变电站110kV配电装置电气主接线选型研究

变电站 110kV配电装置电气主接线选型研究

张林涛 程崟峰

（国网河南能源互联网电力设计院有限公司 ，河南 郑州， 450000）

【摘 要】本文根据国内变电站设计的现状，在某220kV变电站基础上，结合变电站接入系统方案以及变电站建设规模，对变电站主接线设计方案进行了综合比选，在保证可靠性的同时兼顾扩建时的方案过渡，提出了变电站110kV配电装置采用单母线三分段的接线型式，有效地降低了投资。符合国网“两型一化”变电站建设要求。

【关键词】110kV；变电站；主接线；单母线三分段；优化

0 引言

电气主接线是电力系统的重要组成部分，主接线方案对电力系统整体及变电站本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，对设备选型、配电装置布置、继电保护及控制方式均有较大的影响。

电气主接线选择依据为：变电站在电力系统中的地位和作用；变电站的分期和最终建设规模；负荷大小和重要性；系统备用容量大小；系统专业对电气主接线提供的具体资料。主接线的设计应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。

1 配电装置常用的接线形式分析

（1）线路变压器组接线

线路变压器组接线断的供路器少，接线简单，造价省，对变电所电负荷影响较大，适用于正常二运一备的城区中心变电所。

（2）桥形接线

桥形接线断路器数量少，投资省。分为内桥和外桥两种。适用于较小容量的变电所，且变压器不经常切换或线路较长、故障较高情况。

（3） 多角形接线

多角形接线所用设备少，投资省，运行的灵活性和可靠性较好，缺点是回路数受到限制。适用于最终进线为3-5回的110kV及以上配电装置，不宜用于有再扩建可能的变电站中。

（4） 单母线接线

单母线接线简单清晰，设备少，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置。缺点是任一元件故障或检修时要造成整个配电装置停电。广泛应用于110-220kV配电装置的出线回路数不超过两回的情况。

（5）单母线分段接线

单母线分段接线与单母线相比，可靠性有所提高。缺点是母线故障或检修时要造成部分回路停电。广泛应用于6～110kV变电站，用于110～220kV配电装置时，适用于出线回路数为3～4回。

（6）双母线接线

双母线接线正常运行时可轮换检修母线而不致使供电中断，即使一组母线故障也可快速恢复供电，调度灵活、扩建方便、便于试验，广泛用于35～220kV变电站中。

（7）双母线分段接线

为进一步缩小母线停运的影响，双母线可采用分段接线。分段原则是：当进出线回路数为10～14个时，在一组母线上用断路器分段；回路数为15个及以上时，两组母线均用断路器分段。

2 典型220kV变电站110kV配电装置接线方式研究

本文依托某典型变电站开展主接线设计研究，变电站建设规模如下：

某典型变电站为220kV、110kV、10kV三级电压，主变压器：远景3×180MVA，本期1×180MVA；220kV：远景6回电缆出线，本期4回电缆出线；110kV：远景12回电缆出线，本期5回电缆出线；10kV：远景36回电缆出线，本期12回电缆出线。

2.1 110kV主接线方案

根据110kV最终规模、“两型三新一化”设计原则及工程实际情况，110kV主接线可采用以下两种方案：一是双母线接线，二是单母线三分段接线。

2.1.1 方案一：双母线接线

110kV设计考虑方案一采用双母线接线形式。110kV采用双母线接线，主要特点为：可以轮流检修母线而不使供电中断，当一组母线故障时，可迅速恢复供电；出线侧故障时，正常回路可保证供电不中断；出线断路器故障时，其所连接母线上其它正常回路可快速恢复供电。

由于具有两组母线，各个电源及负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活的适应各种运行方式调度和潮流的变化。

向双母线任一方向扩建，均不影响两组母线电源及负荷的平均分配，也不引起停电。出线或主变间隔安装完成后，需要做耐压试验，两段母线需同时停电。

其缺点是母线故障或检修时，隔离开关作为操作电器易误动作，需在隔离开关和断路器之间装防污闭锁装置。

2.1.1 方案二：单母线三分段接线

110kV设计考虑方案二采用单母线三分段接线形式,采用单母线三分段，主要特点为：单母线分段接线简单，投资省，操作方便。单母线分段接线可靠性略高于单母线接线，当一段母线故障时，其余两段母线能保证正常供电；出线侧故障时，仅造成本回线路供电中断；出线断路器故障时，母线上其它正常回路可快速恢复供电；主变进线回路母线侧断路器故障时，母线上其它回路经短时停电待故障回路切除后可快速恢复供电。采用单母线分段接线扩建时需注意向两个方向均衡扩建。

2.2 主接线技术经济比较及推荐

2.2.1 经济性

方案一远期共1个分段/母联间隔，2个母线PT间隔，30组进出线隔离开关，母线长度40m。方案二远期共2个分段/母联间隔，3个母线PT间隔，15组进出线隔离开关，母线长度20m。经经济比较，方案二较方案一可节省投资45万元。

