220kV变电站电气主接线设计分析

220kV变电站电气主接线设计分析

作者：万飞

来源：《工业技术创新》2017年第03期

摘 要：220 kV变电站是电力系统的重要组成部分，其电气主接线设计方案关系着220 kV变电站的稳定性和可靠性。简要介绍了220 kV变电站电气主接线结构，分析了电气主接线设计依据与步骤，主要阐述了单母分段接线和双母接线两种电气主接线设计思考。为电网保证供电稳定性、可靠性和电能质量提供了参考。

关键词：220 kV变电站；电气主接线；设计步骤

中图分类号：TM411+.4 文献标识码：A 文章编号：2095-8412 （2017） 03-155-03 工业技术创新 URL： http： //www.china-iti.com DOI： 10.14103/j.issn.2095-8412.2017.03.044 引言

我国智能、坚强公共电网建设成绩斐然，在电网中220 kV变电站规模、数量不断扩大，并对其电气主接线设计提出了更高的要求。因为电气主接线设计关系着系统的可靠性和稳定性，影响着电力系统的升级改造便利性等，所以研究分析220 kV变电站的电气主接线设计很有必要[1-5]。

1 220 kV变电站与电气主接线

220 kV变电站主要是用于调节和转变电压，保证各级电压有序运转；220 kV变电站承担着电流流向操作、电配送、电压转变等作用，具有中继、控制、维稳等主要功能。 220 kV变电站在电网中作用很大，且分布广泛，在进行电气主接线设计时，需要考虑很多因素，包括电压等级、母线的形式、进线与出线的数量、电气设备的选型（变压器、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等）、防雷措施以及备用电源等。

同时，电气主接线设计必须满足可靠性、经济型、灵活性和安全性。安全可靠是供电系统的首要任务，连续可靠供电是表征电能质量的基本指标；还有保证灵活性和方便性，主要是考虑到供电设备维护与检修时，便于灵活停送电；电气主接线设计还要满足一定的经济性，以可靠供电为基础，做到一次性完整、周全的设计，避免二次分期施工。 2 设计依据和步骤

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220 kV变电站电气主接线的线路多，若设计不合理，往往会造成较大浪费，使得220 kV变电站施工设计成本大幅增加。设计依据的条件很多，需要认真规划，按照设计步骤要按部就班进行，并做好施工具体预案。 2.1 设计依据

在进行220 kV变电站电气主接线设计时，要考虑众多因素，依据的条件包括：（1）设计规划容量，单机容量及台数，最大负荷利用小时数，运行方式等；（2）区域电力系统近期及长远发展规划（5～10年），220 kV变电站在电力系统中的位置和作用；（3）负荷的性质及其地理位置、输电电压等级、出线回路数及输送容量等；（4）环境条件，主要有温度、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质、海拔高度及地震等；（5）重型设备的运输条件；（6）电气设备的性能、制造能力、稳定性、维护检修要求等。 2.2 设计步骤

为保证电源线可靠引进、电网安全运转，要考虑三大主要因素：（1）结合规划，因地制宜。根据220 kV变电站规划方案，对设计依据、接线环境和基本资料做出分析；（2）选定正确接线方案，确保安全。依据电机数量和容量，确定正确的主接线形式；（3）分析用电负荷，特别是高峰期负荷，确定变压器的数量、布局和容量（没有变压器可不用考虑）。 设计上，具体步骤如下：一是根据设计任务书要求，拟定若干个电气主接线方案；二是从技术上论证各方案的优、缺点，保留2～3个技术上能满足项目要求的方案；三是进行成本比较：对各方案的综合投资和年运行费进行综合效益比较；四是进行可靠性比较，220 kV变电站可进行定性比较。

但是对于重要的大容量发电厂或变电所的电气主接线，应进行可靠性定量分析计算比较。 3 具体设计

220 kV变电站中的设备有变压器、断路器以及关键的电气主接线电路；必须具有无功率补偿和抗击短路电流等功能。220 kV变电站电气主接线设计要特别注意中间变电站和终端变电站，由于终端变电站的运行负荷达220 kV，为了确保高压供电系统稳定性，应配备两台主变压器，电气主接线设计应结合220 kV变电站的实际情况和运行容量。 3.1 主接线选择

电气主接线种类有：单母接线、单母分段接线、双母接线、双母分段接线、双母带旁路接线、一个半断路器接线、外桥接线、内桥接线等多种。目前，220 kV变电站电气主接线设计主要应用两种方式：单母分段接线和双母接线，如图1所示。

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从技术可靠性看，二者都可保证稳定。单母分段接线利用分母分段，从不同分段上引接重要用户，若其中某段母线发生运行故障，故障段由分段断路器进行隔离，确保正常段母线稳定、安全供电；双母接线主要是利用两组母线隔离开关进行倒换操作，对任一回路或者某组母线的隔离开关进行轮流检修，可快速恢复供电。

