110KV降壓變電所一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述

變電所一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)探究摘要：隨著工業(yè)時(shí)代的發(fā)展，電力已成為人類(lèi)歷史發(fā)展的主要?jiǎng)恿Y源，要科學(xué)合理的駕馭電力必須從電力工程的設(shè)計(jì)原則和方法上理解和掌握其精髓，提高電力系統(tǒng)的安全可靠性和運(yùn)行效率。從而達(dá)到降低生產(chǎn)成本提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。變電所是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它直接影響整個(gè)電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，起著變換和分配電能的作用。目前，國(guó)內(nèi)110kv及以下中低壓變電所，主接線為了安全，可靠起見(jiàn)多選單母線接線。另外，合理的選擇各種一次設(shè)備也能夠提高變電所的安全系數(shù)及其經(jīng)濟(jì)性。關(guān)鍵詞：變電所/安全/可靠/經(jīng)濟(jì)1我國(guó)電能與變電站現(xiàn)狀電能是發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，是一種無(wú)形的、不能大量存儲(chǔ)的二次能源，同時(shí)也是現(xiàn)代社會(huì)中最重要也是最方便的能源［3］。電能的發(fā)、變、送、配電和用電，幾乎是在同一時(shí)間完成的，須相互協(xié)調(diào)與平衡［2］。變電和配電是為了電能的傳輸和合理的分配，在電力系統(tǒng)中占很重要的地位，其都是由電力變壓器來(lái)完成的，因此變電所在供電系統(tǒng)中的作用是不言而語(yǔ)的。變電所是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，起著變換和分配電能的作用［2］。因此，變電所的作用顯得尤為重要。首先要滿足的就是變電所的設(shè)計(jì)規(guī)范。安全可靠地發(fā)、供電是對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的首要要求［10］。（1）變電所的設(shè)計(jì)要認(rèn)真執(zhí)行國(guó)家的有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，符合安全可靠、技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理的要求。（2）變電所的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工程的5~10年發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行，做到遠(yuǎn)、近期結(jié)合，以近期為主，正確處理近期建設(shè)與遠(yuǎn)期發(fā)展的關(guān)系，適當(dāng)考慮擴(kuò)建的可能。（3）變電縮的設(shè)計(jì)，必須從全局出發(fā)，統(tǒng)籌兼顧，按照負(fù)荷性質(zhì)、用電容量、工程特點(diǎn)和地區(qū)供電條件，結(jié)合國(guó)情合理的確定設(shè)計(jì)方案。（4）變電所的設(shè)計(jì)，必須堅(jiān)持節(jié)約用地的原則。其次，變電所所址的選擇，應(yīng)根據(jù)要求，綜合考慮確定S2設(shè)計(jì)變電站著手方面2.1電氣主接線方案的選定電氣主接線是整個(gè)變電所電氣部分的主干。變電所電氣主接線指的是變電所中匯集、分配電能的電路，通常稱(chēng)為變電所一次接線，是由變壓器、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、互感器、母線、避雷器等電氣設(shè)備按一定順序連接而成的。⑷它是電力系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的重要組成部份。變電站主接線形式應(yīng)根據(jù)變電站在電力系統(tǒng)中的地位、作用、回路數(shù)、設(shè)備特點(diǎn)及負(fù)荷性質(zhì)等條件確定，并且應(yīng)滿足運(yùn)行可靠、簡(jiǎn)單靈活、操作方便和節(jié)約投資等要求口。