城市郊区110 kV变电所及其配电系统的设计

梁 航

（珠海泰坦科技股份有限公司，广东 珠海 519000）

0 引 言

随着我国社会经济水平的逐步提升，人们生产生活中对电力的需求也逐步呈上升趋势[1]。变电所的电能主要来源于电力系统，通过电气装置和配电线路的连接来实现，具有转化、配置、传送等功能[2]。但是，现实中变电所存在资源浪费现象，特别是110 kV变电所，主要包括电网构建的资源浪费、污染环境、电能质量低等，这一系列不良问题对有关项目成本和电能品质造成了极大影响，也背离了可持续发展战略[3,4]。在110 kV变电所及配电系统的设计过程中需要多维度考虑,通过剖析和核算负荷信息，计算短路与最大工作电流，从而选择合适的装置型号与良好的主线路连接方式，以此完成变电所的相关设计[5]。

1 负荷分析及设备选择

1.1 负荷分析

整体区域提升电力体系的安全应用水平，就是为使用者的持续性电能应用打造基础性的条件。依照使用者对电能供应具有的可靠性要求不同，可以把当前中国的负荷分成下面3个等级。第1级负荷：如果此级负荷断开，其结果是非常严重的。例如：可能发生危及人身安全的事故；导致工业生产的主要装置遭受无法修复的破坏，从而造成各种严重的经济损失；市政生活的重要部门发生混乱等。第2级负荷：如果此级负荷断开，则会导致很大程度的减产，人们生活受到影响等。第3级负荷：只要不是第1、2级的且影响也不大的负荷均是此级负荷，如工厂的下属车间，其造成的损失不大。

通过某城市郊区的用电情况，电负荷可以分为如表1～表3所示的3个等级。

表1 第一级负荷表

表2 第二级负荷表

表3 第三级负荷表

1.2 变压器的选择

对于城市近郊的一次变电站来讲，如果中、低压侧已形成环状电网，那么变电站最好安设2台主变压设备。同时，因为此变电站属于比较重要的中间变电站，和体系息息相关，并且在一次主线路连接中已经准备使用旁路代主变的方法，所以选择2台并列应用的主变压设备且是容量相同。对于主变压器的容量选择，通常依照变电站建好5～10年以后的计划负荷进行，也相应地考虑到10～20年的长远性发展。依照变电站的负荷性质和电网构造对主变压设备的容量进行评定。

在变电站中存在3个电压级别，分别是110 kV、35 kV和10 kV，其主变压设备最好使用3绕组变压器。选择变压器的相数时应考虑如下原则：如果无传输要求，那么对于低于330 kV的发电厂和变电站都应使用3相变压器。与这个变电所的现实状况相结合，主变压器选择3相。对变压器的电压实施调节时，采用分接开关去对变压器的分接头实施转换，从而让变压设备的变比发生改变以完成电压调动。切换方式有2种：一是不带电切换，称为无激励调压；二是带电转换，也叫做有载调压，其调节的范围能达到30%。设置有载调压的原则中提到，对低于110 kV的变压器最好使用有载调压的方法。对于这个变电所的整体状况进行考虑，其主变压器应该选择使用有载调压的方法。主变压设备通常使用的冷却方法为自然风冷却、油循环风冷却与水冷却等。容量比较小的变压设备通常使用自然风的方式实施冷却，容量比较大的变压设备通常使用强迫油循环风冷却的方式。经由前文相关解析可知，选择的变压器容量为40 MVA，是容量比较小的变压设备，因此冷却方式为自然风冷却。

1.3 主要电气设备选择

电气设备选择的一般原则如下：一是达到正常应用维护短路及过电压状况下的需求并且要对长远发展进行考虑；二是达到安设位置与相关环境情况校核；三是力求技术先进和经济合理；四是同类设备应尽量减少品种；五是与整个工程的建设标准协调一致；六是选择使用的新型产品都应该具备可靠的测试和合格证明，如果使用没有合格证的新型产品，则需要相关上级同意方可。

（1）高压断路器的选择。选择高压断路器的形式与安装场所、配电装置的结构等条件有关，同时必须考虑开断时间、频度、使用寿命等参数。依照中国当前对于高压断路设备制造的状况来看，通常在6～35 kV选择使用真空形式的断路器，35 kV也能够选择使用SF6断路器；在110 kV及以上选用SF6断路器。

（2）电流互感器的选择。依照电流互感设备安设的场地及运行条件，挑选电流互感设备的绝缘构造、安设方法、构造方式等。通常6～20 kV的户内配电设备中的电流互感设备经常使用户内式的瓷绝缘或者是树脂绝缘构造；6～20 kV户内配电设备中额定电流高于2000 kA的电流互感设备经常使用母线方式；超过35 kV的电流互感设备经常使用油浸形式或油浸瓷箱形式的瓷绝缘构造。

（3）电压互感器的选择。依照电压互感设备安设的场地和运行条件挑选电压互感设备的绝缘构造和安设方法。通常6～20 kV户内配电设备经常使用户内式瓷绝缘或树脂绝缘的电磁式电压互感设备；35 kV配电设备中最好使用电磁式电压互感设备，等于和高于110 kV的配电设备尽量选择电容式的电压互感设备。在选择时，应该依照线路连接盒的各种用途去确立单相式、3相式以及5柱式等不同副绕组的各种电压互感设备。

