2018浅谈110 kV 变电站的设计

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　　［摘要］随着国家经济的发展，我国的电网事业也得到了迅速发展，就目前我国的情况而言，110 kV 变电所设计中存在很多问题，本文仅对110 kV变电所设计中的一些基础问题提出所要注意的事项，供业内人士参考借鉴。
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　　［关键词］设计；技术；容量
　　中途分类号：F407.61 文献标识码：A-U文章编号：2095-2104（2011）12-05--01
　　
　　1、电网结线
　　 城网由送电线路、高压配电线路、中压配电线路以及联络各级电压线路的变、配电站组成。电网结线的要点如下：
　　 （1）各级电压电网结线应标准化；
　　 （2）高压配电网结线力求简化；
　　 （3）下一级电网应能支持上一级电网。
　　 按国家标准，电网的标称电压为送电电压220kV，高压配电电压110（63，35）kV，中压配电电压10 kV，低压配电电压380/220V。
　　 根据采用架空线或电缆及变电站中变压器的容量和台数，选择结线。变电站结线要尽量简化，采用架空线路时，以两回路为宜，采用电缆线路时可为多回路。不论采用架空线还是电缆，当线路上T 接或环入3 个及以上变电站时，线路宜在两侧有电源，但正常运行时两侧电源不并列。高压配电变电站中压出线开关停用时，应能通过中压电网转移负荷，对用户不停电；高压配电变电站之间的中压电网应有足够的联络容量，正常时开环运行，异常时能转移负荷；严格控制专用线和不带负荷的联络线，以节约走廊和提高设备利用率。
　　2、主变参数
　　2.2 主变台数和容量
　　 变电站配置2 台或以上变压器，当一台故障停运时，其负荷自动转移至正常运行的变压器，此时变压器的负荷不应超过其短时容许的过载容量，以后再通过电网操作将变压器的过载部分转移至中压电网。符合这种要求的变压器运行率可用下式计算：
　　 T = {K×P（N - 1）/ N×P}×100 %
　　 式中：T = 变压器运行率；
　　 K = 变压器短时的容许过载率；
　　 N = 变压器台数；
　　 P = 单台变压器额定容量。
　　 其中变压器短时允许的过载率应根据制造厂提供的数据，参照该变压器预计的全年实际负荷曲线，以过载而不影响变压器的寿命为原则来确定，一般可取过载率为1.3，过载时间为2h，计算结果为：当N=2 时，T=65%；N=3 时，T=87%（近似值）。
　　 长期以来市区变电站一般设置2 台主变压器，随着城区负荷密度的增加，出现3 台主变设计方式。变电站主变台数应根据供电区域负荷密度而定，市区内110kV 供电半径宜取2km，供电范围为4 km，当负荷密度为20 MW/km 及以上时，3 台主变设计方式是合理的，此时主变利用率为86%，大大减少了变电站布点。
　　2.2 短路阻抗值
　　 根据《城市电力网规划设计导则》，各级电网的规划短路容量为：
　　 110 kV 20 kA
　　 10 kV 16 kA
　　 变压器阻抗值的选择，与系统短路容量、变压器额定容量密切相关。据统计，目前110 kV 电网短路容量距20kA 尚有一定的距离，但随着110kV 主变容量的不断增大，10kV 短路容量已经接近甚至超过了16 kA，因此高阻抗变压器开始得到应用。
　　2.3 分接头选择
　　 主变分接头应根据电网电压水平选择，根据《电力系统电压质量和无功电力管理规定》，110kV电源最高电压取110（1+7%）kV，最低电压取110（1～3%）kV，10kV 母线电压合格范围为10～1017kV。负荷高峰时10kV 母线上投入无功补偿。为保证10kV 母线电压在合格范围内，应采用有载调压变压器。经计算变压器分接范围选择110±8×1.25%/10.5kV 能满足调压要求。
　　2.4 变压器结线
　　 10kV 环网供电后，相位应保持一致，因此变压器结线应保持一致。目前110/10kV 变压器大部分采用Y/△结线，有载调压开关装在高压侧。
　　3、变电站主接线
　　 （一）10 kV 主接线
　　 随着电网结构的改善，变电所主接线有逐渐简化的趋势，普遍采用桥型接线。相比其他主接线，桥型接线简单，投资节约，运行操作方便，适合于无人值班，在10kV 网络较为完善，主变容量能满足需求时应尽量采用。110kV 进线侧可装设单相电压互感器，线路隔离开关的带电闭锁采用其余两相“高压带电显示闭锁装置”。
