浅论变电站电气设计
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论变电站电气部分的接线设计
摘要：在我国快速发展的今天，电力产业在国民经济中占有重要的作用：它不仅全面地影响国民经济其他部门的发展，同时也极大的影响人民的物质与文化生活水平的提高。
本文简述了一般变电站的电气环节的接线设计，希望能与电力同行一起探讨，并起到积极作用。
关键词：电气接线；变电站；原则；设计
引言：
变电所目前又称为变电站,是电力系统中变换电能、电压及其接受电能并分配电能的电力场所。
它是各发电厂与电力用户连接的中间环节。
主要由主变压器、系统母线、油断路器和隔离开关等设备以及二次继电保护的控制、监视等辅助的设备构成，其电力设备的形式多样，内容不一，几乎没有完全相同的变电所，因此每个变电所在设计中均会碰到新问题，做好施工前的预想和施工中的相互配合工作，以保证电力变电所安装施工的顺利进行。
一、电气主接线的设计原则
电气主接线通常由变电站的电气设备通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络【1】。
它是发电厂电气设计的首要部分，也是构成电力系统的主要环节[1]。
第一、电气主接线设计的重要性
1）电气主接线图是电气运行人员进行各种操作和事故处理的重要依据，因此电气运行人员必须熟悉本厂电气主接线图，了解电路中各种电气设备的用途、性能及维护、检查项目和运行操作的步骤等。
2）电气主接线表明了发电机、变压器、断路器和线路等电气设备的数量、规格、连接方式及可能的运行方式。
3）由于电能生产的特点是：发电、变电、输电和用电在同一时刻完成，所以主接线的好坏，直接关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行【2】，也直接影响到工农业生产和人民生活。
所以电气主接线拟定是一个综合性问题，必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，力争使其技术先进，经济合理，安全可靠。
第二、电气主接线的基本要求
电气主接线的设计原则是：根据发电厂在电力系统的地位和作用，首先应满足电力系统的可靠运行和经济调度的要求。
根据规划容量、本期建设规模、输送电压等级、进出线回路数、供电负荷的重要性、保证供需平衡、电力系统线路容量、电气设备性能和周围环境及自
动化规划与要求等条件确定【3】。
应满足可靠性、灵活性和经济性的要求。
第三、接线方式
大型发电厂（总容量为1000MW及以上、单机容量为200MW及以上）一般距负荷较远，电能需要较高电压送，故宜采用简单可靠的单元接线方式。
中型发电厂（总容量为200MW~1000MW、安装的单机容量为50~125MW）和小型发电厂（总容量在200MW以下，安装的单机容量一般不超过50MW），一般靠近负荷中心，常带有6~10kV电压级的近区负荷，。
发电机电压超过19kV时，一般不设机压母线而以升高电压直接供电。
对于6~220kV电压配电装置的接线，一般分为母线类和无母线类两大类【4】。
对于330~500kV超高压配电装置接线，首先要满足可靠性要求。
常用接线有：3~5角形接线、一台半断路器接线、双母线多分段接线、变压器—母线接线、环形母线多分段接线。
二、电气主接线的确定[2]
第一、10.5kV电压级
鉴于出线回路多，且发电机单机容量为50MW，远大于有关设计规程对选用单母线分段接线每段上不宜超过12MW的规定，应确定为双母线分段接线形式，2台50MW机组分别接在两段母线上，剩余功率通过主变压器送往高一级电压220KV【5】。
由于两台50MW机组均接于10.5KV母线上，有较大短路电流，为选择轻型电器，应在分段处加装母线电抗器，各条电缆馈线上装设出线电抗器。
考虑到50MW机组为供热式机组，通常“以热定电”，机组年最大负荷小时数较低，同时由于10KV电压最大负荷20MW，远小于2*50MW发电机组装机容量，即使在发电机检修或升压变压器检修的情况下，也可保证该电压等级负荷要求，因而10KV 电压级与220KV电压之间按弱联系考虑，只设1台主变压器。
第二、220kV电压级
出线回路数大于4回，为使其出线断路器检修时不停电，应采用单母线分段带旁路接线或双母线带旁路接线【6】，以保证其供电的可靠性和灵活性。
其进线仅从10.5KV送来剩余容量2×50-[(100×6%)+20]=74MW，不能满足220kV最大负荷250MW的要求。
