110kV变电站电气一次部分设计

李建军

（身份证号：23232119880426081X 辽宁 沈阳 110000）

摘要：本文从安全，经济及可靠性等方面考虑，确定了110kV，35kV，10kV以及站用电的主接线方案负荷计算、无功功率补偿、主变压器台数、容量和型式的选择、电气主接线设计的原则等方面的研究设计。

关键词：变电站；变压器；主接线；短路电流计算

1.变电所是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。变电所根据它在系统中的地位，可分为下列几类：

1.1枢纽变电所。位于电力系统的枢纽点，连接电力系统高压和中压的几个部分，汇集多个电源，电压为330-500KV的变电所，称为枢纽变电所。全所停电后，将引起系统解列，甚至出现瘫痪。

1.2中间变电所。高压侧以交换潮流为主，起系统交换功率的作用，或使长距离输电线路分段，一般汇集2-3个电源，电压为220-330KV，同时又降压供当地用电，这样的变电所起中间环节的作用，所以叫中间变电所。全所停电后，将引起区域电网解列。

1.3地区变电所。高压侧一般为110-220KV，向地区用户供电为主的变电所，这是一个地区或城市的主要变电所。全所停电后，仅使该地区中供电。

1.4终端变电所。在输电线路的终端，接近负荷点，高压侧电压为110KV，经降压后直接向用户供电的变电所，即为终端变电所。

2、负荷计算

2.1 负荷计算的目的

负荷计算主要是确定“计算负荷”。“计算负荷”是按发热条件选择电气设备的一个假想的持续负荷，“计算负荷”产生的热效应和实际变动负荷产生的最大热效应相等。所以根据“计算负荷”选择导体及电器时，在实际运行中导体及电器的最高温升不会超过容许值。

计算负荷是确定供电系统、选择变压器容量、电气设备、导线截面和仪表量程的依据，也是整定继电保护的重要数据。如果计算负荷确定过大，将会使电器和导线选得过大，造成投资和有色金属的消耗浪费，如计算负荷确定过小又将使电器和导线电缆过早老化甚至烧毁，造成重大损失。为此，正确进行负荷计算是供电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。

2.2负荷计算的方法

若已知一个供电范围的电气设备数量和容量时，负荷计算的方法有：需要系数法、利用系数法和二项式法；当在电气设备数量和容量都不清楚的情况下，可采用各种用电指标进行负荷计算，其方法有：负荷密度法、单位指标法、住宅用电指标法等。

1、需要系数法计算简单，是最为常用的一种计算方法，适合用电设备数量较多，且容量相差不大的情况。

2、二项式法其考虑问题的出发点就是大容量设备的作用，因此，当用电设备组中设备容量相差悬殊时，使用二项式法可以得到较为准确的结果。

3、利用系數法是通过平均负荷来求计算负荷，这种方法的理论依据是概率论与数理统计，因此是一种较为准确的计算方法，但其计算过程相对繁琐。

因本设计的电气设备数量和容量都是确定的，且容量相差不大，所以其负荷计算方法选择计算较简单的需要系数法。

主要计算公式如图：

3、无功功率补偿

3.1 无功功率补偿的必要性

在工民用电设备中，有大量设备的工作需要通过向系统吸收感性的无功功率来建立交变磁场，这使系统输送的电能容量中无功率的成分增加，功率因数降低，对系统会造成如下影响：

1、使变配电设备的容量增加；

2、使供配电系统的损耗增加；

3、使电压损失增加；

4、使发电机的效率降低。

由于无功功率对供电系统有着如上诸多不利的影响，因此必须提高功率因数，降低无功功率的输送量，提高系统及用户供电质量，保证经济、合理地供电的需要。

3.2 无功功率补偿的方法

要使供配电系统的功率因数提高，一般从两个方面采取措施：

1、提高用电设备的自然功率因数。自然功率因数是指不采用任何补偿装置式的功率因数，这种方法只能通过选择功率因数高的电气设备来做到，但不能达到完全补偿。

2、采取人工补偿的方法使总功率因数得以提高。有两种方法，一是采用同步电动机替代异步电动机工作，由于投资和损耗较大，而且又不便于维护、检修，供配电系统中很少采用。

4.主变压器台数、容量和型式的选择

依据《电力工程电气设计手册》、《发电厂电气部分》、《35-110KV变电所设计规范》。

4.1 台数选择原则

1、对大城市郊区的一次变，在中、低压侧构成环网情况下，装两台主变。

2、对地区性孤立的一次变或大工业的专用变电所，装三台主变。

3、对规划只装两台主变的变电所，其主变基础按大于主变容量的1～2级设计，以便负荷发展时更换主变。

4.2 容量选择原则

1、主变容量选择一般按变电所建成以后5～10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10-20年发展。对城郊变电所，主变容量应与城市规划相结合。

2、根据变电所带负荷性质及电网结构决定主变容量。对有重要负荷变电所考虑一台主变停运时，其余主变容量在计及过负荷能力后的允许时间内，保证用户的一、二级负荷；对一般性变电所当一台主变停运时，其余主变应能保证其余负荷的70%。

3、同级电压的单台降压容量的级别不易太多，应从全网出发，推行标准化、系列化（主要考虑备品、备件和检修方便）。

5、电气主接线设计的原则

电气主接线应满足可靠性、灵敏性、经济性、扩建可能性，考虑国家的方针政策，少占良田，尽可能用过关的国内设备。

根据《35-110KV变电所设计规程》规定：

1、变电站主接线应根据变电站在电网中的地位，出线回路数，设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足供电可靠性，运行灵活，操作检修方便，节约投资和便于扩建等需要。

2、当能满足运行要求时，变电所高压侧宜采用断路器较少或不用断路器的接线。

3、35-110KV线路超过两回时，宜采用扩大桥形，单母线或分段单母线的接线。35-63kv线路为8回及以上时，亦可采用双母线接线。

4、在采用单母线、分段单母线或双母线的35-110KV主接线中，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。

5、当有旁路母线时，首先宜采用分段断路器或母联断路器兼作旁路断路器的接线，主变压器35—110KV回路中的断路器，有条件时亦可接入旁路母线，采用SF6断路器的主接线不宜设旁路设施。

6、当变电所装有两台主变压器时，6-10KV侧宜采用分段单母线，线路为12回及以上时，亦可采用双母线，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。 当6—35KV配电装置采用手车式高压开关柜时，不宜设置旁路设施。

7、当需要限制变电所6—10KV线路的短路电流时，可采用以下措施①变压器分列运行②采用高阻抗变压器③在变压器回路中装电抗器.

6结论

本文主要研究的内容是110kV变电站电气一次部分的研究与研究包含的方面有负荷计算、无功功率补偿、主变压器台数、容量和型式的选择、电气主接线设计的原则等方面为110kV变电站的设计提供一定的参考意义。

参考文献

[1]雍静，供配电系统[M].北京：机械工业出版社，2007

[2]弋东方等.电力工程电气设计手册电气一次部分[M].北京：中国电力出版社， 1987.

[3]王慧. 基于智能电网的负荷管理系统分析与评价研究[D].华北电力大学，2014.