变电站一次系统电气主接线设计研究

2023.05.24

陈学智

摘要：本文选取220kV变电站作为研究内容，主要介绍220kV变电站一次系统主要电气接线的设计内容和设计方法。其中，主要分为所用变压器的选择和电气主接线形式的设计，为后续高压电气设备的选择和计算提供依据。

关键词：变电站；电气主接线；变压器

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

1 引言

变电站是电力系统的重要组成部分，直接影响电力系统的安全和经济运行。它是发电厂与用户之间的中间环节，起着交换和分配电能的作用。这要求变电站的局部设计经济合理，采用合理的电气主接线形式，并采用合适的电气设备的数量和质量。变电站布局和配电设备还必须符合国家标准。

由于现代科学技术的发展，电网容量不断增加，电压等级提高，需要综合自动化水平。变电站设计问题变得越来越复杂。目前，随着我国城乡电网建设和改造工作的发展，对变电站设计的要求也在不断更新。

2 主变压器选择

2.1 主变压器形式选择

相数确定：在330kV及以下的电力系统中，通常使用三相变压器而不受运输条件的限制。

绕组数确定：当三绕组变压器的每个绕组的通过容量达到变压器额定容量的15或更多时，使用三绕组变压器。否则，绕组没有被充分利用，并且使用两个双绕组变压器在经济上更合理。

2.2 主变压器容量和台数确定

2.2.1 变电所主变压器容量确定

（1）主变压器的容量一般应根据5-10年的计划负荷进行选择，并适当考虑10-30年的发展。根据城市规划，负荷性质，网格结构等综合考虑因素来确定其容量。

（2）当一个主变压器停止工作时，应考虑变压器超过两个的变电站。其余主变压器的容量满足70-80%的满负荷，并应满足I类和II类负载的供电。从以上两点来看，应满足主变压器的容量：

例：10kV侧的负荷为：Pmax=100MW，110kV侧出线负荷为：Pmax=20MW，功率因数为0.85；总的负荷为：Pmax=100+20=120MW；总的容量为：Smax=Pmax/cos?=120/0.85=141MVA；考虑到变压器本身的损耗容量，应该有5%的余量。这样变压器的容量为S=0.75x K0xSmax（1+5% ），其中K0为同时率，一般取0.9。

所以S主=0.75x0.9x141x1.05=100MVA。

因此，根据容量选择两个SSPSL-120000三相有载分接开关。其容量比为 100/100/50额定电压（kV）高压220/121/10.5。

2.2.2 主变调压方式选择

有两种类型的电压调节方法：无功率开关，称为非激励电压调节，调节范围通常仅为10%（±2×2.5%）。另一种是负载切换称为有载电压调节，调节范围高达30%。

由于变电站的电压波动较大，因此选择有载电压调节方法以满足要求。

2.2.3 连接组选择和中性点接地设计

变压器绕组的连接方式必须与系统电压的相位一致，否则不能并联运行。电源系统中使用的绕组用星形“Y”和三角形“D”连接。在变电站中，通常认为系统的同步并置以将诸如三次谐波的因素限制到电源。根据以上原则，主变一般是Y，D11常规接线。

在63kV及以下的系统中，由于单相接地，接地电流很小，更适合使用不接地的工作模式。220kV、110kV接地设备有一个隔离开关，一个避雷器和一个保护间隙，避雷器的额定电压不低于变压器的最大工作相电压的避雷器保护可以选择，也可以使用条形间隙保护。

主变压器的220kV和110kV中性点均直接接地。使用无间隙氧化锌避雷器可防止雷电侵入波对中性点绝缘的损坏。

2.2.4 主变压器冷却方式选择

主变压器通常使用以下冷却方法：自然风冷却，强制油循环风冷却，强制油循环水冷却。自然风冷却：一般只适用于小容量变压器。

3 电气主接线形式设计

3.1 系统接线图

220 kV侧通过双回路连接到系统，系统选择为无限。

110千伏侧4回出线；最大负荷为100MW；功率因数为0.85；最大负荷利用小时数5200H。

10千伏侧12回出线；最大负荷为20MW；功率因数为0.85；最大负荷利用小时数为5400H。

3.2 变电所三种接线形式比较

（1）可靠性：可靠的电力供应是电力生产和分配的首要任务。停电不仅会给发电厂造成损失，还会给国民经济的各个部门造成更严重的损失，造成人身伤亡。经济损失和政治影响，如设备损坏，产品退役和城市生活混乱。

（2）灵活性及方便性：它要求主线布线灵活，操作简便，维护安全，扩展方便。

（3）经济性：在满足技术要求的前提下，经济合理，投资小，占地面积小，功率损耗小。

该站为220/110/10三级电压，两个主变压器均为120000kVA。110kV出线4回，10kV出线12回。在上述情况下，可以看出该站与系统紧密连接并具有更多的插座電路。在电网中居于较重要位置。因此，在保证一定供电可靠性的前提下，投资应尽可能小，年运行成本低，操作灵活。大修很方便，并且有一个小的主机连接形式。

方案一：220kV侧双母线，110kV侧双母线，10kV侧单母母段。

方案二：带旁路的220kV侧双主机，带旁路的110kV侧双主机，带旁路的35 kV侧单母段。

方案三：220kV侧双母线，110kV侧双主机带旁路，35kV侧单母段。

3.3 各方案比较

方案一和方案三比较：110kV侧双母线旁路的可靠性优于双母线。旁路总线通电以为维修断路器和旁路总线的插座供电。由于110kV侧的6公里侧有一种或两种负载，最终选择带有旁路接线的双主机。

方案二和方案三比较：220kV侧双主总线旁路比双母线更可靠，但增加了隔离开关等设备的数量。投资增加，布局更复杂，占地面积增加，双母线根据经济选择。同理，35kV侧选择单母分段。

通过比较，选择方案三：220kV侧双母线，110kV侧双主机带旁路，35kV侧单母段。

4 总结

本文通过选择220kV变电站并进行案例分析和设计，研究了变电站一次系统电气主接线的设计过程。为变电站的进一步详细设计提供依据，并为其他电压等级的变电站提供设计思路。

参考文献：