变电站电气主接线设计及主变压器的选择

张立标

摘要：随着社会经济的快速发展，电力能源的需求日益增长。变电站是维持电力传输，保证居民日常用电质量的关键连接系统，在传输的过程中能够保证电压的高压度以及用户使用时的低压度。虽然我国的电力连接系统和电力变压系统的相关技术有着较大的改善，但是，在实际工作的过程中仍然存在着一定的设计和选择问题。为了保证变电站工作的实效性、安全性，连接正确的主接线，并根据相应的电力需求更改合适的变压器，专业人员就需要结合实际工作环境对现阶段的变电站专用设施进行设计。本文通过分析变电站电气主接线的设计原则，提出主接线的设计方式和主变压器的选择方式。

关键词：变电站；主接线设计；主变压器选择

引言

目前，电力系统已经成为生产生活中的重要支撑，其中电气主接线是以电源和出线为主体，是构成电力系统的重要环节，由各种电力设备和连接线组成。因此，重视电力系统电气主接线基本要求和关键因素，才能够使电力系统更好地为生产生活服务，才能让变电站的电力系统发挥更大的作用。电气主接线与电力系统、电站规模、枢纽布置、地形条件、动能参数以及电站运行方式等因素密切相关，而且对变电站电气设备布置、选择、继电保护和控制方式有较大影响。变电站电气主接线的合理设计与否，关系变电站的长期安全、可靠、经济运行。继电保护与控制方式有密切联系，是变电站供电设计的重要环节之一。本文以中小型变电站电气主接线设计为例，根据变电站电气主接线的类型、基本要求以及实际情况，对中小型变电站中电气主接线进行方案设计选择，最后从设计的经济方面和技术方面提出中小型变电站中不同电压等级的电气主接线设计方案。

1变电站一次主接线设计要求

1、可扩展性。我国电力系统始终处于持续化发展过程中，变电站一次主接线设计应尽量保持可扩展性，为后期的发展和改造提供条件，一方面优化一次主接线设计，另一方面要为变电站分期过渡接线施工设计奠定基础，预留空间，便于施工组织，实现变电站可持续发展。2、可靠性。变电站一次主接线设计最主要的目标是确保供电可靠性，一旦发生停电事故，会给人们的生产生活带来很多不便，而且容易引起电力产品报废、设备损坏或者人员伤亡，造成巨大的经济损失。因此变电站一次主接线设计应结合变电站的实际情况，优化主接线形式，确保供电的可靠性、连续性和安全性。3、灵活性。变电站一次主接线设计一方面要确保可靠安全供电，另一方面当变电站电气设备发生运行故障或者需要进行系统检修时，应满足电网调度要求，实现快速、准确、简便、灵活地倒换运行方式，有效缩短停电时间，最大程度地减小影响范围。4、经济性。基于变电站连续、可靠、安全的供电，应尽量减少变电站电气设备的运行费用和投资费用，节约变电站搬迁费用和占地面积，尽量进行一次设计，然后实现分期投产投资，提高变电站运行的经济效益。

1变电站电气主接线的设计问题

变电站电气主接线的设计问题主要体现在以下五个方面,一、认真考虑变电所在电力系统中的位置,变电站在电力系统中的作用和地位是决定电气主接线的主要因素,变电站具有较多分类,功能存在较大差别,在电力系统中的地位与作用不同,对主接线连接的的经济性、可靠性以及灵活性都具有不同要求,因而,在电气主接线设计过程中,需要认真考虑变电站的地位与功能,以此为依据进行电气主接线设计。二、充分考虑变电站近远期的发展规模,在电气主接线设计过程中,需要根据电力发展规划,依照负荷大小,增长速度,地区网络情况等因素进行综合考虑,以此来确定电气主接线的出线数,连接电源数以及接线形式。三、仔细考虑变台数对电气主接线的影响,变电站的变台数直接影响着电力的传输容量,对主线的灵活性以及可靠性具有不同要求,对电气主接线会产生直接影响。四、了解备用容量对电气主接线的影响,备用容量是为了保证可靠供电的应急设施,在设备检修、故障停运的情况下具有重要作用,其容量大小以及数量不仅影响着主接线的接线形式还影响着主接线设计的安全性与可靠性。五、负荷分级以及出线数多少对电气主接线具有一定影响,在此过程中需要注意备用电源的使用,一级负荷需要设置两个独立的电源供电,以保证在一个电源不工作后,另一个电源能够继续工作,保证设施能够正常运行,以降低对主接线的影响。

