摘要：变电站是汇集电源、分配电力和升降电压的场所，是联系用户和发电厂的中间环节。本文对变电站电气设计方案进行探讨，以期为保证变电站的安全、稳定运行提供参考。
关键词：变电站；电气设计；探讨
在电力系统中，变电站是输配电系统中的重要组成部分，是电网的主要监控点。随着经济的发展，人们的生产生活对电能的依赖程度越来越大，对供电质量要求越来越高，作为供电环节中重要的组成部分-变电站，确保其电气设计的科学与合理性具有重要的现实意义。
1 电气主接线的设计
1.1 电气主接线基本要求
电气主接线是指变电站或者发电厂中一次设备按照设计要求连接起来用来生产、分配和汇集电能的电路，也叫主电路。采用哪一种主接线形式与发电厂、电力系统原始资料，变电站本身运行的灵活性、可靠性和经济性的要求等密切相关，并且它对配电装置布置、电气设备选择、控制方式和继电保护拟定都有很大的影响。在设计主接线的时候，主要的矛盾通常发生在经济性与可靠性之间。想要使主接线灵活、可靠，必须要选择现代化的自动装置和高质量的设备，从而导致了投资费用的提高。所以，主接线设计应该在满足灵活性和可靠性的前提下做到经济的合理性。
变电所的主接线应根据变电站设备特点、出线回路数、所在电网中的地位及负荷性质等条件确定，并且应该满足供电运行灵活、可靠，投资节约、操作检修方便和便于扩建等要求。具体来说，变电站的主接线应必须满足以下基本要求：（1）应尽减少投资费用；（2）根据变电站在电力系统中的作用、地位和用户性质，保证必要的电能质量，并满足供电可靠性的要求；（3）应该尽量接线简单、操作方便和运行灵活，以便检修和维护，并保证运行安全。
1.2 电气主接线选择标准
（1）所址条件；（2）接入系统的方式；（3）变电站在系统中的地位和作用；（4）分期和最终建设规模；（5）出线回路数和电压等级。
1.3 主接线方式选择
1.3.1 主接线设计依据
1.3.1.1 双母线
（1）负荷较大、电源较大；（2）110～220kV出线数为5回或5回以上；（3）出线带电抗器的 6～10kV配电装置；（4）35～60kV出线超过8回。
1.3.1.2 单母线
主要用在回路少并且没有重要负荷的变电站和发电厂中，单母线分段主要应用在发电厂和变电站6～10kV接线中。
1.3.1.3 旁路
（1）110kV出线在6回以上；（2）220kV出线在4回以上。
综合以上资料并结合本变电站的实际情况，220kV侧有3回出线。又由于该变电站在整个电力系统中处于重要的地位，故各侧都不允许断电。
1.3.2 电源侧主接线方案的确定
根据要求可以草拟以下2种方案，如表1所示。
表1 220kV侧主接线方案
由以上比较结果可知，这2种方案都有较好的可靠性和灵活性。由于本变电站在整个系统中占有较重要的地位，要求保证对某些重要用户不中断供电，故综合考虑，220kV侧宜采用方案Ⅰ。
1.3.3 主变中性点接线方式的设计
根据电力系统的实际情况，110～500kV系统是大电流接地系统，因此变电站主变的110～220kV侧的中性点应该选择中性点直接接地方式。
1.3.4 无功补偿容量选择
《并联电容器装置设计技术规程》第1.0.3条规定：“电容器装置的总容量应根据电力系统无功规划设计，调相调压计算及技术经济比较确定。”对220kV可按照主变容量的37%考虑。
2、短路电流的计算
2.1 短路电流计算的目的
在变电站的电气设计中，短路电流计算是其中一个非常重要的环节，其目的主要有以下几方面：（1）在选择电气设备时，为了保证设备在故障和正常运行情况下都可以安全、可靠地工作，同时又尽量节约资金，就必须进行全面的短路电流计算；（2）在选择电气主接线时，为了确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施，或比较各种接线方案等，都需要进行必要的短路电流计算。
2.2 短路电流的计算方法
对于电力系统网络，我们可以采用一种运算曲线来计算任意时刻的短路电流，即按照我国电力系统的统计得到汽轮发电机的参数，逐个计算在不同的阻抗条件下某个时刻t的短路电流，然后取所有这些短路电流的平均值当做运行曲线，再计算电抗Xjs和某个时刻t情况下的短路电流值。
3、电气设备的选择
电气设备是支撑变电站稳定运行的基础，因此，进行变电站电气设计时应将电气设备的设计当做重点，以充分发挥变电站工作潜能。变电站电气设备包括很多内容，如导线、220kV母线、220kV侧主变引线等，接下来对其进行探讨。
3.1导线的选择
