110kV變電站電氣一次部分設計

陳洋

（廣西電網有限責任公司柳州供電局 廣西柳州市 545005）

110kV變電站電氣一次部分設計

陳洋

（廣西電網有限責任公司柳州供電局 廣西柳州市 545005）

隨著國民經濟的快速發展，為了滿足社會現代化生產和人們生活發展的需求，設計110kV變電站，是當前供電企業急切需要進行的一項具有深遠意義的技術措施。因此，作好110kV變電站的設計是電網建設的一個重要環節。本文對變電站電氣一次設計進行分析。

變電站；變壓器；短路電流；電氣設備

引言

本文的110kV變電站主要設備的組成主要有主變壓器、電氣主接線、控制裝置、避雷裝置以及無功補償設備。根據最大持續工作電流及短路計算的計算結果，對高壓熔斷器、隔離開關、母線、絕緣子和電壓互感器、電流互感器進行了選型，從而完成了110kV電氣一次部分設計。

1 變電站設計總體分析

1.1 變電站的設計要求

本次設計變電站為110kV城西降壓變電站，有110kV、35kV、10kV三個電壓等級，變電站最終規模的進出線回路數為：

110kV：4回（其中 2回備用）；35kV：5回（其中 1回備用）；10kV：10回（其中2回備用）。

1.2 系統電源情況

與本變電所連接的系統電源共有3個，其中110kV及35kV系統變電所各一個，110kV電廠一個，具體為：①110kV系統變電所（長平變）：在該所高壓母線上的短路容量為533MVA，該所距待設計變電所9kM。②35kV系統變電所（龍源變）：在該所高壓母線上的短路容量為250MVA，該所距待設計變電所3.3kM。③最小短路容量為最大短路容量的3/4，電廠不變。

2 負荷分析計算與主變壓器的選擇

2.1 負荷分析計算

2.1.1 負荷計算的目的

計算負荷是供電設計計算的基本依據，計算負荷確定得是否正確合理，直接影響到電器和導線電纜的選擇是否經濟合理。如計算負荷確定過大，將使電氣設備和導線選得過大，造成投資和有色金屬的消耗浪費，如計算負荷確定過小又將使電氣設備和導線電纜處于過早老化甚至燒毀，造成重大損失，因此負荷計算的準確與否是保證供電系統電氣設備選擇合理、安全運行的重要前提。

2.1.2 負荷分析

（1）35kV側負荷：

S35kV=[1.05×0.9×（5.24+5.16+4.42+6）]/0.85=23.15（MVA）

（2）10kV側負荷：

S10kV=[1.05×0.9×（1.8+1.2+1.24+0.49+3.56+1.07+1.28+1.51+2+2）]/0.85=17.96（MVA）

（3）所用電負荷：

S所=（照明用電+生活區用電+其余的或連續的負荷之和）×0.85

=（3.24+3.2+4.5+2.7+1.1+2.5+7.7+10+20+4.5+6）×0.85

=0.052343（MVA）

（4）穿越功率：

S穿越＝P/cos準＝1.9/0.85＝2.23（MVA）

（5）總負荷：

S總＝S35kV+S10kV+S所+S穿越＝43.4（MVA）

2.2 主變選擇

2.2.1 主變臺數的考慮原則

變壓器的容量、臺數直接影響到變電站的電氣主接線形式和配電裝置的結構。它的確定除了依據傳遞容量基本原始資料外，還要根據電力系統5～10年的遠景發展計劃，輸送功率的大小、饋線回路數、電壓等級以及接入電力系統中的緊密程度等因素，進行綜合分析與合理的選擇。如果變壓器的容量選擇過大，臺數過多，不僅增加投資，增大占地面積，而且也增加了運行電能的損耗，設備未能充分發揮效益；若容量選的過小，將可能滿足不了變電站的電力負荷的需要，這在技術上是不合理的。

