探討變電站電氣一次設計

張敏

摘 要：變電站電氣一次設備的安全性和穩定性，是電力正常運行的重要條件。在變電站的設計和施工過程中，電氣一次設備的設計是關鍵。針對變電站設計的現狀，探討了變電站電氣設備的一次設計。

關鍵詞：變電站；電氣一次設計；電氣主接線；接地；防雷

中圖分類號：TM411文獻標識碼： A

0 引 言

變電站電氣一次設計主要包括發電機，變壓器，隔離開關，斷路器，在變電站電氣設計的輸電線路和電力電纜和其他電氣設備。發電、輸電和配電過程是依靠一個變電站電氣設備相互連接的。各部分運行一次設備的變電站是否正常的，一個環和兩個回路的正確性，將影響變電站的正常運行，而且會影響電力系統的正常工作。因此，對變電站電氣設備的設計必須是設計者的重視，為了減少變電站事故頻率。

1 變電站電氣一次設計的相關準備工作

變電站電氣一次設備的性能直接影響到電網發電、 輸電、變電以及配電等過程，因此，技術人員必須加強對電氣一次設備的優化設計。

（1）變電站設計人員應當充分做好變電站電氣一次設備設計的可行性研究，嚴格按照我國相關變電站標準要求來進行設計，要全面考慮變電站選址的可行性與恰當性，要對變電站周邊地質環境狀況、交通運輸情況以及環境污染情況做好充分的調查，以作設計的參考數據。 此外，設計人員還必須以該設計的實際情況作為設計的基礎條件， 制定相關切實可行的設計施工方案，以推動高質量、標準化的變電站電氣一次設備設計工作的順利進行。 最后，設計人員還應當綜合考慮變電站設計的長遠目標與經濟收益，以制定相關的設計方案以及設備、技術投入等。

（2）設計人員要慎重選擇電氣一次設備 ，選擇的基礎就是電力系統一次主接線、短路電流及負荷，另外設備選擇的原則也必須嚴格按照相關標準。 另一方面，所選的一次設備必須要與施工環境相適應， 且要充分結合電氣一次設備的具體實際應用要求與實際的供給需要，以更好地確定電氣設備的形式。 最后，設備的選擇應當滿足電力系統正常運行狀態下對各種設備的穩定值要求，同時也要滿足短路故障時各電氣設備的動穩定、熱穩定性等性能要求。 技術人員還必須注意以安裝位置的三相短路作為計算的基礎條件，對開關電器本身的斷流能力進行檢驗。

2 變電站電氣主接線設計

變電站電氣主接線的設計可以說是電氣設計的關鍵，主接線的設計除了會對整個電力系統中各個配電裝置、繼電保護工作、自動控制裝置與擬定電氣設備的選擇等產生影響，還會對電力系統的運行狀況產生深遠的影響。 變電站電氣主接線的設計主要根據變電站的重要性、分期以及終端建設規模、電力負荷、電力系統的備用容量以及相關設計標準專業要求為重要基礎。

變電站電氣主接線的設計原則是可靠性與靈活性，簡單來說就是確保變電站電氣的主接線設計工作可以能夠適應電力系統中可能出現的各種運行情況，且要在極短時間內得以靈活轉換，當然，還必須充分考慮主接線設計的經濟性。

變電站最常用的主接線方案有四種， 即單母線接線方案、單母線分段接線方案、雙母線接線方案以及雙母線分段接線方案，具體情況如圖 1～4 所示。 實際上，各接線方式的選擇應當根據實際需要而定， 而各個接線方案都有優缺點以及適用范圍，因此應根據實際施工情況、施工需要綜合考慮經濟性、實用性以及安全性，選擇最佳的一次接線方式。

圖 1 單母線接線方案 圖 2 單母線分段接線方案

圖 3 雙母線接線方案圖 4 雙母線分段接線方案

主接線的可靠性要求，主要體現在設計人員必須確保電力系統的斷路器在檢修過程中不會對電力系統與負荷造成影響，另外還必須防止出現全站停電或停運的事故，也就是說變電站母線、斷路器等在檢修狀態下，變電站電氣主接線可以滿足一級負荷以及絕大部分二級負荷的供電需求，從根本上盡可能減少停電時間以及停運線路回數。

而主接線的靈活性要求即指主接線設計應當滿足電力系統調度對變壓器以及線路的靈活投切、系統電源以及電力負荷的有效調配、電力事故運行的檢查檢修等，最重要一點就是確保電力系統斷路器等一次設備檢修時還可以靈活維持電網的運行以及供電的正常。

