关于变电站设计的分析

【摘 要】随着变电站数字化进程的加快，二次电气的设计需要不断推进，二次电气设计原则以及电磁兼容性问题均为二次电气设计的重要内容。笔者通过多年的工作经验对变电站电气二次系统设计的相关环节进行分析。

【关键词】变电站；系统设计；分析

中图分类号： TM63文献标识码：A

变电站作为输配电系统中的一个关键环节，在整个电网当中占据十分重要的位置。变电站二次系统对变电站的控制以及监视具有直接的影响作用，二次回路是否处于最佳状态，对整个变电站以及整个系统的安全正常运行起到决定性的作用。就国内外发生的事故经验分析而言，造成系统事故时常发生的根本原因是回路出现问题，有些是由于回路自身存在缺陷及不足而造成；有些是由于系统出现故障时，因回路的原因无法立即切除故障而引起的。所以，必须加强对变电站二次以及回路的科学保护，保证变电站得以正常运行。

1 变电站电气二次系统的设计

1.1变电站主结线电气的相关计算设计

通过对电气主结线可靠性定量指标进行详细的分析，以确保电气结线选型工作的顺利完成，进而为变电站电气系统进行二次设计提供一些基础性的设计方案

1.2可靠性定量指标的计算式

电气主结线可以看作是由可以修复的元件组成的一个系统，分成两个工作状态：一为正常状态，二为故障状态，按照两态马尔柯夫过程，可以计算出以下近似算式：fc=Σλji

以上的公式中，fc指的是主结线系统发生事故造成主变压器出现停运事件的频次，次/a；λji指的是有关结线元件出现的故障率（i=1，2，……n）

1.3其他的计算式

主结线出现故障而元件强迫停运时间Tjgi的计算式为：

Tjgi=fcTcg

没有备用电源自动投入装置而出现事故限电量Akqi的计算式为：Akqi=Sqin1Tkqi

有备用电源自动投入装置而出现事故限电量Akqi的计算式为：

Akqi=(Sqi=n1-Syn2)

Tkqi限电经济损失U的计算式为：

U=AkqiK

在上述计算式中，Tcg为故障元件的修复时间，h/次；Sqi为事故停运主变的容量，其单位是万kVA；z为主变的负载率，%；n1为同时出现事故停运的主变台数；Sy以及n2分别是指依然在运行当中的主变热备容量以及台数，kVA；Tkqi为主变事故强迫停运所花的时间，h，如果经过切换操作可以恢复正常供电时，它也可以作为判明事故以及处理事故所花费的时间，取1h；如果需要等待故障元件修复之后，才能恢复正常供电，则以Tkqi=Tjqi来表示；K为单位电度所损失的计算系数，如果按照限电而导致的国民纯收减少来计算，则需要根据研究资料取1.5元/kWh，如果按照停电综合造成的损失来计算，则需参考国外的相关资料取10~30倍的电价。

1.4结线方案进行比较

首先要选择正确的结线可靠性定量指标的计算公式以及方法，以下将着重从经济性的方面对两种不同的结线方案进行对比分析，进而顺利实现结线的选型工作。

忽略时间因素造成的影响，经济性的计算公式为：

Z=（CΣ+UΣ）+XtTz

式中，Z为年计算的费用，单位为万元；CΣ为年生产的费用，万元，取投资的 5%；UΣ为年平均停电造成的事故损失，以万元计算，它等于平均年事故限电量×单位电度损失计算系数K；Xt 为年投资积压所损失的系数，取10%；Tz为总投资额，万元，包含有设备投资 建安工程总费用以及占地补偿费。

经过上述计算式的分析发现，I型设计方案在设备的安装费用。工程占地费用等方面的支出相对较少，因此其经济向相对较高，相对于Ⅱ型而言，I型设计方案比较适合于普通型小型水电站的开关站上的设计选择。综上所述，以经济性的角度作为出发点，对以上提到的两种不同结线方案进行系统的比较，就一般来说，选择I型方案比较实惠，其布置方案的总投资额最省，在按照国民纯收入减少或者10倍电价来计算停电所造成的损失时，其年计算费用也比较低，是一种比较经济的值得提倡的布置方案。当然，也要根据当地实际情况以及工程现场具体状况来定，并且要充分结合其经济性 技术性等方面进行综合考虑，最终确定最适合的选择主结线方案。

如图1图所示，电气主结线是：1、2号和3号、4号机组，这几组分别经过发电机断路器以及单相变压器，然后再经过500kVSF6的管道母线连接组成两个联合单元之后，再经过1回500kV的电缆接入到SF6的全封闭性组合电器(GIS)，以此组成了不同类型规格的电气应用单元，实际规格则要有具体的应用来确定；5号、6号机组则分别同一台特殊三相变压器进行接成，并组成一组发-变组单元，然后在经过110kVSF6的管道母线以及110kV电缆接入到SF6全封闭性的组合电器(GIS)。在110kVGIS以及500kVGIS之间设置一组联络变压器，其规格需根据实际应用而设定500kV侧采用的是1倍半的结线，而110kV侧则采取双母线结线。

1.5控制方式

对于传统的大中型变电站而言，一般都是采用强电一对一的控制方式。20世纪90年代中期，传统变电站的控制系统有所改进，例如采用码赛克控制屏，安装微机型闪光报警器等等，进过改进之后，控制系统的性能明显比老式系统优异，但从根本上也没有很大的改进作用。

1.6与一次设备的连接存在的问题

电气二次系统的设备和一次设备之间的连接也存在一些问题，由于连接不正确或者连接失误而导致诸多重大事故时常发生，因此需要电气工程人员给予充分的重视。在有些高压断路器的机构内部，通常都会带有电气防跳回路，而这一并联防跳回路同微机保护回路时相互冲突的存在。连接之后，通常会出现微机保护的跳位、合闸监视灯同时亮等这类情况，因此，需要立即把机构防跳回路断开，防跳功能则通过微机保护装置来实现。对于综合自动化变电站而言，其采用的电气主设备通常是高级别档次，GIS设备也常常被采用，而GIS主结线设计的基本原则是尽量将结线简化，利用可靠性，清除可节省的一些元件，进而降低成本。电压互感器的隔离开关在整个变电站的运行过程中起不到任何的作用，在检验维修电压互感器TV或者进行现场耐压试验的时候，可以用它来分开电压互感器TV与主回路，对于GIS而言，可以不用将电压互感器TV和 GIS之间进行分离检修、测量。

结束语

在优化及改造变电站的电气二次系统回路当中，除了上述的因素，依然还要考虑到其他的因素，例如继电器的具体布置、电缆的走线方式、测量仪表的安装位置及方法等。要确保变电站的电气二次系统的有效、合理改造与优化，必须采用综合自动化系统对其进行监控、测量以及保护，以此方式来实现电气设备的投运工作情况、运行管理以及二次保护等各方面的需求，增强了整个系统运行的安全性、可靠性，实现最大的经济效益。

参考文献

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