1、永城化工廠110kV降壓變電所一次系統設計變電所一次系統設計探究摘要:隨著工業時代的發展,電力已成為人類歷史發展的主要動力資源，要科學合理的駕馭電力必須從電力工程的設計原則和方法上理解和掌握其精髓，提高電力系統的安全可靠性和運行效率.從而達到降低生產成本提高經濟效益的目的.變電所是電力系統的重要組成部分，它直接影響整個電力系統的安全與經濟運行，是聯系發電廠和用戶的中間環節，起著變換和分配電能的作用。目前,國內110kv及以下中低壓變電所，主接線為了安全，可靠起見多選單母線接線。另外，合理的選擇各種一次設備也能夠提高變電所的安全系數及其經濟性. 關鍵詞：變電所 /安全/可靠/經濟1 我國電能與變

2、電站現狀 電能是發展國民經濟的基礎,是一種無形的、不能大量存儲的二次能源，同時也是現代社會中最重要也是最方便的能源3。電能的發、變、送、配電和用電，幾乎是在同一時間完成的,須相互協調與平衡2。變電和配電是為了電能的傳輸和合理的分配，在電力系統中占很重要的地位,其都是由電力變壓器來完成的，因此變電所在供電系統中的作用是不言而語的。 變電所是聯系發電廠和用戶的中間環節,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計規范.安全可靠地發、供電是對電力系統運行的首要要求10。（1） 變電所的設計要認真執行國家的有關技術經濟政策，符合安全可靠、技術先進和經濟合理的

3、要求。（2）變電所的設計應根據工程的510年發展規劃進行，做到遠、近期結合，以近期為主，正確處理近期建設與遠期發展的關系，適當考慮擴建的可能.（3)變電縮的設計，必須從全局出發，統籌兼顧,按照負荷性質、用電容量、工程特點和地區供電條件,結合國情合理的確定設計方案。(4）變電所的設計,必須堅持節約用地的原則.其次,變電所所址的選擇,應根據要求，綜合考慮確定1。2 設計變電站著手方面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,通常稱為變電所一次接線，是由變壓器、斷路器、隔離開關、互感器、母線、避雷器等電氣設備按一定順序連接而

4、成的.4它是電力系統總體設計的重要組成部份.變電站主接線形式應根據變電站在電力系統中的地位、作用、回路數、設備特點及負荷性質等條件確定，并且應滿足運行可靠、簡單靈活、操作方便和節約投資等要求2。主接線設計的基本要求為：（1)供電可靠性。主接線的設計首先應滿足這一要求；當系統發生故障時,要求停電范圍小,恢復供電快.(2)適應性和靈活性。能適應一定時期內沒有預計到的負荷水平變化;改變運行方式時操作方便,便于變電站的擴建。(3)經濟性。在確保供電可靠、滿足電能質量的前提下，要盡量節省建設投資和運行費用，減少用地面積。（4)簡化主接線.配網自動化、變電站無人化是現代電網發展必然趨勢，簡化主接線為這一技

5、術全面實施，創造更為有利的條件。（5）設計標準化.同類型變電站采用相同的主接線形式，可使主接線規范化、標準化，有利于系統運行和設備檢修1。隨著電力系統的發展、調度自動化水平的提高及新設備新技術的廣泛應用，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.達到了85。而帶旁路母線的，接線型式只有1座，僅占55。我國變電站設計開始趨向于變電站接線方案簡單，近期國內新建的許多變電站220 k V及110kV電壓等

6、級的接線采用雙母線而不帶旁路母線.采用GIS的情況下，優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，變電站電氣設備檔次不斷提高,配電裝置也從傳統的形式走向無油化、真空開關、SF6開關和機、電組合一體化的小型設備發展。從形式上看,主接線的發展過程是由簡單到復雜，再由復雜到簡單的過程。在70年代，由于當時受電氣設備制造技術、通信技術和控制技術等條件的制約，為了提高系統供電可靠性，產生了從簡單到復雜的主接線演變過程。在當今的技術環境中，隨著新技術、高質量電氣產品廣泛應用,在某些條件下采用簡單主接線方式比復雜主接線方式更可靠、更安全，變電站主接線日趨簡化.因此，變

7、電站電氣主接線形式應根據可靠性、靈活性、經濟性及技術環境統一性來決定。電氣主接線方案的選定對變電所電氣設備的選擇，現場布置,保護與控制所采取的方式，運行的可靠性、靈活性、經濟性，檢修、運行維護的安全性等,都有直接的影響，因此，選擇優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備3。1 變電所主要電氣設備及其作用（1)高壓斷路器（或稱高壓開關）線路正常時，用來通斷負荷電流；線路故障時，用來切斷巨大的短路電流。斷路器具有良好的滅弧裝置和較強的滅弧能力。按滅弧介質劃分，斷路器分為油斷路器、空氣斷路器、SF6斷路器等.（2）負荷開關 線路正常時，用來通斷負荷電流,但不能用來切