为此，拟以一台300MW机组按发电机—变压器单元接线形式接至220kV母线上，其剩余容量或机组检修时不足容量由联络变压器与500kV接线相连，相互交换功率。
第三、500kV电压级
500kV负荷容量大，其主接线是向系统输送功率的主要接线方式，为保证可靠性可能有多种接线形式，经定性分析筛选后，可选用的方案为双母线带旁路接线和一台半断路器接线，通过联络变压器与220KV连接，并通过一台三绕组变压器联系220KV及10.5KV电压，以提高可靠性，一台300MW机组与变压器组成单元接线，直接将功率送往500KV电力系统。
三、出线规划
从负荷特点及电压等级可知，10.5kV电压等级上的地方负荷容量不大，共有10回电缆馈线，与50MW发电机的机端电压相等，采用直馈线为宜。
300MW发电机的机端电压为115.75kV，拟采用单元接线形式，不设发电机出口断路器，有利于节省投资及简化配电装置布置；220kV电压级出线回路数为5回，为保证检修出线断路器不致对该回路停电，拟采取带旁路母线接线形式为宜；500kV与系统有4回馈线，呈强联系形式并送出本厂最大可能得电力为700-15-200-700×6%=443MW。
可见，该厂500kV级的接线对可靠性要求应当很高。
四、主变压器的选择[3]
第一、主变压器的选择
按发电机的额定容量扣除机组的用负荷后，留有10%的裕度【8】。
其计算公式：
S T≥S F–S ts1
式中： S T——主变压器的额定容量；
S F ——发电机的额定容量；
S ts1 ——用电负荷的总容量；
S T1 =S T2≥（300-300×6%）×110%=310.2MW
第二、主变绕组数的确定
对于300MW及以上的机组，其升压变压器一般不采用三绕组变压器。
因为在发电机回路及厂用分支回路均采用分相封闭母线【9】，一般不设断路器和隔离开关，以提高供电的可靠性和经济性。
此外，三绕组变压器的中压侧，由于制造上的原因，一般不出现分接头，往往只有死接头，从而对高、中压侧调压及负荷分配不利。
所以，本厂主变压器采用双绕组变压器。
第三、连接组别的确定
变压器三相绕组的接线组别必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。
电力系统采
用的绕组连接方式只有星形“Y ”和三角形“D ” 两种。
我国110KV 及以上电压，变压器绕组都采用“Yn ”接线。
台数分析：为了保证供电的可靠性，选两台主变压器。
根据以上选择方案可选择SFP3-370000/220型三相双绕组变压器2台。
表1-1 主变压器的主要参数
额定容量
370000kVA 额定高电压 230±2×2.5% kV 额定低电压
20kV 空载损耗 100.9 kW 短路损耗
830 kW 总损耗 1030.5 kW 阻抗电压 13.63（%） 连接组别 Y 0/Δ—11
表1-2 三绕组变压器选择成果表
型号
e S (MVA) e U (kV) %21-d U %31-d U %32-d U SFPSLO 300 242/121/13.8 13.73 6.12 9.64
第四、电气接线的基本要求
变电站的电气接线除应满足正常运行、可靠、灵活、经济和检修、维护方便等一般要求外，尚应满足：
（1）充分考虑发变电站正常、事故、检修、启动等运行方式下的供电要求，尽可能地使切换操作简便，启动（备用）电源能在短时间内投入。
（2）尽量缩小厂用电系统的故障影响范围，并应尽量避免引起全厂停电事故。
（3）便于分歧扩建或连续施工，不致中断厂用电的供应。
（4）对200 MW 及以上大型机组应设置足够容量的交流事故保安电源。
（5）积极慎重地采用经过试验签定的新技术和新设备。
结束语：设计工作是工程建设的关键环节。
做好设计工作对工程建设的工期、质量、投资费用和建成投产后的运行安全可靠性和生产的综合经济效益，起着决定性作用。
设计是工程建设的灵魂，设计的基本任务是，在工程建设中贯彻国家的基本建设方针和技术经济政策，做出切合实际、安全实用、技术先进、综合效益好的设计，有效的为电力建设服务。
参考文献
[1]曾红兵. 论变电站电气安装的质量问题分析及解决方法[J]. 科技资讯, 2008, (28)
[2]刘玉文. 电力系统电气主接线基本要求及关键因素[J]. 广东科技. 2009(22)
[3]黄德英,殷树才. 变电站电气设计应注意的问题[J]. 中国高新技术企业. 2010(33)。
