浅谈110kV变电站电气一次系统设计

浅谈110kV变电站电气一次系统设计

高美华  殷文瑞

青岛盛世通达建设工程有限公司   266000

青岛特锐德高压设备有限公司  266000

摘要：本文作者根据多年的变电站电气设计经验，分析了采用由三台主变组成的110kV变电站电气一次设计方案，介绍了此种方案的经济性和合理性。

关键词： 110kV变电站；电气一次；设计

引言

电气工程设计是电力基本建设的重要环节，工程能否如期建成投运，保证质量，节约投资，取得更好的经济效益，设计师关键。而变电站是整个电力系统中最为重要的组成部分之一，也是电网的主要监控点，其运行质量的优劣，直接关系到供电质量。变电站是由诸多一次设备组成，在对其进行设计时，必须合理选择好一次设备，这是确保变电站安全、稳定、可靠运行的关键。

1. 110kV变电站一次电气设备的设计要点
   1. 变压器的选择

变压器是110kV变电站中较为重要的电气设备之一，它的选择对于变电站的安全、可靠、稳定、经济运行有着至关重要的作用。

（1）当变电站负荷满足以下条件的任何一条时，均必须安排至少两台以上的变压器。

1　存在大量的一级负荷，或者虽属于二级负荷但从安全角度考虑时。

2　季节性负荷变化较大的地区。

3　集中特定负荷较大的情况下，如动力电与站名共用变电器、电源系统不接地、电气装置外露等等。

（2）变压器的台数。

变电站中一般都配有两台或者两台以上的主变，当某一台变压器出现故障时，可以将其上的负荷转移到另一台变压器上，以确保电力系统能够正常供电。对110kV变电站而言，安装几台变压器更合理，要按照该区域的具体供电条件、负荷性质、运行方式等等进行确定。

1　确定主变容量。在总负荷一定时，当停止其中某一台变压器，要求供电能力保持不变。

2　变压器自身的容量上限。

3　变压器的实际占地面积。由于110kV变电站多位于市区，节约变压器的占地面积显得尤为重要。而安装三台变压器显然要比两台占地面积大。

4　设备投资。当采用高压有断路的接线方式时，通常都会使用SF6断路器，而采用T接线方式或是线路变压器组接线方式时，则需要建设出线间隔，这样一来投资势必会有所增大。

5　断路电流水平。当变压器单台容量提高以后，势必会使低压侧的短路容量有所增大，这样一来就会给10kV配电设备的选型带来一定的困难。为此，当变压器容量较大致使10kV配电无法选用轻型设备时，应采取限制短路电流的措施。

6　变压器成本。选用两台变压器与三台变压器所需的总容量要相对较多，但总体投资却所差无几。若是以两台主变和三台主变两种方案为例，两台变压器的方案要比三台占地面积小很多，并且投资成本和运行维护费用也都低得多，同时容载比较大、电网适应能力强，优越性非常明显。但需要注意的是，随着城市的不断发展，用电密度势必会有所增加，加之为了进一步提高变电站运行的安全性和灵活性，110kV变电站的电气设计上，应当采用三台主变，这是变电站一次电气设备设计的必然趋势。

1.2主接线方式的选择

在实际设计中经常会采用较为复杂的主接线，这种接线方式有许多不足，如接线方式较为复杂、运行操作过于频繁、检修维护量大、投资成本大、占地面积多等等。为了解决以上各种问题，在变电站电气设计中，应当按照实际符合性质、电气设备特点、变压器负载率以及上级电网强度等等因素确定主接线方式。

变电站高压侧的主接线方式：内桥接线

最常用的主接线方式，优点是断路器数量少、线路故障操作简便、系统接线清晰、保护配置与整定简单。当送电线路出现问题时，仅仅需要将故障位置的断路器断开便可以切除故障区段，不影响整体线路的运行。为此，建议110kV在电气设计上，应当尽量采用内桥主接线的方式，这样有利于提高系统的供电可靠性。