导线是连接变电站电气设备、承载电流的主要介质，一般包括各电压级绝缘子、出线、主变引下线、不同电压级汇流母线等。对导线进行设计时应确保所能承载的最高工作电压高于回路运行电压。导线中允许通过的最大电流，可采用以下方法进行计算：计算220kV主母线电流时应参考实际功率分配情况进行计算；旁路母线回路中的最大电流即为旁路回路的最大额定电流；主变引下线最大电流应为对应电压侧电流的1.5倍；出线单回线最大电流的值与最大负荷电流的值相等，双回线最大电流约为单回线最大负荷电流的1.2~2倍；分段回路电流为变压器额定电流的1.05K倍，其中K值在0.5~0.8范围内。
表2 电压互感器参数
3.2 220kV母线的选择
设计220kV母线时不仅需要考虑其截面，而且还应进行热稳定性校验。设计220kV母线截面时利用公式Imax≤KImax进行确定，其中K=0.94。对其进行热稳定性校验时需要利用导线短路持续时间计算出短路的发热量以及导线发热的最小导体截面，在参考《电力工程电气设计手册》加以确定。另外，还应进行动稳定性的校验，如果设计采用软母线，则可省略动稳定校验。
3.3 220kV侧主变引下线的选择
设计220kV侧主变引下线时室外通常使用钢芯铝绞线LGJ。经过计算得出其最大电流为316A。同时，考虑到母线不仅具有较大传输容量，而且距离较长设计截面时应依据经济电流密度加以确定。例如可考虑使用LGJ-300，当导线温度达到70℃时允许电流值为770A。另外，仍需对其进行热稳定性校验，以确保热稳定性满足设计目标要求。至于是否进行电晕校验，需要参考相关规范标准加以确定。例如，如果是220kV，LGJ-300的软导型号可省略电晕校验。
3.4 断路器的选择
在选择短路器时《电力工程电气设计手册》中有相关规定，即当不超过35kV时应在考虑经济性前提下，使用少油、真空的多油断路器。电压在35~220kV时可考虑使用是、少油空气断路器。另外，考虑到后期维护的便捷性以及通过国家鉴定的产品可使用SW6-220/1200型断路器。
3.5 隔离开关的选择
市场上隔离开关类型比较多，依据安装地点有屋内与屋外之分，依据绝缘支柱数目可被分为单住式、双柱式。隔离开关会给配电装置占地面积产生直接影响，因此，确定隔离开关时应在综合考虑实际的基础，选择经济性较高的隔离开关。
3.6 电压互感器的选择
互感器由电压互感、电流互感之分，通过向测量仪表电压、电流线圈以及继电器供电，以判断电气设备的运行状态。在选择电压互感器时可依据一次、二次回路电压进行选择。其中对一次回路电压而言，为确保互感器在预定的安全级下正常工作，其一次绕组能承受的电网电压应在0.9~1.1Ve范围内。对二次回路电压进行设计时，二次侧额定电压的确定可参考表1内容进行选择。
总之，电压互感器设计时应综合考虑实际情况以及安装地点，当准确级、容量满足设计目标时通常可使用电容式电压互感器。
3.7 电流互感器的选择
调查发现，电力系统中应用率比较高的电流互感器为电磁式电流互感器，而且《电力工程电气设计手册》明确规定了电流互感器的安装，要求断路器的回路中均应安装电流互感器。设计电力互感器时应根据不同线路设计合理的电流互感器，例如在主变引下线可使用LCW2-200W电流互感器。
3.8 穿墙套管及绝缘子的选择
设计穿墙套管及绝缘子需考虑型式、电压以及动热稳定校验等方面的内容。首先，选择型式时应认真分析安装环境及地点，以选择合适的产品型式。一般情况下，屋内倒装时可考虑使用悬挂式绝缘子，屋外使用联合胶装多棱式绝缘子；其次，确定额定电压时应按照按照电气规范标准进行；最后，进行稳定性校验时，应注意：校验穿墙套管时其热稳定性能力应不小于短路电流经过产生的热效应。而母线型穿墙套管可不进行热稳定性校验。另外，绝缘子与套管均应检验动稳定性。处于相同平面中的三相导体出现短路现象时，支持绝缘子或套管受到的力为此绝缘子相邻夸导体上点动力的平均值。其中支持绝缘子抗弯破坏强度Fde与作用在绝缘子高度H相关，而电动力Fmax的作用位置为导线截面中心线上，两者关系应满足H1/ HFmax≤0.6Fde，其中0.6为裕度系数。
4结语
在整个变电站的电器系统设计中，为保证电力设计的合理性与安全性，除考虑电气设备的性能参数外，还应进行相关的稳定性检验，以保证变电站电气设备的安全、稳定运行，为提高变电站供电质量奠定坚实的基础。
参考文献:
[1]银高娟.变电站电气设计方案的分析[J].河南科技，2013（24）：48.
[2]王萍.关于变电站电气设计方案的几点探讨[J].科技创新与应用，2014（29）：146.
[3]范宏伟.关于变电站电气设计方案的探讨[J].电子技术与软件工程，2013（17）：164.
[4]张同谦.110kV智能变电站电气设计的要点分析[J].科技致富向导，2014（27）：86.
论文作者:曾莎莎
论文发表刊物:《电力设备》2019年第5期
论文发表时间:2019/7/8
标签：变电站论文; 电流论文; 接线论文; 母线论文; 电压论文; 绝缘子论文; 回路论文; 《电力设备》2019年第5期论文;