廣西鑫源電力勘察設(shè)計有限公司 董志鵬

1 變電站電氣主接線設(shè)計

1.1 主接線的設(shè)計原則和要求

變電站是樞紐型變電站，區(qū)域型變電站、終端型變電站、企業(yè)型變電站，或者是分支型變電站，因其在電網(wǎng)中的位置與功能各不相同，所以對主接線的可靠性、靈活性和經(jīng)濟性有較大的要求。從近期、長遠(yuǎn)兩個方面來看，變電所電氣線路的電氣主接線應(yīng)該按照5～10年的電網(wǎng)發(fā)展計劃來確定。要考慮到負(fù)荷的大小與分布、負(fù)荷的增長速率、區(qū)域電網(wǎng)的狀況與潮流分布、對多種可能的操作模式，從而決定系統(tǒng)的電氣線路布置，與變電站相連的供電數(shù)量和線路回數(shù)；一次負(fù)荷與二次負(fù)荷之間，必須有兩臺相互獨立的電源供應(yīng)，在其中一臺電力供應(yīng)中斷時，要確保所有二級負(fù)荷連續(xù)供應(yīng)，通常情況下，三級負(fù)載僅用一臺電源。

1.2 主接線具體設(shè)計

1.2.1 設(shè)計步驟

制定一套切實可行的電氣線路規(guī)劃方案需要經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牟襟E和細(xì)致的分析。首先，在對原有數(shù)據(jù)進行綜合分析的前提下，根據(jù)設(shè)計工作的需求，制定多個可能的方案。在制定方案時，要考慮主變壓器的形式、數(shù)量和容量，以及各級電壓分配設(shè)備的接線形式，這些因素直接關(guān)系到電氣線路的可靠性和穩(wěn)定性。因此，在制定方案時，需要針對每種可能的選擇進行技術(shù)上的驗證，評估其在滿足電氣線路需求方面的優(yōu)劣。經(jīng)過技術(shù)驗證，選出了兩種在技術(shù)上具有可比性的方案。為了進一步評估這兩種方案的經(jīng)濟性，選擇了兩個工藝水平優(yōu)良的工程實例，并進行了經(jīng)濟性分析。這些實例能夠提供寶貴的經(jīng)驗和數(shù)據(jù)，幫助對方案進行全面評估。最后，對兩種方案進行綜合的技術(shù)和經(jīng)濟對比。在考慮了技術(shù)可行性和經(jīng)濟效益之后，得出了最佳的電氣線路布置方案。為了更直觀地展示這個方案，繪制最佳的線路布置圖，可將其可視化。

1.2.2 初步方案設(shè)計

在原來的數(shù)據(jù)中，該變電所有110/35/10kV 三種電壓，所以可以對三個三繞組的變壓器進行初步篩選，由該變電所與該系統(tǒng)相連的線路示意圖可知，該變電所有兩個入口，為了確保供電可靠，可以安裝兩個主變。為了確保最佳配線方式，本文對如下兩種配線方式進行了初步研究。

方案一（如圖1所示）：110kV 側(cè)采用雙母線接線，35kV 側(cè)采用單母分段接線，10kV 側(cè)采用單母分段接線。

圖1 方案一

方案二（如圖2所示）：110kV 側(cè)采用單母分段接線，35kV 側(cè)采用雙母線接線，10kV 側(cè)采用單母分段接線。

圖2 方案二

1.2.3 最優(yōu)方案確定

第一，技術(shù)比較。在經(jīng)過綜合分析后，得到了兩個初步的方案。第一種方案是在110kV 端采取雙母線方式，而第二種方案是在110kV 端采用單母線分區(qū)方式。雙母線供電方式在系統(tǒng)運行可靠性和供電可靠性方面具有明顯優(yōu)勢。由于采用雙母線方式，一旦其中一根母線發(fā)生故障，系統(tǒng)可以無縫地切換到另一根母線，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。此外，雙母線方式還具備系統(tǒng)排程靈活性和便于擴展的特點，可以滿足未來發(fā)展和擴容的需求。第二種方案則是在110kV 端采用單母線分區(qū)方式。這種方式的特點是線路簡單、使用方便，因為只有一根母線，維護和管理也比較容易。此外，單母線分區(qū)方式還可以減少所需設(shè)備的數(shù)量，從而降低建設(shè)成本。對于35kV 一側(cè)，第一種方案采用了單相分段式，而第二種方案則采用了雙母線式。綜合考慮兩種方案的特點和優(yōu)勢，選擇了110kV 一側(cè)采用雙母線方式，35kV 一側(cè)則采用單相分段式。

第二，經(jīng)濟比較。從整體的設(shè)計來看，35kV和10kV 側(cè)采用單母線形式的供電方式，從整體投入來看，在包含了控制設(shè)備、線纜、母線和基建成本等方面，比雙母線方式更為靈活。通過上述研究，得出了最佳的方案，也就是110kV 一側(cè)是兩條母線，35kV 一側(cè)是一條母線，10kV 一側(cè)是一條母線。具體的線路圖如圖1所示。

