35kV變電站電氣主接線設計及無功補償優化

陳明躍

摘 要：在電力供電系統中，科學選擇補償裝置，能夠顯著降低電網損耗，提高供電質量。現階段國內多數地區的電力系統中，還是采用傳統的無功補償方式，不能及時、準確的反映電網運行的實際情況，容易因為電壓波動較大影響電網整體運行安全。文章以35KV變電站為研究對象，首先對電氣主接線及時要點進行了概述，隨后介紹了幾種常用的無功補償方式，最后就無功補償的優化策略展開了簡單分析。

關鍵詞：變電站；主變壓器；無功補償；調壓方式

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）21-0178-02

變電站主接線方案設計對電氣設備的選擇、配電裝置的布置以及繼電控制方式等都產生了重要影響。如何確定變電站電氣一次主接線，是變電站建設中需要重點關注的問題。在前期主接線設計的基礎上，還要考慮電網系統的無功補償優化，只有將兩種技術結合起來，才能最終保障35KV變電站各項功能的正常使用，為電力用戶提供更加穩定和優質的電力能源。

1 一次主接線設計方法

1.1 確定電氣主接線

1.1.1 35kV變電站擬主要采用的電氣主接線

35kV變電站的電氣主接線方式有多種，其中應用比較廣泛的有單母線分段、內橋、線路變壓器組接線三種。不同的接線方式，在適用條件上有很大差異，以單母線分段接線為例，這種接線技術主要應用在35kV-63kV配電裝置回路上，且不能連續使用；內橋形接線雖然對適用電壓沒有特殊要求，但是不適用于線路較長、電網較為復雜的情況。因此，技術人員在選擇電氣主接線方式時，既要了解不同接線方式的應用特點和適用情況，又要在科學選擇接線方式的基礎上，熟練掌握接線技術要點。

1.1.2 35kV變電站主要的出線規模

根據變電站出線距離的不同，分為遠期出線和近期出線兩種情況，其中遠期出線1-5回，近期出線6-9回；如果是10kV變電站，具體的出現規模應當有技術人員現場考察主變容量和臺數后確定。確定出線規模，也是變電站確定電氣主接線工作中的重要環節。特別是對于電網覆蓋面積較大的情況，電網系統中包含的主變設備較多，確定出線規模對提升變電站運行穩定性也很有幫助。

1.2 變電站布置

變電站的布置會受到多種因素的影響，其中比較主要的因素是周圍環境特點和電力用戶的用電需求。例如，戶外變電站要著重考慮地形因素，35kV戶外變電站通常考慮使用軟母線中型配電裝置，可以提高對外界環境的抗干擾能力；35kV戶內變電站可以考慮使用室內開關柜。另外，無論是室內還是室外變電站，都要在周圍做好防護措施，一方面是禁止外力對變電站造成破壞影響，另一方面也可以有效避免意外因素導致的觸電事故等。

1.3 配電裝置選型

35kV變電站電氣主接線中的配電裝置數量和種類較多，且都發揮著各自的重要作用。具體包括斷路器、隔離開關、電流/電壓互感器等。本文選擇斷路器和電流互感器為例，對裝置選擇的基本原則進行了簡單分析。

1.3.1 斷路器的選擇

斷路器主要起到了線路和電力裝置保護作用，科學選擇斷路器對保障變電站系統安全有重要意義。在選擇時，應當結合35kV變電站的運行情況，重點關注以下參數：額定電壓、額定電流、機械荷載、開斷電流、對過電壓的限制等。除了技術參數外，斷路器正常工作的環境調節也是需要考慮的重點要素，包括環境溫度、最大風速、相對濕度、電磁干擾等。此外，現階段35kV變電站常用少油斷路器、真空斷路器，SF6斷路器的使用相對較少，斷路器選擇時也需要關注。

1.3.2 電流互感器的選擇

電流互感器能夠將一次側大電流轉化為二次側小電流，是變電站電力系統中動態測量電流的主要裝置。在電流互感器選擇時，也需要分別從以下三方面進行綜合考慮：第一，電流互感器的主要參數，包括一次回路電壓/電流，二次級數量，準確度等級等。第二，環境條件，包括海拔高度、最大風速、相對濕度等；第三，電流互感器的材質一般使用陶瓷絕緣結構，近年來市場上也出現了一種新型的樹脂絕緣結構，但是成本相對較高，可以根據實際需要進行選擇。

1.4 變壓器的選擇

1.4.1 變壓器的容量確定

對于分布在城郊、鄉鎮等地區的變電站，在確定容量時，應當參考附近城市電網規劃，盡量想城市地區變電站的主變壓器容量靠攏。避免因為區域主變壓器容量差過大，導致電力系統的運行出現波動。另外，還要考慮主變壓器的使用年限，以主變壓器建成并投入運行前5年內的規劃負荷，作為主變壓器的容量。在此基礎上，還要考慮未來15年-20年內城市電網負荷的發展。如果該地區有多個35kV變電站，還要考慮其中一臺或多臺變電站停運后，其余正常運行變電站的負荷能力，確保電力用戶正常用電，以及保障區域電網的安全。

1.4.2 主變壓器臺數的確定

由于不同地區的用電需求存在較大差異，電網覆蓋密度也極不均勻，為了維護電力公司自身的利益，就需要根據實際用電需要，合理確定主變壓器的臺數。通常來說，在市區以及靠近市區的城郊，一次變電所內安裝2臺變壓器足夠。但是如果電網覆蓋范圍內有工業園區，或是其他用電大戶，則需要在開展全面調查和精確設計的基礎上，將主變壓器適當增加到3臺。總之，35kV變電站變壓器臺數的選擇，要綜合考慮用電需求、電網結構等多種要素。

