220kV变电所的初步设计与分析

(陕西国防工业职业技术学院，陕西 西安 710300)

1 电网结构

本次设计的220kV变电站是一座地区性的重要枢纽变电所，它担负着220kV和110kV两个电压等级之间的功率交换[1]。根据本变电所在电力系统中的地位，全所停电后将影响整个地区以及下一级变电所供电，可靠供电将成为首要问题。鉴于此，本变电所拟采用两台互为备0SFPSZ7-150000/220有载调压自耦变压器，容量比为100/100/50，并且在容量上做到当一台主变故障后，另一台主变还可以带上70%的总负荷。220kV侧共有6回出线，近期3回，远期3回；110kV侧也有6回出线，近期5回，远期1回。

为了提高供电可靠性和运行的需要，220kV和110kV主接线采用双母线带旁母接线，并设置专用旁路断路器，正常运行时旁母带电；10kV采用单母分段形式，使用一台断路器分断，并装设两台所用变压器，当一台所用变压器发生故障时，另一台所用变压器带全部所用负荷。两台所用变压器分别接于不同的分段母线上，正常时两台所用变压器分列运行，当一台所用变出现故障，分段断路器由备用自动投入装置合闸，实现备用。10kV侧并联电容器补偿装置用于平衡主变损耗，以改善母线电压。

2 主变设计及参数

主变压器的容量，台数直接影响电气主接线的形式和配电装置的结构。同时兼顾负荷的增长速度的要求，并根据电力系统5～10年发展规划，综合分析，合理选择。否则将造成经济技术上的损失[2]。电力变压器可以制成单相、三相、双绕组、三绕组、自耦、分裂变压器等。在选择变压器时，根据原始资料和所设计的变电所的自身特点，在满足变压器的可靠性的要求下，要充分考虑到经济性[3]。虽然自耦变存在过负荷保护困难等问题,但由于经济效益好，而且自耦变压器也220kV电压等级变电所的发展方向。本变电所主变压器采用自耦变压器。

为了提高供电可靠性，防止因一台主变压器故障或检修时影响到整个变电所的供电，变电所中装设两台主变压器，互为备用，可以避免因主变检修或故障而造成对用户的停电。考虑到两台主变同时发生故障时的几率较小，适合远期负荷的增长和扩建的需要。本变电所选择两台主变压器。由于220kV的功率交换是在母线上进行，故主变容量考虑110kV侧负荷进行计算如下：110kV总负荷：(30+30+25+25)/0.85×0.6+(60+60)/0.85×0.9 =204.7(MVA)一台主变在另一台主变故障下带负荷：204.7×70%=143.3(MVA)因此，主变容量确定为150MVA。凡是自耦变压器，其中性点必须直接接地或经小阻抗接地。本次设计的变电所两台主变压器采用直接接地方式。

图1 电网结构示意图

3 电气主接线设计

本次设计的变电所是一个位于市郊区的220kV降压变电所，功率潮流是220kV侧接受功率，通过主变向110kV线路输送，是一个重要的枢纽变电所。220kV～110kV变电所的可能接线是单母线、单母线分段接线、双母线、双母线带旁路母线接线、一台半断路器接线[4]。按照本变电所的电压等级和出线回路数情况，220kV，110kV都采用双母接线，并且设置专用的旁路断路器。220kV，110kV专用旁路断路器，其经济性相对来说降低了，但是保证了各段出线短路器故障和检修时不致影响供电，而且不会破坏双母线运行的特性，继电保护也比较容易配合，相对来说可靠性提高了。10kV采用单母分段接线方式。保证了所用电的可靠性，可以从不同段两侧取得电源，同时一段母线发生故障，分段断路器动作将故障切除，保证正常段母线不间断供电。220kV、110kV母线采用软导线、10kV采用硬铝母线。

图2 电气主接线图

4 所用变压器的选择

变电所的所用负荷，一般比较小。主要是主变压器的冷却装置(包括风扇、油泵、水泵)，直流系统中的充放电装置和硅整流设备、空气压缩机、油处理设备、检修工具及采暖、通风、照明、供水等[5]。并且这些负荷容量都不大，因此所用低压只需采用0.4kV一级，采取动力与照明混和供电方式。

根据本变电所的情况，10kV侧采取单母分段接线方式，并且10kV母线上装有无功补偿装置。因此，本所拟采用两台互为全备用的S9-315/10型铜线双绕组无励磁调压变压器作为所用变压器。相关计算如下所示：

10kV Ι段

动力负荷：∑P1=34.29+15+42.6=91.89kW;

电热及照明负荷：∑P2=43.8+27.13=70.93kW;

I段总负荷容量：S=K1∑P1+∑P2=0.85×91.89+70.93=149kVA;

10kVⅡ段;

动力负荷：∑P1=15+46.9=61.9kV;

电热及照明负荷：∑P2=43.92+27.57=81.49kW;

Ⅱ段总负荷容量：S=K1∑P1+∑P2=0.85×61.9+81.49=124.1kVA。

为了保证在一台所用变故障时的供电可靠性，本变电所采取的两台所用变互为全备用方法。所用变容量：SN≥149+124.1=273.1kVA。

5 主要设备及配电装置

由于本变电所属于一次变电所，应采用动作可靠，能快速的自动重合闸，以及能够切断空载变压器，空载长线，发展性故障。SF6断路器灭弧能力好，维护工作量小，故本变电所220kV、110kV侧采用SF6断路器。10kV母线接有并联电容器，操作比较频繁，操作过电压影响较大，故本变电所10kV侧采用真空断路器。220kV、110kV侧采用屋外式隔离开关，10kV侧由于是屋内配电装置，采用屋内式隔离开关。

在本所首先考虑可靠性，灵活性及经济性情况下，故本次设计的变电所220kV 和110kV电压等级均采用普通中型。220kV和110kV均采用断路器单列布置，将隔离开关放置在母线下，使其与另一组隔离开关电气距离增大，缩短配电装置的纵向距离。本变电所主变中性点及出线均装设避雷器，中性点经隔离开关直接接地，并装设有两段式零序保护及放电间隙保护。220kV配电装置朝西，110kV配电装置朝东，均与进线方位相对应，主变要装于二者之间，其间有行东大道，环形小道，电缆沟盖板作为巡视通道。220kV配电装置有11个间隔，110kV配电装置也有11个间隔。

[1] 吴烈.110kV城区变电所涉及技术探讨[J].电力建设，2000(3):35-37.

[2] 史华伟,高毅.330kV进线牵引变电所设计及保护配置[J].电气技术，2009(11):70-72.

[3] 隋伟.变电所设计中常见问题分析[J].黑龙江科技信息，2012(11):72.

[4] 张宏阳.浅谈220kV变电所设计思路及实践[J].科技资讯，2009(18):128.

[5] 黄秋萍.550kV变电站隔离开关接地刀闸选型计算 [J].电气开关，2014(1):70,102.