珠海電力建設(shè)工程有限公司 蘇春成

變電站將電壓進(jìn)行變換而后再進(jìn)行分配，最終通過(guò)功率變換來(lái)講電力系統(tǒng)的電能輸送到各用電設(shè)備當(dāng)中，其工作內(nèi)容較為復(fù)雜。因此在進(jìn)行變壓器設(shè)計(jì)時(shí)須設(shè)計(jì)出合理的執(zhí)行方案，確保變電站能安全并高效運(yùn)行下去，進(jìn)而使得整個(gè)電力系統(tǒng)能有效地運(yùn)作。對(duì)變電站進(jìn)行設(shè)計(jì)的總體流程可分為電氣一次設(shè)計(jì)與電氣二次設(shè)計(jì)兩個(gè)步驟，下文提到的主接線(xiàn)設(shè)計(jì)、接地方案設(shè)計(jì)、防雷與照明方案及消防報(bào)警設(shè)計(jì)方案均在電氣一次設(shè)計(jì)范疇中。

220kV變電站的設(shè)計(jì)需遵循以下原則：要保證方案的安全性以及可靠性。由于電力能源非常易燃，易產(chǎn)生火災(zāi)甚至導(dǎo)致爆炸，設(shè)計(jì)之初就應(yīng)充分考慮到方案的安全系數(shù)；在變電站進(jìn)行建設(shè)時(shí)須遵循同樣的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，以免因設(shè)計(jì)人員意見(jiàn)不合而最終導(dǎo)致最終工期的延誤；由于不同地方實(shí)地情況與建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)都不盡相同，在變電站建設(shè)時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)出符合當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)的變電站建設(shè)方案。

1 220kV變電站電氣一次設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題

主接線(xiàn)設(shè)計(jì)問(wèn)題。為滿(mǎn)足供電設(shè)備的安全可靠原則，在進(jìn)行主接線(xiàn)選擇時(shí)通常選用安全系數(shù)較高且復(fù)雜度也較高的主接線(xiàn)。但在滿(mǎn)足安全性的同時(shí)也帶來(lái)一些問(wèn)題：由于組成較為復(fù)雜、后續(xù)維護(hù)費(fèi)用較為昂貴，另外其核心構(gòu)件會(huì)增多，會(huì)造成占用面積較大的問(wèn)題。當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的兩種主接線(xiàn)方式中，雙母線(xiàn)接線(xiàn)兩組母線(xiàn)相互隔離且可進(jìn)行相互倒換，因而在一組母線(xiàn)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)供電能在短時(shí)間內(nèi)完成恢復(fù)，但在系統(tǒng)檢修時(shí)需對(duì)整體線(xiàn)路進(jìn)行斷電，檢修成本較高；而單母線(xiàn)接線(xiàn)將母線(xiàn)進(jìn)行分段連接，如其中單獨(dú)一段母線(xiàn)出現(xiàn)故障可利用分段斷路設(shè)備直接將故障部分去除，供電系統(tǒng)又可恢復(fù)正常，其故障處理靈活度較高且檢修費(fèi)用較少。另外在進(jìn)行電氣設(shè)備選擇時(shí)，需特別注意應(yīng)計(jì)算好線(xiàn)路中不同點(diǎn)的短路電流，一旦計(jì)算出現(xiàn)錯(cuò)誤或不夠準(zhǔn)確，系統(tǒng)中的電氣設(shè)備便很容易燒毀[1]。

防雷問(wèn)題。針對(duì)于220kV變電站這一高壓網(wǎng)絡(luò)，在夏季雷雨天氣中非常容易出現(xiàn)安全事故。為避免變電站安全事故的頻發(fā)造成不可估量的損失，須對(duì)變電站做好防雷處理。變電站防雷方案的設(shè)計(jì)須嚴(yán)格參考相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，對(duì)避雷設(shè)備進(jìn)行過(guò)壓保護(hù)處理，此外還應(yīng)對(duì)變電站的避雷裝置及時(shí)進(jìn)行檢修與保養(yǎng)維護(hù)，確保避雷設(shè)備能達(dá)到較強(qiáng)的避雷標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而使得整體配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能安全高效的運(yùn)行。

2 220kV變電站電氣一次設(shè)計(jì)

某地20kV變電站容量為360MVA，不足以提供當(dāng)?shù)?00MVA的用電需求。此外該變電站110kV的出現(xiàn)間隔非常緊張，后續(xù)新的110kV出線(xiàn)間隔設(shè)置難度非常大，因此需重新建立一座220kV變電站。

2.1 220kV變電站電氣主接線(xiàn)的設(shè)計(jì)

