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变电站电气一次设计要点分析谢元龙

发表时间：2020/12/28 来源：《基层建设》2020年第24期作者：谢元龙

[导读] 摘要：变电站是整个电力系统中最为重要的组成部分之一，也是电网的主要监控点，其运行质量的优劣，直接关系到供电质量。

        清远电力规划设计院有限公司
        摘要：变电站是整个电力系统中最为重要的组成部分之一，也是电网的主要监控点，其运行质量的优劣，直接关系到供电质量。变电站是由诸多一次设备组成，在对其进行设计时，必须合理选择好一次设备，这是确保变电站安全、稳定、可靠运行的关键。本文结合工作实践对110kV变电站电气一次设计中的部分技术问题进行了相关探讨，包括变电站主接线、主变压器的选择、接地、防雷提出了一些技术设想，供同行借鉴和参考。
        关键词：变电站；电气一次设计；要点分析
        引言
        变电站是在电网之间以纽带的形式以便让各个电网之间相互联系，并且利用变压器把各个等级电压的相关电网有机的联系在一起，从而能使电能进行相应的变换与分配。变电站电气一次设计的主要包括变压器、发电机、隔离开关、断路器、输电线路以及电力电缆等电气设备设计。发电、输电以及配电过程都是依靠变电站电气一次设备之间的相互连接而进行的。
        一、变电站的重要性
        变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电流的流向和调整电压的电力设施，它通过其主变压器将各级电压的电网联系起来。变电站的主要作用是进行高低电压的变换。其中一些变电站是将发电厂发出的电升压，一方面便于远距离输电，同时也是为了降低输电时线路上的损耗；还有一些变电站是将高压电降压后送至用户端使用。对于不同的电网情况，升压和降压的幅度是不同的，根据电压等级和作用的不同变电站的分类很多，比如远距离输电时，电压多经升压变电站升压为220kV或500kV，甚至更高，在负荷中心，电压多经110kV变电站降压至10kV，给中压用户供电或经由10kV配电网和配变送到低压终端用户。110kV变电站是直接面向用户的，因此其数量较多，分布也较广。因此在对变电站进行设计时应考虑其经济性、灵活性以及可靠性，这样才能够在某个区域内减少变电站所在单位的投资，且能够灵活地应对各种停电需求和电网故障，还能够提高该区域内供电的可靠性。变电站能够满足各区域的需求，就能够提高110kV变电站分布点的合理性以满足社会发展的需求。根据上述对变电站重要性的分析，我们可以清晰地了解到，只有设计出符合某区域发展的变电站，即设计出经济、灵活、可靠的变电站，才能够满足各方面的用电需求。
        二、关于主接线方面的设计方案
        按照以往经验来看，变电站的电气一次设计在整个过程中，最为核心并且最为重要的工作就是电气主接线方便的设计工作。电气主接线的设计水平高低往往直接决定着电力系统整体上的很多方面的相关性能，其中包括着最重要的安全性和可靠性以及灵活性，所以这样看来，电气主接线的质量要从方案设计阶段就开始严格控制，因为主接线的方案选择往往决定着一系列后续的工作，并且涉及范围很广，从选择电气设备的环节开始，一直到配置配电工具，还包括了落实继电保护方案等等，都与其相关。因为电气主接线在设计上，最重要的就是安全可靠性，要首先以可靠性的提升作为根本，这样一来，对主接线设计方案的评估标准也就有了，那就是首先主接线在设计上，首先应该和变电站的自身情况是相互适应的，并且能够应对变电站的多种工作方式的切换，这样才能够让变电站的工作和运行更加持续和稳定，保证输电的安全。
        三、关于设备的选择
        设备选择一般首先以主接线的设计作为选择的依据，同时把负荷和电流的各种计算也纳入考虑，这样电气设备的选择所要遵守的原则也就十分清楚了。

