35kV变电站电气主接线设计及无功补偿优化

陈明跃

摘 要：在电力供电系统中，科学选择补偿装置，能够显著降低电网损耗，提高供电质量。现阶段国内多数地区的电力系统中，还是采用传统的无功补偿方式，不能及时、准确的反映电网运行的实际情况，容易因为电压波动较大影响电网整体运行安全。文章以35KV变电站为研究对象，首先对电气主接线及时要点进行了概述，随后介绍了几种常用的无功补偿方式，最后就无功补偿的优化策略展开了简单分析。

关键词：变电站；主变压器；无功补偿；调压方式

中图分类号：TP391 文献標识码：A 文章编号：1671-2064（2018）21-0178-02

变电站主接线方案设计对电气设备的选择、配电装置的布置以及继电控制方式等都产生了重要影响。如何确定变电站电气一次主接线，是变电站建设中需要重点关注的问题。在前期主接线设计的基础上，还要考虑电网系统的无功补偿优化，只有将两种技术结合起来，才能最终保障35KV变电站各项功能的正常使用，为电力用户提供更加稳定和优质的电力能源。

1 一次主接线设计方法

1.1 确定电气主接线

1.1.1 35kV变电站拟主要采用的电气主接线

35kV变电站的电气主接线方式有多种，其中应用比较广泛的有单母线分段、内桥、线路变压器组接线三种。不同的接线方式，在适用条件上有很大差异，以单母线分段接线为例，这种接线技术主要应用在35kV-63kV配电装置回路上，且不能连续使用；内桥形接线虽然对适用电压没有特殊要求，但是不适用于线路较长、电网较为复杂的情况。因此，技术人员在选择电气主接线方式时，既要了解不同接线方式的应用特点和适用情况，又要在科学选择接线方式的基础上，熟练掌握接线技术要点。

1.1.2 35kV变电站主要的出线规模

根据变电站出线距离的不同，分为远期出线和近期出线两种情况，其中远期出线1-5回，近期出线6-9回；如果是10kV变电站，具体的出现规模应当有技术人员现场考察主变容量和台数后确定。确定出线规模，也是变电站确定电气主接线工作中的重要环节。特别是对于电网覆盖面积较大的情况，电网系统中包含的主变设备较多，确定出线规模对提升变电站运行稳定性也很有帮助。

1.2 变电站布置

变电站的布置会受到多种因素的影响，其中比较主要的因素是周围环境特点和电力用户的用电需求。例如，户外变电站要着重考虑地形因素，35kV户外变电站通常考虑使用软母线中型配电装置，可以提高对外界环境的抗干扰能力；35kV户内变电站可以考虑使用室内开关柜。另外，无论是室内还是室外变电站，都要在周围做好防护措施，一方面是禁止外力对变电站造成破坏影响，另一方面也可以有效避免意外因素导致的触电事故等。

1.3 配电装置选型

35kV变电站电气主接线中的配电装置数量和种类较多，且都发挥着各自的重要作用。具体包括断路器、隔离开关、电流/电压互感器等。本文选择断路器和电流互感器为例，对装置选择的基本原则进行了简单分析。

1.3.1 断路器的选择

断路器主要起到了线路和电力装置保护作用，科学选择断路器对保障变电站系统安全有重要意义。在选择时，应当结合35kV变电站的运行情况，重点关注以下参数：额定电压、额定电流、机械荷载、开断电流、对过电压的限制等。除了技术参数外，断路器正常工作的环境调节也是需要考虑的重点要素，包括环境温度、最大风速、相对湿度、电磁干扰等。此外，现阶段35kV变电站常用少油断路器、真空断路器，SF6断路器的使用相对较少，断路器选择时也需要关注。

1.3.2 电流互感器的选择

电流互感器能够将一次侧大电流转化为二次侧小电流，是变电站电力系统中动态测量电流的主要装置。在电流互感器选择时，也需要分别从以下三方面进行综合考虑：第一，电流互感器的主要参数，包括一次回路电压/电流，二次级数量，准确度等级等。第二，环境条件，包括海拔高度、最大风速、相对湿度等；第三，电流互感器的材质一般使用陶瓷绝缘结构，近年来市场上也出现了一种新型的树脂绝缘结构，但是成本相对较高，可以根据实际需要进行选择。

1.4 变压器的选择

1.4.1 变压器的容量确定

对于分布在城郊、乡镇等地区的变电站，在确定容量时，应当参考附近城市电网规划，尽量想城市地区变电站的主变压器容量靠拢。避免因为区域主变压器容量差过大，导致电力系统的运行出现波动。另外，还要考虑主变压器的使用年限，以主变压器建成并投入运行前5年内的规划负荷，作为主变压器的容量。在此基础上，还要考虑未来15年-20年内城市电网负荷的发展。如果该地区有多个35kV变电站，还要考虑其中一台或多台变电站停运后，其余正常运行变电站的负荷能力，确保电力用户正常用电，以及保障区域电网的安全。

1.4.2 主变压器台数的确定

由于不同地区的用电需求存在较大差异，电网覆盖密度也极不均匀，为了维护电力公司自身的利益，就需要根据实际用电需要，合理确定主变压器的台数。通常来说，在市区以及靠近市区的城郊，一次变电所内安装2台变压器足够。但是如果电网覆盖范围内有工业园区，或是其他用电大户，则需要在开展全面调查和精确设计的基础上，将主变压器适当增加到3台。总之，35kV变电站变压器台数的选择，要综合考虑用电需求、电网结构等多种要素。

