关于变电站电气设计方案的几点探讨

【摘 要】 本文从变电站电气设计的原则出发，分析了110V变电站电气设计方案的几点探讨，针对变电站电气二次系统的自动化设计进行详细探究。

【关键词】 变电站；电气设计；方案

引言：

随着我国经济技术的快速发展，电力事业的发展也非常的迅速，人们对电能的要求越来越高，用电负荷也在不断的增长，致使出现供不应求的现象，因此对变电站的要求就越来越高。变电站主要分为两种：发电厂变电站和电网变电站。其中电网变电站可以分为枢纽、配电、区域变电站，不同的变电站具有不同的作用，因此在变电站的建设过程中，要针对不同的变电站建造出最符合要求的电气部分。

一、变电站电气设计的原则

变电站主接线的选择是根据变电站在系统中的地位和作用、地理位置、电压等级、站内变压器台数及容量和进出线等各种条件综合优化决定的。城市电网的安全可靠性固然重要，但是城市人口密度大，用地紧张，因此城网变电站接线除了满足安全可靠性外，还必须尽量简单化。在确定间隔位置时要求做到间隔不调整或少调整、线路不交叉或尽量少交叉的原则，以确保工程量为最少。

1、系统一次专业根据本次间隔接入系统的要求，来确定本次新增间隔的接入位置，当接线为一台半断路器接线时需考虑到同名回路应布置在不同的串上，以免当一串的中问断路器故障或检修时，同时串中另一侧回路故障时，使该串中两个同名回路同时断开；对特别重要的同名回路，可考虑分别交替接入不同侧母线即“交替布置”。

2、线路专业根据变电站内问隔排列位置、线路路径来确定本次新增问隔的具体位置，如遄双回路架空出线时，可以顺序布置，以避免线路交叉跨越。

3、综合上述原则确定问膈位簧，然后将电气主接线图及总平面布置图完善后提供给各专业，系统一次专业据此核算出新增间隔的线路最大负荷、母线穿越功率、变电站内系统阻抗，由此来进行相关的计算、设备选择及校验[1]。

二、110V变电站电气设计方案的几点探讨

1、110V变电站设计方案分析

我们通过不同的实践工作并且结合变电站工作人员的经验来看，电气的主接线设计工作就是变电站电气内部一次设计的核心，因为电气主接线设计对于整个电力系统的安全性以及灵活可靠性而言都是有着直接的影响的，不只是这些，电气主接线设计方案的选取对于变电站的相关电气设备的选择和继电保护方案的落实等工作都有着极为深远的影响。

2、110kV变电站电气设备配置

2.1断路器的选择

作为基本的电气设备，断路器具有较高的灭弧性能，在正常工作时断路器主要用于负荷电流的开断与接通，在变电站主接线中，断路器还具有改变主接线运行方式的功能。在故障发生时，断路器通常配合使用功能继电保护进行使用，以此保证电力系统的稳定性与正常供电。

在断路器选择时应按照断路器的使用技术条件、安装环境与安装地点等要求选择恰当的断路器型式与种类。相比较少油断路器，SF6断路器和真空断路器具有更高的可靠性和灭弧性能，其维护工作量也相对较少。所以在35kV～220kV的变电站中多采用SF6断路器，而在10kV变电站通常采用真空断路器。

2.2隔离开关选择

隔离开关主要安装在主接线上，其能保证在设备或线路检修时能形成明显的断口，并同带电部分隔离。通常隔离开关的开端性能较低且未设置灭弧装置，所以在对隔离开关操作时应按照正确的倒闸顺序。

隔离开关的配置：首先，在变压器的中性点或引出线位置处的避雷器无需安置隔离开关；其次，为保证断路器在检修中能形成较大的断口，并与电源进行侧隔离，在断路器的两侧位置均应安装隔离开关；然后，如果馈电线的用户侧安装了电源时，在断路器朝向用户的一侧可以不安装隔离开关；之后，对于中性点直接接地的一般变压器应采用隔离开关进行接地处理；最后，对于在母线上共同连接的电压互感器与避雷器应采用一组隔离开关，并在各段母线位置安装1～2组接地器或接地刀闸，以确保母线与电器检修的安全性；对于63kV以上的线路隔离开关与断路器两侧隔离开关应安装接地刀闸。

3、110V变电站接地技术设计方案分析

对于变电站电气一次设计来说，其接地的核心就是为了确保电气设备能够正常的进行相关的工作，以及为了避免工作人员的人身安全而将电气设备的一部分元件与地面进行连接，通过这一接地的处理，我们还可以间接的实现以下几个方面的价值：一是避免了工作人员接触电气设备而产生的相关触电问题，第二，防止电气设备出现一些机械性质的损坏。第三，杜绝了火宅等灾害的发生。

随着科学技术的不断发展，110V变电站电气设备在一般的意义上主要包括接地线和接地体两个方面的内容，接地线主要是采用圆钢作为基础材料，而接地体则主要是采用角钢作为原料，并且将尖端直接打入地下，仪器确保这两种方法都能够发挥其独特的功能，对于变压器而言，还要将变压器与高、低压配电室在室内环境进行接地的一个处理，使其形成一个相对统一的接地整体[2]。

4、110V变电站防雷设计方案分析

在防雷这一方面，我们要先设置一个避雷带在变电站的上方，以达到预防直击雷的目的，配电的装置都要采用室内的布置方案，以此来避免变电站不会受到直击雷作用力的影响，此外还要在变电站下方设置一个接地线，以此来确保雷击能够形成一个直流路线。再有为了避免线路在正常运行道德状态下出现雷电波过电压的侵入问题，我们可以在110V进线的区域安装独立的避雷器保护装置，通过应用避雷器实现对电压道德保护，与此同时我们还可以在110V中性点装置避雷器，运用设置放电间隙的方式，对变压器中性点绝缘进线相关的过电保护。

