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

 
　　[關鍵詞] 220KV；城市變電站；電氣系統；設計；綜合自動化 
　

　　一、設計原則 

　　在城市電網建設中，首先應當解決的是城市變電站的建設問題。建設城市變電站應當遵循的基本原則是：

(1)足夠的變電容量以滿足供電區域內中長期規劃預測的負荷要求；

(2)可靠靈活的主接線方式；

(3)結構緊湊，設備體積小，占地面積小；

(4)主設備技術性能優越，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。 

　　根據以上原則，選擇220kV作為城市電源點，可以充分發揮容量大、通道省、占地少、投資相對經濟的優點。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發展的一個方向。 

　　二、電氣主接線 

　　在變電站設計中，尤其是重要的變電站設計，為了保證其供電可靠性和靈活性，往往采用較復雜的主接線。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系，這里介紹帶斷路器的線路變壓器組的設計方案。 

　　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。優點在于任何一臺主變停用，相應兩段母線分別由另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配電裝置選擇室內布置，采用傳統的獨立電器，相間距離3.5m，依次為電纜頭、單側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構的全封閉六氟化硫絕緣的組合電器，選擇GIS戶內布置，這是在國內城市變電站設備選型中常用的做法。GIS的結構為緊湊型三相共箱式，三相導體共面布置，所有開關設備均采用了彈簧／電動操動機構，由1臺機構操作，三相聯動。由于無需壓縮空氣供給系統，從而實現了無油化、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構樁頭，因此，對于背后有接線的GIS需適當拉開距離，以便施工檢修。綜合樓地下層為箱形基礎，箱形基礎同時作為110kV、35kV電力電纜通道。箱形基礎靠圍墻一側，設有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散熱。 

　　五、系統保護 

　　(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。 
　　主變高壓側裝設斷路器，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中十分重要的供電設備，它的故障將對供電可靠性和系統的正常運行帶來嚴重的影響；同時大容量的電力變壓器也是非常貴重的設備。因此，必須根據變壓器的容量和重要程度考慮裝設性能良好、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，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側過流保護；

(4)變壓器35kV側過流保護；

(5)220kV零序過流保護；

(6)110kV2段方向零序過流保護；

(7)35kV側零序過流保護；

(8)220kV和35kV側過負荷保護。 

      (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絡線斷路器，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母線上聯絡線斷路器。 

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

　　六、變電站綜合自動化 

　　(一)基本功能和技術 
　　1.保護功能。對所內的所有電氣設備進行保護，并對被保護設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.測量及數據采集功能。包括狀態數據、模擬數據和脈沖數據。

 
　　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、變壓器分接頭和電容器組投切等進行遠方操作。 

　　5.對所及監控、監視與工程師工作功能實現人機聯系。 

　　6.系統的自診斷功能。系統內各插件應具有自診斷功能，并把數據送往后臺機和遠方調度中心。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，能夠根據事件優先級迅速遠傳變電信息。 

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

　　3.微機保護與監控部分通信可在調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)系統結構 
　　1.系統配置。為了提高變電站綜合自動化系統的可靠性和性能價格比，在設計時就應采用分布式的變電站綜合自動化系統配置模式。 

　　該系統可以將變電所內各回路的數據采集單元、控制單元和保護單元分別集中安裝在變電所的控制室內的數據采集柜、控制柜和保護柜中，相互間通過現場總線與控制主機相連。這種分布集中組屏的結構，便于擴充和維護，而且其中一個環節出現故障時，不會影響其他部分的正常運行。 

　　2.通信系統。通信系統是將整個變電站綜合自動化系統采集的數據乃至該變電站相應的配電線路上自動化系統采集的數據傳輸給變電集控中心和配電自動化集控中心，站內通信采用光纖以太網，保證在站內毋需中斷其他設備。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。