某变电站电气一次设计重点分析

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【摘 要】根据变电站工程设计深度要求 ，从变电站总的设计原则 、电气一次与各专业的资料配合 ，了解变电站设计相关专业的先期条件，到电气主接线设计的基本要求和特殊要求、电气设备选择原则及电气布置方案。

【关键词】变电站；接线设计；设备选择

中图分类号： TM63 文献标识码： A

变电站可行性研究必须贯彻国家的技术政策和产业政策，执行各专业的有关设计规程和规定推进资源节约型、环境友好型、电网建设，推广应用通用设计、通用设备，促进标准化建设。在变电站工程设计中必须完整、准确、充分地掌握设计原始资料和基础数据。

1. 500kV 电气主接线设计

1.1 电气主接线设计的基本要求

电气主接线应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。

1.1.1 可靠性

（1）断路器检修时，不宜影响对系统的供电。

（2）断路器或母线故障及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电。

（3）尽量避免变电站全部停运的可能性。

1.1.2 灵活性

（1）调度时，应可以灵活地投入和切除变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故、检修以及特殊运行方式下的系统调度要求。

（2）检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修，不致影响电网的运行和对用户的供电。

（3）扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线，在不影响连续供电的情况下方便扩建。

1.1.3 经济性

（1）节省投资，主接线力求简单，以节省电气一次设备，同时简化继电保护和二次回路，以节省二次设备和控制电缆。

（2）减小占地面积，主接线要为配电装置布置创造条件，尽量减小占地面积。

（3）减少电能损失，应经济合理地选择主变压器的型式、容量和数量，从而减少电能损失。

1.2 电气主接线方案设计

1.2.1 基本要求

应根据变电站规模、线路出线方向、近远期情况、系统中位置和站址具体情况，在进行综合分析比较的基础上，对变电站的电气主接线和主要电气设备的选择提出初步意见。

变电站分为系统枢纽变电站、地区重要变电站和一般变电站，500kV 变电站一般为系统枢纽变电站，其特点为汇集多个大电源和大容量联络线，在系统中处于枢纽地位，高压侧交换系统间巨大的功率潮流，并向中压侧输送巨大的电能。全站停电后，将使系统稳定破坏，电网瓦解，造成大面积停电。因此，对 500kV变电站电气主接线的供电可靠性、运行灵活性提出了较高的要求。

1.2.2 500kV 电气接线

对 500kV配电装置的最终接线方式，当线路、变压器等连接元件为 6 回及以上，且变电站在系统中具有重要作用时，宜通过技术经济比较确定采用一个半断路器接线或双母线分段接线。根据2000 年示范变电所工程设计研究对 330～500kV 电气主接线的研究评审表明，一个半断路器接线仍然是超高压配电装置的主要推荐接线。目前，对于 2～4 台主变进线、8～10 回出线规模的 500kV系统，建议采用一个半断路器接线。在工程的可研阶段，应与系统、线路等专业密切配合，结合系统规划出线方向、出线走廊和站址地理位置及站区总平面布置，按照“当采用一个半断路器接线时，电源回路与负荷回路宜配对成串，同名回路配置在不同串内”的配串原则，重点做好 500kV 配串，规划做好进出线的近、远期结合，以满足工程运行要求。如某 500kV变电站，2 台 750MVA主变压器，4 回 500kV 出线，根据规程规定采用一个半断路器接线，如图 1 所示，电源回路与负荷回路配对成串，同名回路配置在不同串内。

1.2.3 220 kV 电气接线

220kV 系统作为 500kV 变电站的主要负荷点，要求其接线应具有较高的供电可靠性和运行灵活性，双母线接线具有供电可靠、调度灵活、扩建方便、便于试验等优点，因此，220kV 接线一般采用双母线接线。目前，500kV变电站中 220kV系统规模一般为 2～4 台主变进线、12～16 回出线，当线路、变压器等连接元件为 10～14 回时，可采用双母线单分段接线;15 回及以上时采用双母线双分段接线。为减少扩建时的改造工作量及停电时间，也可一期与远景均采用双母线双分段接线，母联、分段等间隔设备一次上齐。

图 一

某 500kV 变电站，2 台 750MVA 主变压器，14 回 220kV 出线，根据规程规定采用双母线双分段接线，如图 2 所示，2 台主变及负荷分别接与两段母线上。