线路与变压器组接线

这是一种比较简单的接线方式。仅需在变电站低压侧进行转移负荷操作就能保证负荷正常用电，并且对相邻变电站基本无任何影响。

2.工程概况

某工业园区变电站电压等级分为110kV、10kV两个等级。

2.1电气一次部分

（1）电气主接线

本变电站设计采用终期设计规模为三台主变的模式，主变压器可根据负荷的增长需要分期投运。变电站接线方式灵活、便于过渡与扩建。

110kV采用单母线接线（后期可改隔离开关分段），10kV采用单母线分段接线。110kV最终进出线4回，本期进出线3回，备用1回。主变110kV中性点经隔离开关直接接地并经放电间隙接地。10kV为单母线分段接线，其中#1、#3主变低单臂分别接入Ⅰ、Ⅲ段母线，#2主变低双臂接入Ⅱa、Ⅱb段两半段，通过分段断路器分别与Ⅰ、Ⅲ段连接，Ⅰ、Ⅲ段母线各带10回馈线，Ⅱa、Ⅱb段母线各带5回馈线，共30回；本期单母线Ⅰ段接线。由于本站位于开发区，10kV馈线大部分为电缆出线。经估算，接地电流超过30A。为消除电容电流，在10kV各段母线上装设消弧线圈，即主变10kV中性点经消弧线圈接地，规划3x1台，本期1台。本期接地变选用接地兼站用变形式，容量500kVA.

10kV母线每段接入二组电容器无功补偿装置，补偿容量按变压器容量的20%选择，规划总容量3x(2x4000kVar)；本段Ⅰ段母线装设2组4000kVar的无功补偿并联电容器成套装置。

2.2主变压器

根据负荷发展的需要，且保证供电质量，本设计选用SZ10-40000/110型，三相油浸自冷双线圈有载调压变压器。电压：115±8x1.5%/10.5kV

2.3短路电流及主要电气设备

（1）短路电流计算

（2）主要设备选择

本站属Ⅱ级污区，设备按Ⅲ级污区选择。根据短路电流计算结果，所选设备均能满足动、热稳定的要求。

（3）变电站运行方式

主变并列运行时，按预期的计算结果，10kV母线短路电流已达到断路器的开断能力允许值，为限制短路电流，本站主变不宜并列运行。10kV分段配置备用电源自投装置，可弥补主变分列运行时可靠性的不足。

（4）站用电

本站10kV母线最终为单母线分段，选用两台站用变压器，分别接在10kV的Ⅰ、Ⅱ段母线上。10kVⅠ段母线上带二次容量的#1接地变兼站用变作#1站用变，本期工程#2主变及Ⅱ段母线未出现前，#2站用变压器临时接在可以倒供电源的10kV线路首端，作为备用电源，安装在10kV高压室站边箱内。施工电源与备用电源统一考虑。站用380V/220V为单母线，两台站用变低压进线设备用电源自动投入装置，采用智能控制低压开关柜2面，置于综合楼主控室内。

（5）总平面布置

变电站自西到东分别是110kV配电场地、主变、综合楼、10kV户外集合式补偿电容器。10kV配电装置、10kV中性点消弧装置、消防水泵房布置在综合楼内。110kV配电装置采用户外软母线中型双列布置，向西出线。10kV户内配电装置在综合楼底层，开关柜双列布置。

3、总结

总之，由三台主变构成的110kV变电站虽然征地面积增大，相应一次性投资也较大，但由三台主变构成的110kV变电站具有接线灵活、运行可靠、建设规模适中、并可根据负荷的增长，灵活调整建设规模。且占地面积合理、投资经济、便于过渡与扩建等特点，更适合于负荷增长迅速集中的地区。

参考资料：

[1]钱银其，110kV变电站典型设计[J];江苏电机工程，2007。