[摘要] 文章以电气主接线、配电装置、系统保护为重,最对城市变电站的设计进行重点阐述。其设计思路和方法能,对220kV城市变电站的设计者有一定的启示和借鉴作用。
[关键词] 220KV；城市变电站；电气系统；设计；综合自动化
一、设计原则
在城市电网建设中，首先应当解决的是城市变电站的建设问题。建设城市变电站应当遵循的基本原则是：
(1)足够的变电容量以满足供电区域内中长期规划预测的负荷要求；
(2)可靠灵活的主接线方式；
(3)结构紧凑，设备体积小，占地面积小；
(4)主设备技术性能优越，可靠性高，检修频率低，噪声低；
(5)自动化程度高，通信误码率低，可靠性高。
根据以上原则，选择220kV作为城市电源点，可以充分发挥容量大、通道省、占地少、投资相对经济的优点。因此，220kV城市变电站是解决城市供电矛盾的一个有效措施，同时也将是今后城市电力系统发展的一个方向。
二、电气主接线
在变电站设计中，尤其是重要的变电站设计，为了保证其供电可靠性和灵活性，往往采用较复杂的主接线。完善的主接线虽然保证了供电可靠性，但缺点是接线方式复杂、运行操作烦琐、检修维护量大、投资大、占地面积多。
电气主接线的选择通常与变电容量的需求有较为密切的关系，这里介绍带断路器的线路变压器组的设计方案。
220kV城市变电站电气主接线一般分3个电压等级，由3组带断路器的线路变压器组构成；110kV为单母线分段，各段母线各与1台主变相连，各带多路出线；35kV为单母线分段，各段母线带多路出线，每台主变分别通过2台35kV断路器接于两段35kV母线上。有3台分段断路器。优点在于任何一台主变停用，相应两段母线分别由另2台主变供电，从而达到均衡负荷的目的。
三、配电装置
(一)220kV配电装置及主变
220kV配电装置选择室内布置，采用传统的独立电器，相间距离3.5m，依次为电缆头、单侧带接地刀的线路闸刀、单断口六氟化硫断路器、氧化锌避雷器，最后接主变。断路器与线路闸刀之间留作通道，作为检修运输通道。
主变压器的选择对城市变电站来说又有着特殊的要求。体积小、噪音低、阻燃性好、可靠性高，是选择变压器要突出考虑的性能。220kV配电装置与主变共处一室，主要是防噪声。变压器可采用低噪声强油风冷，散热器分体安装于室外。
(二)110kV配电装置
110kV配电装置采用三相共箱式结构的全封闭六氟化硫绝缘的组合电器，选择GIS户内布置，这是在国内城市变电站设备选型中常用的做法。GIS的结构为紧凑型三相共箱式，三相导体共面布置，所有开关设备均采用了弹簧／电动操动机构，由1台机构操作，三相联动。由于无需压缩空气供给系统，从而实现了无油化、无气化。
(三)35kV配电装置
35kV配电装置采用进口全封闭六氟化硫绝缘的组合电器，双列布置，头尾相接，容易处理单母线分段的接线型式。每个间隔宽度为0.6～0.8m.双列布置。
四、电气平面布置
(一)综合楼
综合楼底层布置35kV配电装置及3台所变，35kVGIS采用背靠背双列布置。由于两列装置之间有土建结构桩头，因此，对于背后有接线的GIS需适当拉开距离，以便施工检修。综合楼地下层为箱形基础，箱形基础同时作为110kV、35kV电力电缆通道。箱形基础靠围墙一侧，设有4只竖井及2只工作井，电缆通过两井与排管连接，上面通过竖井到电缆层及控制室。
(二)220kV配电装置楼
配电装置楼共有3个单元，每个单元布置1组线路变压器组，每个单元间隔宽度为14m，单元之间设敞开式5m通道，作为主变散热器安装位置及接地变压器位置，接地变压器采用过街楼式安排，以利于主变散热器通风散热。
五、系统保护
(一)220kV线路保护
220k线路与主变保护屏、直流屏、所用配电屏等布置在继电保护室。
主变高压侧装设断路器，主变故障时不需传送远方跳闸命令。为了简化保护配置，拟采用相间电流和零序电流速断作为220kV线路主保护，并在送电端配置以下保护：
(1)相间电流速断保护，瞬间跳闸；