8、斷短路電流。負荷開關只有簡易的滅弧裝置，其滅弧能力有限。負荷開關在斷開后具有明顯的斷開點.（3）隔離開關（或稱高壓刀閘）隔離開關沒有滅弧裝置，其滅弧能力很小。僅當電氣設備停電檢修時，用來隔離電源，造成一個明顯的斷開點，以保證檢修人員的工作安全。(4)高壓熔斷器 在過負荷或短路時，能利用熔體熔斷來切除故障.在某些情況下，熔斷器可與負荷開關或隔離開關配合使用，以代替價格昂貴的高壓斷路器，以節約工程投資17.(5）電流互感器 將主回路中的大電流變換為小電流，供計量和繼電保護用。電流互感器二次側額定電流通常為5A或1A16，使用中二次側不允許開路.（6)電壓互感器 將高電壓變換成低電壓，供計量和繼電保

9、護用。電壓互感器二次側額定電壓通常為100V16,使用中二次側不允許短路.（7）避雷器 避雷器主要用來抑制架空線路和配電母線上的雷電過電壓可操作過電壓,以保護電器設備免受損害.（8）所用變壓器 向變電所內部動力及照明負荷、操作電源提供電力8.如上所述，各種電器對我們的變電站設計都有至關重要的作用。所以合理的配置是關鍵中的關鍵。首先就要說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。設置旁路設施的目的是為了減少在斷路器檢修時對用戶供電的影響.SF6斷路器和真空斷路器的檢修周期可長達20年,在變電所中選用了SF6斷路器和真空斷路器后，斷路器檢修幾率大為減少，提高單回線路供電可靠性

10、的根本措施轉變為建設第二供電回路因為在單回線路供電情況下中斷供電的主要因素已經是線路故障而不是斷路器檢修。故隨著近十多年來SF6和真空斷路器在110kV變電站中的普遍應用，帶旁路母線的接線方式在110kV及其以下電壓等級已告別了歷史舞臺.其他設備我們也應該按照計算和設計的需要合理選擇，從而保證安全性和經濟性。3。2 電氣配置3.2.1 隔離開關的配置(1)中小型發電機出口一般應裝設隔離開關：容量為220MW及以上大機組與雙繞組變壓器為單元連接時，其出口不裝設隔離開關,但應有可拆連接點11。(2）在出線上裝設電抗器的610KV配電裝置中，當向不同用戶供電的兩回線共用一臺斷路器和一組電抗器時，每回

11、線上應各裝設一組出線隔離開關11。(3）接在發電機、變壓器因出線或中性點上的避雷器不可裝設隔離開關。（4)中性點直接接地的普通型變壓器均應通過隔離開關接地;自藕變壓器的中性點則不必裝設隔離開關12。3.2.2電壓互感器的配置（1）電壓互感器的數量和配置與主接線方式有關，并應滿足測量、保護、同期和自動裝置的要求。電壓互感器的配置應能保證在運行方式改變時,保護裝置不得失壓，同期點的兩側都能提取到電壓11。（2）6-220KV電壓等級的每組母線的三相上應裝設電壓互感器.旁路母線上是否需要裝設電壓互感器，應視各回出線外側裝設電壓互感器的情況和需要確定。（3）當需要監視和檢測線路側有無電壓時,出線側的一

12、相上應裝設電壓互感器11。（4)當需要在330KV及以下主變壓器回路中提取電壓時，可盡量利用變壓器電容式套管上的電壓抽取裝置15。3.2。3 電流互感器的配置(1）凡裝有斷路器的回路均應裝設電流互感器其數量應滿足測量儀表、保護和自動裝置要求.（2）在未設斷路器的下列地點也應裝設電流互感器：發電機和變壓器的中性點、發電機和變壓器的出口、橋形接線的跨條上等。(3)對直接接地系統,一般按三相配置。對非直接接地系統，依具體要求按兩相或三相配置。(4）一臺半斷路器接線中，線路線路串可裝設四組電流互感器，在能滿足保護和測量要求的條件下也可裝設三組電流互感器.線路變壓器串，當變壓器的套管電流互感器可以利用時

13、，可裝設三組電流互感器11.3。2。4 避雷器的裝置（1)配電裝置的每組母線上，應裝設避雷器，但進出線裝設避雷器時除外。(2）旁路母線上是否需要裝設避雷器，應視在旁路母線投入運行時，避雷器到被保護設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允許值時，應在變壓器附近增設一組避雷器。（4）三繞組變壓器低壓側的一相上宜設置一臺避雷器。(5）下列情況的變壓器中性點應裝設避雷器 1) 直接接地系統中,變壓器中性點為分級絕緣且裝有隔離開關時。 2） 直接接地系統中，變壓器中性點為全絕緣，但變電所為單進線且為 單臺變壓器運行時。 3) 接地和經消弧線圈接地系統中，多雷區

