配网110kV变电所设计探讨

兰州倚能电力设计咨询有限公司 李锡伟

城市区域的人口比较密集，土地资源短缺，在进行变电所工程建设和改造过程中，要想实现最佳建设效果，并且获得更多的综合效益，就要对变电所的设计方案进行改善和优化。电力部门在进行具体建设的过程中，要对设计方案进行比对，选择最优的设计方案。当前，在进行变电所建设和改造的过程中，均对设计工作提出更高的要求。在开展设计工作的过程中，应根据城市的建设要求和变电所的运行特点，进行方案内容的制作，才能提高方案应用的可行性，从而为后期工程的建设提供科学的指导[1]。

1 电气项目设计

1.1 110kV接线方式的选择

我国在进行110kV变电所的高压侧设计时，综合考虑供电可靠、运行灵活、操作检修方便等原因，大多数采用单母线的分段接线方式。这种接线方式在应用的过程中，继电保护形式比较简单，而且有比较成熟的运行经验，后期在开展运行维护工作时，工作比较简单，面临的故障问题比较少，且都有成熟的解决方式，系统的总体运行安全性能得到有效的提高。随着现阶段电网结构的不断改善和优化，在进行变电所设计时，采用的接线方式更加简化，也会采用桥接的接线方式，这种接线操作也比较简单快捷，而且相关技术在应用时没有较大的缺点[2]。

在应用线路变压器组接线形式进行具体建设时，变压器组的应用范围正在不断地扩大。因为采用这种接线方式建设的系统接线更加简单，在运行时可靠性比较高，而且建设方式比较稳定，有利于变电所向着自动化和无人化的方向进行发展。但是这种接线方式在应用时也存在较大的缺点，如果高压任何一侧失电，都要停止供电，还要对部分用户进行限电。在进行具体规划设计时，要保证主变容量能够满足设计的要求，才能使用这种接线方式。

目前，我国各个城区在进行变电所建设的过程中，面临的负荷率比较高。在对其进行整体规划设计时，所产生的容量无法满足设计的要求，所以大多数变电所都采用了内桥接线的建设形式[3]。

1.2 主设备的平面布置

当前，在进行变电所建设的过程中，城市用电总量正在不断地提高，所以在进行城市供电负荷中心变电所建设时，要对供电半径进行缩小，才能提高整体供电能力和质量，减少线损的发生概率，降低施工阶段的造价成本。近年来，我国大部分城市采用综合建设方式，建设出来的变电所应用效果比较好，不仅节约土地资源，而且能够满足城市环境的发展要求。但因为城市经济的发展速度比较快，一些原有的变电所建设形式，已经无法满足现阶段城市经济的发展需求。所以，要对原有的变电所进行改造，在进行改造的过程中，要对变电所进行整体的规划和设计[4]。

1.3 主变压器的选择

在进行变电所建设的过程中，至少要对电力系统运行10年期间的电力负荷发展情况进行规划和设计。一个变电所内部所设置的主变压器数量不能多于4台，不能选用同种型号的主变压器设备，要根据资金的投入情况和负荷的发展状况，对其分期建设形式进行明确。

一般来说，在对变电所进行具体设计时，可采用两卷变的建设形式，如果存在特殊的需要，可以选用35kV的电压等级，并且对设计方案进行经济对比。要根据区域内用户负荷的差别，对供电的可靠性进行具体的设计。

在具体的设计过程中，主变高压侧套管不设CT，中性点设套管CT，采用常规式互感器。配置主变本体智能组件装设于主变本体智能控制柜（IP55），实现对主变瓦斯、压力释放器等本体信号，有载档位控制，中性点刀闸遥信、遥控等相关参量就地数字化测量。主变本体智能组件作为过程层设备，与间隔层设备采用光缆连接，与主变本体采用电缆连接，非电量保护跳闸由本体智能终端扩展电气回路通过控制电缆直接跳闸。

