110kV变电站的电气一次系统设计

110kV变电站的电气一次系统设计

姚思宇

国网齐齐哈尔供电公司，黑龙江 齐齐哈尔 161005

摘要：随着我国电力事业不断发展，我国110kV变电站在实际建设中已经具备统一的技术标准和规范。电气设计作为变电站建设的重要组成部分，应从设计手段、设计方案、技术管理等角度进行详细规划，必须从设计之初就应考虑到变电站建设的实用性，故在变电站电气设计时，提高一次系统设计与二次系统设计质量，设备布置方式、导体和电器的选择等都应以厂房位置与场地大小、用电负荷预测为依据进行精心设计，并不断地对方案进行优化，才能保证变电站设计方案科学可行，从而为各路电器设备接入变电站后稳定运行奠定基础。

关键词：110kV；变电站；电气设计；接地；防雷保护

引言

一般在城市电力负荷集中但根据地面规划空间受限的地区建设全地下变电站，变电站可结合城市绿地或运动场、停车场等地面设施独立建设，也可结合其他工业或民用建(构)筑物共同建设地下变电站，做到尽量不单独占用或少占用城市用地，体现了可持续发展的思想。结合地面设施、地质条件、结构受力等情况，地下变电站可选择圆形、方形或其他形状。除了北京和上海等少数大城市，地下变电站都属于新应用，可研究题目不少；且相对于常规地上变电站，考虑到地下结构的安全性和节省整体造价，变电站结构型式、设备选择和电气布置尤为重要。

1 变电站工程特点

1.1 资金投入大，技术含量高

变电站建设一次性资金投入量大，变电设施设备类型多而且技术含量高，大多数都属于精密程度及自动化程度高的设备。要想保证设备后期的正常运行，变电站建设时，对土建工程的质量以及电气安装工艺要求也比较高。

1.2 建站地形条件受限

较多大部分变电站都是建设在负荷的中心区域，在变电站的地质地形条件选择时，要综合考虑各方面的影响因素，比如变电站周围是否有大规模的建筑物，变电站是否能够应付大型的洪水，变电站的建设区域是否会存在常年降雨量比较大或者雷电活动比较频繁的情况，综合以上因素后，作出科学合理的选址。

1.3 使用面积小，站内功能设备多

变电站设计的运行设备相对较多，但是占地面积比较小。变电站的土建工程主要包括主控楼，继保室，配电室，变电压基础隧道等。变电站内部结构及功能各不相同，但相互联系。同时要考虑到值班的需求，在建设时还需要设有值班室以及门卫室。

2 110kV变电站的电气一次系统设计

2.1 智能巡检技术路线

1）采集层。该层数据来源主要有：现场运维检修人员通过智能穿戴设备在变电站内采集的实时视频、音频数据流及现场图像流数据。2）传输层。基于5G通信技术为智能穿戴设备构建音频、视频及图片流提供传输通道，保证前后端在数据上的实时互通。3）数据层。该层包括实时数据和作业应用数据。本项目的作业数据按业务属性划分为应用数据库、站内设备数据库、图片集数据库、视频流数据库、非结构化数据库、结构化数据库。4）支撑层。支撑层主要包括数据汇聚、数据分析、数据统计、接口贯通、统一认证及实时运算等能力。5）应用层。应用层包括智能巡检管理、数据管理、远程在线会诊、指挥管理、图像识别、任务管理、用户中心等独立的功能模块，各子模块对外提供可供访问的服务接口，对内则通过相应实时数据交互处理机制形成一体化的基本应用层，并在功能模块上为构建智能巡检系统、智能巡检交互应用、智能巡检应用、边缘计算图像识别等各应用系统提供各类通用的功能。

2.2 主接线设计

主接线设计是变电站整体设计的重要组成部分，电气主接线与电气总平面布置方式是电气一次设计的重点模块，故要确保电气主接线设计的灵活性与可靠性，且具备最大化经济效益。通过对原始资料的综合分析，确定主变压器的容量和台数，以所用负荷为依据对所用电设计相关情况进行确定，并以此设计所用变压器和主接线。本设计经过对三种方案在可靠性、灵活性、经济性等方面的比对，现确定为220kV、110kV侧双母线接线，10kV侧单母线分段接线的方式，220kV进出线11回，110kV进出线17回，10kV进出线八回。该接线方式虽然设备相对多，投资较大，但相对于其他两种方案，对供电可靠性的特殊需要是非常必要的，且检修、调试相对灵活，各种电压级接线都可方便扩建和发展。

2.3 地网接地电阻计算

计算输入参数包括：接地装置设计按照40年年限；110kV变电站全站敷设主接地网，考虑季节系数（1.4）后土壤电阻率取值为：起止深度0.0～3.0m和3.0～30.0m；电阻率取值40×1.4=56Ωm和20×1.4=28Ωm；水平接地体采用TJ-150铜绞线，垂直接地体采用Φ14.2mm镀铜钢棒，L=2.5m；110kV配电装置楼等建筑楼主接地网按土建基础底板以下0.2m，其余区域按地面以下0.8m；远景110kV母线最大短路电流为47kA，设备最大短路电流为47kA，短路持续时间0.7s；110kV母线最大短路电流为24kA，设备最大短路电流为24kA，短路持续时间0.7s。

2.4 电缆敷设设计

站内低压电力电缆和控制电缆采用电缆沟、穿管的敷设方式。电缆沟采用角钢电缆支架敷设电缆;在电缆沟的接口处，公用主电缆沟与引接分支电缆沟的接口处，屏、柜、箱的底部电缆孔洞等处，采用耐火材料进行封堵;电缆沟内每隔60m处设置阻火墙。户外电缆沟支架全部采用热镀锌防腐处理;在控制电缆与电力电缆之间设置层间耐火隔板;对直流电源、事故照明、火灾报警系统的全部电缆，屏、柜、箱底部1.0m长的电缆，户外电缆进入户内后1.0m长的电缆，阻火墙两侧各1.0m长的电缆，采用电缆防火涂料进行涂刷;对靠近含油设备的电缆采用穿管敷设，邻近的电缆沟盖板用水泥砂浆做预密封处理。

2.5 防雷保护设计

本次设计包括全站区域的防直击雷保护设计，全站共有4根35m高独立避雷针设置，以此构成对户外电气设备、户外建筑及跨线的直击雷保护。本设计因站内各建筑均在避雷针的保护范围内，故不需要在建筑物的屋顶设置避雷带。避雷针的接地在施工中必须要按照设计规定要求。独立避雷针与主接地网的连接点至变压器中性点及35kV以下设备的接地点沿接地体的长度应≥15m；为降低接触电势并提高接触电势允许值，本站采取在站内经常维护的通道、架构及操作机构周围铺设碎石、砾石作为操作地坪，其厚度不小于20cm，其土壤电阻率约5kΩm。

3 结束语

相对于其他变电站，110kV变电站设计侧重点有所不同结合工程位置和建设规模，应重点考虑其结构稳定性、防水性，考虑设备防火、引接方便和运行维护便利，考虑整体经济性，文章从这些方面分析给出了某110kV地下变电站推荐的结构型式、设备选择和电气布置。不同的地域环境和地址条件、不同的建设规模的地下变电站，其结构型式和电气布置也会不同，后续可分类详细研究，推动国内地下变电站的良性发展。

参考文献：

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