變電站一次系統(tǒng)電氣主接線設(shè)計(jì)研究

陳學(xué)智

摘 要：本文選取220kV變電站作為研究?jī)?nèi)容，主要介紹220kV變電站一次系統(tǒng)主要電氣接線的設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)，為后續(xù)高壓電氣設(shè)備的選擇和計(jì)算提供依據(jù)。

關(guān)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(tǒng)的重要組成部分，直接影響電力系統(tǒng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。它是發(fā)電廠與用戶之間的中間環(huán)節(jié)，起著交換和分配電能的作用。這要求變電站的局部設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理，采用合理的電氣主接線形式，并采用合適的電氣設(shè)備的數(shù)量和質(zhì)量。變電站布局和配電設(shè)備還必須符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電網(wǎng)容量不斷增加，電壓等級(jí)提高，需要綜合自動(dòng)化水平。變電站設(shè)計(jì)問題變得越來(lái)越復(fù)雜。目前，隨著我國(guó)城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)和改造工作的發(fā)展，對(duì)變電站設(shè)計(jì)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(shù)確定：在330kV及以下的電力系統(tǒng)中，通常使用三相變壓器而不受運(yùn)輸條件的限制。

繞組數(shù)確定：當(dāng)三繞組變壓器的每個(gè)繞組的通過(guò)容量達(dá)到變壓器額定容量的15或更多時(shí)，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(gè)雙繞組變壓器在經(jīng)濟(jì)上更合理。

2.2 主變壓器容量和臺(tái)數(shù)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(yīng)根據(jù)5-10年的計(jì)劃負(fù)荷進(jìn)行選擇，并適當(dāng)考慮10-30年的發(fā)展。根據(jù)城市規(guī)劃，負(fù)荷性質(zhì)，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)等綜合考慮因素來(lái)確定其容量。

（2）當(dāng)一個(gè)主變壓器停止工作時(shí)，應(yīng)考慮變壓器超過(guò)兩個(gè)的變電站。其余主變壓器的容量滿足70-80%的滿負(fù)荷，并應(yīng)滿足I類和II類負(fù)載的供電。從以上兩點(diǎn)來(lái)看，應(yīng)滿足主變壓器的容量：

例：10kV側(cè)的負(fù)荷為：Pmax=100MW，110kV側(cè)出線負(fù)荷為：Pmax=20MW，功率因數(shù)為0.85；總的負(fù)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(yīng)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(shí)率，一般取0.9。

所以S主=0.75x0.9x141x1.05=100MVA。

因此，根據(jù)容量選擇兩個(gè)SSPSL-120000三相有載分接開關(guān)。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(diào)壓方式選擇

有兩種類型的電壓調(diào)節(jié)方法：無(wú)功率開關(guān)，稱為非激勵(lì)電壓調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍通常僅為10%（±2×2.5%）。另一種是負(fù)載切換稱為有載電壓調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍高達(dá)30%。

由于變電站的電壓波動(dòng)較大，因此選擇有載電壓調(diào)節(jié)方法以滿足要求。

2.2.3 連接組選擇和中性點(diǎn)接地設(shè)計(jì)

變壓器繞組的連接方式必須與系統(tǒng)電壓的相位一致，否則不能并聯(lián)運(yùn)行。電源系統(tǒng)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(rèn)為系統(tǒng)的同步并置以將諸如三次諧波的因素限制到電源。根據(jù)以上原則，主變一般是Y，D11常規(guī)接線。

在63kV及以下的系統(tǒng)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(shè)備有一個(gè)隔離開關(guān)，一個(gè)避雷器和一個(gè)保護(hù)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(hù)可以選擇，也可以使用條形間隙保護(hù)。

主變壓器的220kV和110kV中性點(diǎn)均直接接地。使用無(wú)間隙氧化鋅避雷器可防止雷電侵入波對(duì)中性點(diǎn)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(fēng)冷卻，強(qiáng)制油循環(huán)風(fēng)冷卻，強(qiáng)制油循環(huán)水冷卻。自然風(fēng)冷卻：一般只適用于小容量變壓器。

3 電氣主接線形式設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)接線圖

220 kV側(cè)通過(guò)雙回路連接到系統(tǒng)，系統(tǒng)選擇為無(wú)限。

110千伏側(cè)4回出線；最大負(fù)荷為100MW；功率因數(shù)為0.85；最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)5200H。

10千伏側(cè)12回出線；最大負(fù)荷為20MW；功率因數(shù)為0.85；最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)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(yīng)是電力生產(chǎn)和分配的首要任務(wù)。停電不僅會(huì)給發(fā)電廠造成損失，還會(huì)給國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門造成更嚴(yán)重的損失，造成人身傷亡。經(jīng)濟(jì)損失和政治影響，如設(shè)備損壞，產(chǎn)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(jiǎn)便，維護(hù)安全，擴(kuò)展方便。

（3）經(jīng)濟(jì)性：在滿足技術(shù)要求的前提下，經(jīng)濟(jì)合理，投資小，占地面積小，功率損耗小。

該站為220/110/10三級(jí)電壓，兩個(gè)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(tǒng)緊密連接并具有更多的插座電路。在電網(wǎng)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(yīng)盡可能小，年運(yùn)行成本低，操作靈活。大修很方便，并且有一個(gè)小的主機(jī)連接形式。

方案一：220kV側(cè)雙母線，110kV側(cè)雙母線，10kV側(cè)單母母段。

方案二：帶旁路的220kV側(cè)雙主機(jī)，帶旁路的110kV側(cè)雙主機(jī)，帶旁路的35 kV側(cè)單母段。

方案三：220kV側(cè)雙母線，110kV側(cè)雙主機(jī)帶旁路，35kV側(cè)單母段。

3.3 各方案比較

方案一和方案三比較：110kV側(cè)雙母線旁路的可靠性優(yōu)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(cè)的6公里側(cè)有一種或兩種負(fù)載，最終選擇帶有旁路接線的雙主機(jī)。

方案二和方案三比較：220kV側(cè)雙主總線旁路比雙母線更可靠，但增加了隔離開關(guān)等設(shè)備的數(shù)量。投資增加，布局更復(fù)雜，占地面積增加，雙母線根據(jù)經(jīng)濟(jì)選擇。同理，35kV側(cè)選擇單母分段。

通過(guò)比較，選擇方案三：220kV側(cè)雙母線，110kV側(cè)雙主機(jī)帶旁路，35kV側(cè)單母段。

4 總結(jié)

本文通過(guò)選擇220kV變電站并進(jìn)行案例分析和設(shè)計(jì)，研究了變電站一次系統(tǒng)電氣主接線的設(shè)計(jì)過(guò)程。為變電站的進(jìn)一步詳細(xì)設(shè)計(jì)提供依據(jù)，并為其他電壓等級(jí)的變電站提供設(shè)計(jì)思路。

參考文獻(xiàn)：

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