220kV變電站電氣主接線方案的設(shè)計(jì)

營口職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣電子工程系　肖　朋

220kV變電站電氣主接線方案的設(shè)計(jì)

營口職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣電子工程系肖朋

變電站的電氣主接線是以最優(yōu)化的接線方式，使變電站內(nèi)各個(gè)部分與電力系統(tǒng)連接，如：變壓器、各電壓等級的線路、無功補(bǔ)償設(shè)備等，是電力系統(tǒng)接線的重要組成部分。同時(shí)也表明各種電氣設(shè)備在變電站內(nèi)的連接方式。電氣主接線設(shè)計(jì)是否合理直接影響到整個(gè)變電站供電的安全性、可靠性、運(yùn)行的靈活性和擴(kuò)展的適應(yīng)性。

變電站；電氣主接線；變壓器

引言

為了設(shè)計(jì)變電站中電氣一次部分主接線方案的全過程，本文以營口某鋁業(yè)有限公司220kV變電站為例，依據(jù)變電站在供電系統(tǒng)中各方面的因素進(jìn)行了分析確定，如：地位、進(jìn)出線回路數(shù)、設(shè)備特點(diǎn)及負(fù)荷性質(zhì)等因素。一個(gè)完整變電站的電氣主接線包括高壓側(cè)、中壓側(cè)、低壓側(cè)以及變壓器的接線。變電站的電氣主接線以最優(yōu)化的接線方式，將變電站內(nèi)的變壓器、各電壓等級的線路、無功補(bǔ)償設(shè)備電力系統(tǒng)連接，是電力系統(tǒng)接線的重要組成部分，同時(shí)也表明各種電氣設(shè)備在變電站內(nèi)之間的連接方式。

1.電氣主接線的基本內(nèi)涵

對于電氣主接線的五個(gè)基本條件是一個(gè)綜合概念，如：安全性、可靠性、電能質(zhì)量、運(yùn)行的靈活性以及擴(kuò)建的適應(yīng)性。這五者應(yīng)根據(jù)變電站所在系統(tǒng)的地位和作用的不同，也不能單獨(dú)強(qiáng)調(diào)其中的某一種特性，對變電站主接線的性能要求也不同的側(cè)重，不能忽略其中的某一種特性。對于該鋁業(yè)公司，一旦停電會對公司鋁制品的生產(chǎn)造成嚴(yán)重的影響，故對其主接線的可靠性就特別重視。

2.電氣主接線的方案設(shè)計(jì)

2.1如何擬定方案

表2-1　電氣主接線方案

（1）單母線分段接線有哪些優(yōu)點(diǎn)？在對單母線進(jìn)行分段的時(shí)候，是采用分段斷路器進(jìn)行的，當(dāng)任一段母線發(fā)生故障或檢修時(shí)，只停止對該段母線所帶符合進(jìn)行供電；當(dāng)有雙電源供電時(shí)，引出兩回饋電線路。

缺點(diǎn)：如果一段母線或母線隔離開關(guān)發(fā)生故障時(shí)，檢修期間，接在該段母線上的電源和出線，仍有50%左右的用戶停電，因此必須全部停電。

（2）雙母線接線有哪些優(yōu)點(diǎn)？當(dāng)對任何一條母線的隔離開關(guān)檢修的時(shí)候，其余線路可以不停電，但是要將隔離開關(guān)所屬的線路停電；當(dāng)對母線進(jìn)行輪流檢修時(shí)，可以不用對用戶終端供電；當(dāng)一條母線發(fā)生故障時(shí)，為了縮小線路停電范圍，可以用另一條母線迅速恢復(fù)供電；任何一條線路的斷路器因故不能操作時(shí)，線路斷路器可以用母聯(lián)斷路器代替進(jìn)行操作，并且也可以采用用倒換母線的方式，運(yùn)行方式靈活。

缺點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)型比較差，目前隔離開關(guān)較多，倒閘操作時(shí)容易發(fā)生誤操作，接線比較復(fù)雜，配電裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

（3）雙母線帶旁路母線接線。

雙母線帶旁路母線接線優(yōu)點(diǎn)：供電可靠，便于調(diào)度，檢修任一臺進(jìn)、出線斷路器時(shí)可以不停電。

缺點(diǎn)：接線復(fù)雜，操作復(fù)雜，投資大，而且在檢修斷路器時(shí)，每次要操作斷路器和較多的隔離開關(guān)，每次檢修僅限一臺，總的檢修時(shí)間較長。

2.2如何比較方案

方案一：為了保證可靠性，220kV出線6回（其中備用2回），采用雙母線接線。為了給電解鋁車間供電，110kV側(cè)也出線10回（其中備用2回），采用雙母線接線，其他作為變電站的進(jìn)線。35kV側(cè)則接線簡單，操作方便。為了保證重要主要車間的供電，其采用單母線分段接線，使用設(shè)備少，投資少，出線12回，有很好的可靠性和靈活性。方案主接線圖如圖2-1所示。