14、的單進線變壓器中性點上。 （6)發電廠變電所35KV及以上電纜進線段，在電纜與架空線的連接處應裝設避雷器。 （7)SF6全封閉電器的架空線路側必須裝設避雷器。 （8)110-220KV線路側一般不裝設避雷器11.4 做好變電站的防雷和保護接地變電所的防雷設計應做到設備先進、保護動作靈敏、安全可靠、維護試驗方便，并在在保證可靠性的前提下力求經濟性。14防止雷電直擊的主要電氣設備是避雷針，避雷針由接閃器和引下線、接地裝置等構成.13避雷針的位置確定，是變電所防雷設計的關鍵步驟。首先應根據變電所電氣設備的總平面布置圖確定，避雷針的初步選定安裝位置與設備的電氣距離應符合各種規程范圍的要求，初步確定避雷

15、針的安裝位置后再根據公式進行,校驗是否在保護范圍之內。13同時做好變電站的接地電網，也可以有效的防止電力事故的發生。4。1 所用變的設置為保證重要變電所的安全用電，所以需裝設兩臺所用變以備用。為了保證供電的可靠性應在低電壓等級即10KV母線上各裝設一臺變壓器（每段各一臺)。這樣就可以避免由于低壓線路故障率較高所引起的所內停電事故,從而保證變電所的不間斷供電11。4.2 繼電保護的配置 在電力系統的運行中，變電所可能出現各種故障和不正常運行狀態。最常見同時也是最危險的故障是各種類型的短路，其中包括相間短路和接地短路.此外,還可能發生輸電線路斷線，旋轉電機、變壓器同一繞組的匝間短路等,這樣，供電系

16、統就不能順利完成輸送電。此時,繼電保護就顯的很重要。繼電保護系統的主要作用：保護作用、控制作用 、監視作用 、事故分析與事故處理作用、自動化作用。繼電保護裝置在電力系統中的主要作用是通過預防事故或縮小事故范圍來提高系統可靠性，是電力系統中重要的組成部分，是保證電力系統安全可靠運行的重要技術措施之一。在現在電力系統中，如果沒有繼電保護裝置，就無法維持系統正常運行7。 鑒于其在系統中的重要性，有如下要求：(1）選擇性，即僅將故障元件從系統中切除，保證非故障元件正常運行，提高系統供電可靠性；（2)速動性，快速地切除故障元件可以提高系統并列運行的可靠性，減少用戶在電壓降低的情況下的工作時間，以縮小故障

17、元件的損壞程度。只要求速動性是不行的，要根據電力系統的接線以及被保護元件的具體情況來確定,例如當發電廠或母線電壓低于允許值時,繼電保護動作等;（3）靈敏性，它要求保護裝置在事先規定的保護范圍內發生故障時,不論短路點的位置，短路類型，以及短路點是否有過渡電阻，都應敏銳感覺，正確反應；（4）可靠性，它主要針對保護裝置本身的質量和運行維護水平而言,一般來說,保護裝置的組成元件的質量越高，回路中繼電器的觸電就越少,保護裝置的可靠性就越高，同時，正確的設計和整定計算，保證安裝、調試試驗的質量,提高運行維護水平,對提高保護裝置的可靠性有重要作用9.因此在電氣設計中將繼電保護配置好是一個很重要的環節,同時我

18、們應該按照要求進行合理配置。現如今在我國，變電所設計還存在很多不足，面臨很多問題比如損耗和可靠性問題.我國經濟的發展也電力帶來了很多問題比如:（1）對電能的需求日益增長，城市和農村用電密度每天都在變化，所以給變電所的容量設計帶來了很多麻煩。（2)我國國土面積大，尤其是西北地區電力用戶較分散,電力的傳輸需要導線，這樣就會使線路的功率損耗增加.(3）建立穩定的變電所必須占用較大的土地，然而在城市土地單價昂貴環境要求嚴格在用電用戶稠密的地域建設變電所相對較困難，從而增加了在線路上的電能損耗。以上所說的問題都是我國先目前變電手面臨的問題,這些問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計就會相對來說比較安全經濟。這也就達到我們的提高電力系統的安全可靠性和運行效率，從而達到降低生產成本提高經濟效益的目的。結束語 電網運行的最基本要求是安全與穩定。電網安全穩定的核心問題是要建立一個與該供電網絡相適應的、合理的電網結構19。110kV電力網絡和變電站在系統中的地位和功能發生了很大變化。110kV電力網絡已下降為配電網絡，大多數110KV變電站也淪為負荷型的終端變電站5.配電電壓升高，電力系統安全更要時刻抓緊。建設變電站時,在保證安全的前提下還要保證其經濟性和靈活性。隨著電力人不斷的努力