變電站一次系統電氣主接線設計研究

陳學智

摘 要：本文選取220kV變電站作為研究內容，主要介紹220kV變電站一次系統主要電氣接線的設計內容和設計方法。其中，主要分為所用變壓器的選擇和電氣主接線形式的設計，為后續高壓電氣設備的選擇和計算提供依據。

關鍵詞：變電站；電氣主接線；變壓器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.176

1 引言

變電站是電力系統的重要組成部分，直接影響電力系統的安全和經濟運行。它是發電廠與用戶之間的中間環節，起著交換和分配電能的作用。這要求變電站的局部設計經濟合理，采用合理的電氣主接線形式，并采用合適的電氣設備的數量和質量。變電站布局和配電設備還必須符合國家標準。

由于現代科學技術的發展，電網容量不斷增加，電壓等級提高，需要綜合自動化水平。變電站設計問題變得越來越復雜。目前，隨著我國城鄉電網建設和改造工作的發展，對變電站設計的要求也在不斷更新。

2 主變壓器選擇

2.1 主變壓器形式選擇

相數確定：在330kV及以下的電力系統中，通常使用三相變壓器而不受運輸條件的限制。

繞組數確定：當三繞組變壓器的每個繞組的通過容量達到變壓器額定容量的15或更多時，使用三繞組變壓器。否則，繞組沒有被充分利用，并且使用兩個雙繞組變壓器在經濟上更合理。

2.2 主變壓器容量和臺數確定

2.2.1 變電所主變壓器容量確定

（1）主變壓器的容量一般應根據5-10年的計劃負荷進行選擇，并適當考慮10-30年的發展。根據城市規劃，負荷性質，網格結構等綜合考慮因素來確定其容量。

（2）當一個主變壓器停止工作時，應考慮變壓器超過兩個的變電站。其余主變壓器的容量滿足70-80%的滿負荷，并應滿足I類和II類負載的供電。從以上兩點來看，應滿足主變壓器的容量：

例：10kV側的負荷為：Pmax=100MW，110kV側出線負荷為：Pmax=20MW，功率因數為0.85；總的負荷為：Pmax=100+20=120MW；總的容量為：Smax=Pmax/cos?=120/0.85=141MVA；考慮到變壓器本身的損耗容量，應該有5%的余量。這樣變壓器的容量為S=0.75x K0xSmax（1+5% ），其中K0為同時率，一般取0.9。

所以S主=0.75x0.9x141x1.05=100MVA。

因此，根據容量選擇兩個SSPSL-120000三相有載分接開關。其容量比為 100/100/50額定電壓（kV）高壓220/121/10.5。

2.2.2 主變調壓方式選擇

有兩種類型的電壓調節方法：無功率開關，稱為非激勵電壓調節，調節范圍通常僅為10%（±2×2.5%）。另一種是負載切換稱為有載電壓調節，調節范圍高達30%。

由于變電站的電壓波動較大，因此選擇有載電壓調節方法以滿足要求。

2.2.3 連接組選擇和中性點接地設計

變壓器繞組的連接方式必須與系統電壓的相位一致，否則不能并聯運行。電源系統中使用的繞組用星形“Y”和三角形“D”連接。在變電站中，通常認為系統的同步并置以將諸如三次諧波的因素限制到電源。根據以上原則，主變一般是Y，D11常規接線。

在63kV及以下的系統中，由于單相接地，接地電流很小，更適合使用不接地的工作模式。220kV、110kV接地設備有一個隔離開關，一個避雷器和一個保護間隙，避雷器的額定電壓不低于變壓器的最大工作相電壓的避雷器保護可以選擇，也可以使用條形間隙保護。

主變壓器的220kV和110kV中性點均直接接地。使用無間隙氧化鋅避雷器可防止雷電侵入波對中性點絕緣的損壞。

2.2.4 主變壓器冷卻方式選擇

主變壓器通常使用以下冷卻方法：自然風冷卻，強制油循環風冷卻，強制油循環水冷卻。自然風冷卻：一般只適用于小容量變壓器。

3 電氣主接線形式設計

3.1 系統接線圖

220 kV側通過雙回路連接到系統，系統選擇為無限。

110千伏側4回出線；最大負荷為100MW；功率因數為0.85；最大負荷利用小時數5200H。

10千伏側12回出線；最大負荷為20MW；功率因數為0.85；最大負荷利用小時數為5400H。

3.2 變電所三種接線形式比較

（1）可靠性：可靠的電力供應是電力生產和分配的首要任務。停電不僅會給發電廠造成損失，還會給國民經濟的各個部門造成更嚴重的損失，造成人身傷亡。經濟損失和政治影響，如設備損壞，產品退役和城市生活混亂。

（2）靈活性及方便性：它要求主線布線靈活，操作簡便，維護安全，擴展方便。

（3）經濟性：在滿足技術要求的前提下，經濟合理，投資小，占地面積小，功率損耗小。

該站為220/110/10三級電壓，兩個主變壓器均為120000kVA。110kV出線4回，10kV出線12回。在上述情況下，可以看出該站與系統緊密連接并具有更多的插座電路。在電網中居于較重要位置。因此，在保證一定供電可靠性的前提下，投資應盡可能小，年運行成本低，操作靈活。大修很方便，并且有一個小的主機連接形式。

方案一：220kV側雙母線，110kV側雙母線，10kV側單母母段。

方案二：帶旁路的220kV側雙主機，帶旁路的110kV側雙主機，帶旁路的35 kV側單母段。

方案三：220kV側雙母線，110kV側雙主機帶旁路，35kV側單母段。

3.3 各方案比較

方案一和方案三比較：110kV側雙母線旁路的可靠性優于雙母線。旁路總線通電以為維修斷路器和旁路總線的插座供電。由于110kV側的6公里側有一種或兩種負載，最終選擇帶有旁路接線的雙主機。

方案二和方案三比較：220kV側雙主總線旁路比雙母線更可靠，但增加了隔離開關等設備的數量。投資增加，布局更復雜，占地面積增加，雙母線根據經濟選擇。同理，35kV側選擇單母分段。

通過比較，選擇方案三：220kV側雙母線，110kV側雙主機帶旁路，35kV側單母段。

4 總結

本文通過選擇220kV變電站并進行案例分析和設計，研究了變電站一次系統電氣主接線的設計過程。為變電站的進一步詳細設計提供依據，并為其他電壓等級的變電站提供設計思路。

參考文獻：

[1]戈東方.電力工程電氣設備手冊 電氣一次部分[M].中國電力出版社，1998.