书、电气主接线图、电气、接地网、电容器平断面平面布置图的初步设计工作，并制定设备材料清册。

(三)施工图设计

110kV变电站电气一次设计与施工，需要严格按照施工图纸进行，所以做好施工图设计工作非常重要。要进一步论证初步设计方案，及时发现存在的问题并予以优化。在该阶段，需要重点完成对施工设计说明书、施工图纸以及设备材料清册的设计编制工作，为后续设计施工提供便利和帮助。

(四)竣工图

一般情况下，竣工图纸并不需要进行重新设计，但是如果存在变更问题，则要及时对施工图进行调整，确保施工图和竣工图以及现场施工的一致性。

三、110kV变电站部分电气一次设计要点

(一)主接线方式设计

1.主接线方式

主接线方式主要包括两种：首先是内桥接线，该法在110kV变电站电气主接线中的应用极为广泛，线路出现故障且高压侧断路器数量少时，只需要将故障线路断路器断开即可，能够降低对其他线路运转所产生的影响。其次是外桥接线，只需要将线路和变压器组连接即可，该接线法非常简单，并且高压配电装置只需要配置两个单元即可，并不会占用过多土地资源，运行过程中如某条线路出现故障后，只需要在变压器低压侧作转移负荷操作即可确保正常用电，降低对周边变电站所造成的影响。相比较而言，内桥接线方式更适用于110kV变电站，系统供电安全性及可靠性更高。

2.设计原则

主接线设计时，应严格按照相应的原则展开设计工作。首先是经济性原则，主接线设计时，应在满足供电需求的情况下，高压侧应尽可能地减少断路器数量，减少占地面积，选择电气一次设备时，应优选性价比高的设备，同时要确保其能够有效解决线路短路问题，科学配置配电设备，节约土地资源。其次是灵活性原则，变电站主接线设计时，应充分考虑到多方面的因素，包括：电力调度需求、设备维修需求、后续扩建需求等，确保所在变电站能够实现对电力线路、负荷的灵活调整，设备出现故障时，应灵活的停运母线、继电保护设备，最大限度地降低故障影响。扩建变电站时要确保电气主接线设计适应电力装置要求，避免干扰、影响现有线路的正常运行。最后是可靠性原则，电气主接线，具有传输、分配电能的重要作用，承担着从输电网到各个负荷区的供电任务，因此必须要保证变电站电气主接线的可靠性，保证满足110kV变电站及电力系统的正常有序运行，提高供电质量。

(二)变压器选择及设计

1.合理选择变压器

110kV变电站中，变压器是关键设备之一，其关乎变电站运行的安全性和稳定性，因此合理选择变压器尤为重要，应优选节能型变压器，最大限度地降低变压器功率损耗，达到节能降耗的目的。具体来说，在选择变压器时，应结合实际情况予以灵活的选择，确保满足使用需求。如季节性负荷容量较大、有特殊功能要求时，可选用专用变压器；如冲击性负荷较大，极易影响电能质量时，应优选冲击负荷专用变压器；如对照明和动力方面有一定的要求，并且要保证寿命的情况下，或者电源系统不接地时，应优选照明专用变压器。

2.确定变压器数量

110kV变电站变压器配置时，应科学确定变压器数量，确保满足变电站运转需求。一般情况下，110kV变电站需配置2台以上主变压器，其中1台出现故障时能够及时启动备用变压器，同一变电站应在保证供电可靠性、质量的情况下，综合考虑负荷性质、供电条件、运行方式等多方面的因素对变压器数量予以合理化的确定。与此同时，还应考虑到主变压器容量、占地面积等因素，即使其中1台变压器出现异常停止运行，也不会对供电能力造成影响。需要注意的是，在城区内的110kV变电站设计时，由于土地资源紧张，因此要尽可能地减少变压器占地面积，节约土地资源，同时也能够确保供电质量，满足使用需求。

