石秀倩 于晓明
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
中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）06（a）-0057-02
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 电气接线设计
变电所主接线为电能输送和线路分配的核心，主接线以电源进出线为基本环节，为电器输配电，在此以小型工厂或小区为例，电气主接线采取单母线分段接线方式。
当一段电路发生故障时只需从不同的电路段进行检修，保证正常段电路不间断供电，尤其是在小区楼栋电路间、工厂区段车间内，不同段分布线利用隔离开关保证线路的正常工作，在一定程度上保证了电路运行的高效性。
比较单母线接线方式而言，某一部件的检修需整条线路断电，线路正常工作需保证整条母线上电器元件的正常运行;比较双母线而言，其备用母线，虽极大保证供电可靠性，但增加母线和回路同样消耗了建造成本，据小区和小型工厂而言，单母线分段接线方式即能较好地提供电能，双母线接线方式对于整条母线的备用消耗资金巨大，得不偿失。
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。
短路电流的计算通常采用手动计算和机器计算，计算步骤如下所示。
（1）基准值选取。
（2）标幺值计算。
（3）计算短路电流，求解短路电流冲击值。
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，瓦斯保護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
雷击对于变电所的危害是巨大的，遭遇雷击，变电所控制地区的用电将受到严重影响，为保证人民的日常生活，变电所的正常运行，需采取一定的防雷措施。雷电分为直击雷、雷电侵入波两种类型，采用避雷针或避雷线可预防直击雷，为完整保护设备，在安装避雷针时需计算其保护范围，保证范围包围变电所内的所有保护设备;阈值避雷器通过限制电气设备的电压以保护电气设备的运行，避雷器与电气设备采用并联方式，当电气设备电压超过限值时，避雷器放电，限制电气设备两端的电压，以防止雷击危害的发生;除设置避雷装置外，还需将变压器接地，将进线段、出线段设置防雷电侵入波操作，将变电所防雷措施形成一个综合的保护系统。
接地操作是将线路接地节点与大地相连，维持节点与大地等电位，以保护电气设备正常运行。变电所接地分为工作接地、保护接地、防雷接地和防静电接地，工作接地主要对于变电所的主变压器而言，在变压器中性点进行接地，维护变压器正常工作;保护接地是将变压器两侧电气设备进行接地，使电气设备工作电压不超过安全范围，防止用电给人体和设备带来的危害;防雷接地通过避雷针、避雷器等防雷装置，将雷电引入大地，以保证变电所的正常工作;防静电接地的设计主要用于应对微机保护抗静电能力差的缺陷，对保护装置进行屏蔽中断处理，以使得母线的继电保护正常运行。
接地环节使用多对金属接地极，使得相互之间的接地极组成接地网络，接地网对于变电所的正常运行起着保护屏蔽作用，接地设计还需考虑接地电阻阻值的大小，在小区、小型工厂变电所中防雷接地、工作接地等共用接地网，据电力行业行为标准，接地电阻阻值需保持在0.5欧姆范围之内。
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