在对主变压器进行故障检修的过程中，如果存在停电的现象，就要提高主变压器的应用容量。还要在允许的时间范围内，恢复一级和二级负荷的供电能力。要按照设计的标准，保证城区的负荷密度能够相互适用，并且对系统的短路容量进行充分地考虑。在对变压器的阻抗值进行选择时，要根据系统的短路容量和额定容量进行具体的选择。

根据研究证明，随着主变压器的容量增大，为了对短路容量进行限制，可以运用高阻抗变压器设备。在进行分接头选择时，要根据电网的电压水平进行具体的选用，可以选择有载调压变压器设备。在选择主要部件时，可以选用不锈钢结构。

1.4 110kV GIS设备的选择

在对配网变电所进行改造时，可以选用GIS设备。在进行接线方式设计时，可以使用线路组或者内桥接线的建设方式。因为GIS设备在应用的过程中具备较多的优势。设备的体积小，安装时灵活，而且开断的性能较好。并且，后期维护工作量较少、运行可靠性较高、检修周期较长。GIS设备都要封装在接地外壳中，保证设备在运行的过程中，不会受到外界环境的较大影响，可以保护运维人员的作业安全。如果变电所的建设位置与电源侧的距离比较近，可以不设断路器。在发生故障问题时，直接跳线路的侧电源开关。

户外GIS设备运行对于气象环境条件要求较高，主要为以下几点：一是极端低温对GIS设备的影响。环境温度低会造成SF6气体的液化、气隔气压降低，从而导致绝缘强度下降，引发事故，SF6气体的液化点与温度、压力均有关系，当环境温度为-30℃时，GIS设备中气隔压力在0.5MPa时就会产生液化。若按照极端天气情况考虑，采取在断路器室、避雷器室、电压互感器室外侧增加加热套的措施保证GIS正常运行。

二是昼夜温差对GIS设备的影响。昼夜温差过大会导致设备外壳频繁的热胀冷缩，各气隔接口处会频繁地受到挤压或拉伸力，容易导致连接处损坏漏气，解决办法一般为增加伸缩节进行补偿。

三是GIS设备的安装影响。GIS采用户外布置，方便吊装作业，在场地允许和吊车充足的情况下可同时进行施工，加快安装进度，同时防尘防潮措施可考虑在现场安装防尘室，除了做好防尘室的空气干燥外，还应在安装连接法兰处套上防尘套，施工人员穿着也应采取防尘、除尘措施。

1.5 10kV主接线的设计

在进行10kV系统建设时，一般选用单母线分段接线的形式，每台主变可以设置10回左右的出线，并且选用成套柜的户内布置形式。如果环网的建设并没有完全形成，可以通过装配式开关柜的应用和旁路母线的设置，提高系统运行的稳定性。如果采用中置式的开关柜。在进行无功补偿装置选择时，应该根据分散补偿和集中相结合的设计原则进行具体的配置，还应根据用户的性质来确定二次测的功率因数。因为当前在进行建设的过程中，绝大多数区域采用了电缆材料进行建设，设置的线路比较短，无功容量比较充足，只需要对主变容量进行补偿。

1.6 10kV中性点运行方式的设计

在进行10kV配电网建设的过程中，很多城市区域采用中性点不接地的设置方式。在进行具体建设时，如果发生单相接地故障问题，不会中断区域内的供电情况。但随着配电网络建设规模的不断扩大，城市区域电缆线路设置的不断增多。在进行故障问题解决时，如果不拆除线路，就会降低系统运行的稳定性。所以在对中性点运行方式进行设计时，可以结合区域内的用电情况设置接地变压器。

1.7 过电压的保护和接地方式的具体选择

在进行变电所建设时，应该设置防止雷电侵入的保护措施，应该在变电所屋顶设置接闪器。在对屋顶的避雷带进行设计时，可以选用圆钢材料，并且设置单独的避雷针进行保护。在进行具体建设时，应该采用水平接地的建设形式，并且用垂直接地极进行辅助建设。在设计主接地网时，可以利用外围的空地区域埋设接地极。因为接地网的改造存在较大的难度，所以要选用质量更好的材料进行主接地网的建设。