2 电气主接线设计

2.1 主接线基本要求

依照电力工业的相关经验与发电厂和变电厂的现实应用情况，为达到电力体系的各种需求，对于电气主线路连接提出下列要求。

（1）运行的可靠。断路设备维护的时候对供电无影响；装置及电网出现问题进行维护时，停电范围的大小、时间的长短可以保障重要使用者的电能供应。

（2）具有一定的灵活性。主线路连接处于正常应用时能够依照调度的需求进行灵便的转换应用方法，以实现调度目的，并且在各类问题或者是装置维护时可以快速退出装置。最终使停电的区域和时间都降到最小，还能够保障维护人员的施工安全。

（3）操作应尽可能简单、方便。主线路连接应该简捷清楚、便于操作，过于繁杂的线路连接不但影响操作。还易导致工作人员的错误操作，线路连接太简捷又无法达到应用的需求，因此应该进行合理设计。

（4）经济合理。主线路连接在保障安全、可靠及运用便捷的前提下，还应该让投资及年费用尽量小一些，在占地方面应尽量减小面积，从而获得最佳经济收益。

（5）具有扩建的可能性。因为我国工农业处于快速发展阶段，电力负荷增长的速度非常快，所以在挑选主线路连接时应当注意未来扩建的情况。

2.2 110 kV电气主接线

该变电所是为某区域电力体系的发展及负荷提高而进行计划性建设。对110 kV设置的出线回路数量不高于2回的能够使用单母线进行连接，连接成内桥的形式。结合负荷分析，110 kV具有2回进线，因此110 kV侧使用回路采用内桥的方式。

2.3 35 kV电气主接线

35 kV侧负荷共7回，并且其电压级别是35～60 kV，出线是4～8回，能够使用单母线的分段形式线路连接，也能使用双母线线路连接。为保障电网维护时不用断电，使用单母线分段接线方式的线路连接。

2.4 10 kV电气主接线

此处的10 kV侧出线回路是12回，依照相关规定6～10 kV的配电设备出线回路数量大于等于6回时，能够使用单母线分段线路连接的方式。对于比较复杂的情况，可以使用双母线线路连接。从经济方面讲，单母线分段接线更好，其灵便的调换也能够保障供电更加可靠。

3 无功补偿的形式及装置选择

3.1 无功补偿功率

从发电厂到使用者需要进行多级的变压处理，较多的变压设备损耗相加，导致电力体系中的无功损耗总量也是巨大的，那么从发电厂至使用者之间的无功损耗是使用者负荷的50%～70%。此外，输电线上还有较大的无功损耗。如果只有发电厂的发电机作为无功电源来供给，那么不能保证电力系统之间的无功平衡。因此，电力体系通常需设定别的无功电源从而实施无功补偿。该变电站的电压最高电压等级为110 kV，且用户属于高压供电的工业用户，因此做无功补偿时至少应将功率因数补偿到0.90以上，本设计选择的功率因数是0.94。

3.2 无功补偿装置的选择

在对补偿设备进行设置时，应该从体系专业依照电网的电压、体系稳定性以及限制谐波电压等相关需求去确立补偿设备的安设位置、类型、容量及电压级别等。而对于电气专业应该从安设位置的自然环境、设备的线路连接方法、管控保护方法以及防止或限制补偿设备形成运行过电压与谐振过电压等方面进行考虑，并实施合适的配置。为让无功补偿能够达到所有体系的需求，将无功补偿设备安设于10 kV侧。

4 短路点的确定

依照电气装置在应用中应该达到的动稳定及热温度的相关规定去挑选合适的电气装置型号，按照短路电流的相关核算去确立合适的电气主线路连接方法，从而为继电保护整定核算供应相关的依照。短路故障是电力系统中最多见的也是最为严重的故障，它会使系统的电压急剧减少，引起回路电能转换流的升高，不仅会破坏电力系统的稳定，而且会影响用户的用电情况。因此，要重视短路故障，对短路电流进行更为严格的检查与核算。

对短路电流进行确认时，应当依照会出现最大短路电流来确定线路连接方式。在挑选相关导体与电器时，对于没有电抗器回路的短路位置进行运算，也应该挑选在正常线路连接时短路电流最大的位置。一般3相短路最为严重，且发生在母线上。所以说可能会出现最大短路电流的短路点就有3个，即110 kV母短路，35 kV母线短路点，10 kV母线短路。

5 结 论

在电力体系中，变电站属于其中的重要构成之一。变电站作为传送和管控电能的重要中枢，就一定要转变传统形式的设计与管控方式，才可以符合现如今的电力体系、工业生产及人民大众生活的发展需求。110 kV的变电站是高压线路，这个区域中的变电所涉及很多方面，需要对很多问题进行考虑，要全方位地解析其承担的责任和使用负荷等状况。同时，要对其建设的地址进行挑选，对区域内使用符合数据实施准确运算，确立使用者无功功率补偿设备。此外，要对各类变压器实施挑选，进而确立变电站的线路连接方法，挑选送配电线路和相应的导线，实施短路电流运算。