变电所的设计研究

沈茜

常州市海峰电力工程有限公司  江苏省常州市  213000

摘要：变电所是电力系统的中心环节，本文以小区、小型工厂变电所设计为例，浅析了变电所设计的重要性，针对主接线方式进行讨论，采取单母线分段接线方式，考虑了所内电流承载能力，对短路电流进行计算，后对母线和变压器进行继电保护设计，最后综合变电所保护系统，对变电所防雷措施和接地装置进行研究。以达到电力系统的正常运行。

关键词：变电所；变压器；防雷；继电保护

1变电所设计分析

电力在人类生活中发挥着巨大的作用，在21世纪人类对于电力的需求量与日俱增，变电所能在小区、工厂、企业等多领域进行应用，变电所的优良设计能缓解人类用电的巨大压力，变电所通过对电力系统内的电压和电流进行变换分配，保证了电气设备的正常运行，维护了电力系统的正常工作，变电所的设计与研究对于电能的利用具有重大意义。不同地区变电所的设计具有不同的要求，针对电力的需要进行接线配电设计，能做到供需平衡。变电所的设计对面积也具有严格的要求，需考虑运行及维护经费，保证所内电气设备的正常运行与检修维护，以达到电力系统的正常运行。

2变电所电气主接线设计的基本步骤分析

2.1对原始资料的分析

要对变电所电气主接线变电所的类型、设计的规划容量、主电台的数量和容量也要求,要考虑电力系统的使用情况,在近5一10年之间的发展前景,变电所电力系统的位置和作用。另外,负荷的情况和它的地理位置选择也很重要。电气主接线输电电压的等级输电电力的容量和出线回路数等也要进而设计,所以,变电所所选择的环境也要考虑:高海拔、地质、水文、污秽、风向、覆水、温度、气温等,也有效的对变电所电气主接线设备中的电气进而选择和安装配置。因为,他们的设计也在无形中影响着变电所电气主接线的设计,还自就是电气主接线设计具有可行性,也必须要对各个主要电器的性能制造情况、价格等进而分析比较,从而保证设计的经济性先进性和可行性。

2.2对电气主接线方案的拟定

根据设计的任务书之间的相关要求,对原始的资料进行分析以后,就可以拟定出若干个相关的主接线设计方案。因为,变电所的电气设计对出线回路、变压器、台数、电压等级、容量等用无线的结构进行多种考虑,从而绘制出多种不同的电气主接线设计方案,根据主接线的基本要求,还要结合最新的设计技术条件,确定最合适的技术方法,经济合理的、可行的主接线设计方案。

2.3变电站短路电流的计算

对已经设置好的变电所电气主接线方案,为了选择合理的电气也需要进行短路的电流计算。

2.4变量所的主要电器选择

它的选择包括了隔离开关、母线、高压断路器等选择。

2.5变电所绘制电气主接线设计图

在最后的设计中,要确定电气主接线的设计方案就要设计师按照工程的需要绘制工程设计图。

2.6加强安全防范

变电站运维管理工作的环境相对危险，为了降低作业风险，应当做好环境管控工作。需要应用智能化的系统，随时对设备温度、环境湿度、空气含水量及SF6 等信息数据进行汇总，并共享到数据中心。应用管理中心的系统化模块，将这些信息转化成为能够直观阅读的数字、图表，方便对其进行监控、管理。同时，可以调用、查询之前的数据，进行分析比对，一旦数据出现异常可以直接联动报警。从技术应用的角度来看，变电站中的一、二次设备均带电，相关人员在进行运维管理之前，需要充分了解相关的工艺标准及设备状况，分析设备存在的危险点，这样才能在运维管理过程中保障作业人员的安全。

