[摘要] 文章以電氣主接線、配電裝置、系統(tǒng)保護為重,最對城市變電站的設(shè)計進行重點闡述。其設(shè)計思路和方法能,對220kV城市變電站的設(shè)計者有一定的啟示和借鑒作用。

 
　　[關(guān)鍵詞] 220KV；城市變電站；電氣系統(tǒng)；設(shè)計；綜合自動化 
　

　　一、設(shè)計原則 

　　在城市電網(wǎng)建設(shè)中，首先應(yīng)當(dāng)解決的是城市變電站的建設(shè)問題。建設(shè)城市變電站應(yīng)當(dāng)遵循的基本原則是：

(1)足夠的變電容量以滿足供電區(qū)域內(nèi)中長期規(guī)劃預(yù)測的負荷要求；

(2)可靠靈活的主接線方式；

(3)結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)備體積小，占地面積小；

(4)主設(shè)備技術(shù)性能優(yōu)越，可靠性高，檢修頻率低，噪聲低；

(5)自動化程度高，通信誤碼率低，可靠性高。 

　　根據(jù)以上原則，選擇220kV作為城市電源點，可以充分發(fā)揮容量大、通道省、占地少、投資相對經(jīng)濟的優(yōu)點。因此，220kV城市變電站是解決城市供電矛盾的一個有效措施，同時也將是今后城市電力系統(tǒng)發(fā)展的一個方向。 

　　二、電氣主接線 

　　在變電站設(shè)計中，尤其是重要的變電站設(shè)計，為了保證其供電可靠性和靈活性，往往采用較復(fù)雜的主接線。完善的主接線雖然保證了供電可靠性，但缺點是接線方式復(fù)雜、運行操作煩瑣、檢修維護量大、投資大、占地面積多。 

　　電氣主接線的選擇通常與變電容量的需求有較為密切的關(guān)系，這里介紹帶斷路器的線路變壓器組的設(shè)計方案。 

　　220kV城市變電站電氣主接線一般分3個電壓等級，由3組帶斷路器的線路變壓器組構(gòu)成；110kV為單母線分段，各段母線各與1臺主變相連，各帶多路出線；35kV為單母線分段，各段母線帶多路出線，每臺主變分別通過2臺35kV斷路器接于兩段35kV母線上。有3臺分段斷路器。優(yōu)點在于任何一臺主變停用，相應(yīng)兩段母線分別由另2臺主變供電，從而達到均衡負荷的目的。 

　　三、配電裝置 

　　(一)220kV配電裝置及主變 
　　220kV配電裝置選擇室內(nèi)布置，采用傳統(tǒng)的獨立電器，相間距離3.5m，依次為電纜頭、單側(cè)帶接地刀的線路閘刀、單斷口六氟化硫斷路器、氧化鋅避雷器，最后接主變。斷路器與線路閘刀之間留作通道，作為檢修運輸通道。 

　　主變壓器的選擇對城市變電站來說又有著特殊的要求。體積小、噪音低、阻燃性好、可靠性高，是選擇變壓器要突出考慮的性能。220kV配電裝置與主變共處一室，主要是防噪聲。變壓器可采用低噪聲強油風(fēng)冷，散熱器分體安裝于室外。 

　　(二)110kV配電裝置 
　　110kV配電裝置采用三相共箱式結(jié)構(gòu)的全封閉六氟化硫絕緣的組合電器，選擇GIS戶內(nèi)布置，這是在國內(nèi)城市變電站設(shè)備選型中常用的做法。GIS的結(jié)構(gòu)為緊湊型三相共箱式，三相導(dǎo)體共面布置，所有開關(guān)設(shè)備均采用了彈簧／電動操動機構(gòu)，由1臺機構(gòu)操作，三相聯(lián)動。由于無需壓縮空氣供給系統(tǒng)，從而實現(xiàn)了無油化、無氣化。 

　　(三)35kV配電裝置 
　　35kV配電裝置采用進口全封閉六氟化硫絕緣的組合電器，雙列布置，頭尾相接，容易處理單母線分段的接線型式。每個間隔寬度為0.6～0.8m.雙列布置。 

　　四、電氣平面布置 

　　(一)綜合樓 
　　綜合樓底層布置35kV配電裝置及3臺所變，35kVGIS采用背靠背雙列布置。由于兩列裝置之間有土建結(jié)構(gòu)樁頭，因此，對于背后有接線的GIS需適當(dāng)拉開距離，以便施工檢修。綜合樓地下層為箱形基礎(chǔ)，箱形基礎(chǔ)同時作為110kV、35kV電力電纜通道。箱形基礎(chǔ)靠圍墻一側(cè)，設(shè)有4只豎井及2只工作井，電纜通過兩井與排管連接，上面通過豎井到電纜層及控制室。

 
　　(二)220kV配電裝置樓 
　　配電裝置樓共有3個單元，每個單元布置1組線路變壓器組，每個單元間隔寬度為14m，單元之間設(shè)敞開式5m通道，作為主變散熱器安裝位置及接地變壓器位置，接地變壓器采用過街樓式安排，以利于主變散熱器通風(fēng)散熱。 

　　五、系統(tǒng)保護 

　　(一)220kV線路保護 
　　220k線路與主變保護屏、直流屏、所用配電屏等布置在繼電保護室。 
　　主變高壓側(cè)裝設(shè)斷路器，主變故障時不需傳送遠方跳閘命令。為了簡化保護配置，擬采用相間電流和零序電流速斷作為220kV線路主保護，并在送電端配置以下保護：

