110kv变电站一次系统设计

110kv变电站一次系统设计

发表时间：2018-11-13T20:24:50.343Z 来源：《电力设备》2018年第20期作者：孟宪禹

[导读] 摘要：本文从三个方面对变电站一次系统进行分析，一是介绍变电站电气主接线，重点电气主接线的概念以及考虑的主要因素；二是在设计过程中涉及到的变压器选择、短路电流的计算；三是对于整个电气的一次设计部分进行防雷的保护措施。

（山东黄金矿业(莱州)有限公司焦家金矿）

摘要：本文从三个方面对变电站一次系统进行分析，一是介绍变电站电气主接线，重点电气主接线的概念以及考虑的主要因素；二是在设计过程中涉及到的变压器选择、短路电流的计算；三是对于整个电气的一次设计部分进行防雷的保护措施。

关键词：变电站；一次系统；电气系统；设计

引言

电气一次设备能够在很大程度上有效影响到发电工作的效率和具体工作模式，一次设计部分的重要性不言而喻。所以，分析变电站一次系统的设计工作具有重要的意义，能够为促进供电工作的顺利进行提供良好的前提条件。反之，如果一次供电系统出现故障，就会影响到企业的正常运行，甚至造成设备故障以及人员的伤亡。

1、变电站电气主接线

（1）电气主接线概念

在供电系统中，主接线设计部分包括供电系统的电能输送、各分支电路的线路。无论是发电厂，还是变电站、变电所，一次线路的设计都是整个电力系统的最初设计部分。是保证电能顺利输送的前提保证。在设计过程中，设计师将一次设计线路以及各种设备的表示呈现在图纸上，最终得到的广义一次电路设计的设计施工图，即一次设计的主接线电路图。

（2）电气主接线关键因素

电气接线的关键因素，我国法律有着明确的规定，必须严格按照相关规定、方针进行执行。电气主接线必须以设计图纸为开展任务的依据，必须保证电网的稳定、安全运行，其次应该考虑电网的经济性与美观等其他因素。结合相关实践经验以及规范妖气，电气接线应该满足以下是个基本要求：首先是电网的安全性能。必须样按照国标中的要求，并遵守相关技术守则，保证电气设备以及施工人员的安全；其次是可靠性。由于电气设计的工程项目较大，避免不断的进行修整，尤其作为一、二级负荷的供电设备，只有线路可靠，才能保证设备的安全运行；再者应该具有灵活性。由于在实际的工作中，难免会遇到设备维修或是切换运行动作的情况，这就需要具有灵活的接线方式，以适应各种要求；最后一个接线的原则是经济性能高。秉着合理利用资源的原则，妄求在整个电网的设计中，实现费用最低，安全性能好。

电气主接线的形式较为固定，只需要根据实际负荷情况、所处环境等因素对主接线的连接方式进行选择、确定。连接方式区别最大的就是在进行进出回路选择上有所不同，这是由发电厂或是变电站的实际负荷、需求情况说决定的。如果遇到进出线路较多的情况下，可以利用母线进行缓冲，将其作为中间部分。

2、电气主接线设计

（1）电力变压器的选择

变压器用T或者TM表示，电力变压器负责升压与降压，是变电所中最为重要也是不可或缺的一次设备。变压的结构构成主要为两大部分，一是铁芯或是磁芯，二是绕组。绕组决定这电压的升降，以及比例，所以在高压侧与低压侧都安装有绕组。电压的升降更有利于电能的合理安排输送与使用。变压器实现了供电电压的升降，是电能得到最大限度的使用。通常情况下，如果变电所需要供应的负荷包含一级负荷，那么变压器的台数至少为两台，其中一台作为突发状况下的备用变压器，比如一台变压故障或是需要进行检修维护时。如果变电所需要供应的负荷不包含一级负荷，多数为二级负荷，那么也可以使用一台变压器，此时就需要配备一个外设的备用电源即可，当然，如果由于地理环境的影响，比如受到当地季节的影响，也可以使用两台变压器。还有一种情况是，即便符合均为三级负荷，但是负荷较为集中，容量相对较大，这时的变压器数量可以在两台或是两台以上。除了上述使用两台变压器的要求下，其他情况使用的多数均为一台变压器。