2.2.2 變壓器聯結組別的選擇

確定原則：在具有三種電壓的變電站中，如通過主變壓器各側繞組的功率均達到該變壓器容量的15%以上或低壓側雖無負荷，但在變電站內需設無功補償設備時，主變壓器宜采用三繞組變壓器。

在本變電站中：

S35kV/S總=（23.15/43.4）×100%=53%＞15%

S10kV/S總=（17.96/43.4）×100%=41%＞15%

因此，主變壓器選為三繞組變壓器。

2.3 繞組連接方式的確定

變壓器繞組的連接結方式必須和系統電壓相位一致，否則不能并列運行。我國電力系統中高壓繞組一般采用星形連接的方式，低壓繞組采用三角形連接。綜合考慮變壓器的穩定性和選擇原則，確定所選變壓器繞組接線方式為YN/Yn0/d11接線方式。

3 電氣主接線設計

電氣主接線主要是指在發電廠、變電所、電力系統中，為滿足預定的功率傳送和運行等要求而設計的，表明高壓電氣設備之間相互連接關系的傳送電能的電路。電氣主接線以電源進線和引出線為基本環節，以母線為中間環節構成的電能輸配電路圖。

3.1 電氣主接線應滿足的要求

（1）可靠性。主接線系統應保證用戶供電的可靠性，特別是保證對重要負荷的供電。

（2）靈活性。主接線系統應能靈活地適應各種工作情況，特別是當一部分設備檢修或工作情況發生變化時，能夠通過倒換開關的運行方式，做到調度靈活，不中斷向用戶的供電。在擴建時應能很方便的從初期建設到最終接線。

（3）經濟合理。主接線系統還應保證運行操作的方便以及在保證滿足技術條件的要求下，做到經濟合理，盡量減少占地面積，節省投資。

3.2 幾種母線接線方式的優缺點

3.2.1 雙母線接線方式

優點：①正常運行時，兩組母線和斷路器都同時投入，運行調度十分靈活。②當一組母線故障或者轉為檢修時，所有回路都可以通過另一組母線繼續運行。③檢修任何一組母線或者任何一臺斷路器時，所有進出線都不需要進行切換操作。

缺點：①運行方式改變時，需要用母線隔離開關進行倒閘操作，操作步驟復雜，容易出現誤操作，導致人身和設備事故。②任一回路斷路器檢修時，該回路仍需停電。③母線側的隔離開關大幅增加，并且母線長度也相應加長，配電裝置結構較為復雜，占地面積和投資都有所增加。

3.2.2 單母線接線方式

優點：接線簡單清晰、設備少、投資少、運行操作方便、且有利于擴建。

缺點：可靠性、靈活性差、母線故障時，各出線必須全部停電。

3.2.3 單母線分段接線方式

優點：①母線發生故障時，僅故障母線停止供電，非故障母線仍可繼續工作，縮小母線故障影響范圍。②對雙回線路供電的重要用戶，可將雙回路接于不同的母線段上，保證對重要用戶的供電。

缺點：當一段母線故障或檢修時，必須斷開在該段上的全部電源和引出線，這樣減少了系統的供電量，并使該回路供電的用戶停電。

綜合考慮供電可靠性和經濟最優化，母線接線方式選擇110kV側采用雙母線接線方式，35kV側采用單母線分段接線方式，10kV側采用單母線分段接線方式。

4 短路電流計算

4.1 短路電流的危害

在電力系統中發生短路故障時，在短路回路中短路電流要比額定電流大幾倍至幾十倍，通常可達數千安。短路電流通過電氣設備和導線必然要產生很大的電能，并且使設備溫度急劇上升有可能損壞設備；發生接地短路時所出現的不對稱短路電流，將對通信線路產生干擾；當短路點離發電廠很近時，將造成發電機失去同步，而使整個電力系統的運行解列。