2.1.1 變電站主接線(xiàn)設(shè)計(jì)方案

若該地原有變電站產(chǎn)生線(xiàn)路故障時(shí)，需將該變電站當(dāng)中全部電荷向新變電站進(jìn)行轉(zhuǎn)移。最終兩個(gè)變電站的總?cè)萘靠蛇_(dá)到1060MVA，新建成的變電站每回線(xiàn)路輸送電荷的容量可達(dá)到540MVA，負(fù)荷轉(zhuǎn)供比例系數(shù)最終可達(dá)到100%，不會(huì)出現(xiàn)失電現(xiàn)象。而當(dāng)新建成的220kV電站出現(xiàn)線(xiàn)路問(wèn)題導(dǎo)致供電故障時(shí)，由另外一邊電源向原變電站提供負(fù)荷，而由另一回線(xiàn)路來(lái)向新變電站提供負(fù)荷，此時(shí)符合轉(zhuǎn)供比例仍可到達(dá)100%，同樣不會(huì)產(chǎn)生失電情況。

2.1.2 電氣主接線(xiàn)設(shè)計(jì)及其具體分析

新建成的220kV變電站首期設(shè)置出線(xiàn)數(shù)量為3回，而在終期出線(xiàn)設(shè)置為6回，終期出線(xiàn)選擇雙母線(xiàn)接線(xiàn)的方式，且在線(xiàn)路當(dāng)中專(zhuān)門(mén)設(shè)置母聯(lián)斷路器。變電站本期出線(xiàn)設(shè)置為3回，設(shè)置方法同終期出線(xiàn)相同。對(duì)于變電站的中性點(diǎn)進(jìn)行接電時(shí)，選擇的接地方式是隔離開(kāi)關(guān)直接接地法，可根據(jù)電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的情況來(lái)選擇直接接地還是不接地。

針對(duì)于電氣情況，具體計(jì)算分為兩步，首先需進(jìn)行潮流計(jì)算。這一計(jì)算主要考察的是新建220kV變電站在實(shí)際投入使用后區(qū)域線(xiàn)路及主變的負(fù)載，另外還需校驗(yàn)變電裝置及送電電路的實(shí)際導(dǎo)線(xiàn)界面情況。新建變電站投入使用后所在系統(tǒng)的潮流分布科學(xué)，且區(qū)域線(xiàn)路及主變的負(fù)載情況均正常、沒(méi)有發(fā)生過(guò)載現(xiàn)象，線(xiàn)路當(dāng)中雙母線(xiàn)的電壓大小始終保持正常。同時(shí)在投產(chǎn)階段，對(duì)新建變電站的一回線(xiàn)路進(jìn)行檢修，各線(xiàn)路負(fù)載情況以及母線(xiàn)電壓均處于正常水平。除了潮流計(jì)算外，還需對(duì)新建變電站進(jìn)行短路計(jì)算，其具體的變電站運(yùn)行方式選擇220kV系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)運(yùn)行，并將3臺(tái)終期主變也投入到系統(tǒng)運(yùn)行中。經(jīng)計(jì)算，新建220kV變電站母線(xiàn)的單相及三相短路電路均不大于50kA，這一計(jì)算結(jié)果符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[2]。

2.1.3 電氣設(shè)備的選擇

確定主變參數(shù)。本工程新建變電站的主變壓器型號(hào)為SFSZ11-180000/220，180MVA，接線(xiàn)選擇YN、yn0、d11，180/180/60，母線(xiàn)短路電流須小于50kA。因此對(duì)于各級(jí)電壓設(shè)備的開(kāi)路與短路電流都應(yīng)當(dāng)設(shè)置為50kA。

確定低壓無(wú)功補(bǔ)償配置。根據(jù)新建220kV變壓器的無(wú)功補(bǔ)償結(jié)果可對(duì)電容器的量級(jí)進(jìn)行選擇。本工程每臺(tái)主變壓器都應(yīng)配置相應(yīng)的電容器，經(jīng)分析該電容器應(yīng)選擇5×8MVar的大小，而在終期安裝低壓電容器時(shí)規(guī)格應(yīng)當(dāng)選擇3×5×8，設(shè)置完各部分的電容器后可監(jiān)測(cè)分析得到電容器引起的波動(dòng)大小是0.12%，不符合國(guó)家關(guān)于電壓波動(dòng)值得限定標(biāo)準(zhǔn)。

確定導(dǎo)線(xiàn)截面面積。通常情況下220kV變電站的線(xiàn)路當(dāng)中導(dǎo)線(xiàn)截面面積應(yīng)高于2×400mm2，但針對(duì)于用電量較大、電力負(fù)荷較重的地區(qū)，通常線(xiàn)路的導(dǎo)線(xiàn)截面積會(huì)增加許多。在該工程項(xiàng)目當(dāng)中新建變電站同原有變電站遠(yuǎn)期可達(dá)到的總?cè)萘繛?060MVA。新建成的變電站每回線(xiàn)路輸送電荷的容量可達(dá)到540MVA，由于首期出現(xiàn)共有3回，加入其中一回電源線(xiàn)出現(xiàn)技術(shù)問(wèn)題導(dǎo)致該回電路不能繼續(xù)供電時(shí)，剩余兩回的輸送容量可達(dá)到1080MVA，完全能滿(mǎn)足遠(yuǎn)期的供電量要求。