主接線設(shè)計(jì)的基本要求為：(1)供電可靠性。主接線的設(shè)計(jì)首先應(yīng)滿足這一要求；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，要求停電范圍小，恢復(fù)供電快。(2)適應(yīng)性和靈活性。能適應(yīng)一定時(shí)期內(nèi)沒(méi)有預(yù)計(jì)到的負(fù)荷水平變化；改變運(yùn)行方式時(shí)操作方便，便于變電站的擴(kuò)建。⑶經(jīng)濟(jì)性。在確保供電可靠、滿足電能質(zhì)量的前提下，要盡量節(jié)省建設(shè)投資和運(yùn)行費(fèi)用，減少用地面積。(4)簡(jiǎn)化主接線。配網(wǎng)自動(dòng)化、變電站無(wú)人化是現(xiàn)代電網(wǎng)發(fā)展必然趨勢(shì)，簡(jiǎn)化主接線為這一技術(shù)全面實(shí)施，創(chuàng)造更為有利的條件。(5)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化。同類(lèi)型變電站采用相同的主接線形式，可使主接線規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，有利于系統(tǒng)運(yùn)行和設(shè)備檢修［1］。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展、調(diào)度自動(dòng)化水平的提高及新設(shè)備新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，變電站電氣主接線形式亦有了很大變化。目前常用的主接線形式有:單母線、單母線分段、單母線分段帶旁路、雙母線、雙母線分段帶旁路、1個(gè)半斷路器接線、橋形接線及線路變壓器組接線等［6］。1997年后建成的變電站中接線型式以單母、橋形和線路變壓器組為主。達(dá)到了85%。而帶旁路母線的，接線型式只有1座，僅占5%［5］。我國(guó)變電站設(shè)計(jì)開(kāi)始趨向于變電站接線方案簡(jiǎn)單，近期國(guó)內(nèi)新建的許多變電站220kV及110kV電壓等級(jí)的接線采用雙母線而不帶旁路母線。采用GIS的情況下，優(yōu)先采用單母線分段接線。終端變電站中，盡量采用線路變壓器組接線等。大量采用新的技術(shù)，變電站電氣設(shè)備檔次不斷提高，配電裝置也從傳統(tǒng)的形式走向無(wú)油化、真空開(kāi)關(guān)、SF6開(kāi)關(guān)和機(jī)、電組合一體化的小型設(shè)備發(fā)展。從形式上看，主接線的發(fā)展過(guò)程是由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，再由復(fù)雜到簡(jiǎn)單的過(guò)程。在70年代，由于當(dāng)時(shí)受電氣設(shè)備制造技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)等條件的制約，為了提高系統(tǒng)供電可靠性，產(chǎn)生了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的主接線演變過(guò)程。在當(dāng)今的技術(shù)環(huán)境中，隨著新技術(shù)、高質(zhì)量電氣產(chǎn)品廣泛應(yīng)用，在某些條件下采用簡(jiǎn)單主接線方式比復(fù)雜主接線方式更可靠、更安全，變電站主接線日趨簡(jiǎn)化。因此，變電站電氣主接線形式應(yīng)根據(jù)可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性及技術(shù)環(huán)境統(tǒng)一性來(lái)決定。電氣主接線方案的選定對(duì)變電所電氣設(shè)備的選擇，現(xiàn)場(chǎng)布置，保護(hù)與控制所采取的方式，運(yùn)行的可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性，檢修、運(yùn)行維護(hù)的安全性等，都有直接的影響，因此，選擇優(yōu)化的電氣主接線方式，具有特別重要的意義。3選擇更安全可靠的一次電氣設(shè)備變電所主要電氣設(shè)備及其作用（1）高壓斷路器（或稱(chēng)高壓開(kāi)關(guān)）線路正常時(shí)，用來(lái)通斷負(fù)荷電流；線路故障時(shí)，用來(lái)切斷巨大的短路電流。斷路器具有良好的滅弧裝置和較強(qiáng)的滅弧能力。