(三)断路器和隔离开关选择设计

1.隔离开关选择

配置隔离开关接地刀闸时，应严格遵循《电力工程电气设计手册》等相关规定进行配置。针对110kV变电站隔离开关的配置，两组母线侧的隔离开关应1台不带接地刀闸，另一台在断路器侧带接地刀闸，变压器侧的隔离开关，需要配置双接地刀。选择隔离开关时，可选用水平双柱形结构的GW14型隔离开关，可远程操作，及时解决处理异常故障，节约时间。应保证110kV变电站所选用的隔离开关型号一致，便于后期进行检修维护作业。

2.断路器选择

断路器在110kV变电站中发挥着重要作用，要保证断路器的选用合理。合闸运行时，断路器起到导体作用，可确保长期通过负荷电流以及短路电流，要保证其具有较高的稳定性。相反的，在跳闸状态下，断路器应具有良好的绝缘性能。不仅如此，断路器应有极强的极限分断能力及运行分断能力，优选结构简单、体积小、质量轻的断路器，并且要便于安装和后期维护作业，并且要保证具有较长的使用寿命，避免频繁故障影响正常使用，减少更换次数，最大限度地减少维护成本。

(四)高压配电装置设计

1.布置方式

高压配电装置的室外布置方式，主要包括三种方式，分别为室外中型布置、室外半高型布置、室外高型布置，每一种布置方式的优缺点不同，相比较而言，室外中型布置方式最为常见，虽然占地面积较大，但是其后期养护非常便利。布置时需利用母线线路连接110kV变电站内全部电气设备，然后安装于母线上，并不需要设置过多的设备支架，操作流程简单，经济性高，最重要的是系统运行可靠性理想。室内高压配电装置布置，主要包括普通110kV断路器室内设置、普通电气装置的室内设置、全封闭电气设备的室内设置。相比较而言，前两种配电装置布置方法对于资金的需求量较大，占地面积较大，后一种布置方法虽然具有便于管理维护、运行状态佳等优势，但也需要较高的成本投入，因此适用于土地资源紧张的城市中心区域。

2.设置特点

配电装置室内和室外布置两者对比，室外布置成本低，具备较高的运行可靠性，需要在室外地面支架上设置配电装置，控制适宜高度，保证配电跨度合理，但会占用较大的土地资源。室内布置则具有占地少的优势，需要在室内合理布置母线、断路器、隔离开关、电流互感器等装置，便于后期进行检修和运维管理。只有结合实际情况选用合理的配电器布置方式，方可满足110kV变电站及电力系统运转需求。

(五)接地系统设计

1.接地方式

接地系统是110kV变电站电气设计的重要内容，因此要重点做好设计规划工作，明确影响接地阻值的各项因素并做好优化工作，如泥土阻值过高时，可通过局部换土，使用降阻剂的方式进行优化，降低电网周边土地电阻率，减少接触电阻。接地效果不理想时，可适当增加接地体的设置，包括：水平、垂直接地体等，有效降低阻值。

2.接地意义

110kV变电站电气一次设计时，做好接地设计尤为关键，可降低因触电造成伤亡事件的发生概率，确保电气设备始终处于安全可靠的运行状态。具体来说，接地设计的价值作用，主要体现在下述几个方面：首先，合理设计接地系统，能够降低电气设备运转时机械损伤问题的发生概率，其次，能够避免人体接触电气设备引发安全隐患，最后，预防电气设备用电安全问题的发生。现阶段，接地系统主要由两部分组成，一部分是接地体，大多使用角钢，将其削尖后打入地下即可，另一部分是接地线，大多采用圆钢、扁钢，具有良好的性能和效果。

(六)抗震结构设计

110kV变电站电气一次设备设计时，做好抗震设计工作至关重要，尤其是地震灾害多发区域，应高度重视抗震结构设计工作，提升抗震性能。如110kV变电站建筑物具有较大的承重负荷，则禁止采用浅埋方法，避免出现变形、倒塌等现象。试验表明，用12m长500PHC管桩作为基础，可起到不错的抗震效果，降低变电站内建筑物沉降的概率，降低对电力设备所造成的影响，确保变电站及电力系统始终处于安全可靠的运行状态，对地震等不良影响做好应对防范。。