2.2 220kV變電站接地設(shè)計(jì)

新建變電站的主要接地方式為水平接地，另外再設(shè)置垂直接地體共同組成變電站的混合機(jī)接地網(wǎng)絡(luò)。由于變電站大門(mén)以及各電力設(shè)備所在區(qū)域的入口處的潛在危險(xiǎn)風(fēng)險(xiǎn)均較高，因此其接地設(shè)計(jì)非常重要，在該工程當(dāng)中設(shè)計(jì)均壓帶來(lái)減小跨步電壓。對(duì)避雷裝置進(jìn)行集中接地設(shè)置，獨(dú)立避雷裝置進(jìn)行單獨(dú)接地處理。對(duì)避雷針進(jìn)行接地時(shí)，其與建筑的空氣間隔應(yīng)大于5米，且接地距離應(yīng)當(dāng)大于3米。由于變電站的特殊環(huán)境，其發(fā)生觸電事故以及火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)較高，因此除接地之外還應(yīng)降低接地電阻，這里使用到的方法是引外接地及添加降阻材料。

2.3 220kV變電站防雷與照明設(shè)計(jì)

220kV高壓網(wǎng)絡(luò)變電站進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)時(shí)，室外的配電裝備應(yīng)在室外設(shè)置獨(dú)立避雷針避免直擊雷對(duì)變電設(shè)備的影響，而針對(duì)于室內(nèi)的配電裝備，應(yīng)在變電站的樓頂安裝避雷針，并在頂層大范圍鋪設(shè)避雷帶，以保障整個(gè)變電站的避雷效果。該工程在設(shè)計(jì)時(shí)選用獨(dú)立構(gòu)架避雷針完成室外保護(hù)工作，選用220kV避雷器以及對(duì)應(yīng)的出線(xiàn)套管來(lái)共同完成變電站的室外保護(hù)。

由于變電站內(nèi)部較為封閉且需不間斷工作，因此其照明非常重要，室外、房間及走廊均需要照明，以保障人員操作的順利完成。在進(jìn)行照明設(shè)計(jì)時(shí)，選擇投光燈作為室外配電設(shè)備所在場(chǎng)地的檢修照明，此外還需在道路旁設(shè)置專(zhuān)用路燈以保障工作人員設(shè)備操作與后期監(jiān)測(cè)巡視順利進(jìn)行。對(duì)室內(nèi)照明進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，不僅需保證工作間內(nèi)的正常照明，還需另外設(shè)計(jì)在出現(xiàn)緊急情況時(shí)的臨時(shí)照明，以充分發(fā)揮其應(yīng)急功能。另外一旦電力系統(tǒng)產(chǎn)生故障，工作人員需安排檢修，此時(shí)的緊急照明裝置也需進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.4 220kV變電站消防報(bào)警設(shè)計(jì)

由于變電站安全事故發(fā)生的概率很高，且一旦發(fā)生危險(xiǎn)造成的損失不可估量，因此在對(duì)220kV變電站進(jìn)行電氣一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)消防報(bào)警系統(tǒng)十分關(guān)鍵。該系統(tǒng)產(chǎn)生的報(bào)警信號(hào)能快速引導(dǎo)工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)、解決問(wèn)題，進(jìn)而避免后續(xù)的損失。設(shè)計(jì)消防報(bào)警系統(tǒng)時(shí)，需多個(gè)火災(zāi)探測(cè)設(shè)備、報(bào)警控制設(shè)備及蜂鳴器共同組成，可將上述設(shè)備用電纜同消防栓上的控制設(shè)備相連接。一旦發(fā)生火災(zāi)，火災(zāi)探測(cè)設(shè)備便可感應(yīng)到煙霧信號(hào)，啟動(dòng)報(bào)警控制器并由蜂鳴器最終發(fā)出報(bào)警信號(hào)[3]。

電力能源作為日常生活當(dāng)中最不可或缺的重要能源，在生產(chǎn)生活的各方面都有十分廣泛的應(yīng)用，因此變電站作為配電網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其安全高效的運(yùn)行能在很大程度上保障居民正常用電以及電力系統(tǒng)正常工作。在對(duì)變電站進(jìn)行電氣一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，從主接線(xiàn)的選擇與線(xiàn)路設(shè)計(jì)、接地方案的設(shè)計(jì)、防雷以及消防報(bào)警各個(gè)方面都要嚴(yán)加把控，依據(jù)建設(shè)地實(shí)地情況通過(guò)數(shù)據(jù)分析得到最優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，進(jìn)而保障220kV變電站的最終供電效能。