(2)定时限过流保护，延时跳闸；
(3)零序电流速断保护，瞬时跳闸；
(4)零序过流保护，延时跳闸；
(5)断路器失灵保护。
以上保护除断路器失灵保护外，均配置2套，实现与主变双重保护。送电站的1套重合闸装置在线路单相故障时，断路器跳三相，然后进行三相重合；相间故障时，断路器跳三相，不进行重合。
(二)主变保护
电力变压器是电力系统中十分重要的供电设备，它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响；同时大容量的电力变压器也是非常贵重的设备。因此，必须根据变压器的容量和重要程度考虑装设性能良好、工作可靠的继电保护装置。针对变压器故障类型和不正常运行状态，对主变可采用以下保护：
(1)瓦斯保护；
(2)谐波制动纵差保护；
(3)变压器220kV侧过流保护；
(4)变压器35kV侧过流保护；
(5)220kV零序过流保护；
(6)110kV2段方向零序过流保护；
(7)35kV侧零序过流保护；
(8)220kV和35kV侧过负荷保护。
(三)110kV线路保护
采用微机控制，包括电流速断、过电流两阶段；零序电流速断和零序过流2段保护。
(四)35kV线路保护
采用电流速断、过电流和零序过电流保护。
(五)母线保护
110kV母线为单母线分段接线方式，每段母线配置1套三相式母线差动保护，母差保护动作瞬时切除主变110kV进线断路器、分段断路器及母线上联络线断路器，母差动作时闭锁分段自切。
35kV母线为单母线分段接线方式，每段母线配置1套三相式母线差动保护，母差保护动作瞬时切除主变35kV进线断路器、分段断路器，母差动作时闭锁分段自切并切除35kV母线上联络线断路器。
(六)自动装置
35kV和110kV母线分别装设备用电源自动切换装置。每回35kV线路均装设按周减载装置。
六、变电站综合自动化
(一)基本功能和技术
1.保护功能。对所内的所有电气设备进行保护，并对被保护设备进行故障显示和记录，存储多套定值并能进行修改和显示等。
2.测量及数据采集功能。包括状态数据、模拟数据和脉冲数据。
3.自动装置功能。包括电压和无功的就地控制、同期检测和同期合闸及故障滤波测距等。
4.控制和操作闭锁。可通过CRT屏幕对断路器、隔离开关、变压器分接头和电容器组投切等进行远方操作。
5.对所及监控、监视与工程师工作功能实现人机联系。
6.系统的自诊断功能。系统内各插件应具有自诊断功能，并把数据送往后台机和远方调度中心。此外，还有远方控制中心的通信与防火、保安功能及措施。
(二)主要特点
1.微机系统和保护信息串行通信采用交流采样，大大提高了信息总量，能够根据事件优先级迅速远传变电信息。
2.系统采用微机采样。微机变送器输入由CT、PT提供，直接输入计算机编码与数据采集微机通信，可传送多种计算量，速度较快、精度较高，是目前数据采集的最佳选择。
3.微机保护与监控部分通信可在调度端查看和修改保护整定值。
4.变电所综合自动化具有对装置本身实时自检功能，方便维护与维修。
5抗干扰能力强，可扩展性好。
6.实现综合自动化后的无人值班变电所占地面积小，大大减少了投资。
(三)系统结构
1.系统配置。为了提高变电站综合自动化系统的可靠性和性能价格比，在设计时就应采用分布式的变电站综合自动化系统配置模式。
该系统可以将变电所内各回路的数据采集单元、控制单元和保护单元分别集中安装在变电所的控制室内的数据采集柜、控制柜和保护柜中，相互间通过现场总线与控制主机相连。这种分布集中组屏的结构，便于扩充和维护，而且其中一个环节出现故障时，不会影响其他部分的正常运行。
2.通信系统。通信系统是将整个变电站综合自动化系统采集的数据乃至该变电站相应的配电线路上自动化系统采集的数据传输给变电集控中心和配电自动化集控中心，站内通信采用光纤以太网，保证在站内毋需中断其他设备。站外通讯采用光缆与中心站相连接，由中心站进行遥控软件配置。