(七)防雷设计

雷电天气，会对110kV变电站的正常运行造成极大的影响，严重的甚至会导致变电站瘫痪，影响正常供电，因此做好对变电站的防雷设计工作尤为关键。110kV变电站电气防雷设计时，应重点考虑过电压、直击雷的防雷设计工作。首先，直击雷防护设计时，应将配电装置设置于室内，并在屋顶设置避雷带，降低直击雷所造成的影响。避雷带设置时，可选用热镀锌扁钢，利用大尺寸热镀锌扁钢引下线连接主接地网，让直击雷直接入地，防止破坏110kV变电站内的电气设施设备。其次，过电压防护设计时，可将避雷器设置于进线段和母端线路当中，实现对过电压的有效保护，或者可将避雷器安装在中性点，设置放电间隙，进而保护主变压器中性点绝缘。

(八)照明设计

110kV变电站电力一次部分设计环节，照明设计亦是一项不可缺少的工作，尤其是机房内外部、开关站内外部、厂房内外部等，均有着一定的照明需求，因此要认真做好照明设计工作。110kV变电站照明设计时，主要包括两个方面的内容，首先是工作照明系统，应确保该照明系统时刻处于正常的运行状态，照明度应达标。其次是事故照明系统，当工作照明系统出现异常故障的情况下，可及时启动事故照明系统，便于安全疏散等工作的开展。要合理设置事故照明系统位置，一般情况下，安全出口、疏散通道等均需要设置事故照明系统，无事故情况下，事故照明系统处于充电备用状态，当工作照明系统电源断开后，则事故照明系统进入工作状态。为达到节约电力资源的目的，在设计照明系统时，应采用分组、集中控制方法，或者可采用光控技术。此外，应科学合理的选用灯具设备，优选节能环保、寿命长、光照度高的灯具，满足110kV变电站工作照明及事故照明需求。

(九)消弧和过电保护装置设计

消弧和过电保护装置属新型技术产品，在110kV变电站电气一次设计中发挥着非常重要的作用，能够有效抵抗中性点非直接接地系统弧光接地对于变电站内的电气设备所造成影响，确保接地过电压、谐振过电压不会对危害电气设施设备。将消弧和过电保护装置合理化设置于中性点不接地系统内，一旦系统出现单相弧光接地，则该装置能够快速响应启动，将故障点电弧及时熄灭，并且能够有效限制弧光接地过电压。消弧和过电保护装置运行时，能够极大地提升电容电流连续通过上限，允许用户快速进行负荷转移，为后期故障检查维修工作提供便利和帮助。除此之外，消弧和过电保护装置还能够控制降低相和相之间的过电压，该装置处于封闭状态，表面为金属，科学设置于110kV变电站内，可保护弧光接地过电压、谐振过电压，同时具有装置本体故障保护功能以及故障信息上传功能，满足变电站保护管理需求。

(十)监控系统设计

新时期新环境下，对于110kV变电站监控系统设计工作提出了更高的要求。在过去，变电站监控系统尚未联网，工作人员每天需在监控室监控数据及设备运行，不仅工作效率低，易于造成人力资源浪费，而且极易因疏忽出现差错。信息时代，在110kV变电站设计时，应认真做好监控系统设计工作，综合应用计算机信息技术、网络技术、远程监控技术等，设计出智能化监控系统，实现对变电站运行状况及电力设备的实时化、动态化监控，及时发现异常问题并解决处理，减轻人员劳动强度，提升监控效率，提高110kV变电站智能化监控水平。

结语

综上所述，社会经济发展过程中，电力资源发挥着重要作用。为保证供电安全性、稳定性、可靠性、经济性，要高度重视110kV变电站设计工作，重点加强电气一次部分设计管理，明确电气一次设计要求、流程及要点，实现110kV变电站电气配置最优化，在保证电力系统安全稳定运行的同时，提升经济效益与社会效益，助推电力事业良好发展。