变电站一次系统电气主接线设计研究

变电站一次系统电气主接线设计研究

梁辰

(国网经济技术研究院有限公司徐州勘测设计中心江苏徐州221000)

摘要：变电站是电力系统的重要组成部分，直接影响电力系统的安全和经济运行。它是发电厂与用户之间的中间环节，起着交换和分配电能的作用。这要求变电站的局部设计经济合理，采用合理的电气主接线形式，并采用合适的电气设备的数量和质量。变电站布局和配电设备还必须符合国家标准。

关键词：变电站一次系统；电气主接线；设计

一、变电站短路电流的原因及危害

1、影响变电站短路电流的原因

影响变电站短路的原因主要有三种。首先是设备的原因，设备的老化以及发电机、变压器等设备的配置不合格都会导致变电站出现短路现象。

其次是因为自然原因，鸟兽、雷雨结冰等都会对变电站造成一定程度的破坏。最后还有可能是人为的因素导致的，即工作人员的不正确操作等状况。工作人员是变电器的灵魂，工作人员的操作行为不正确是非常致命的，因此工作人员要更加仔细，提高责任心，确保工作的万无一失。

2、变电站短路电流带来的危害

首先，变电站短路可能会形成很高的温度，这样就容易损坏一整套设施。并且对周围的用电情况产生影响，会导致大范围内无法正常供电，各种设施都会出现瘫痪的状况。工业生产、服务业等无法正常的运转，居民生活用电也无法得到满足，甚至对国民经济造成一定程度的损失。距离变电器较近的人，其人身安全也会受到影响，造成无法挽回的后果。

二、220kV变电站电气一次主接线设计原则

1、灵活性原则

在当前包括电网建设在内的各项建设迅速发展的背景下，变电站的电气一次主接线设计也必须要与时俱进，本着灵活性的原则进行改造与更新。

首先是220KV变电站电气设计主接线的扩建灵活，在设计中必须要考虑变电站分期建设的需求，从建设初期以及到建设完工，均必须要考虑扩建。

其次是220KV变电站电气设计主接线设计中调度灵活，变电站电气系统对主接线有明确的系统持续、正常运行的要求，通过无功补偿装置、变压器等的灵活更换、投入来保证系统安全。

最后是检修灵活与事故处理灵活，当出现故障的时候，能够迅速定位并发现问题，同时能够隔离故障部位，并迅速恢复供电，保证系统的安全、稳定运行。

2、经济性原则

在保证灵活性和可靠性的基础上，还必须要考虑220KV变电站电气一次主接线设计的经济性原则。保证在进行设计过程中能够充分考虑到各种支出和花费，并不断优化和缩减支出，保证以较低的成本获得较高质量的电气一次主接线设计，最终提出最佳主接线设计方案。

三、主变压器选择

1、主变压器形式选择

相数确定：在330kV及以下的电力系统中，通常使用三相变压器而不受运输条件的限制。

绕组数确定：当三绕组变压器的每个绕组的通过容量达到变压器额定容量的15或更多时，使用三绕组变压器。否则，绕组没有被充分利用，并且使用两个双绕组变压器在经济上更合理。

2、主变压器容量和台数确定

2.1变电所主变压器容量确定

（1）主变压器的容量一般应根据5-10年的计划负荷进行选择，并适当考虑10-30年的发展。根据城市规划，负荷性质，网格结构等综合考虑因素来确定其容量。

（2）当一个主变压器停止工作时，应考虑变压器超过两个的变电站。其余主变压器的容量满足70-80%的满负荷，并应满足I类和II类负载的供电。从以上两点来看，应满足主变压器的容量：

例：10kV侧的负荷为:Pmax=100MW，110kV侧出线负荷为:Pmax=20MW，功率因数为0.85；总的负荷为:Pmax=100+20=120MW；总的容量为:Smax=Pmax/cosø=120/0.85=141MVA；考虑到变压器本身的损耗容量，应该有5%的余量。这样变压器的容量为S=0.75xK0xSmax(1+5%)，其中K0为同时率，一般取0.9。

所以S主=0.75x0.9x141x1.05=100MVA。

因此，根据容量选择两个SSPSL-120000三相有载分接开关。其容量比为100/100/50额定电压(kV)高压220/121/10.5。

2.2主变调压方式选择

有两种类型的电压调节方法：无功率开关，称为非激励电压调节，调节范围通常仅为10%（±2×2.5%）。另一种是负载切换称为有载电压调节，调节范围高达30%。

由于变电站的电压波动较大，因此选择有载电压调节方法以满足要求。

2.3连接组选择和中性点接地设计

变压器绕组的连接方式必须与系统电压的相位一致，否则不能并联运行。电源系统中使用的绕组用星形“Y”和三角形“D”连接。在变电站中，通常认为系统的同步并置以将诸如三次谐波的因素限制到电源。根据以上原则，主变一般是Y，D11常规接线。

在63kV及以下的系统中，由于单相接地，接地电流很小，更适合使用不接地的工作模式。220kV、110kV接地设备有一个隔离开关，一个避雷器和一个保护间隙，避雷器的额定电压不低于变压器的最大工作相电压的避雷器保护可以选择，也可以使用条形间隙保护。

主变压器的220kV和110kV中性点均直接接地。使用无间隙氧化锌避雷器可防止雷电侵入波对中性点绝缘的损坏。

2.4主变压器冷却方式选择

主变压器通常使用以下冷却方法：自然风冷却，强制油循环风冷却，强制油循环水冷却。自然风冷却：一般只适用于小容量变压器。

四、电气主接线形式设计

1、系统接线图

220kV侧通过双回路连接到系统，系统选择为无限。

110千伏侧4回出线；最大负荷为100MW；功率因数为0.85；最大负荷利用小时数5200H。

10千伏侧12回出线；最大负荷为20MW；功率因数为0.85；最大负荷利用小时数为5400H。

2、变电所三种接线形式比较

（1）可靠性：可靠的电力供应是电力生产和分配的首要任务。停电不仅会给发电厂造成损失，还会给国民经济的各个部门造成更严重的损失，造成人身伤亡。经济损失和政治影响，如设备损坏，产品退役和城市生活混乱。

（2）灵活性及方便性：它要求主线布线灵活，操作简便，维护安全，扩展方便。

（3）经济性：在满足技术要求的前提下，经济合理，投资小，占地面积小，功率损耗小。

该站为220/110/10三级电压，两个主变压器均为120000kVA。110kV出线4回，10kV出线12回。在上述情况下，可以看出该站与系统紧密连接并具有更多的插座电路。在电网中居于较重要位置。因此，在保证一定供电可靠性的前提下，投资应尽可能小，年运行成本低，操作灵活。大修很方便，并且有一个小的主机连接形式。

方案一：220kV侧双母线，110kV侧双母线，10kV侧单母母段。

方案二：带旁路的220kV侧双主机，带旁路的110kV侧双主机，带旁路的35kV侧单母段。

方案三：220kV侧双母线，110kV侧双主机带旁路，35kV侧单母段。

结束语

本文通过选择220kV变电站并进行案例分析和设计，研究了变电站一次系统电气主接线的设计过程。为变电站的进一步详细设计提供依据，并为其他电压等级的变电站提供设计思路。

参考文献:

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[2]李嵩,陈德锋.220kV变电站电气一次部分设计技术探析[J].科技创新与应用,2018(24):74-75.

[3]王力科.变电站电气一次主接线设计探讨[J].科技经济市场,2018(06):32-34.