(1)相間電流速斷保護，瞬間跳閘；

(2)定時限過流保護，延時跳閘；

(3)零序電流速斷保護，瞬時跳閘；

(4)零序過流保護，延時跳閘；

(5)斷路器失靈保護。 

　　以上保護除斷路器失靈保護外，均配置2套，實現(xiàn)與主變雙重保護。送電站的1套重合閘裝置在線路單相故障時，斷路器跳三相，然后進行三相重合；相間故障時，斷路器跳三相，不進行重合。 

　　(二)主變保護 
　　電力變壓器是電力系統(tǒng)中十分重要的供電設(shè)備，它的故障將對供電可靠性和系統(tǒng)的正常運行帶來嚴(yán)重的影響；同時大容量的電力變壓器也是非常貴重的設(shè)備。因此，必須根據(jù)變壓器的容量和重要程度考慮裝設(shè)性能良好、工作可靠的繼電保護裝置。針對變壓器故障類型和不正常運行狀態(tài)，對主變可采用以下保護：

(1)瓦斯保護；

(2)諧波制動縱差保護；

(3)變壓器220kV側(cè)過流保護；

(4)變壓器35kV側(cè)過流保護；

(5)220kV零序過流保護；

(6)110kV2段方向零序過流保護；

(7)35kV側(cè)零序過流保護；

(8)220kV和35kV側(cè)過負荷保護。 

      (三)110kV線路保護 
　　采用微機控制，包括電流速斷、過電流兩階段；零序電流速斷和零序過流2段保護。

 
　　(四)35kV線路保護 
　　采用電流速斷、過電流和零序過電流保護。 

　　(五)母線保護 
　　110kV母線為單母線分段接線方式，每段母線配置1套三相式母線差動保護，母差保護動作瞬時切除主變110kV進線斷路器、分段斷路器及母線上聯(lián)絡(luò)線斷路器，母差動作時閉鎖分段自切。 

　　35kV母線為單母線分段接線方式，每段母線配置1套三相式母線差動保護，母差保護動作瞬時切除主變35kV進線斷路器、分段斷路器，母差動作時閉鎖分段自切并切除35kV母線上聯(lián)絡(luò)線斷路器。 

　　(六)自動裝置 
　　35kV和110kV母線分別裝設(shè)備用電源自動切換裝置。每回35kV線路均裝設(shè)按周減載裝置。 

　　六、變電站綜合自動化 

　　(一)基本功能和技術(shù) 
　　1.保護功能。對所內(nèi)的所有電氣設(shè)備進行保護，并對被保護設(shè)備進行故障顯示和記錄，存儲多套定值并能進行修改和顯示等。 

　　2.測量及數(shù)據(jù)采集功能。包括狀態(tài)數(shù)據(jù)、模擬數(shù)據(jù)和脈沖數(shù)據(jù)。

 
　　3.自動裝置功能。包括電壓和無功的就地控制、同期檢測和同期合閘及故障濾波測距等。 

　　4.控制和操作閉鎖。可通過CRT屏幕對斷路器、隔離開關(guān)、變壓器分接頭和電容器組投切等進行遠方操作。 

　　5.對所及監(jiān)控、監(jiān)視與工程師工作功能實現(xiàn)人機聯(lián)系。 

　　6.系統(tǒng)的自診斷功能。系統(tǒng)內(nèi)各插件應(yīng)具有自診斷功能，并把數(shù)據(jù)送往后臺機和遠方調(diào)度中心。此外，還有遠方控制中心的通信與防火、保安功能及措施。 

　　(二)主要特點 
　　1.微機系統(tǒng)和保護信息串行通信采用交流采樣，大大提高了信息總量，能夠根據(jù)事件優(yōu)先級迅速遠傳變電信息。 

　　2.系統(tǒng)采用微機采樣。微機變送器輸入由CT、PT提供，直接輸入計算機編碼與數(shù)據(jù)采集微機通信，可傳送多種計算量，速度較快、精度較高，是目前數(shù)據(jù)采集的最佳選擇。 

　　3.微機保護與監(jiān)控部分通信可在調(diào)度端查看和修改保護整定值。

 
　　4.變電所綜合自動化具有對裝置本身實時自檢功能，方便維護與維修。 

　　5抗干擾能力強，可擴展性好。 

　　6.實現(xiàn)綜合自動化后的無人值班變電所占地面積小，大大減少了投資。 

　　(三)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 
　　1.系統(tǒng)配置。為了提高變電站綜合自動化系統(tǒng)的可靠性和性能價格比，在設(shè)計時就應(yīng)采用分布式的變電站綜合自動化系統(tǒng)配置模式。 

　　該系統(tǒng)可以將變電所內(nèi)各回路的數(shù)據(jù)采集單元、控制單元和保護單元分別集中安裝在變電所的控制室內(nèi)的數(shù)據(jù)采集柜、控制柜和保護柜中，相互間通過現(xiàn)場總線與控制主機相連。這種分布集中組屏的結(jié)構(gòu)，便于擴充和維護，而且其中一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障時，不會影響其他部分的正常運行。 

　　2.通信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)是將整個變電站綜合自動化系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)乃至該變電站相應(yīng)的配電線路上自動化系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)傳輸給變電集控中心和配電自動化集控中心，站內(nèi)通信采用光纖以太網(wǎng)，保證在站內(nèi)毋需中斷其他設(shè)備。站外通訊采用光纜與中心站相連接，由中心站進行遙控軟件配置。