220kV變電站電氣主接線方案的設計

營口職業技術學院電氣電子工程系　肖　朋

220kV變電站電氣主接線方案的設計

營口職業技術學院電氣電子工程系肖朋

變電站的電氣主接線是以最優化的接線方式，使變電站內各個部分與電力系統連接，如：變壓器、各電壓等級的線路、無功補償設備等，是電力系統接線的重要組成部分。同時也表明各種電氣設備在變電站內的連接方式。電氣主接線設計是否合理直接影響到整個變電站供電的安全性、可靠性、運行的靈活性和擴展的適應性。

變電站；電氣主接線；變壓器

引言

為了設計變電站中電氣一次部分主接線方案的全過程，本文以營口某鋁業有限公司220kV變電站為例，依據變電站在供電系統中各方面的因素進行了分析確定，如：地位、進出線回路數、設備特點及負荷性質等因素。一個完整變電站的電氣主接線包括高壓側、中壓側、低壓側以及變壓器的接線。變電站的電氣主接線以最優化的接線方式，將變電站內的變壓器、各電壓等級的線路、無功補償設備電力系統連接，是電力系統接線的重要組成部分，同時也表明各種電氣設備在變電站內之間的連接方式。

1.電氣主接線的基本內涵

對于電氣主接線的五個基本條件是一個綜合概念，如：安全性、可靠性、電能質量、運行的靈活性以及擴建的適應性。這五者應根據變電站所在系統的地位和作用的不同，也不能單獨強調其中的某一種特性，對變電站主接線的性能要求也不同的側重，不能忽略其中的某一種特性。對于該鋁業公司，一旦停電會對公司鋁制品的生產造成嚴重的影響，故對其主接線的可靠性就特別重視。

2.電氣主接線的方案設計

2.1如何擬定方案

表2-1　電氣主接線方案

（1）單母線分段接線有哪些優點？在對單母線進行分段的時候，是采用分段斷路器進行的，當任一段母線發生故障或檢修時，只停止對該段母線所帶符合進行供電；當有雙電源供電時，引出兩回饋電線路。

缺點：如果一段母線或母線隔離開關發生故障時，檢修期間，接在該段母線上的電源和出線，仍有50%左右的用戶停電，因此必須全部停電。

（2）雙母線接線有哪些優點？當對任何一條母線的隔離開關檢修的時候，其余線路可以不停電，但是要將隔離開關所屬的線路停電；當對母線進行輪流檢修時，可以不用對用戶終端供電；當一條母線發生故障時，為了縮小線路停電范圍，可以用另一條母線迅速恢復供電；任何一條線路的斷路器因故不能操作時，線路斷路器可以用母聯斷路器代替進行操作，并且也可以采用用倒換母線的方式，運行方式靈活。

缺點：經濟型比較差，目前隔離開關較多，倒閘操作時容易發生誤操作，接線比較復雜，配電裝置的結構復雜。

（3）雙母線帶旁路母線接線。

雙母線帶旁路母線接線優點：供電可靠，便于調度，檢修任一臺進、出線斷路器時可以不停電。

缺點：接線復雜，操作復雜，投資大，而且在檢修斷路器時，每次要操作斷路器和較多的隔離開關，每次檢修僅限一臺，總的檢修時間較長。

2.2如何比較方案

方案一：為了保證可靠性，220kV出線6回（其中備用2回），采用雙母線接線。為了給電解鋁車間供電，110kV側也出線10回（其中備用2回），采用雙母線接線，其他作為變電站的進線。35kV側則接線簡單，操作方便。為了保證重要主要車間的供電，其采用單母線分段接線，使用設備少，投資少，出線12回，有很好的可靠性和靈活性。方案主接線圖如圖2-1所示。

方案二：220kV多裝了價格高的斷路器和隔離開關，對于接旁路母線線路回路數較多，采用雙母帶旁路母線接線，具有比雙母線可靠性更高的接線方式，出線6回（其中2回備用），增加了投資，但是這樣可以提高鋁業公司供電可靠性。110kV、35kV側則分別采用雙母線接線、單母線分段接線，出線分別為10、12回。方案主接線圖如圖2-2所示。