按滅弧介質(zhì)劃分，斷路器分為油斷路器、空氣斷路器、SF6斷路器等。（2）負(fù)荷開(kāi)關(guān)線路正常時(shí)，用來(lái)通斷負(fù)荷電流，但不能用來(lái)切斷短路電流。負(fù)荷開(kāi)關(guān)只有簡(jiǎn)易的滅弧裝置，其滅弧能力有限。負(fù)荷開(kāi)關(guān)在斷開(kāi)后具有明顯的斷開(kāi)點(diǎn)。（3）隔離開(kāi)關(guān)（或稱(chēng)高壓刀閘）隔離開(kāi)關(guān)沒(méi)有滅弧裝置，其滅弧能力很小。僅當(dāng)電氣設(shè)備停電檢修時(shí)，用來(lái)隔離電源，造成一個(gè)明顯的斷開(kāi)點(diǎn)，以保證檢修人員的工作安全。（4）高壓熔斷器在過(guò)負(fù)荷或短路時(shí)，能利用熔體熔斷來(lái)切除故障。在某些情況下，熔斷器可與負(fù)荷開(kāi)關(guān)或隔離開(kāi)關(guān)配合使用，以代替價(jià)格昂貴的高壓斷路器，以節(jié)約工程投資［17］。（5）電流互感器將主回路中的大電流變換為小電流，供計(jì)量和繼電保護(hù)用。電流互感器二次側(cè)口4額定電流通常為5A或1A［16］,使用中二次側(cè)不允許開(kāi)路。（6）電壓互感器將高電壓變換成低電壓，供計(jì)量和繼電保護(hù)用。電壓互感器二次側(cè)額定電壓通常為100V［i6］,使用中二次側(cè)不允許短路。（7）避雷器避雷器主要用來(lái)抑制架空線路和配電母線上的雷電過(guò)電壓可操作過(guò)電壓，以保護(hù)電器設(shè)備免受損害。（8）所用變壓器向變電所內(nèi)部動(dòng)力及照明負(fù)荷、操作電源提供電力［8］。如上所述，各種電器對(duì)我們的變電站設(shè)計(jì)都有至關(guān)重要的作用。所以合理的配置是關(guān)鍵中的關(guān)鍵。首先就要說(shuō)到具備更高可靠性的SF6和真空斷路器全面取代少油或多油式斷路器。設(shè)置旁路設(shè)施的目的是為了減少在斷路器檢修時(shí)對(duì)用戶供電的影響。SF6斷路器和真空斷路器的檢修周期可長(zhǎng)達(dá)20年，在變電所中選用了SF斷路器和真空斷路器后，斷路器檢修幾率大為減少，提高單回線路供6電可靠性的根本措施轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)第二供電回路．因?yàn)樵趩位鼐€路供電情況下中斷供電的主要因素已經(jīng)是線路故障.而不是斷路器檢修。故隨著近十多年來(lái)SF6和真空斷路器在110kV變電站中的普遍應(yīng)用，帶旁路母線的接線方式在110kV及其以下電壓等級(jí)已告別了歷史舞臺(tái)。其他設(shè)備我們也應(yīng)該按照計(jì)算和設(shè)計(jì)的需要合理選擇，從而保證安全性和經(jīng)濟(jì)性。電氣配置隔離開(kāi)關(guān)的配置（1）中小型發(fā)電機(jī)出口一般應(yīng)裝設(shè)隔離開(kāi)關(guān):容量為220MW及以上大機(jī)組與雙繞組變壓器為單元連接時(shí)，其出口不裝設(shè)隔離開(kāi)關(guān)，但應(yīng)有可拆連接點(diǎn)［11］。（2）在出線上裝設(shè)電抗器的6—10KV配電裝置中，當(dāng)向不同用戶供電的兩回線共用一臺(tái)斷路器和一組電抗器時(shí)，每回線上應(yīng)各裝設(shè)一組出線隔離開(kāi)關(guān)［11］。（3）接在發(fā)電機(jī)、變壓器因出線或中性點(diǎn)上的避雷器不可裝設(shè)隔離開(kāi)關(guān)。（4）中性點(diǎn)直接接地的普通型變壓器均應(yīng)通過(guò)隔離開(kāi)關(guān)接地；自藕變壓器的中性點(diǎn)則不必裝設(shè)隔離開(kāi)關(guān)［12］。電壓互感器的配置(1)電壓互感器的數(shù)量和配置與主接線方式有關(guān)，并應(yīng)滿足測(cè)量、保護(hù)、同期和自動(dòng)裝置的要求。電壓互感器的配置應(yīng)能保證在運(yùn)行方式改變時(shí)，保護(hù)裝置不得失壓，同期點(diǎn)的兩側(cè)都能提取到電壓［11］。(2)6-220KV電壓等級(jí)的每組母線的三相上應(yīng)裝設(shè)電壓互感器。旁路母線上是否需要裝設(shè)電壓互感器，應(yīng)視各回出線外側(cè)裝設(shè)電壓互感器的情況和需要確定。(3)當(dāng)需要監(jiān)視和檢測(cè)線路側(cè)有無(wú)電壓時(shí)，出線側(cè)的一相上應(yīng)裝設(shè)電壓互感器［11］。