电力系统变电站设各电气设计浅析

梁文汉

【摘要】随着我国经济的快速发展和用电负荷不断增长，人们对供电可靠性的要求不断提高，但由于电网建设相对滞后、变电站设计不合理和缺乏超前规划等原因，往往会造成电能供不应求。因此在变电站的建设过程中，必须要结合当地负荷情况，设计出符合要求的变电站电气部分。

【关键词】变电站；电气设计；主线；变压器

引言

为解决城市用电问题，就必须在靠近负荷中心的市区中的建设变电站，但由于我国的城市土地具有稀缺性，这一情况并不允许在城市中用大量的土地进行变电站建设，且城市的景观协调以及环保等要求十分严格，导致变电站的站址不断更换，越来越难以得到落实。下面，笔者就对变电站电气设计方案进行探讨。

1.变电站的地位及作用

在电力系统中，变电站占有重要的地位，是变换电压等级、配送电、控制电流流向及调整电压的重要场所，变电站通过主变压器将各级电压与电网联系起来。它的作用主要是变换高低电压。其中，部分变电站是将发电厂发出的电压升高，通过高压导线远距离输送，降低输电线路的电能损耗；一方面，部分变电站将高压电降压，然后输送给电力用户使用。电网结构的不同，则变电站升压、降压的幅度也不同，按照电压等级与作用，可将变电站分为好几类，比如110kV变电站、220kV变电站及500kV变电站等。

目前，国内110/220kV 变电站数量较多，且分布广，因此110/220kV变电站设计必须具有可靠性、安全性和经济性，提高区域内电力用户供电的安全性和可靠性，降低电网故障及变电站建设的费用，更好地服务于经济社会发展的需求。

2.110kV变电站的主变压器的设计及配置

主变压器的设计与选择是110KV变电站设计与配置的主要任务，这事关到变电站是否能够安全运行。

2.1主变压器台数的确定及选择

变压器是110kV变电站所中最为重要的设备，其主要的作用就是通过变换功率来减少供电过程中线路的能量消耗、降低供电成本，实现远距离配电的目的。因此，进行110kV变电站配电设备的设计首先要确定主变压器的台数及其配置。从当前我国城乡输配电的实际情况来看，110kV配电主变向为向10kV、35kV两种线路进行功率的转换，为了提高变电站供电的可靠性、稳定性，防止变电站主变压器因故障影响用户用电，变电站主变压器一般设置为2台，这样两台主变压器可以互为备用，最大限度地避免了因为故障或者检修而导致停电现象的发生。同时，在大型专用变电站或者孤立的一次变电站要尽可能安装3台主变压器，3台主变压器的配置模式接线网络比较复杂， 对施工技术、维护技术能力要求也较高， 因此，在一般的小型变电站、单一的变电站设计中还是以2台主变压器的设置为宜。

2.2主变压器容量的确定

110kV变电站中主变压器容量的确定需要在满足正常变压、负荷需要的基础上，上浮10%以上的容量空间，以满足临时负荷增加需求。主变压器容量的大小主要取决于电网的结构、变电站所带负荷的性质等两个因素。一般情况下，重要负荷的变电站要考虑到当一台变压器停止运行时，另外的变压器的负荷、容量在既定的时间内能够满足一级、二级负荷需要，而对于一般的变电站则需要保证当一台主变压器停止运行以后，另外的主变压器能够保证全部用电负荷的70%以上的用电需求即可。以保证70%的用电负荷为例，由于主变压器的事故过载负荷能力一般为40%，这样即使一台主变压器发生故障停运，那么另外一台变压器也可以保证满足98%以上的用户用电需求。主变压器的容量级别尽量做到标准化、系列化，容量级别不宜过多。主变压器的容量可以采用下面的公式进行计算：

2.3主变压器的形式选择

主变压器形式的选择需要综合考虑主变相数、绕组数、主变调压方式、连接组别、容量比、主变冷却方式等诸多因素。一般情况下，变电站主变压器都采用三相线或者单相线设计，变电站规模较大时宜选择单相，否则以选择三相为佳； 绕组数的选择，110kV变电站设计中，当通过变电站主变压器各个侧绕组的功率达到变压器总容量的15%时，宜采用三绕组变压器，可根据施工条件、工程要求选择分裂变压器、自耦变压器以及普通三绕組变压器；变电站主变压器的电压是通过分接头开关来控制的，主要有无激磁调压、有载调压两种控制方式；国内110kV变电站主变压器绕组采用Y连接方式。另外，还要考虑到当冷却系统出现故障时，主变压器所允许的过负荷的大小，例如按照《电气工程电气设计》手册规定，当主变压器冷却系统发生故障时，空气温度为0℃时，允许运行的时间不得超过18小时，当空气温度为10℃时，允许运行的时间不得超过8小时，否则，如果运行时间超过上限，就极易发生烧坏主变压器的情形。

3.110kV配电运营设备的设计及配置

3.1断路器的设计与选择

110kV变电站中断路器起着保护和控制高压回路的作用，是保障变电站及线路正常运行的重要电器设备。从配电的成本及维修的角度来看，110kV变电站断路器的选择以选择同一型号、厂家的设备为佳，这样能够大幅减少备用件的种类，也利于日常检修与维护工作的开展。断路器的选择需要根据变电分测额定电压、额定电流、动稳定电流以及热稳定电流来确定、设计额定开断电流。在确定110kV变电站断路器时，要确保断路器具有良好的热稳定性、动稳定性、绝缘性、较强的短路能力以及尽可能短的分段时间，以实现变电站安全、高效运行的目标。实践中，110kV变电站的断路器一般使用绝缘性能好、体积小、使用寿命周期较长的六氟化硫断路器，这类断路器的灭弧能力比较强，易于维护、检修。

3.2隔离开关及电压主线的选择

隔离开关主要的作用是隔离电源，实现对110kV高压线路的有效控制，隔离开关在分开之后必须要有较为明显的断开点、足够的绝缘距离，还要具有良好的动稳定性、热稳定性以及机械强度，隔离开关的还要装设必要的连锁机构。

110kV电压主线大多采用软导体导线，其中，尤以加强型钢芯铝绞线的应用最为广泛，并根据实际情况进行电晕检验。

结 论

总之，110kV变电站设备的设计、配置是实现正常配送点的有效保障，如何设计110kV变电站的主要设备、线路，这与该变电站的负荷以及用电特点密切相关。在做好主变压器、主要的配电运行设备的设计、配置的同时，还要科学的选择互感器、优化配电装置的布设、做好防雷保护等，以最大限度降低突发性事故对110kV变电站的正常运行造成的不利影响，促进110kV变电站正常运行、供电的目标的顺利实现。

参考文献

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