　　 当变电所距电源侧较近，经技术经济比较合理时，可不设断路器，主变故障时直接跳出原侧开关。随着变电所3 台主变的出现，110kV 主接线出现了扩大桥模式。扩大桥接线的好处是每一变电所只需两回进线，适用于输电线路比较紧张的情况，（尤其适用于市区110kV 变电站），因此3 台主变应尽量采用扩大桥接线。
　　 （二）10 kV 主接线
　　 每台主变带8～10 回出线，采用单母线分段接线。当采用手车柜（中置柜）时，应不设旁路母线。但手车柜（中置柜）对于金加工工艺要求较高，应注意选用质量较好的设备。
　　4、10 kV 中性点运行方式
　　 我国10kV 配电网大部分采用中性点不接地方式，它的最大优点是发生单相接地故障时并不中断向用户供电。随着配电网的扩大，电缆线路的增多，电网对地电容电流大幅度上升，直接威胁着电力系统的安全运行。根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》，电容电流超过10A 时中性点应改为消弧线圈接地。消弧线圈的调节采用微机自动跟踪补偿装置。为节省占地面积及减少开关框数量，采用变电站的站用电兼消弧线圈装置。
　　5、过电压保护
　　 根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》，变电站应设有防止直击雷、反击和雷电波侵入的过电压保护措施。半户内变电站（变压器布置于室外）采用设独立避雷针对变电站进行保护，全户内变电站（变压器布置于室内）在离变压器主接地线小于15m 的配电装置，当土壤电阻率大于350Ω?m时，不允许屋顶装设避雷针、避雷带，如不大于350Ω?m 时，屋顶装设避雷针、避雷带则应增加站区占地面积，采用110kV 高压电缆进变压器室，并采用相应的防止反击措施。因此，在寸土寸金的市区，增加站区占地面积和110 kV 配电电装置进出线全部采用110kV 高压电缆，此方案会比全户内变电站（变压器布置于室内）采用设独立避雷针对变电站进行保护大大增加投资。110kV 进线无电缆段的GIS 变电站，在GIS 管道与架空线路的连接处，应装设金属氧化物避雷器（FMO1），其接地端与管道金属外壳连接。110 kV 进线有电缆段的GIS 变电站，在电缆段与架空线路的连接处应装设金属氧化物避雷器（FMO1），其接地端与电缆金属外皮连接。对三芯电缆，末端金属外皮应与GIS 管道外壳连接接地；对单芯电缆，应经金属氧化物电缆护层保护器接地（FC）。
　　6、接地
　　 变电站接地方式以水平接地体为主，辅以垂直接地极，主接地网采用- 50×5 镀锌扁钢，变电站主接地网的接地电阻应不大于0.5 欧姆。考虑到微机保护监控系统对接地要求较高，二次设备室及10kV 二次电缆沟接地采用50×5 铜排。110kVGIS配电室也需采用铜排接地，GIS 配电室布置于室内楼板时，其座下的钢筋混凝土地板中的钢筋应焊接成网，并和环形接地母线相连接，接地线与GIS接地母线应采用螺栓连接方式。
　　7、交流所用电和直流系统
　　7.1 交流所用电
　　 变电所宜设置2 台所用变压器，供电可靠性要求高，现场检修设备多且功率大，因此，容量为100～200 kVA。当变电所设置3 台主变时分别接入# 1、# 3 主变低压侧母线，设置2 台主变时则分别接入其低压侧母线。所用电采用中性点直接接地TN 系统，额定电压380/220V，采用单母线分段接线。
　　7.2 直流系统
　　 直流电源宜采用一组200V 蓄电池，容量应满足全所事故停电2h 的放电容量，一般为100 AH单母线接线。蓄电池组宜采用性能可靠、维护量少的蓄电池，如阀控式密封铅酸蓄电池等。直流系统应具有自动调节功能，充电装置实现智能化实时管理，并应设置一套微机直流接地监测装置。
　　8、结论
　　 （1）变电站主接线应力求简化，宜优先采用桥式或扩大桥接线。
　　 （2）城市变电站宜设置2 台主变，当负荷密度为20MW/km2 及以上时可设置3 台主变。
　　 （3） 为保证10 kV 母线电压在合格范围内，应采用有载调压变压器。
　　 （4） 变电站无功补偿宜取主变容量的1/4～1/6。
　　 （5）变电站优先采用全户内布置。
　　 （6）110 kV 应尽量采用屋内GIS 结构。
　　 （7）10 kV 系统应采用消弧线圈接地，消弧线圈的调节采用微机自动跟踪补偿装置。
　　 （8）新建变电站监控装置应优先采用综合自动系统，保护装置应采用分布式结构。
　　 （9）直流系统宜设一组100AH 蓄电池组，交流站用电宜设置2 台，站用变压器应与接地变相结合。
　　作者简介：马学科，男，1981年1月，广东省汕头市人。本科学历，助理工程师，现在从事电力施工建设管理工作