1.4.3 主变压器型式选择

根据绕组形式的不同，主变压器分为双绕组、三绕组和自耦变压器几种，35kV变电站选择双绕组的低损耗有载调压变压器。

2 输配电网的无功补偿与电压调整

2.1 输电网无功补偿

2.1.1 电抗器补偿

在输电线路中，电抗器常常设置在线路的两侧，不设置断路器。作为一种常见的无功补偿设备，电抗器常常用于超高压长距离线路之中。结合线路的长度和过电压的限制度，对电抗器的容量进行选择。

2.1.2 串联电容补偿

串联电容主要是用来补偿输电线路的感抗，通过缩短电气的距离，提高线路的稳定性。串联电容器的连接形式主要是串并联相结合，并联和串联的数量分别由容量和电容补偿度决定，串联电容的补偿度不宜太高。

2.1.3 中间同步或静止补偿

在输送电路中设置中间同步或静止补偿装置的目的是为了限制电压升高，该补偿装置具有无功调节能力，通过吸收充电功率，发出无功功率，补偿线路中的无功损耗，这样线路的输送容量就可以得到有效的扩充。该补偿装置不要设置在线路两端，否则将难以起到调节的作用，应将其设置在线路中间，就可以发挥出应有的效果。

2.2 电压调整

为了使电网不再受到电压波动的影响，防止因电压剧烈波动而造成事故，通常会在电网的电压支撑点与下级电压电网枢纽点，设置有载调压变压器或者无功补偿装置，通过这二者的各自作用或者共同作用对电压进行调节，实现电压的稳定。并联电容器是一种比较实用的补偿设备，能够大大降低输电网的运输成本。但是在实际应用中也发现了一些需要改进的地方，例如补偿设备的响应速度相对较慢，容易因为响应不及时，使电网额外增加运行负担。还有就是有载调压变压器的调节能力也有上下限，如果超过最大调压范围，也会失去应有的作用。

3 配电网无功补偿和电压调整

3.1 电网的电压调整

3.1.1 局部调压

可以进行局部调压的变压器主要分为三类：第一类是有载调压变压器，其原理是通过调节电网内的无功潮流，达到电网局部电压调节的效果。其应用优势在于有载调压变压器工作过程中，本身不会产生无功功率，减轻了对电网的负荷；第二类是串联升压器，是一种专门应用于供电线路的变压器，其优势在于不受电网电压波动的影响，调压效果稳定。但是串联升压器使用数量较多后，容易拉低全网电压水平，增加了电网损耗；第三类是感应调压器，借助于感应电阻，实现了动态调压，是现阶段局部调压的主要方式。

3.1.2 无功补偿调压

通过适当增加电力系统中无功电源的数量，可以更加灵活地进行电压调整。在电网系统中，电源数量和无功补偿装置的数量呈正比，在变电所内安装的无功补偿装置，后期可以根据调压需要，按照分组投切的形式，对不同地区的电网进行无功补偿调压。

3.1.3 串联电容补偿调压

将电容串联在电力系统的局部线路中，也可以根据电容大小达到预期的调压效果。使用电容串联方式进行补偿调压时，具有一定的适用范围。例如在一些电力线路较长的情况下，随着线路长度的增加，滞相电流流经串联电容时产生的功率因数越低，从而能够取得更好地补偿调压效果。此外，在负载较大的线路中，串联电容的调压效果也要优于低负载线路。

3.2 电网电压调控采用的基本调压方式

3.2.1 逆调压方式

对于乡镇一级的电网来说，逆调压是一种操作简便且效果显著的调压方式。其操作方法为：首先，选择供电电网的“中枢点”，并以中枢点为基准，选择多条包含中枢点的线路，测量这些线路在同一距离内的负荷变化是否大体一致。如果结果相差无几，则确定可以适用于逆调压方式。其次，当电网系统在最大负荷时，通过逆调压，将线路实际电压稳定在高于额定电压5%左右；反之，当电网系统在最低负荷时，通过逆调压，将线路实际电压稳定在低于额定电压5%左右。逆调压的优点在于有效防止了因为负荷点电压过高导致电网受损的概率。

3.2.2 恒调压方式

对于一些实际运行过程中负荷波动较小的电网，可以考虑使用恒调压方式。其操作要点为：第一步首先确定中枢点，然后以中枢点为基准，使周围线路的实际运行电压控制在高于额定电压5%上下的数值。确定该数值范围后，无论电网系统中电压如何波动，都将实际值控制在这一范围内，保持电压的相对恒定。恒调压方式主要应用于节假日或其他用电负荷突增的情况，对保证电网整体运行安全有良好效果。

3.2.3 顺调压方式

在农村电网中，由于用电量较小，且相对恒定，因此电网电压几乎不会出现大的波动。由于多数农村电网不具备使用无功调整的条件，因此更多的是采用顺调压方式。但是顺调压方式也有一定的不足，例如近年来农村企业数量开始增加，用电需求增大，由此造成了较大的电压波动。随着农村电网改造的不断推进，顺调压方式的应用范围也逐渐减小。

4 结语

无论是电力系统建设还是既有电网改造，无功补偿都是一种高效、方便、安全的节电技术，需要引起电力部门的关注，并根据电网建设的实际需要，将无功补偿技术应用到电网建设工作中。此外，技术人员也要认识到以往无功补偿技术应用中存在的一些问题，尝试进行无功补偿优化，为用户提供更加安全、优质的电力能源。

參考文献

[1]孙伟.重庆星寨220kV变电站电气主接线及外部接入系统设计与优化研究[D].重庆大学，2016.

[2]杨战光，陈博，赵忠明.500KV变电站35KV无功补偿设备集中优化布置技术的研究[J].山东工业技术，2015，（12）：190-190.