2.2.2 可靠性

方案二由于具有三段母线，即使一段母线检修另一段母线故障时，仍然可以保证部分负荷不中断供电，可靠性略有升高；而同时方案二比方案一多一个分段间隔，增加了断路器及隔离开关的数量，也就增加了故障点的个数，可靠性又略有降低。

为进一步对两种方案的可靠性进行分析，通过定量分析的方式，对两种接线方案的可靠性进行定量分析比较。

可靠性评估中，主要采用以下三个判据：

（1）任一回（进、出）线路发生故障停运

（2）任二回（进、出）线路发生故障停运

（3）全站发生故障停运

计算的可靠性指标涵盖了连续性、充裕度和安全性等三个方面，包括各种状态下的故障概率、故障频率、故障平均停电时间、期望故障受阻电力、期望故障受阻电能。根据计算得到的可靠性指标结果，进行分析比较，从而为变电站电气主接线方案选择提供科学决策的参考依据。

选择设备可靠性参数的基本思路是以220kV设备平均可靠性数据作为基础，确定计算用到的变压器、断路器、隔离开关、架空线、母线等五类设备的4个基本参数：故障率、平均修复时间、计检率、计检平均时间等。

根据对计算结果的分析，两种110kV远期接线方案中，方案二与方案一相比，连续性指标、任一回进线停运判据下的安全性指标略高，而全系统期望故障受阻电力指标EPNS(MW/年)及全系统期望故障受阻电能指标EENS(MWh/年)及全站停运可靠性指标略低。双母线接线形式下，年停运时间、故障概率及频率可靠性分别提高了0.4%、0.4%、1.3%，期望故障受阻电力及电能分别提高了2%、2.3%。

因此，经可靠性计算综合评比，方案一与方案二可靠性基本相当。

2.2.3 灵活性

方案一通过母联开关操作可实现两段母线分列或并列运行；通过隔离开关操作可将出线和主变回路根据运行需要切换I母线或II母线。设备较多、操作相对复杂。

通过分段开关操作可实现母线分列或并列运行。并能实现110kV 3 台主变分列运行。单母线三分段接线出线和主变回路只能分别接至某一段母线。

双母线调度灵活，各个电源及负荷可以任意分配到某一组母线上，能更灵活的适应各种运行方式调度和潮流的变化。

本工程的两种待选方案，都可以满足供电需求。在扩建时，由于双母线接线可以通过倒闸操作运行于两段母线上，因此扩建时停电范围小。而单母线在扩建时需短时间停运一段母线，造成本段母线上的回路全部停电。在灵活性方面，双母线接线要优于单母线分段接线。

2.2.4 110kV主接线推荐方案

本文从接线可靠性、灵活性、经济性等角度全面分析了变电站110kV远期电气主接线形式，获得如下结论：

双母线接线具有较高的可靠性，运行调度灵活且操作检修方便。

综合以上两种接线方案的技术经济比较结果，方案二由于采用三段母线，全站停电的故障率要小于方案一，同时较方案一可节省投资45万元。结合本工程110kV规模特点，依据“两型三新一化”的选型原则，推荐选用运行可靠性相当、投资较小的方案而即单母线三分段接线作为本工程远期110kV主接线方案。

2.3 110kV一次设备扩建可行性分析

2.3.1 110kV一次设备的扩建过渡

当110kV配电装置扩建时，方案1出线或主变间隔安装完成后，需要做耐压试验，两段母线需同时停电。方案2扩建时需短时间停运一段母线，造成本段母线上的回路全部停电，能保证同一方向双回出线中一回正常供电。两个方案均需110kV配电装短期停电。

2.3.2 110kV二次设备的扩建过渡

110kV本期主接线的2种方案，其扩建过渡时对系统保护配置及改接的影响程度差异较小，计算机监控系统、电能量计量、交直流系统等二次设备的配置本期工程均已结合远期考虑或差异较小。

3 结论

经计算，双母线接线形式的年停运时间、故障概率及频率可靠性分别提高了0.4%、0.4%、1.3%，期望故障受阻电力及电能分别提高了2%、2.3%。单母线三分段接线比双母线接线节省投资45万元，本工程远期110kV接线推荐性价比最优的单母线三分段接线。

根据工程规模，结合布置情况，对110kV远期主接线提出了两种可行方案，经过各方案可靠性、保护配置、经济性等技术经济比较，结合软件进行精细化定量分析对比，推荐110kV远期主接线采用单母线三分段接线，本期主接线采用单母线分段接线，符合 “两型三新一化”设计原则，又在保证高可靠性的同时节省了大量投资，性价比最优。

作者简介：

张林涛（1992.4-），男，河南商丘人，郑州大学电气工程及其自动化专业学士，工程师，单位：国网河南能源互联网电力设计院有限公司

程崟峰（1990.1-），男，河南商丘人，河海大学自动化专业学士，工程师，单位：国网河南能源互联网电力设计院有限公司

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