浅谈110kV变电站电气设计

李仕文

摘要：随着社会经济的快速发展，我国人民物质生活水平也得到普遍提升，人们对于电气设备越来越追求便捷化、舒适化、实用化、安全化。而为了满足人们对于电气设备的上述使用需求，则需要通过电气设计来不断改善、逐渐实现。本文则根据变电站实际情况，对变电站设计要点进行深入分析，并且提出了一系列极具针对性的方法。

关键词：110kV变电站;电气设计;接线设计要点

1变电站概述

变电站，改变电压的场所。为了把发电厂发出来的电能输送到较远的地方，必须把电压升高，变为高压电，到用户附近再按需要把电压降低，这种升降电压的工作靠变电站来完成。变电站的主要设备是开关和变压器。按规模大小不同，称为变电所、配电室等。改革开放以来，我国人们的生活水平的不断提高及生产业产能的迅速增长，这为我国农网及城网规模建设、供电能力和供电质量提出了更高的要求。随后，国内ll0kV变电站建设数量迅速增加。在城网建设设计过程中，110kV变电站是最为核心的技术内容之一，而有关110kV变电站的合理设计是城网改造和建设中的一个重要的有待解决的课题。文中分析了ilOkV变电站电气设计中遇到的主要技术问题，并提出了一些个人的想法。

2 110kV变电站电气设计

2.1主接线设计

110kV变电站中，电气主接线是变电站设计的首要部分，更是电力系统中一个十分关键的环节。在对变电站主接线进行设计的过程中，应该充分考虑变电站运行中对于灵活性和可靠性的需求，对可能存在的影响因素进行全面细致分析，确定好多个技术方案，通过彼此之间的分析对比，选择最佳方案来保证主接线设计的效果。具体在进行变电站主接线设计的过程中，必须关注以下几个核心要求：首先，主接线必须具备安全可靠的性能。供电可靠性要求是变电站设计的首要要求，在进行主接线设计时，应当综合考虑变电站一次设备和对应的二次设备在运行中的可靠性，同时尽量选取可靠性高的电气设备从而简化接线，降低电力突然中断的概率，尽可能减少停电带来的损失;其次，主接线必须能够实现灵活快速转换，满足在调度、检修及扩建时的灵活性。在110kV变电站中，主接线必须能够适应不同设备在不同条件下的运行需求，遇到突发问题时可以灵活地投入和切除变压器和线路，调配电源和负荷，满足电力系统在事故运行方式、检修运行方式以及在特殊运行方式下的不同要求。最后，主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下应尽量做到经济节能。110kV变电站主接线的设计应当尽量力求简单，最大可能减少不必要的电气一次设备和元件。另外还需要为配电装置布置创造条件，尽量减少变电站占地面积，强调灵巧轻便，减少电能传输过程中的损失。主接线可以分为单母线、单母线分段、双母线、双母线分段、桥型接线和角型接线等，变电站的接线方式，主要取决于变电站电压等级及出线回路数和运行方式，需要根据变电站的具体情况选择最适合的接线方式。

2.2无功补偿设计

早期的无功补偿装置为同步调相机和并联电容器。同步调相机可对系统无功进行动态补偿，但是运行中的噪声和损耗都比较大，且造价高、运行维护复杂。并联电容器虽然简单经济、使用灵活，但其阻抗固定，不能实现对无功功率的动态补偿。目前，110kV变电站中采用的无功补偿多是静止无功补偿器，其基本原理，是选择晶闸管作为相应的固态开关，实现对于电容器容量和电抗器容量的有效控制，以此来保证无功补偿的效果。这里对几种常用的静止无功补偿装置设计进行简单分析。