方案二：220kV多裝了價(jià)格高的斷路器和隔離開關(guān)，對于接旁路母線線路回路數(shù)較多，采用雙母帶旁路母線接線，具有比雙母線可靠性更高的接線方式，出線6回（其中2回備用），增加了投資，但是這樣可以提高鋁業(yè)公司供電可靠性。110kV、35kV側(cè)則分別采用雙母線接線、單母線分段接線，出線分別為10、12回。方案主接線圖如圖2-2所示。

圖2-1　方案一主接線圖

圖2-2　方案二主接線圖

表2-2　電氣主接線比較表

2.3如何確定方案

從技術(shù)的角度來看，方案的主接線圖和比較表中，可靠性是三種接線主要的區(qū)別，與單母線相比，雙母線可靠性高；與雙母線相比，雙母帶旁路母線接線更可靠性高。其中單母線有利于變電站的運(yùn)行，控制比較簡單，分段接線也比較簡單。基于鋁業(yè)公司對于供電可靠性要求嚴(yán)格的角度考慮，最終確定選擇第二種接線方案。

3.如何選擇主變壓器

在發(fā)電廠和變電站中，主變壓器的主要功能是用來向電力系統(tǒng)或用戶輸送功率的。主變壓器作為變電站中最重要的一次設(shè)備，它的臺數(shù)和容量直接影響電氣主接線的形式和配電裝置的結(jié)構(gòu)。如果主變壓器容量選得過大，會增加運(yùn)行電能損耗，設(shè)備未能充分發(fā)揮效益；如果選的臺數(shù)過多，占地面積會增加，也就增加了變電站的資金投入力度；如果容量選得過小，滿足不了變電站負(fù)荷的需要，并且這在技術(shù)上也是不合理的，可能會“封鎖”電力系統(tǒng)剩余功率的輸出。

3.1變電站主變壓器臺數(shù)和容量的確定

（1）主變壓器臺數(shù)：該鋁業(yè)公司生產(chǎn)車間屬于一級負(fù)荷用電，因此必須選擇兩臺主變壓器，才能滿足鋁制品生產(chǎn)用電負(fù)荷對可靠性的要求。

（2）主變壓器容量：一般情況下，主變壓器容量要適當(dāng)考慮遠(yuǎn)期10-20年負(fù)荷的發(fā)展，按變電站建成后5-10年的規(guī)劃負(fù)荷選擇。為了滿足鋁業(yè)公司所有車間總計(jì)算負(fù)荷60%-70%，任一臺主變壓器單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，必須能夠滿足電解鋁車間用電負(fù)荷的需要。

容量計(jì)算：如果鋁業(yè)公司供電系統(tǒng)包括兩個(gè)負(fù)荷等級，即：110kV和35kV，其最大負(fù)荷為200MW（功率因數(shù)0.85）和70MW（功率因數(shù)0.8）。

用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷SC=200/0.85+70/0.8=322.8MVA

則任一臺變壓器的額定容量SN=0.7×322.8=225.96MVA

3.2主變壓器型式的選擇

（1）相數(shù)的選擇：由于營口地區(qū)不受運(yùn)輸條件限制，地勢平坦，附近無隧道。由于單相變壓器組運(yùn)行損耗也較大，投資大，占地多，因此，在330kV及以下的發(fā)電廠和變電站，該鋁業(yè)公司選用三相油浸式變壓器。

（2）繞組數(shù)量：按每相繞組數(shù)來分，主變壓器分三種型式，即：雙繞組、三繞組或多繞組；按繞組型式來分，可以分為多種型式，即：普通雙繞組、三繞組、自耦式等等。一般情況下，為了避免增加中壓側(cè)引線的構(gòu)架，采用三繞組變壓器，變電站中一般不多于3臺，避免造成布置的復(fù)雜和困難。由于變電站需要三個(gè)電壓等級，因此鋁業(yè)公司的220kV變電站中選用三繞組式變壓器。

查詢變壓器手冊，選出變壓器的型號如下表所示：

表3-1　SFPS7-240000/220型強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷三相三繞組調(diào)壓變壓器技術(shù)參數(shù)

采用兩臺同時(shí)分列運(yùn)行的方式，留有一定的發(fā)展余地。該鋁業(yè)公司車間用電屬一級負(fù)荷，則采用兩臺變壓器。并且當(dāng)一臺發(fā)生故障，另一臺能保證全部車間設(shè)備。

4.結(jié)束語

本文對營口某鋁業(yè)有限公司的220kV變電站中電氣一次部分主接線方案進(jìn)行了詳細(xì)地設(shè)計(jì)，根據(jù)要求提出了兩個(gè)設(shè)計(jì)方案，最后從可靠、靈活和經(jīng)濟(jì)的角度對兩個(gè)方案進(jìn)行了對比，得出鋁業(yè)公司所采用的主接線形式。同時(shí)，還對變電站中最重要的電氣設(shè)備——主變壓器的選型進(jìn)行了詳細(xì)的說明。

［1］唐志平.供配電技術(shù)（第3版）［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2013.

［2］劉介才.工廠供電設(shè)計(jì)指導(dǎo)（第2版）［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

［3］謝毓城.電力變壓器手冊［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

肖朋（1984—），碩士，講師，從事工廠供配電和電力拖動等方面的教學(xué)和科研工作。