圖2-1　方案一主接線圖

圖2-2　方案二主接線圖

表2-2　電氣主接線比較表

2.3如何確定方案

從技術的角度來看，方案的主接線圖和比較表中，可靠性是三種接線主要的區別，與單母線相比，雙母線可靠性高；與雙母線相比，雙母帶旁路母線接線更可靠性高。其中單母線有利于變電站的運行，控制比較簡單，分段接線也比較簡單。基于鋁業公司對于供電可靠性要求嚴格的角度考慮，最終確定選擇第二種接線方案。

3.如何選擇主變壓器

在發電廠和變電站中，主變壓器的主要功能是用來向電力系統或用戶輸送功率的。主變壓器作為變電站中最重要的一次設備，它的臺數和容量直接影響電氣主接線的形式和配電裝置的結構。如果主變壓器容量選得過大，會增加運行電能損耗，設備未能充分發揮效益；如果選的臺數過多，占地面積會增加，也就增加了變電站的資金投入力度；如果容量選得過小，滿足不了變電站負荷的需要，并且這在技術上也是不合理的，可能會“封鎖”電力系統剩余功率的輸出。

3.1變電站主變壓器臺數和容量的確定

（1）主變壓器臺數：該鋁業公司生產車間屬于一級負荷用電，因此必須選擇兩臺主變壓器，才能滿足鋁制品生產用電負荷對可靠性的要求。

（2）主變壓器容量：一般情況下，主變壓器容量要適當考慮遠期10-20年負荷的發展，按變電站建成后5-10年的規劃負荷選擇。為了滿足鋁業公司所有車間總計算負荷60%-70%，任一臺主變壓器單獨運行時，必須能夠滿足電解鋁車間用電負荷的需要。

容量計算：如果鋁業公司供電系統包括兩個負荷等級，即：110kV和35kV，其最大負荷為200MW（功率因數0.85）和70MW（功率因數0.8）。

用電設備的計算負荷SC=200/0.85+70/0.8=322.8MVA

則任一臺變壓器的額定容量SN=0.7×322.8=225.96MVA

3.2主變壓器型式的選擇

（1）相數的選擇：由于營口地區不受運輸條件限制，地勢平坦，附近無隧道。由于單相變壓器組運行損耗也較大，投資大，占地多，因此，在330kV及以下的發電廠和變電站，該鋁業公司選用三相油浸式變壓器。

（2）繞組數量：按每相繞組數來分，主變壓器分三種型式，即：雙繞組、三繞組或多繞組；按繞組型式來分，可以分為多種型式，即：普通雙繞組、三繞組、自耦式等等。一般情況下，為了避免增加中壓側引線的構架，采用三繞組變壓器，變電站中一般不多于3臺，避免造成布置的復雜和困難。由于變電站需要三個電壓等級，因此鋁業公司的220kV變電站中選用三繞組式變壓器。

查詢變壓器手冊，選出變壓器的型號如下表所示：

表3-1　SFPS7-240000/220型強迫油循環風冷三相三繞組調壓變壓器技術參數

采用兩臺同時分列運行的方式，留有一定的發展余地。該鋁業公司車間用電屬一級負荷，則采用兩臺變壓器。并且當一臺發生故障，另一臺能保證全部車間設備。

4.結束語

本文對營口某鋁業有限公司的220kV變電站中電氣一次部分主接線方案進行了詳細地設計，根據要求提出了兩個設計方案，最后從可靠、靈活和經濟的角度對兩個方案進行了對比，得出鋁業公司所采用的主接線形式。同時，還對變電站中最重要的電氣設備——主變壓器的選型進行了詳細的說明。

［1］唐志平.供配電技術（第3版）［M］.北京：電子工業出版社，2013.

［2］劉介才.工廠供電設計指導（第2版）［M］.北京：機械工業出版社，2012.

［3］謝毓城.電力變壓器手冊［M］.北京：機械工業出版社，2003.

肖朋（1984—），碩士，講師，從事工廠供配電和電力拖動等方面的教學和科研工作。