(4)當(dāng)需要在330KV及以下主變壓器回路中提取電壓時(shí)，可盡量利用變壓器電容式套管上的電壓抽取裝置［15］。電流互感器的配置(1)凡裝有斷路器的回路均應(yīng)裝設(shè)電流互感器其數(shù)量應(yīng)滿足測(cè)量?jī)x表、保護(hù)和自動(dòng)裝置要求。(2)在未設(shè)斷路器的下列地點(diǎn)也應(yīng)裝設(shè)電流互感器：發(fā)電機(jī)和變壓器的中性點(diǎn)、發(fā)電機(jī)和變壓器的出口、橋形接線的跨條上等。(3)對(duì)直接接地系統(tǒng)，一般按三相配置。對(duì)非直接接地系統(tǒng)，依具體要求按兩相或三相配置。(4)一臺(tái)半斷路器接線中，線路—線路串可裝設(shè)四組電流互感器，在能滿足保護(hù)和測(cè)量要求的條件下也可裝設(shè)三組電流互感器。線路—變壓器串，當(dāng)變壓器的套管電流互感器可以利用時(shí)，可裝設(shè)三組電流互感器［11］。避雷器的裝置(1)配電裝置的每組母線上，應(yīng)裝設(shè)避雷器，但進(jìn)出線裝設(shè)避雷器時(shí)除外。(2)旁路母線上是否需要裝設(shè)避雷器，應(yīng)視在旁路母線投入運(yùn)行時(shí)，避雷器到被保護(hù)設(shè)備的電氣距離是否滿足要求而定。（3）220KV及以下變壓器到避雷器的電氣距離超過(guò)允許值時(shí)，應(yīng)在變壓器附近增設(shè)一組避雷器。（4）三繞組變壓器低壓側(cè)的一相上宜設(shè)置一臺(tái)避雷器。（5）下列情況的變壓器中性點(diǎn)應(yīng)裝設(shè)避雷器直接接地系統(tǒng)中，變壓器中性點(diǎn)為分級(jí)絕緣且裝有隔離開(kāi)關(guān)時(shí)。直接接地系統(tǒng)中，變壓器中性點(diǎn)為全絕緣，但變電所為單進(jìn)線且為單臺(tái)變壓器運(yùn)行時(shí)。接地和經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，多雷區(qū)的單進(jìn)線變壓器中性點(diǎn)上。（6）發(fā)電廠變電所35KV及以上電纜進(jìn)線段，在電纜與架空線的連接處應(yīng)裝設(shè)避雷器。（7）SF6全封閉電器的架空線路側(cè)必須裝設(shè)避雷器。（8）110—220KV線路側(cè)一般不裝設(shè)避雷器［11］。4做好變電站的防雷和保護(hù)接地變電所的防雷設(shè)計(jì)應(yīng)做到設(shè)備先進(jìn)、保護(hù)動(dòng)作靈敏、安全可靠、維護(hù)試驗(yàn)方便，并在在保證可靠性的前提下力求經(jīng)濟(jì)性。［14］防止雷電直擊的主要電氣設(shè)備是避雷針，避雷針由接閃器和引下線、接地裝置等構(gòu)成。［13］避雷針的位置確定，是變電所防雷設(shè)計(jì)的關(guān)鍵步驟。首先應(yīng)根據(jù)變電所電氣設(shè)備的總平面布置圖確定，避雷針的初步選定安裝位置與設(shè)備的電氣距離應(yīng)符合各種規(guī)程范圍的要求，初步確定避雷針的安裝位置后再根據(jù)公式進(jìn)行，校驗(yàn)是否在保護(hù)范圍之內(nèi)。［13］同時(shí)做好變電站的接地電網(wǎng)，也可以有效的防止電力事故的發(fā)生。所用變的設(shè)置為保證重要變電所的安全用電，所以需裝設(shè)兩臺(tái)所用變以備用。為了保證供電的可靠性應(yīng)在低電壓等級(jí)即10KV母線上各裝設(shè)一臺(tái)變壓器(每段各一臺(tái))。這樣就可以避免由于低壓線路故障率較高所引起的所內(nèi)停電事故，從而保證變電所的不間斷供電［11］。繼電保護(hù)的配置在電力系統(tǒng)的運(yùn)行中，變電所可能出現(xiàn)各種故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)。最常見(jiàn)同時(shí)也是最危險(xiǎn)的故障是各種類(lèi)型的短路，其中包括相間短路和接地短路。此外，還可能發(fā)生輸電線路斷線，旋轉(zhuǎn)電機(jī)、變壓器同一繞組的匝間短路等，這樣，供電系統(tǒng)就不能順利完成輸送電。此時(shí)，繼電保護(hù)就顯的很重要。繼電保護(hù)系統(tǒng)的主要作用：保護(hù)作用、控制作用、監(jiān)視作用、事故分析與事故處理作用、自動(dòng)化作用。