单母分段接线经济性好：单母分段接线投入小、使用设备少，双目接线投入较大，需要使用很多设备。但是单母分段接线不具有灵活性可靠性。任一元件（母线或母线隔离开关等）故障时检修，均需使整个配电装置停电，单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障母线的供电。 双母接线方式可保证供电可靠性：当检修时，可进行轮流操作，检修任一回路的母线隔离开关，只停该回路的电即可开始检修；一组母线故障时，能迅速恢复供电，还具有调度灵活性：各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。扩建时，向双母线的左右任何的一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷均匀分配，不会引起原有回路的停电。

总之，双母线分段可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个元件可完全分别接到不同的母线上，对220 kV变电站大容量且相互联系的电网系统是有利的。 3.2 变压器选择

220 kV变电站电气主接线设计应选择合适的变压器，首先，变压器选择时，确定合适的相数，220 kV变电站电气主接线设计主要采用三相；其次，确定冷却和调压方式，结合220 kV变电站实际情况确定不同冷却方式，选择有载调压；最后，确定绕组数，220 kV变电站可选择双绕组变压器，采用“YN”类型，确定绕组接线组别。220 kV变电站电气主接线设计时，在以下条件下，应设置两台以上的变压器：其一，特定负荷较大的区域，如外露的电气设备、电源系统不接地、共用变压器等；其二，季节性负荷变化较大的电网线路；其三，二级负荷或者一级负荷较大的母线，从而确保220 kV变电站的稳定性和安全性。 3.3 断路器选择

高压断路器是变电所主要的电力控制设备，具有灭弧性。在220 kV变电站电气主接线设计中，要充分考虑断路器重要参数设置，包括断路器额定电压应该大于所在电网的额定电压，其额定电流应该大于或等于其持续工作电流；额定关合电流要不小于短路冲击电流；分合闸时间，特别是分闸时间不宜大于0.04 s等。选择一款高压断路器需要做动稳定校验和热稳定校验后，才能确定其是否合格。

选择断路器还应注意以下几点：其一，断路器的结构和体积应符合220 kV变电站电气主接线设计要求；其二，选择的断路器应具有良好的绝缘性；其三，选择高质量的断路器，确保

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其可长时间经受短路电流和负荷电流。根据220 kV变电站电气主接线设计要求和运行实际情况，通常情况下可选择LW30-126断路器或者126 kV六氟硫断路器。 3.4 无功率补偿设计

为了提高220 kV变电站的电压供应质量，应采用无功率补偿技术，在无功率状态下电力系统的无功电流小于自然负荷，因此220 kV变电站电气主接线设计应进行无功率补偿，并且通过应用无功率补偿技术，合理控制电压，一方面确保220 kV变电站提供高质量的电压，另一方面，提高电力系统运行的可靠性和安全性，降低运行成本，实现良好的社会效益和经济效益。同时，220 kV变电站运行过程中，若某台大型发电设备丢失，或者某台大容量无功率补偿设备丢失，或者某一回路电流丢失，电网线路中的无功率电源设备，对于突发事件的电流分配方式和备用电流容量，仍然可保障供电的安全性和稳定性，避免电压异常造成220 kV变电站线路崩溃。对220 kV变电站进行检修和维护时，一旦发生上述情况，应并联电抗器或者切断局部负荷，确保正常、稳定的供电。 3.5 短路电流

220 kV变电站运行过程中，受到某些因素的影响，往往会发生一些运行故障，如电流短路，其主要是由于异常相和地面、或者不同类型异常相之间发生短暂连接，其严重影响220 kV变电站的安全、稳定运行。在计算220 kV变电站短路电流时，优化主接线设计形式，确保在最大短路电流条件下，选择正常接线方式。

高压电路切断设备在220 kV变电站中发挥着重要作用，电路切断器选择时，应适应其运行环境，满足相关技术条件，便于后期安装和运行调试。 4 结束语

随着电力系统的快速发展，220 kV变电站在整个电网中发挥非常关键的作用。220 kV变电站电气主接线设计涉及多项技术规范和标准，要综合考虑变电站内关键设备、电网检修、周边环境等多方面内容，以实现最大的社会效益和经济效益。 参考文献

[1] 唐鑫. 220kV变电站的电气主接线设计[J]. 数字技术与应用， 2014（2）： 234-235. [2] 李莉平. 浅析110/220kV变电站电气一次主接线设计[J]. 通讯世界， 2015（23）： 178-179.

[3] 杜善慧. 110kV智能变电站电气主回路设计[D]. 济南： 山东大学， 2015.

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[4] 王元良， 林小锋. 220kV变电站电气主接线的设计及探讨[J]. 山东工业技术， 2016（15）： 146.

[5] 范群. 探讨220kV枢纽变电站电气设计[J]. 广东科技， 2013， 22（6）： 38.