（2）短路电流计算

电路短路是整个电力系统中最常见的线性，在一次系统中也是同样的。造成短路的原因最常见的就是电路的绝缘保护受到破坏，还有一些认为操作上的失误，还有是因为一些小动物的行为造成的短路。

短路现象造成的后果可大可小。有的电路短路仅仅造成某一些电器元件的损坏，不会造成其他联锁反应；短路现象还有可能造成电压的不稳定，影响各种电气设备的正常运行；由于存在短路保护装置，所以一旦短路，有时保护系统会自动切断电源，导致停电发生；电磁不分家，电路系统发生故障，就会导致电磁场受到破坏，造成对电磁信号的干扰，影响某些保护装置的正常运行，比如继电器；以上种种现象产生的高温现象，都有可能最终导致火灾的发生，造成二次伤害。

1）短路电流计算一般步骤：计算各元件的电抗标幺值，并且折算到同一基准容量上；绘制等值网络，并进行网络变换；选择短路点；把网络进行简化，并且将供电系统看做无限大系统，同时计算短路电流标幺值及有名值；计算短路容量和短路电流冲击值；列出短路电流计算结果。

2）短路电流类型及计算方法

采用欧姆法进行三相短路计算在无限大容量系统中发生三相短路时，其三相短路电流周期分量有效值按下式计算：

分别是短路电路的总阻抗、总电阻、总电抗值；为短路点的短路计算电压。

采用标幺制法进行三相短路计算：无限大容量系统三相短路电流周期分量有效值的标幺值计算公式：

（3）电气设备的选择与校验

电流互感器不满足，那么就应该改选较大电流比或较大容量S2N的互感器，或者加大二次接线的截面。电流互感器二次接线一般采用铜芯线，截面不小于2.5mm。关于电流互感器稳定度的校验，对于直接给出动稳定电流峰值或1s热稳定电流的有效值，动稳定度、热稳定度按照下列公式进行校验：一般电流互感器的热稳定试验时间为1s，因此热稳定度校验条件为：

。

为了确保电压互感器安全和在规定的准确度等级下运行，电压互感器一次绕组所接系统电压范围内变动，满足

下列条件，即电压互感器的中分类和形式应根据安装地点和使用条件进行选择。110～220kV配电装置，一般采用串级式电磁式电压互感器。

图1 单根避雷线的保护范围

图2 避雷器的连接

3、防雷保护

防雷保护是为了保证电气安全实施的一系列措施，主要为了避免雷电产生的瞬间，流入雷击点出的巨大电流，对与防雷的保护措施是通过外设的相关避雷设备，结合电磁学的理论，将雷电产生的强大电流引向避雷设备或是引入地下。

（1）避雷针

避雷针是最常用的一种防雷电措施，实质上避雷针是接闪器的一种，实质上起到引雷的作用。避雷针的保护范围为：球体接触到避雷针、地面，不接触需要保护的部位。

（2）避雷线

避雷线与避雷针的区别在于形状，避雷原理与实现的原理两者相同，根据GB50057-1994规定，单根避雷针的保护范围如图1所示：（3）避雷器

避雷器主要是用来防止由于过电压波沿着电路线路进入变配电所等建筑物内，避雷器应该与被保护的设备并联，如图2所示：当线路上出现过电压时，避雷器内部的火花间隙瞬间被击穿，阻抗由高变低，过电压波通过接地引线对大地放电，进而使得被保护设备避免大电流经过，起到保护作用。避雷器的类型较多，目前使用较多的有保护间隙、排气式避雷器、阀式避雷器、金属氧化物避雷器以及电涌保护器。

结束语

本文的电气系统一次设计部分，主要内容为电气主接线方式的选择、短路电流的计算以及变压器的选择。尤其是主变压器的选择，对于整个一次设计部分而言是最为核心的内容，需要综合各项指标，选择最合适的，这样的运行效果才是最好的。短路故障是电力系统中最常见的故障之一，不仅会影响正常供电，还会破坏系统稳定性、损坏电气设备，文中对短路电流计算方法进行了详细的介绍，实际中需要利用计算结果完成了主要设备的选型。

参考文献

[1]刘耀锋,周昊.110kV室外配电装置的设计优化[J].电力自动化设备，2017，25（7）：88-89.

[2]卢孟杰.智能变电站继电保护技术优化研究[D]. 北京：华北电力大学，2015.

[3]陈婧.临汾高村110kV智能化变电站的设计研究[D].北京：华北电力大学，2013.