变电站电气一次设计探析

变电站电气一次设计探析

高彬王佳佳

1电气主接线方案设计

应根据变电站规模、线路出线方向、近远期情况、系统中位置和站址具体情况，在进行综合分析比较的基础上，对变电站的电气主接线和主要电气设备的选择提出初步意见。变电站分为系统枢纽变电站、地区重要变电站和一般变电站，比如说500kV变电站一般为系统枢纽变电站，其特点为汇集多个大电源和大容量联络线，在系统中处于枢纽地位，高压侧交换系统间巨大的功率潮流，并向中压侧输送巨大的电能。全站停电后，将使系统稳定破坏，电网瓦解，造成大面积停电。因此，对500kV变电站电气主接线的供电可靠性、运行灵活性提出了较高的要求。

2电气设备选择

2.1主变压器选型

对于大容量变压器选用三相变或单相变，应根据变电站站址位置、变压器运输条件、变压器制造、运输、安装费用等综合比较提出推荐意见。对变压器是否设置备用相，应根据各区域变压器运行情况，考虑1台变压器停电或检修时，对系统供电的连续性和系统工频过电压的影响，经技术经济论证后确定是否装设备用相。变压器的阻抗选择应从电力系统稳定、潮流方向、无功分配、继电保护、短路电流等方面综合考虑，并应以对工程起决定作用的因素来确定。考虑到变压器的并联运行条件，并联运行的变压器应电压一致、阻抗一致、接线组别一致，同时，对于大件运输不便而采用单相变的内陆地区，为方便整个区域设置备用相，变压器的容量、阻抗、接线组别、调压方式应综合考虑确定。自耦变压器与同容量的普通变压器相比，具有耗材少、造价低、有功和无功损耗少、效率高等优点，因此，500kV变电站的主变宜优先选用自耦变压器。为限制220kV侧发生不对称接地故障时的接地短路电流过大，应根据系统情况考虑是否在主变中性点预留装设小电抗的条件。

2.2电气设备的主要参数选择

电气设备的主要参数电流、电压、频率、容量、开断电流等应满足系统要求，同时还应注意所选设备应与《国家电网公司输变电工程通用设备（2009版）》的设备参数相一致。如果所选设备参数与通用设备参数不一致，则应编制专门章节论述所选定的设备参数的必要性，并报请上级审查部门审批。根据《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》要求，330kV及以上电压等级输变电设备的保护应按双重化配置。因此，对500kV变电站的220kV电流互感器应按6个二次绕组配置；500kV电压一个半断路器接线的边开关的CT按7个二次绕组配置，中开关的CT按9个二次绕组配置。

对于母线接地开关的配置，应根据短路电流水平和远期两组平行母线的长度，经过电磁感应电压计算，合理确定母线接地开关的数量，并根据配电装置布置确定接地开关布置位置。对于同杆架设或平行回路的线路侧接地开关，应具有开合电磁感应和静电感应电流能力，具体选择A类，还是B1类（B2类），或更高一级，应根据具体工程情况计算确定。

3电气布置

各级电压配电装置布置位置，应根据系统地理接线图和出线走廊情况合理布置，同名回路出线的排序一定要与对端变电站出线相对应。

高压配电装置主要有：屋外敞开式开关设备型式（AIS）、全封闭开关设备型式（GIS）和母线敞开式SF6组合电器型式（H-GIS）。高压配电装置的选型应根据变电站的性质、站址情况、环境污秽等级、工程建设投资等综合考虑，并根据电力系统条件和运行、检修及施工方面的要求，合理制定布置方案和选用设备，高压配电装置还要做好近、远期结合，尤其要坚持节约用地的原则。

对于四级污区，应在选站阶段尽量避让。如不能避让，应考虑设备型式的选择，变电站可以考虑采用GIS或HGIS等设备。实际工程设计时，站址位于四级污区，同时为节约占地，对土地资源紧缺地区和基本农田地区，500kV配电装置可采用屋外H-GIS，220kV配电装置可采用屋外GIS；对非基本农田的常规变电站，500kV和220kV配电装置可采用大爬距设备的屋外AIS。

总平面布置中各建筑物及构筑物间距除满足电气安全距离外，还要满足防火间距的要求。接地网的型式在可研阶段即应根据工程地质情况确定，对土壤电阻率较高的地区，应注意计算接触电势和跨步电势，合理确定接地网型式，并开列准确的技经资料。避雷针的设置要尽量采用架构避雷针，需要设置独立避雷针时，应注意避开进站口和人经常通行的地方。

4过电压保护设计

4.1电气一次设备过电压保护设计的基本原则

电气一次设备是电厂中最为重要的组成部分之一，对设备进行过电压保护的重要性不言而喻，在实际殴计过程中应当遵循以下几点：首先，电气一次设备的过电压保护设计应当从防护内过电压和外过电压两方面进行综合考虑，这是因为稳态过电压有可能长期存在，为了进一步确保设备的安全、可靠运行。必须采取相应的措施防止稳态过电压存在。其次；由于工频过电压的升高不但会对操作过电压的水平造成一定程度的影响，而且工频过电压的水平还直接决定着出线避冒器最大允许工作电压的确定，这样便会影响到设备的绝缘强度和出现断路器的电阻热通量，所以，必须对外送线路工频过电压的水平进行准确计算分析。再次；设计过电压保护时，应充分考虑电气一次设备过电压水平与避雷器等保护装置在承受过电压技术参数上的配合问题，最基本的要求是电气一次设备的过电压水平应当高于各种防护设备的保护水平。最后；我们在设计过程中，应尽可能避免因参数组合不当引起谐振过电压的情况发生。

4.2电气一次设备过电压保护设计

（1）输电线路过电压保护设计。在对输电线路工频过电压进行计算分析时，需要重点考虑正常运行情况下线路对两相接地故障、单项永久接地故障等对三相故障造成的影响。可采取降低机组端运行电压、线路过电压保护远跳对侧开关、机组进相运行等防护措施。

（2）出线设备的过电压防护设计。为了进一步减少线路遭臂击的次数，从而降低线路跳闸的次数，可以采取架空地线的方式，并在出线两端加装避霄针。此外，连接电缆则可通过户外终端的金属护套经SLV线性氧化锌电阻进行接地、户内终端可直接通过接地连接箱进行接她的方式来实现过电压保护。

（3）主变过电压保护设计。主变压器可以选用SSP系列变压器。这种变压器的高、低压绕组雷电冲击绝缘水平分别为1550kV和125kV，而高压操作绕组冲击的绝缘水平为1175kV（以上绝缘水平均为峰值）；此外，主变压器高压侧中性点采用直接接地的方式，并在低压佣柜内装设避雷器，借此来防止低压侧遭雷击过电压的可能，这种设计方法不仅在布置上可以满足安全的要求，同时还能大幅节省投资，经济效益良好。

（4）发电机出口断路器过电压保护设计。为了有效降低断路器的操作过电压，并进一步增强断路器的灭弧能力，可采取在发电机两端并联电容器的方式。同时，采用大容量高压限流熔断组合保护装置作为变压器高压侧的保护，这样不但能够确保设备绝缘的安全性，同时还能使弧压快速衰减。

参考文献：

[1]刘雪，杨璞.110kV变电站一次设计要点探讨[J].现代工业经济和信息化.2016（21）

[2]张旭东.浅析变电站电气的一次设计的发展研究[J].电源技术应用.2014（03）