2.2.1晶闸管控制电抗器型静止补偿器（TCR）无功补偿装置

TCR无功补偿装置由一对极性相反的并联晶闸管和一个电抗器串联而成，当电路中有效移相范围在90-180°，触发角为90°时，晶闸管导通且到导通角为180°，电抗器吸收的无功电流会达到最大值。通过增加触发角的方式，能够对补偿器的等效导纳进行增加，因此在实践中，对于补偿器吸收无功分量的改变可以通过触发角调整实现。TCR无功补偿装置的响应时间不会超过半个周期，能够实现对无功功率的连续吸收，不过因为电流谐波的存在，会消耗有功功率，成本也较高。

2.2.2晶闸管投切电容器型静止补偿器（TSC）无功补偿装置

TSC无功补偿装置包含了一对极性相反的并联晶闸管以及串联的电容器和电抗器，在进行设计时，需要对电容器投切的具体时刻进行明确，即晶闸管两端电压为零或者电容器两端电压与电源电压相同时。一般情况下，TSC无功补偿装置采用的都是过零投切，此时电路中不存在冲击电流，而从保证投切效果的角度，必须预先对电容进行充电。对比TCR无功补偿装置，TSC无功补偿装置中电容器仅有投入和切除两个状态，因此不容易产生谐波，不过因为无功功率补偿量的跳跃性，存在响应速度较差的问题，如果电力负荷产生的谐波电流较大，TSC的运行会丧失可靠性，谐波的存在也会导致并联电容器的过压、过流或者过热问题，严重的甚至会造成电容器击穿。

3主要设备的选择

3.1主变压器的选型

确定主变容量

确定主变容量应充分考虑未来5～1O年该区域的发展规划。应结合电网的结构特点、负荷的性质及所在城市区域的规划等来确定主变容量。关键区域及带有重要负载的变电所，还应加设一台备用变压器，当其中一台变压器因故障停止工作时，可及时启动备用变压器并对故障变压器进行抢修。备用变压器负荷应达到I类及Ⅱ类供电标准。

确定变压器台数

通常变电所装有2台主变压器，以确保变电系统的可靠性。根据近几年的发展情况及未来的市政规划，并结合上述综合因素，拟选用型号为SF7—40000/110的变压器。

相数选择

在没有特别要求，设备运输不存在约束时，不高于330kV的变电所变压器相数一般选用相。

确定主变绕组数量。作为直接将高压变为低压并接人负荷中心供电的变电所，要避免容量重复，简化电压等级，通常变压器选用双绕组形式。

绕组联结方式的选择。不低于ll0kV的变压器绕组联结方式应选用“Y”型连接，不高于35kV时，应采用“Y一△”型连接。

3.2断路器选择断路器的选择依据

断路器选择断路器的选择依据主要包括：

断路器的空开额定电压应不低于线路的额定电压;

断路器的空开额定电流应不低于线路的负载电流;

电磁脱扣器的空开整定电流应不小于负载电流的峰值。

3.3設计直流系统

整个变电所设有一套直流系统，根据双馈双充进行配置，主要用于为所内自动控制系统、通信系统、一、二次设备提供电能。直流系统电源采用AC一220V，蓄电池组容量为200Ah，采用阀控式全密封酸铅电池，共108只，将其分为两组，以停电按时间为2h考虑。该直流系统以单母线形式进行分段联接，每段均设有分段开关，每个组蓄电池组均设有独立的充电装置，模块配置根据N+1原则，充电装置均配有高频开关电源，充电机采用4块模块（20Ao将其旋转于专用的蓄电池室内。110kV部分采用放射型供电，每一间隔按双回路方式直接从直流馈线屏获取电源。lOkV部分则按10kV母线分段隋况设置。每一段母线均按双回路配置。

4结束语

电力输送切实关系到人们的生产生活和整个社会经济的运行状态，因此，变电站的设计是否合理是至关重要的。规模不同的变电站其采用的变电设备和方式也是有差异的，因此，在设备设计选择时要根据不同情况酌情处理。在变电设备选择时，总体要遵循电流输送的稳定性，经济性和安全性等原则，最大限度的减少电力故障问题的发生。

参考文献：

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[2]潘健勋，邱丰隆.变电站一次设计分析[J].北京电力高等专科学校学报（自然科学版），2012，28（1）：12.