1.8 系统继电保护配置方案的具体选择

变电所内应采用支持DL/T860标准的数字式继电保护装置，保护直接采样、直接跳闸。跨间隔信息（启动母差失灵功能和母差保护动作远跳功能等）采用GOOSE网络传输方式。110kV线路、110kV母联（分段）采用保护测控一体化装置。系统继电保护还需具备保护不停电“一键式”传动、硬压板在线监测、保护“一键式”校验等功能。

以单母线分段接线形式为例，110kV保护配置应包含：110kV每回线路配置一套线路保护，线路保护单套配置，保护应具有完整的后备保护。线路保护均应含三相一次重合闸功能。重合闸可实现三重和停用方式。110kV母联配置母联保护，断路器按单套配置专用的、具备瞬时和延时跳闸功能的过电流保护；配置单套母线保护装置。采用具备瞬时和延时跳闸功能的过电流保护。除此之外还应配置故障录波装置、网络分析装置，用以监测站控层网络及过程层网络报文传输状态。

1.9 所用电和直流系统的设计

在变电所中应该设置两台变压器，还要增加自动闭锁互投装置，要对直流电源进行组合设置。要保证电源的容量能够满足变电所故障问题发生时，停电2h左右的放电容量。可以选用阀控式密封铅酸蓄电池进行具体的建设。

2 无人值班变电所的综合自动化系统设计

在对变电所进行建设和改造时，要保证变电所的供电更加安全，还要保证变电所能够与配网的自动化系统进行资源的共享。在对变电所进行通信和信息数据采集测量时。要满足各种功能的操作需求。因此要改变原有的建设方式，通过建设综合自动化系统，对变电所的运行情况进行实时的监督和管理。

变电所自动化系统站控层网络应该按照安全分区划分为安全Ⅰ、Ⅱ及Ⅳ区。其中，保护、监控及站用交直流等系统部署于安全I区；故障录波、计量、一次设备在线监测、火灾消防、安全防卫、动环、智能锁控等系统部署于安全Ⅱ区；智能巡视系统部署于安全Ⅳ区。站控层统一采用DL/T 860通信报文。

在进行系统应用时，基本可以实现无人值守的操作需求。因为，在进行这项系统应用的过程中，各项工作的开展形式更加简单快捷。可以在室内布置所有的设备，通过系统的保护和监督，提高设备运行的安全性。

3 土建项目设计

在对变电所的土建项目进行设计时，要保证平面的组合更加灵活，要对功能的分区界限进行明确。还要减少外界环境对变电所运行的干扰，要尽可能完善变电所的功能。设计人员在开展工作时，要保证变电所的建设，能够与城市的景观建设相协调。在进行平面组合设计时，要充分地利用线条对建筑造型进行丰富。应该根据电气设备的布置形式进行柱网的设计，然后对建筑物结构进行合理的规划。在对室内变压器进行设计时，要选择无噪声设备。如果变电所的建筑物和围墙之间没有设置通道，要预留一定的空间进行消防通道的建设，要在室内布置适量的消防灭火装置。

综上所述，在对配网110kV变电所进行设计的过程中，要保证接线方式更加的简单，还应采用全户内多层化的布置形式。通过小型化建筑的建设，融合现代的高科技，设计综合自动化无人值班系统。这种建设方式符合现代化城市建设的需要，可以满足配网发展的要求。电力部门在进行工程建设的过程中，不仅要提高对设计工作的重视程度，还应对实际建设时存在的各项问题进行深入的分析和探讨，从而采取有效的措施解决这些问题，才能保证工程的建设质量能够得到进一步的提高，促进配网110kV变电所进行可持续的发展。