图 二

2. 电气设备选择

2.1 主变压器选型

对于大容量变压器选用三相变或单相变，应根据变电站站址位置、变压器运输条件、变压器制造、运输、安装费用等综合比较提出推荐意见。对变压器是否设置备用相，应根据各区域变压器运行情况，考虑 1 台变压器停电或检修时，对系统供电的连续性和系统工频过电压的影响，经技术经济论证后确定是否装设备用相。变压器的阻抗选择应从电力系统稳定、潮流方向、无功分配、继电保护、短路电流等方面综合考虑，并应以对工程起决定作用的因

素来确定。考虑到变压器的并联运行条件，并联运行的变压器应电压一致、阻抗一致、接线组别一致，同时，对于大件运输不便而采用单相变的内陆地区，为方便整个区域设置备用相，变压器的容量、阻抗、接线组别、调压方式应综合考虑确定。

自耦变压器与同容量的普通变压器相比, 具有耗材少、造价低、有功和无功损耗少、效率高等优点，因此，500kV变电站的主变宜优先选用自耦变压器。为限制 220kV侧发生不对称接地故障时的接地短路电流过大，应根据系统情况考虑是否在主变中性点预留装设小电抗的条件。

2.2 电气设备的主要参数选择

电气设备的主要参数电流、电压、频率、容量、开断电流等应满足系统要求，同时还应注意所选设备应与《国家电网公司输变电工程通用设备（2009 版）》的设备参数相一致。如果所选设备参数与通用设备参数不一致，则应编制专门章节论述所选定的设备参数的必要性，并报请上级审查部门审批。根据《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》要求，330kV

及以上电压等级输变电设备的保护应按双重化配置。因此，对500kV 变电站的 220kV 电流互感器应按 6 个二次绕组配置；500kV电压一个半断路器接线的边开关的 CT按 7 个二次绕组配置，中开关的 CT按 9 个二次绕组配置。

对于母线接地开关的配置，应根据短路电流水平和远期两组平行母线的长度，经过电磁感应电压计算，合理确定母线接地开关的数量，并根据配电装置布置确定接地开关布置位置。对于同杆架设或平行回路的线路侧接地开关，应具有开合电磁感应和静电感应电流能力，具体选择 A 类，还是 B1 类（B2 类），或更高一级，应根据具体工程情况计算确定。

3. 电气布置

各级电压配电装置布置位置，应根据系统地理接线图和出线走廊情况合理布置，同名回路出线的排序一定要与对端变电站出线相对应。

高压配电装置主要有：屋外敞开式开关设备型式（AIS）、全封闭开关设备型式（GIS）和母线敞开式 SF6 组合电器型式（H- GIS）。高压配电装置的选型应根据变电站的性质、站址情况、环境污秽等级、工程建设投资等综合考虑，并根据电力系统条件和运行、检修及施工方面的要求，合理制定布置方案和选用设备，高压配电装置还要做好近、远期结合，尤其要坚持节约用地的原则。

对于四级污区，应在选站阶段尽量避让。如不能避让，应考虑设备型式的选择，变电站可以考虑采用 GIS 或 HGIS 等设备。实际工程设计时，站址位于四级污区，同时为节约占地，对土地资源紧缺地区和基本农田地区，500kV 配电装置可采用屋外 H- GIS，220kV 配电装置可采用屋外 GIS；对非基本农田的常规变电站，500kV 和220kV 配电装置可采用大爬距设备的屋外 AIS。

总平面布置中各建筑物及构筑物间距除满足电气安全距离外，还要满足防火间距的要求。接地网的型式在可研阶段即应根据工程地质情况确定，对土壤电阻率较高的地区，应注意计算接触电势和跨步电势,合理确定接地网型式，并开列准确的技经资料。避雷针的设置要尽量采用架构避雷针，需要设置独立避雷针时，应注意避开进站口和人经常通行的地方。

结语

在进行变电站工程设计时，贯彻两型一化设计原则，符合规程、规范要求，全面考虑本期与远期规模，合理规划，技术经济指标较为先进合理。

参考文献：

[1] 国家电网公司 500（330）kV 变电站典型设计工作组.国家电网公司 500kV 变电站典型设计[M].2005 年版.北京：中国电力出版社，2005.