3短路电流计算

变电所承载的电流电压数值较高，出现波动易损坏电气设备，当电源正负极相接，发生短路，电源释放巨大能量，造成导线损坏，甚至产生电弧，引发火灾。为保证电气设备的安全，很有必要进行短路电流计算，短路电流数值远大于额定电流，利用短路电流的限值可为系统选择电气设备、继电保护装置和接线方式，保证电力系统满足稳定性校验。短路电流的计算需要一定的条件：(1)计算的电力系统中有无限大的能量；(2)对于高压电气，考虑其电抗而忽略其电阻的影响；(3)短路形式判断利用电气行业规定标准，选取计算公式。

4继电保护设计

电力系统中发生故障或异常情况对于电能的输送配置造成极大的威胁，继电保护是变电所的必备环节，通过故障检测，设置报警信号，隔离切除故障段，极大降低故障期间对于地区的供电影响。

小区、小型工厂变电所的继电保护在技术层面有一定的要求：(1)通过电路的设计运行选择相应的保护装置；(2)在故障发生时保护装置能尽快地切除故障，保证设备运行的高效性；(3)对于电路参数的计算保证精确度，以在电路运行的超限数值下发生动作；(4)保护装置的运行不会导致设备的故障，不会造成系统的崩溃，保证变电所安全可靠地运行。

继电保护通过正常运行时参数的比较，实现保护系统逻辑部分的运算执行，输出系统判断结果，实现保护系统动作。变电所母线保护装置主要采用微机保护，利用警灯装置实现电路速断，防止电路过低压、过低流现象发生；电力变压器是继电保护的核心，变压器的故障会影响控制地区的全面停电，可通过瓦斯保护和差动保护实现变压器的正常运行，瓦斯保护在变压器油箱内产生气体推动油体的流动，实现保护装置动作，轻瓦斯利用继电器发出信号，重瓦斯在发生短路时跳闸以保护电路，差动保护将变压器当做节点，根据流入电流之和等于零的原理，当电流数值不为零时进行断路器断开操作，实现故障隔离。

5防雷接地设计

5.1接闪器

作用是把雷电引向自身，承受直击雷放电。除利用混凝土构件内钢筋外，接闪器应镀锌，焊接处应涂防腐漆。在我国通常使用避雷针作为接闪器，经过几十年的发展，不同场合的避雷针外形也不相同，从实用角度来讲选择直击避雷针就可满足要求。LS单针避雷针（不锈钢避雷针）采用316或304L不锈钢材质，抗高温及抗氧化性强，保用期超过10年，使用VSSIO最新标准化工艺加工，从力学结构设计、尺寸精度、焊接、抛光、数控钻孔等各个环节都体现了国内顶级工业水平，品质、工艺远超同行业。在所有的避雷针中，单针避雷针的可供选择的型号高度都特别多，有符合防雷要求的6m的避雷针，所以我们选择了一款单针避雷针，这样经济实用也对防雷保护行之有效，因此选择了LS6000型号的单针避雷针。

5.2引下线

是指连接接闪器与接地装置的金属导体。引下线的用途是将接闪器的雷电流安全的导入大地。设计的变电所是框架结构的建筑，而避雷针正好设计在建筑物边缘，一种方法可沿变电所外墙铺设引下线，并直接沿墙向下接地；另一种方法是直接利用变电所内的钢筋作为引下线。两边有两根避雷针，可用两根引下线，既提高了整个变电所防雷的可靠性，且使用两根引下线后可利用其分流作用将每根引下线的电压降大大降低，减少了变电所侧击的风险。

5.3屏蔽接地

主要作用是把电气干扰转入大地，能降低外来电磁干扰的负面作用，减少带来的阻碍，避免其他设备遭到影响。其主要形式有建筑屏蔽接地、弱电设备的相关接地、低压电缆屏蔽层接地。

5.4避雷器的选型

由于氧化锌避雷器优点多，是目前世界上用得最广泛的避雷器，所以选择郑州益之润防雷工程有限公司的一款氧化锌避雷器，属于3～220kV无间隙金属氧化锌避雷器，型号是Y5WZ-17/45。

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