2变电站电气主接线的基本接线形式

主接线设计可以按有无汇流母线进行接线，有汇流母线又分为单母线接线、单母线分段接线、双母线接线、双母线分段接线和增设旁路母线或旁路隔离开关接线五种；无汇流接线分为单元接线、桥形接线和角形接线三种。（1）单母线接线的特点。单母线带旁路母线接线在单母线基础上增设旁路母线和旁路断路器，可解决检修出线断路器时中断该回路供电的问题，从而进一步加强了供电的连续性，广泛适用于110kV及以上的高压配电装置。但是，增加一组母线、专用旁路断路器和隔离开关，不仅增加了投资，而且操作繁琐，可能会产生误操作。这种接线只在对供电可靠有特殊要求时采用。（2）单母线分段接线的特点。单母线分段接线法，如果单母线当中某一条母线出现故障，停电范围只限于连接此母线的出线供电，其他母线不会受到影响。所以对于电能要求非常高的区域用户，可以使用这种接线方式。（3）双母线接线的特点。双母线接线的特点在检修的时候非常方便，调度灵活。但是使用这种接线方式需要很多的隔离开关和配电装置，比较容易发生接线失误。（4）双母线分段接线的特点。双母线分段接线的主要特点就是如果一段母线发生故障之后其他段落依然可以正常运行，其次每个元件之间都能够在两段母线上进行切换。但是双母线分段接线还有一个缺点就是母线的差动保护过程非常繁琐。（5）桥形接线。桥形接线方式可以分为外桥与内桥。对外桥接线而言，由于无需大量设备，所以变压器的调整也非常简单，但是主要缺点是在变更线路时，变更操作非常复杂。当断路器发生故障时，经常需要中止变压器的正常运转，这必然会直接影响电力供应。而对内桥接线而言，其主要优点在于高压断路器的数量较少，线路的变更与切换都十分简单，主要缺点在于对变压器进行切换相对比较复杂。当断路器出现故障时，检修时间往往较长，而且检修时必须要中断线路的电力供应。

3变电站主变压器选择应遵循的原则

（1）在110kV及以下变电站中，一般装设2台主变压器；对于220kV、550kV变电站，经技术经济分析为合理时，可装设3~4台主变压器。（2）装有2台及以上主变压器的变电站，其中一台停运后，其余主变压器的容量应保证该站全部负荷的60%以上，并应保证用户的一级和二级负荷的供电。（3）具有3种电压等级的变电站，如各侧的功率均达到主变压器额定容量的15%以上，或低压侧虽无负荷，但需装设无功补偿设备时，主变压器一般选用三绕组变压器。（4）与2种110kV及以上中性点直接接地系统连接的变压器，一般优先选用自耦变压器。当自耦变压器的第三绕组接有无功补偿设备时，应根据无功功率的潮流情况，校验公共绕组容量，以免在某种运行方式下，限制自耦变压器输出功率。（5）对于深入负荷中心的变电站，为简化电压等级和避免重复容量，可采用双绕组变压器。

4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/cosø=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=0.75xK0xSmax(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。

5主变压器的选择方式

5.1保证选择原则合理性

主变压器在选择的过程中应该以主接线的设计为主要选择参考对象，对于一些线路负荷较大，或是一级、二级负荷的线路而言，就可以选择两个及以上的变压器，从而保证电力运输的稳定性和安全性，同时，在这种类型的线路中选择两个及以上数量的变压器还可以减少后期的线路维修工作，降低线路故障率，能够有效保证电力企业的基本利益。对于负荷较小、等级较低的线路而言，就可以选择一到两台变压器，这样既可以保证电力运输工作的稳定运行，还可以避免出现资源浪费的情况，能够有效的保证电力企业的基本经济利益，符合变压器选择合理性的原则。

5.2主变压器设置

变电站一次主接线设计必须合理设置主变压器，首先确定合适的相数，一般情况下，330kV以下变电站应设置三相主变压器，然后设计合适绕组数，主要包含普通式双绕组、分裂式低压绕组、三绕组式等。结合变电站规划设计要求，尽量设置双绕组变压器。然后，分析绕组接线组别，一般情况下变电站绕组接线主要设置“YN”形式，根据变电站的实际调压形式，无激磁调压还是有载调压，确定合适的冷却方式，并且结合变电站外部环境、结构特点和主变容量，优化主变压器具体设置。

5.3保证选择容量有效性

目前，我国大部分地区的变电站的主变压器容量是根据未来的负荷计划来决定的，或者是根据变电站的主要负荷量和区域内的电网结构来决定的。因此，为了保证线路运输电力的稳定性，在选择主变压器时就需要先考察好该区域内的以上两个因素，并综合其用电者的数量进行选择。

5.4绕组形式

绕组的形式主要有双绕组和三绕组。规程上规定在选择绕组形式时，一般应优先考虑三绕组变压器，因为一台三绕组变压器的价格及所用的控制电器和辅助设备，比2台双绕组变压器都较少。对深入负荷中心、具有直接从高压变为低压供电条件的变电站，为简化电压等级或减少重复降压容量，可采用双绕组变压器。

结语

变电站的电气主接线是保证电压稳定输出的关键之一，该设备能够通过相应的接线保持供电质量，将零散的供电区连接在一起。为了增强供电系统的灵活性和安全性，电力技术人员就需要对电气主接线、配电零部件、变压零部件做出相应的调整，安装专业的报警系统和自主修复系统，减少不必要的损失。同时，技术人员还可以借助相关计算机技术实现电力控制自动化，从而在保持电力输送稳定的状况下，推动电力事业的发展。

参考文献

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