探讨110千伏变电站在城网中的设计应用

摘 要 ：目前，我国的城市电力网正在进行大规模的建设，供电可靠性是城网建设的一个重要指标，110 kV 城区变电站设计是城网建设中较为关键的技术环节。本文根据无人值班变电站要求，对城区变电站设计作一些技术探讨。

关键词：城网；变电站；设计技术

1、简化电压等级

根据国家标准,城网的送电电压为220kV，高压配电电压110(63.35) kV , 中压配电电压为10 kV，低压配电电压为380/220 kV。选用电压等级时，要避免重复降压，力求简化，220kV，以下输配电网不超过4级电压。

通过计算，110/35/10kV,供电系统比110/10 kV供电系统建设费用和年运行费用均要高10%左右，城网建设中将逐步取消35 kV电压。

2、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。

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/ 220 V。

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。

3、主变参数

3.1 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二台主变压器，随着城区负荷密度的增加，出现了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110 kV 供电半径宜取2 km ，供电范围为 4 km2，当负荷密度为 20 MW/ km2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(已运行的永州市110 kV凤凰园变电站3台50 MVA) 。

3.2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20 kA 尚有一定的距离，但随着110 kV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了应用。

3.3 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》，110 kV电源最高电压取110 (1 + 7 %) kV ,最低电压取110 (1 - 3 %) kV ,10 kV 母线电压合格范围为 10～10.7 kV。负荷高峰时 10 kV 母线上投入无功补偿。

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。变压器分接范围宜选择 110 ±8 ×1.25 %/ 10.5 kV，根据经验基本能满足调压要求，具体选择则应该根据当地电网结构通过调相调压计算确定。

3.4 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/ 10 kV变压器大部分采用 Y/ 结线，有载调压开关装在高压侧。

4、变电站主接线

4.1 110 kV 主接线

长期以来，110kV变电站高压侧大多采用单母线分段接线，随着电网结构的改善，终端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。

110 kV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。

随着变电所三台主变的出现，110 kV 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110 kV变电站)，因此三台主变应尽量采用扩大桥接线。

4.210 kV 主接线

每台主变带 8～12 回出线，采用单母线分段接线。当采用手车柜(中置柜)时，一般不设旁路母线。但手车柜(中置柜)对于加工工艺要求较高，应注意选用质量较好的设备。

5、平面布置、 防火、 环保

城区变电站总平面必须坚持节约用地、减少建筑面积的原则，布置应紧凑合理，由于SF6全封闭组合电器安装在屋外需设置加热和防雨装置，检修时还必须运入检修间或采取临时措施;而装于屋内则安装、检修、运行不受环境条件影响，故当规划部门没有特别要求时，宜采用半户内(主变在户外)布置。

这种型式变电站的设备布置紧凑、占地小，外形整齐美观，但是，这种布局使得综合自动化设备与一次主设备距离较近，其受到电磁环境干扰的问题就显现出来，主要表现有：

(1)综合自动化设备不明原因的误报警、误显示；

(2)计算机监视控制屏幕显示内容持续抖动、模糊、失真，使得操作人员无法确定操作对象。

为此，对变电站进行了电磁环境的屏蔽，主变压器室采用墙面覆盖金属丝网的屏蔽设计，把金属丝网覆盖在有效屏蔽面积上，能显著地提高屏敝效能，其特点是结构简单，成本低。

实施效果非常明显。从直观观察,计算机监控屏幕内容发生抖动现象消失，屏幕内容整齐，没有紊乱现象，屏幕内容平移现象大幅度减少，效果良好。

一层10 kV配电装置采用手车(中置)柜单列布置、主控制室尽量远离电容器补偿装置。二层110 kV配电装置采用GIS(SF6全封闭组合电器) 。

6、保护监控

无人值班变电站设计目前基本采用综合自动化系统。随着计算机技术、自动控制技术的不断完善和成熟，综合自动化设备性能日趋稳定，价格也逐渐下调。

采用综合自动化，就应该采用分布式结构（10 kV保护装置安装在开关柜上），以充分发挥其功能,减少二次电缆，降低造价，但分布式保护装置应尽量避免选用对外电磁干扰大的设备。其次，在地面层设置好的屏蔽层，以减少对外界的电磁干扰影响。除此之外，还可采用一些屏蔽电缆以免受电磁场的干扰。

作为无人值班变电站，站内不宜设置固定的计算机监视设备（后台机），但应设置能与现场维护调试用便携式计算机相适应的硬、软件接口。

7、交流所用电和直流系统

7.1交流所用电

变电站宜设置二台站用变压器,容量为80~100kVA。当变电站设置三台主变时分别接入1#、3#主变低压侧母线,设置二台主变时则分别接入其低压侧母线。站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220 kV蓄电池，容量应满足全站事故停电2h的放电容量，一般为100Ah，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，井应设置一套微机直流接地监测装置。

8、消防、通风

城区变电站多处繁华地区，消防要求特别高,在设备选型时应尽量考虑采用无油化设备，使得全站无易燃、易爆物，从根本上解决了消防难题，提高了防火的安全性。

主变压器是全站最大的热源，一般尽量采用自冷方式。

在设计中可考虑采用由地面绿化带自然进风，流经各设备用房，然后由排风机通过风管将室内的热空气抽至室外。主控室和高压室均设置空调。

9 、重视环境保护

环境保护：在注重外界对变电站污染的同时，更要重视变电站自身排污处理。

绿化：在变电站区内，通过合理地布置各建构筑物，在有限的土地内尽可能地增加绿化面积，提高绿化系数，使变电站做到四季绿色常在，从而保护环境、美化环境。

10 、结论

10.1 城市变电站主接线应力求简化，宜优先采用桥式或扩大桥接线。

10.2 城市变电站宜设置二台主变，当负荷密度为 20MW/ km2及以上时可设置三台主变。

10.3 为保证 10kV 母线电压在合格范围内，应采用有载调压变压器。

10.4 变电站优先采用户内布置。

10.5 注意环境友好与资源节约