繼電保護(hù)裝置在電力系統(tǒng)中的主要作用是通過(guò)預(yù)防事故或縮小事故范圍來(lái)提高系統(tǒng)可靠性，是電力系統(tǒng)中重要的組成部分，是保證電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的重要技術(shù)措施之一。在現(xiàn)在電力系統(tǒng)中，如果沒(méi)有繼電保護(hù)裝置，就無(wú)法維持系統(tǒng)正常運(yùn)行［7］。鑒于其在系統(tǒng)中的重要性，有如下要求：(1)選擇性，即僅將故障元件從系統(tǒng)中切除，保證非故障元件正常運(yùn)行，提高系統(tǒng)供電可靠性；(2)速動(dòng)性，快速地切除故障元件可以提高系統(tǒng)并列運(yùn)行的可靠性，減少用戶在電壓降低的情況下的工作時(shí)間，以縮小故障元件的損壞程度。只要求速動(dòng)性是不行的，要根據(jù)電力系統(tǒng)的接線以及被保護(hù)元件的具體情況來(lái)確定，例如當(dāng)發(fā)電廠或母線電壓低于允許值時(shí)，繼電保護(hù)動(dòng)作等；(3)靈敏性，它要求保護(hù)裝置在事先規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，不論短路點(diǎn)的位置，短路類(lèi)型，以及短路點(diǎn)是否有過(guò)渡電阻，都應(yīng)敏銳感覺(jué)，正確反應(yīng)；(4)可靠性，它主要針對(duì)保護(hù)裝置本身的質(zhì)量和運(yùn)行維護(hù)水平而言，一般來(lái)說(shuō)，保護(hù)裝置的組成元件的質(zhì)量越高，回路中繼電器的觸電就越少，保護(hù)裝置的可靠性就越高，同時(shí)，正確的設(shè)計(jì)和整定計(jì)算，保證安裝、調(diào)試試驗(yàn)的質(zhì)量，提高運(yùn)行維護(hù)水平，對(duì)提高保護(hù)裝置的可靠性有重要作用［9］。因此在電氣設(shè)計(jì)中將繼電保護(hù)配置好是一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)，同時(shí)我們應(yīng)該按照要求進(jìn)行合理配置。現(xiàn)如今在我國(guó)，變電所設(shè)計(jì)還存在很多不足，面臨很多問(wèn)題比如損耗和可靠性問(wèn)題。我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也電力帶來(lái)了很多問(wèn)題比如：(1)對(duì)電能的需求日益增長(zhǎng)，城市和農(nóng)村用電密度每天都在變化，所以給變電所的容量設(shè)計(jì)帶來(lái)了很多麻煩。(2)我國(guó)國(guó)土面積大，尤其是西北地區(qū)電力用戶較分散，電力的傳輸需要導(dǎo)線，這樣就會(huì)使線路的功率損耗增加。(3)建立穩(wěn)定的變電所必須占用較大的土地，然而在城市土地單價(jià)昂貴環(huán)境要求嚴(yán)格在用電用戶稠密的地域建設(shè)變電所相對(duì)較困難，從而口8增加了在線路上的電能損耗。以上所說(shuō)的問(wèn)題都是我國(guó)先目前變電手面臨的問(wèn)題，這些問(wèn)題正期待我們的解決［2］。如果上面所述的部分我們都能夠很好的綜合考慮那么變電站的初步設(shè)計(jì)就會(huì)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較安全經(jīng)濟(jì)。這也就達(dá)到我們的提高電力系統(tǒng)的安全可靠性和運(yùn)行效率，從而達(dá)到降低生產(chǎn)成本提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。結(jié)束語(yǔ)電網(wǎng)運(yùn)行的最基本要求是安全與穩(wěn)定。電網(wǎng)安全穩(wěn)定的核心問(wèn)題是要建立一個(gè)與該供電網(wǎng)絡(luò)相適應(yīng)的、合理的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)[i9]0110kV電力網(wǎng)絡(luò)和變電站在系統(tǒng)中的地位和功能發(fā)生了很大變化。110kV電力網(wǎng)絡(luò)已下降為配電網(wǎng)絡(luò)，大多數(shù)110KV變電站也淪為負(fù)荷型的終端變電站⑸。配電電壓升高，電力系統(tǒng)安全更要時(shí)刻抓緊。建設(shè)變電站時(shí)，在保證安全的前提下還要保證其經(jīng)濟(jì)性和靈活性。隨著電