（国核电力规划设计研究院）
摘要：变电站是电力系统中不可或缺的一部分，它肩负着电压转换、电能分配的重任。本文从高压变电站一次设计要点分析，着重阐述了电气主接线设计、主变压器选择、防雷接地等问题，并提出了优化策略。
关键词：高压变电站；电气主接线、设备选择、防雷接地
变电站电气一次设计主要包括变压器、隔离开关、断路器、输电线路以及电力电缆等电气设备的设计。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。变电站电气一次设备的各个零件运行是否正常、一次回路与二次回路是否正确，除了会影响变电站的正常运行，还会影响到整个电力系统的正常工作。
一、电气主接线设计
变电站的主接线设计是电气设计的重要组成部分，它是根据电网中的地位、出线数量、回路数以及设备的特点来确定的，同时在设计的过程中我们还需要注意供电荷载控制，在满足供电可靠性、运行灵活性以及操作方便的基础上节约能源，同时扩大要求，也就是我们常说的经济、灵活和可靠性要求。
在经济性方面，变电站电气主接线设计要从方便维修、操作，节约投入成本、扩大建设规模等方面进行。在电气设计中，一次设备的选择除了保证接线有效、科学、安全的同时，我们要尽可能的选择经济、合理的电气设备和线路，对于变电站的占地面积、主接线设计等工作都应当尽可能的选择合理的技术和方法。以220kV变电站高压侧的电气接线设计为例进行分析，接线设计的过程中采用双母线或单母线分段接线形式，两种接线的可靠性分析如下：
双母线接线，从理论上讲一组母线故障后，能迅速恢复供电；通过母线隔离开关倒闸操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断，供电可靠性较高。
AIS变电站采用该种主接线具有供电可靠性的优势，但是当GIS采用双母线接线时，其供电可靠性、灵活性就会降低。因为GIS组合电器均处于封闭金属壳内，增加了故障情况下的处理难度，尤其是母线故障的故障点排查及处理难度。因为运行人员无法直接观察设备运行状况，只有通过各种信号及机械故障指示间接了解GIS元件实际工况。另外就是当母线及母线隔离刀检修时，与被检修气隔相邻的气隔要降压，以防止气压差造成的绝缘子瞬间脱落事故对检修人员造成伤害。
1.1两种接线情况下母线隔离刀故障时可靠性分析
GIS采用双母线接线情况下，当GIS母线故障时，在母线差动保护范围内的所有元件都有可能出现故障，变电运行人员根本无法按照常规AIS变电站的方式查找故障点。在某些情况下，两段母线都需停运。
当GIS采用双母线接线，当I母故障而不是母差保护范围内的其它设备故障时，I母上所有回路可以通过倒闸操作运行。如果气隔II内母线故障检修，气隔I和气隔III以及I母隔离刀气隔降压，此时如果打耐压试验，母线II也必须短时停电，否则可能击穿I母隔离刀气隔导致母线II故障跳闸，故障范围扩大。
当GIS采用单母线分段接线，母线故障检修时，只需停运故障母线上的回路，其它母线及其回路可以正常运行。
1.3两种接线情况下回路扩建可靠性分析
GIS采用双目线接线情况下，当双母线接线扩建进出线间隔时，必须对母线及其它设备进行耐压试验，此时必须双母线停电。
而GIS采用单母线分段接线情况下，工程扩建或做绝缘试验时，打开分段断路器，只需要停运本段母线及所带间隔，其余母线段及回路均可保证正常运行。另外，从潮流分布均衡性、短路控制方面考虑，采用单母线分段接线比采用双母线接线具有明显的优势。
二、电气一次设备选择
2.1变压器的选择
变电站电器设计应当要把主变压器作为设计的关键，设计人员对变压器的设计就是对主变压器的选择与设计。对于高压变电站，其主变压器的选择与设计应当充分考虑以下内容：①一些具有冷却功能的设备应当根据主变压器的外部工作环境、本身结构特征以及具体容量来决定；②变压器的选择应当以有载调压或无励磁调压方式来决定；③必须严格按照电力系统要求设备的相数、绕组数、绕组的接线组别等的实际需要作为最终变压器确定的条件。
2.2断路器的选择
断路器的选择会对变电站运行的安全性产生重要影响，因此设计人员应当对断路器的选择给予充分的重视。①设计人员应当尽可能延长断路器的使用寿命以及保证其性能发挥正常，尽量选择安装方便，简于检修的断路器；②断路器的选择应当确保其在电力系统合闸运行时还具备足够的导电性，以保证在负荷电流以及短路电流通过时，设备还具有良好的动稳定性能与热稳定性能。
三、电气接地设计
在实际的变电站设计建造过程中，为确保变电站电气一次设备的正常运行以及避免施工人员因触电而发生安全事故，一般会将电气设备的某部分与大地进行良好的连接，这就是我们所说的电气接地设计。电气接地除了可以有效防止触电，还可以避免电气一次设备的机械性损害，有效避免火灾、爆炸的发生。一般地，变电站电气一次设备的正常接地装置主要是由接地体与接地线组成，接地体一般分为自然接地体与人工接地体两种。
接地体一般是环绕着变电所进行敷设，而变电所的高压配电室与低压配电室分别有两处都与接地体连接，变压器等重要设备要求有两点与接地体连接起来。另一方面，变电所内高压配电室、低压配电室均在室内用扁钢连接成一整体。最后，接地电阻的计算值应当满足高压小接地系统的保护接地以及低压电气设备保护接地与工作接地电阻计算值。
四、电气防雷设计
电气防雷设计主要是为了避免直击雷与雷电过电压的伤害，变电站电气一次设备的防雷保护设计主要有三种，即直击雷保护、雷电过电压保护以及接地防雷保护。直击雷保护即指变电站采用避雷针或者屋顶避雷带避免直击雷的侵害，屋顶避雷带应使用热镀锌圆钢，同时应当将其引下与主接地网安全连接；而雷电过电压保护主要是指为避免线路侵入雷电波造成电压过高，因此在高压进线与低压母线上分别安装特定的避雷器；接地防雷保护是指变电站接地方式主要以水平接地体为主，以垂直接地极作为辅，还要注意在经常出入的大门处设置一些与主接地网连接的均压带。
结语
综上所述，变电站电气的一次设计是一个综合工程，它是电力系统项目设计中的一个重要组成部分。要想做到变电站电气一次设计的完美实现，除了有一份成功的变电站电气设计方案之外，还需要注意诸如变压器等电气设备以及接线方式等方面的选择问题，只有这样，才能使变电站在实际的运行中获得最大的效益，才能使变电站电力系统实现用电的安全性，才能最终确保电力系统较高的经济效益以及社会效益。
参考文献：
[1]刘鲲鹏.220kV高压变电站一次部分设计要点探讨[J].科技资讯.2011（09）
[2]吴红卫.关于高压变电站电气一次设计应注意问题的研究[J].通讯世界.2013（21）
作者简介：
徐丽（1982.8-），女，山东威海人，中国石油大学（华东）电气工程硕士，单位：国核电力规划设计研究院
李雨婷（1989.1-），女，河北张家口人，河北工业大学电气工程硕士，单位：国核电力规划设计研究院
论文作者:徐丽,李雨婷
论文发表刊物:《电力设备》2015年第10期供稿
论文发表时间:2016/4/20
标签：母线论文; 变电站论文; 接线论文; 电气论文; 设备论文; 变压器论文; 故障论文; 《电力设备》2015年第10期供稿论文;