1.4.3 主變壓器型式選擇

根據繞組形式的不同，主變壓器分為雙繞組、三繞組和自耦變壓器幾種，35kV變電站選擇雙繞組的低損耗有載調壓變壓器。

2 輸配電網的無功補償與電壓調整

2.1 輸電網無功補償

2.1.1 電抗器補償

在輸電線路中，電抗器常常設置在線路的兩側，不設置斷路器。作為一種常見的無功補償設備，電抗器常常用于超高壓長距離線路之中。結合線路的長度和過電壓的限制度，對電抗器的容量進行選擇。

2.1.2 串聯電容補償

串聯電容主要是用來補償輸電線路的感抗，通過縮短電氣的距離，提高線路的穩定性。串聯電容器的連接形式主要是串并聯相結合，并聯和串聯的數量分別由容量和電容補償度決定，串聯電容的補償度不宜太高。

2.1.3 中間同步或靜止補償

在輸送電路中設置中間同步或靜止補償裝置的目的是為了限制電壓升高，該補償裝置具有無功調節能力，通過吸收充電功率，發出無功功率，補償線路中的無功損耗，這樣線路的輸送容量就可以得到有效的擴充。該補償裝置不要設置在線路兩端，否則將難以起到調節的作用，應將其設置在線路中間，就可以發揮出應有的效果。

2.2 電壓調整

為了使電網不再受到電壓波動的影響，防止因電壓劇烈波動而造成事故，通常會在電網的電壓支撐點與下級電壓電網樞紐點，設置有載調壓變壓器或者無功補償裝置，通過這二者的各自作用或者共同作用對電壓進行調節，實現電壓的穩定。并聯電容器是一種比較實用的補償設備，能夠大大降低輸電網的運輸成本。但是在實際應用中也發現了一些需要改進的地方，例如補償設備的響應速度相對較慢，容易因為響應不及時，使電網額外增加運行負擔。還有就是有載調壓變壓器的調節能力也有上下限，如果超過最大調壓范圍，也會失去應有的作用。

3 配電網無功補償和電壓調整

3.1 電網的電壓調整

3.1.1 局部調壓

可以進行局部調壓的變壓器主要分為三類：第一類是有載調壓變壓器，其原理是通過調節電網內的無功潮流，達到電網局部電壓調節的效果。其應用優勢在于有載調壓變壓器工作過程中，本身不會產生無功功率，減輕了對電網的負荷；第二類是串聯升壓器，是一種專門應用于供電線路的變壓器，其優勢在于不受電網電壓波動的影響，調壓效果穩定。但是串聯升壓器使用數量較多后，容易拉低全網電壓水平，增加了電網損耗；第三類是感應調壓器，借助于感應電阻，實現了動態調壓，是現階段局部調壓的主要方式。

3.1.2 無功補償調壓

通過適當增加電力系統中無功電源的數量，可以更加靈活地進行電壓調整。在電網系統中，電源數量和無功補償裝置的數量呈正比，在變電所內安裝的無功補償裝置，后期可以根據調壓需要，按照分組投切的形式，對不同地區的電網進行無功補償調壓。

3.1.3 串聯電容補償調壓

將電容串聯在電力系統的局部線路中，也可以根據電容大小達到預期的調壓效果。使用電容串聯方式進行補償調壓時，具有一定的適用范圍。例如在一些電力線路較長的情況下，隨著線路長度的增加，滯相電流流經串聯電容時產生的功率因數越低，從而能夠取得更好地補償調壓效果。此外，在負載較大的線路中，串聯電容的調壓效果也要優于低負載線路。

3.2 電網電壓調控采用的基本調壓方式

3.2.1 逆調壓方式

對于鄉鎮一級的電網來說，逆調壓是一種操作簡便且效果顯著的調壓方式。其操作方法為：首先，選擇供電電網的“中樞點”，并以中樞點為基準，選擇多條包含中樞點的線路，測量這些線路在同一距離內的負荷變化是否大體一致。如果結果相差無幾，則確定可以適用于逆調壓方式。其次，當電網系統在最大負荷時，通過逆調壓，將線路實際電壓穩定在高于額定電壓5%左右；反之，當電網系統在最低負荷時，通過逆調壓，將線路實際電壓穩定在低于額定電壓5%左右。逆調壓的優點在于有效防止了因為負荷點電壓過高導致電網受損的概率。

3.2.2 恒調壓方式

對于一些實際運行過程中負荷波動較小的電網，可以考慮使用恒調壓方式。其操作要點為：第一步首先確定中樞點，然后以中樞點為基準，使周圍線路的實際運行電壓控制在高于額定電壓5%上下的數值。確定該數值范圍后，無論電網系統中電壓如何波動，都將實際值控制在這一范圍內，保持電壓的相對恒定。恒調壓方式主要應用于節假日或其他用電負荷突增的情況，對保證電網整體運行安全有良好效果。

3.2.3 順調壓方式

在農村電網中，由于用電量較小，且相對恒定，因此電網電壓幾乎不會出現大的波動。由于多數農村電網不具備使用無功調整的條件，因此更多的是采用順調壓方式。但是順調壓方式也有一定的不足，例如近年來農村企業數量開始增加，用電需求增大，由此造成了較大的電壓波動。隨著農村電網改造的不斷推進，順調壓方式的應用范圍也逐漸減小。

4 結語

無論是電力系統建設還是既有電網改造，無功補償都是一種高效、方便、安全的節電技術，需要引起電力部門的關注，并根據電網建設的實際需要，將無功補償技術應用到電網建設工作中。此外，技術人員也要認識到以往無功補償技術應用中存在的一些問題，嘗試進行無功補償優化，為用戶提供更加安全、優質的電力能源。

參考文獻

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