3 電氣一次設備的合理選擇

3.1 變電器的選擇

變電站變電器的設計應當要把主變壓器作為設計的關鍵，設計人員對變電器的設計就是對主變壓器的選擇與設計。 以110kV 變電站為例，其主變壓器的選擇與設計應當充分考慮以下內容：①一些具有冷卻功能的設備應當根據主變壓器的外部工作環境、本身結構特征以及具體容量來決定；②變電器的選擇應當以確定的有載調壓或無激磁調壓方式來決定；③必須嚴格按照電力系統要求設備的相數、繞組數、繞阻的接線組別等的實際需要作為最終變電器確定的條件。

3.2 斷路器的選擇

斷路器的選擇會對變電站運行的安全性產生重要影響，因此設計人員應當對斷路器的選擇給予充分的重視。 ①設計人員應當盡可能延長斷路器的使用壽命以及保證其性能發揮正常，盡量選擇安裝方便，簡于檢修的斷路器；②斷路器的選擇應當確保其在電力系統合閘運行時還具備足夠的導電性，以保證在負荷電流以及短路電流通過時，設備還具有良好的動穩定性能與熱穩定性能。

4 電氣接地設計

在實際的變電站設計建造過程中，為確保變電站電氣一次設備的正常運行以及避免施工人員因觸電而發生安全事故，一般會將電氣設備的某部分與大地進行良好的連接，這就是我們所說的電氣接地設計。 電氣接地除了可以有效防止觸電，還可以避免電氣一次設備的機械性損害，有效避免火災、爆炸的發生。

一般地，變電站電氣一次設備的正常接地裝置主要是由接地體與接地線組成，接地體一般分為自然接地體與人工接地體兩種，最常用的是自然接地體，接地體多采用角鋼，只要將其端部削尖，則可直接打入地中；而接地線一般都采用扁鋼或圓鋼。接地體一般是環繞著變電所進行敷設，而變電所的高壓配電室與低壓配電室分別有兩處都與接地體連接，變壓器只有一點與接地體連接起來的。 另一方面，變電所內高壓配電室、低壓配電室與變壓器室均在室內用扁鋼連接成一整體。 最后，接地電阻的計算值應當滿足高壓小接地系統的保護接地以及低壓電氣設備保護接地與工作接地電阻計算值。

5 電氣防雷設計

電氣防雷設計主要是為了避免直擊雷與雷電過電壓的傷害，變電站電氣一次設備的防雷保護設計主要有三種，即直擊雷保護、雷電過電壓保護以及接地防雷保護。 直擊雷保護即指變電站采用屋頂避雷帶避免直擊雷的侵害，這是因為變電站配電裝置主要是全戶內布置的， 屋頂避雷帶應使用熱鍍鋅扁鋼，同時應當將其牽引到下部分與主接地網安全連接；而雷電過電壓保護主要是指為避免線路侵入雷電波造成電壓過高，因此在110kV 進線與 10kV 母線上分別安裝特定的避雷器； 接地防雷保護是指變電站接地方式主要以水平接地體為主，以垂直接地極作為輔， 另外主接地網應當選擇 6mm×6mm 的鍍鋅扁鋼，垂直接地極則應當選擇 50mm×50mm×2500mm 鍍鋅角鋼。 最后，設備引下線最好選擇 60mm×8mm 鍍鋅扁鋼。 接地防雷設計應當盡可能布置在配電站之外的空地中， 同時要將接地極深埋；主接地網的接地電阻應當小于 0.5Ω，還要注意在經常出入的大門處設置一些與主接地網連接的均壓帶。

6 結束語

作為電網的關鍵部分， 變電站電氣一次設計尤為重要，其設計的合理性、經濟性與安全性將會對變電站的質量產生直接影響。 因此，變電站設計人員必須要在滿足設計規范的前提下，必須制定完善的設計方案，全面考慮電氣一次設備的設計與安全保護措施，充分考慮變電站電氣一次設備設計的可行性與實用性，注重對設備的檢查維修，確保電氣一次設備能夠在安全穩定的情況下進行安全運行。 另外，在電氣一次設備的設計過程中，設計人員要做好全面的變電站風險評估，盡可能避免安全隱患的出現，并預先制定完善的安全措施，在實際施工過程中還要提出相關的合理施工建議。

參考文獻：

［1］ 江才楊. 淺議變電站電氣一次設計的具體要點［J］. 變電設計，2008（28）.

［2］ 郭毅朝 ，張素乾 ，莫雨賢. 探究變電站電氣一次設計的具體方法及其應用實例［M］. 四川：四川科學出版社，2011，12.