在现阶段我国科学技术的支持下，变电站电气内部一次设计工作的过程当中，主要包括以下几个方面，一个是变压器，这里包括变压器的运用以及过电保护等信息，变压器是保护变电站的主要装置；二是发电机，一旦出现漏电等现象的时候，除了我们的工作人员在检修以外，还要有相应的与设备隔开的发电装置，以备不时之需；三是隔离开关，这是在设备在发生故障的时候运用的最为行之有效的方法之一；四是电力电缆设备装置，这一装置对于变电站而言是非常重要的，它是传输和接收电源的关键；五是输电线路，输电线路和电力电缆设备装置是相互协调工作的。电气内部一次设备相互之间的有效联系，是变电站能够正常运行，完成配电、输电的基础所在，希望在以后的变电站内部电气一次工作当中会有更好的设备装置融入到变电站的工作当中来，以确保变电站更加稳定安全的进行相关的配电、输电工作。

三、变电站电气二次系统的自动化设计

1、电气计算

为了确保电气结线选型工作的顺利进行，应详细分析电气主结线的可靠性定量指标，以此为变电站电气二次系统的自动化设计提供有效的设计方案。电气主接线是由可修复的元件组成的系统，通常包括2种状态，一种是故障状态，另一种是正常状态。根据两态马尔柯夫过程，能得出相应的近似算式：

Fc=∑λij（1）

式（1）中：Fc——主结线系统发生故障时，主变压器发生停运的次数；

λij——有关结线元件出现的故障率，i=1，2，□□n。

主结线故障时元件强迫停运时间Tjgi的计算公式为：

Tjgi=FcTcg（2）

式（2）中：Tjgi——元件强迫停运时间；

Fc——主结线系统发生故障时，主变压器发生停运的次数；

Tcg——故障元件的修复时间，h/次。

没有设备电源时，自动投入装置出现事故限电量ΔAkqi的计算公式为：

ΔAkqi=Sqin1Tkqi（3）

式（3）中：ΔAkqi——没有设备电源时，自动投入装置出现事故的限电量；

Sqi——主变的负载率，%；

n1——同时出现故障停运的主变台数；

Tkqi——主变事故强迫停运的时间，h。

在选择主结线时，只有根据上述可靠性定量指标，并按照上述公式计算后，才能确定合理、正确的主结线。

2、电气信息采集

变电站的电气二次系统需要配置1套电气信息采集装置，并提供当地监控系统的结构，以实时监控变电站内的所有电气设备，完成对站内电气信息资源的高精度采集，处理所有的数据资源，并按照指定密度安全、可靠地储存带时标的电气数据，最终按照指定的内容、时间向主站发送信息。

3、继电保护和安全自动装置

主变压器的微机保护布置于继电保护室，其中，主保护为主变本体非电量保护和1套采用二次谐波制动原理的微机型纵差保护；后备保护为零序过流保护和复合电压过流保护。通常状况下，主保护和后备保护设置在同一个机箱中，以实现保护动作可同时跳开变压器各侧的断路器。

4、站内监控系统

变电站电气二次系统的监控系统通常采用分层、分布式的结构，根据监控对象以间隔为单位设计，监控系统的总控制单元采用双机配置。站内监控系统采用双网网络将整个系统分为间隔层和站级层，并采用光纤或双绞线通信介质。其中，间隔层适宜采用总线型网络，根据间隔配置，主变测控和保护各自独立，置于主控制室，其他设备可通过智能型设备或通信口接入监控系统，并置于高压开关柜中；站级层通常采用总线型结构，包括打印机、远程控制终端、当地监控等设备。

5、直流系统

变电站电气二次系统自动化设计通常设置有1整套直流系统，该系统能为变电站自动化控制系统在照明、通信、断路器、数据采集、信号接收和控制等工作中提供直流用电。因此，变电站直流系统的断路器合闸通常采用电动弹簧。通常状况下，变电站内不会出现较大的冲击电流，在考虑电流的余量时，仅仅需要满足站内出现事故后2h的用电量即可，例如，将蓄电池的容量设计为300Ah就能够满足变电站故障用电的需求。以某变电站电气二次系统自动化设计中的直流系统为例，其容量为300Ah，母线配置4个20A/DC100V的模块，高频开关电流模块热备份模式为N+1[3]。

6、消防应急系统

因变电站电气二次系统具有特殊性，导致其存在一定的火灾安全隐患。因此，变电站电气二次系统的自动化设计应根据相关规范和变电站的实际状况，配置1套完整的火灾、消防应急系统。当发生火灾时，站内监控系统的智能图像监控系统可将信号发送至远方调度端，并自动触发消防报警装置，这样能有效保证远方操作的可靠性，更好地实现变电站的自动化运行。

四、结束语

综上所述，变电站电气设计在变电站的建设中起着非常重要的作用，因此，在对变电站进行电气设计时要遵从一定的原则，根据变电站的容量、周围的环境、所需负荷的实际容量等设计出最适合的变电站，同时还要对电气设计的方案进行不断的优化，使其满足变电站的供电的可靠性和灵活性。随着自动化技术的不断发展，变电站的电气设计也应该更加趋向于自动化和智能化，是变电站能发挥最大的作用。

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]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.

[3]刘海源.小议110kV变电站电气设计技术[J].电子制作，2013（14）：196.

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