4.2 短路電流實用計算的基本假設條件

①系統在正常工作時三相是對稱的；②電力系統中各元件的磁路不飽和，即各元件的電抗值與電流大小無關；③電力系統各元件電阻，一般在高壓電路中都略去不計，但在計算短路電流的衰減時間常數應計及元件電阻。此外，在計算低壓網絡的短路電流時，應計及元件電阻，但可以不計算復阻抗，而是用阻抗的絕對值進行計算；④輸電線路的電容忽略不計；⑤變壓器的勵磁電流忽略不計，相當于勵磁阻抗回路開路，這樣可以簡化變壓器的等值電路。

5 電氣設備的選擇

盡管電力系統中各種電氣設備的作用和工作條件并不一樣，具體選擇方法也不相同，但對它們的基本要求卻是一致的。電氣設備要能可靠的工作，必須按正常條件進行選擇。

5.1 高壓斷路器的選擇

高壓斷路器是發電廠與變電站中主系統的重要開關器，能斷開電氣設備中負荷電流和短路電流。

本變電站主要考慮在室外，所以斷路器全部在室外，而SF6斷路器具有優良的開斷性能、維護方便等特點，所以此次高壓斷路器全部選擇SF6斷路器。

5.2 隔離開關的選擇

隔離開關用于各級電壓，用作改變電路連接或使線路或設備與電源隔離，它沒有斷流能力，只能先用其它設備將線路斷開后再操作。

通過對短路電流計算和動熱穩定校驗，綜合配電裝置特點和技術經濟條件，確定隔離開關型號為GW4。

6 配電裝置及電氣總平面布置設計

6.1 配電裝置概述

配電裝置是發電廠和變電站的重要組成部分，它是根據主接線的聯結方式，由開關電器、保護和測量電器，母線和必要的輔助設備組建而成，用來接受和分配電能的裝置。它主要包括開關設備、保護裝置和輔助設備。

6.2 配電裝置的確定

本變電所三個電壓等級：即110kV、10kV根據《電力工程電氣設計手冊》規定，110kV及以上多為屋外配電裝置，35kV及以下的配電裝置多采用屋內配電裝置，故本所110kV采用屋外配電裝置，10kV采用屋內配電裝置。

設計的變電站位于市郊區，地質條件良好，所用土地工程量不大，且不占良田，所以該變電所110kV電壓等級均采用普通中型配電裝置，具有運行維護、檢修且造價低、抗震性能好、耗鋼量少而且布置清晰、運行可靠、不易誤操作、各級電業部門無論在運行維護還是安裝檢修方面都積累了比較豐富的經驗。

若采用半高型配電裝置，雖占地面積較少，但檢修不方便，操作條件差，耗鋼量多。選擇配電裝置，首先考慮可靠性、靈活性及經濟性，所以，本次設計的變電所，110kV采用戶外，10kV采用戶內，該變電所是最合適的。

6.3 電氣總平面布置的要求

①充分利用地形，方便運輸、運行、監視和巡視等；②出線布局合理、布置。

6.4 電氣總平面布置

（1）變電站內路面寬度設計為3.5m，巡視道路路面寬度設計為1m。

（2）儲油池和擋油板的長度尺寸比設備外廓尺寸每邊大1m。儲油池內鋪設厚度不小于300mm的卵石層。

（3）主控樓的位置在便于運行人員相互聯系，便于巡視檢查和觀察屋外設備和減少電纜長度，避開噪音影響地段，在可布置的主配電裝置一側，配電裝置之間結合前面設施進行布置。

[1]《電氣工程專業畢業設計指南—電力系統分冊》.北京：中國水利電力出版社.

[2]《電力系統分析》（第二版）.北京：中國電力出版社.

[3]《電力工程設計手冊》.上海：上海科學技術出版社.

TM63

A

1004-7344（2016）13-0090-02

2016-4-25

陳洋（1988-），男，助理工程師，雙學士，主要從事輸電線路運行維護等工作。