2 短路電流計算

2.1 短路計算的目的、規(guī)定與步驟

2.1.1 短路電流計算的目的

在對配電線路進行選型時，不管是對不同的接線方式進行對比，還是對某些接線方式進行限定，都要對其進行短路電流的分析。比如，通過對某個瞬間的短路電流的有效數(shù)值進行運算，來檢驗開關(guān)裝置的開斷性能及電抗器的電抗值；通過對該裝置進行短路電流的沖量的計算，來檢驗該裝置的動穩(wěn)定性；室外高壓配電網(wǎng)在進行室外供電時，應(yīng)根據(jù)短路情況檢查軟導(dǎo)體的相間、相到地之間的安全間距[1]。

2.1.2 關(guān)于短路電流的通用規(guī)定

第一，計算基礎(chǔ)。電網(wǎng)內(nèi)各供電單位以額定負(fù)荷工作；全部的同步電動機均設(shè)有強制激勵（含強制激勵）的激勵設(shè)備；當(dāng)短路電流達(dá)到最大時，會出現(xiàn)短路；EMF 的相角在各供電端是相同的；除了在短路點電阻之外，其他因素都應(yīng)該被納入對短路電流的數(shù)值中。只有當(dāng)計算出感應(yīng)電機的短路電流脈動及最大額定電流時，才能將其計算在內(nèi)。

第二，配線模式。短路電流的計算方法應(yīng)該是最大短路電流（也就是最大工作模式），而不是只有可能在開關(guān)過程中并行工作的接線模式。

2.2 變壓器的參數(shù)計算及短路點的確定

2.2.1 變壓器參數(shù)的計算

基準(zhǔn)值的選?。篠b=100MVA,Ub取各側(cè)平均額定電壓。

主變壓器參數(shù)計算：

電抗標(biāo)幺值：

站用變壓器參數(shù)計算：

系統(tǒng)等值電抗：

2.2.2 短路點的確定

在本變電站的設(shè)計中，存在4種不同的電壓等級，在選擇的短路點中，110kV 進線的短路與變壓器高壓端的短路電流相同，所以，在這樣的電壓等級下，只需選擇一個短路點，其余三個電壓等級均需選擇一個短路點。根據(jù)該變電所的主接線形式、設(shè)備參數(shù)及短路點的選取，確定了其配電網(wǎng)的等值線圖（如圖3所示）。

圖3 配電網(wǎng)的等值線圖

3 無功補償設(shè)計

為了保障電網(wǎng)的電力品質(zhì)，確保電力供應(yīng)的安全性，無功功率與有功功率同樣重要。根據(jù)有關(guān)資料，在電網(wǎng)中，消費者每年消費的無功功率為其所消費的50%～100%。此外，電網(wǎng)中還有大量的無功損失，在電網(wǎng)中及在電網(wǎng)中所耗費的無功可分別占全部無功的75%和25%。所以，在整個電網(wǎng)中，各種類型的無功電源必須提供相當(dāng)于全部有功的1到2倍的無功。從無功的靜止特征可以看出，與電壓相比，有功對電壓的影響要比無功對電壓的影響大得多，基本上，只有充足的無功供給才能保證電網(wǎng)的整體電壓。由于無功功率的缺乏，使輸電線路的電壓下降，輸電裝置無法發(fā)揮其應(yīng)有的功率，造成了電力損耗的增加，因此有必要對其進行無功補償。

電力系統(tǒng)中的無功功率控制原理及技術(shù)。電力系統(tǒng)中的無功功率控制原理：按照《電力系統(tǒng)規(guī)范》要求[3]，電網(wǎng)負(fù)荷為10%～20%；按照等級補償?shù)脑恚从米儔浩鞯臒o功損失減去線路上的電量來決定其無功補償?shù)哪芰Γ?0kV、110kV 的電壓不得小于額定的電壓；當(dāng)負(fù)載較小時（按2%～30%的主變壓器容量），因受線纜充電的作用，其所充的電量幾乎被補償?shù)碾娏克窒?/p>

電力系統(tǒng)中的無功功率補償技術(shù)：無論在任何情況下還是在發(fā)生故障的情況下，電網(wǎng)中的無功功率和無功負(fù)載都應(yīng)該執(zhí)行分層分區(qū)，就地平衡的原理。同時，無功電源還必須具備靈活性的調(diào)整功能，以及一些檢修備用的功能；在常規(guī)工作狀態(tài)下，當(dāng)某條線路或某一最大容量的無功補償裝置或者某一最大功率的機組（含失磁），在此情況下，系統(tǒng)中的無功功率應(yīng)急儲備的容量模式和分配模式，應(yīng)該能夠保證電壓的穩(wěn)定性和正常的電力供應(yīng)，防止電壓坍塌：在常規(guī)維修模式下，如果遇到這種情況，可以通過切斷一些負(fù)載或者并聯(lián)電抗器來保證電壓的穩(wěn)定性；在110kV 及以后的電網(wǎng)中，必須充分發(fā)揮改善電網(wǎng)穩(wěn)定功能的功能。

4 結(jié)論

準(zhǔn)確把握變電站電氣設(shè)計的要點，注重主接線設(shè)計和無功補償設(shè)計，是確保電力系統(tǒng)高效、穩(wěn)定供電的關(guān)鍵。通過優(yōu)化設(shè)計和技術(shù)的應(yīng)用，可以提高變電站的運行效率和可靠性，滿足不斷增長的電力需求。綜上所述，變電站電氣設(shè)計的關(guān)鍵要點包括主接線設(shè)計和無功補償設(shè)計，合理運用這些要點可以確保變電站高效運行和可靠供電。