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        首先应该以正常工作状况作为依据，正常的荷载作为参考，来作为电气设备的额定数值；其次，我们在运行的时候往往会由于各种原因造成短路，这是难以避免的意外，所以为了测试电气设备的稳定性，要按照短路的条件来进行测试；第三为了检测开关电器能否进行有效闭路，我们应该以三相短路作为条件来进行检测；第四，在电气设备的形式上要结合具体条件来进行选择，地点、环境以及使用方面的要求都能给选择上带来很大的区别。
        在做到上面的4点之后，还应该具体核对一共有几台主变压器，正常情况下，变电站应该不会只有一台主变压器，都应该存在两台或以上数量的主变压器，这样在其中一台变压器出现故障导致无法工作的情况，其余的主变压器就会承担起来继续工作。一处变电站首先要考虑的就是供电是否可靠以及自身供电能力的高低，而具体要安装几台变压器要也要根据具体情况来进行决定，例如这个地点的供电条件、供需关系等等，所以综合说来，还是经济和技术这两个层面，总结起来有以下几点，首先要保证总负荷不发生变化的前提下，将其中一台主变压器关停，仍然具有同等的供电能力，第二要参考变电站本身对变压器的容量，第三是考虑占地面积。城区土地资源紧张，可谓寸土寸金，如果需要过多占用土地，就要在考虑的时候慎之又慎。
        四、关于接地技术设计方案分析
        对于变电站而言，在110kV变电站部分电气一次设计作业的过程当中，接地的核心目的在于：确保电气设备正常工作，或为了避免人身安全受到触电因素的影响，而将电气设备的部分元件与地面进行可靠的电气连接。通过接地处理的方式，还可以实现以下几个方面的价值：第一，避免人身接触电气设备而产生的触电问题；第二，避免电器设备在正常运行状态下出现机械性损伤方面的问题；第三，防止电气设备出现机械性损坏方面的问题，并杜绝火灾、爆炸等次生灾害问题的发生。在现阶段的技术条件支持下，110kV变电站电气设备常态意义上的工作接地装置主要包括以下两个部分：第一是接地线，第二是接地体。其中，对于接地体而言，多采取角钢作为原材，将尖端部位进行削减，并打入地中。而对于接地线而言，则多采取圆钢或扁钢作为材料，以保障性能发挥的有效。在变电站电气一次设计的过程当中，多围绕变电所周围进行接地体的敷设作业。同时，对于高压配电室以及低压配电室而言，均需要设置两处接地体的连通。还需要特别注意的一点是：相对于变压器室而言，还需要将其会同高压配电室、低压配电室，在室内环境进行接地体的连接，形成统一的接地整体。
        五、关于防雷设计
        简而言之，这种变电站的电气一次设计工作的防雷保护，一般是以防范直击雷为主的，同时因为雷击往往导致电压过载，这个时候我们就需要进行过电压保护。在这两方面的技术要点可以如此概括，第一，为了防范直击雷，做到保护，一般情况下都要求配电装置设置于户内，而不允许在户外设置，同时在房顶设置避雷带，避免直击雷导致事故的发生。第二，关于过电压保护方面，在雷电天气我们要避免线路因为雷电的情况导致线路上电压陡增、侵入变电站的情况，这就要求多设立避雷装置，在110kV的进段线和10kV出段线上都进行设置，为了达到更好的避雷效果，要求避雷器是相互独立的，这样就可以保护电压、保证变电站的安全稳定运行。另外还要在110kV的高压线的中性点上安装避雷器，同时设置合适的放电间隙，这样就能够通过绝缘的方式对高压电线提供更好的电压保护。
        结语
        总而言之，110kV变电站的一次电气设计是一项较为复杂且系统的工作，由于设备的种类较多，设计时必须考虑全面，如果其中任何一个环节出现问题，都有可能导致整体设计出现问题。因此，设计人员必须了解并掌握变电站一次电气设备的设计要点，并遵循科学合理、切实可行的原则进行设计，只有这样才能确保变电站安全、稳定、可靠运行，进而确保供电可靠性。
        参考文献：
        [1]吕贺伦.吕阿率.有关110kV变电站中的电气设计问题探究[J].中国科技纵横.2012（5）
        [2]张朝锋.110kV变电站电气一次设计的探究[J].科技向导，2012，（3）.
        [3]姜玉贤.浅谈110kV变电站电气的一次设计[J].科技资讯，2011，（36）.[4]张刚毅.变电站自动化系统的研究[J].价值工程，2010（13）