有關110kV 變電站電氣設計方法與配置分析

【摘 要】隨著電氣時代發展的不斷深入，人們對用電安全和質量都有了更新的要求，變電站科學合理的電氣設計方法的運用能夠更好提高用電的高效性，有利于節能減耗和用電安全性，促進社會經濟的可持續發展。110kV 變電站電氣設計中電氣主結線方式的選擇、短電電流計算、主要設備的配置、直流系統設計、配電裝置布置等方面對整個電網系統的運作都有著重要的影響，本文就這些相關內容作詳細描述和探究。

【關鍵詞】110kV ；變電站；電氣設計；節能降耗

近年來，在我國社會經濟快速發展的推動下，我國基礎設施建設也不斷的在加快和規模化，變電站的建設和維護直接關系到我國廣大人們群眾的切身利益，對我國國民經濟的可持續發展也息息相關。在電網系統中，變電站是連接輸配電系統中的重要環節，對整個系統的運作有著不可忽略的影響。電力的供給在我們生活和工作中有著非常重要的作用，合理地選擇110kV 變電站電氣主結線和開關站類型，不論在電網的安全供電還是經濟發展方面，都有著十分重要的意義。本文結合筆者多年的電氣工作經驗和我國變電站發展現狀，對電網110kV 變電站的電氣設計相關問題進行探討，以作理論交流和工作實踐參考。

1 靜止無功補償器分類與設計

在20世紀70年代出現了靜止無功補償技術，靜止無功補償器（SVC）是利用晶閘管作為固態開關來控制接入系統的電容器和電抗器的容量，提供可以變動的容性和感性的無功，來進行無功補償的裝置。目前市場上主要的靜態補償產品有晶閘管投切電容器（TSC），晶閘管控制電抗器（TCR），固定電容和晶閘管控制電抗器（FC+TCR）及混合型（TCR+TSC）。

1.1 TSC無功補償裝置

TSC無功補償裝置是斷續可調的可發出無功功率的動態補償裝置。

TSC的關鍵技術是如何選擇電容器的投切時刻，電容器組的最好投切時間應是晶閘管兩端電壓為零的時刻，既電容器兩端電壓等于電源電壓時。TSC一般情況采取過零投切，采用過零投切時電路中的沖擊電流是零，為了使投切效果好，則必須對電容事先充電。對電容事先充電。TSC的優點是電容器只有投入和切除兩個狀態，所以不易產生諧波，但無功功率的補償量是跳躍的，大小等于單個電容器組的容量，且響應的速度較差。在負荷產生諧波電流大的場合，TSC的運行是不可靠的，由于諧波的注入使得并聯電容器出現過流、過壓及過熱情況，從而導致電容器擊穿等事件。

1.2 TCR無功補償裝置

TCR無功補償裝置是由一對相反極性的并聯晶閘管和一個電抗器串聯組成。TCR無功補償裝置相當于交流調壓器電路中接電感性負載。在此電路中的有效移相范圍為90°～180°當觸發角為90°時，晶閘管全部導通，同時導通角為180°，此時的電抗器吸收無功電流達到最大值。根據觸發角與補償器導納之間的關系得：增加觸發角可以增加補償器的等效導納。這樣就可以減少補償電流的基波分量。所以可以調整觸發角的大小來改變補償器所吸收的無功分量。從而調整無功功率。TCR的響應時間小于半個周期，可以連續吸收無功功率。但其電流中存在諧波，有功功率損耗，補償器的體積較大，成本也較高。并且單獨的TCR不能發出無功功率，所以可以將并聯電容器與TCR配合構成無功補償器。

1.3 FC+TCR型補償器

FC+TCR型補償器由不可控電容器與TCR并聯而成。FC+TCR型補償器的電容器的容量是負載所需要的無功總量，電感為可變電感。可以通過控制調節雙向晶閘管的導通角， 即可向系統輸送容性或感性的無功功率。當導通角為零時，晶閘管全部導通，電感支路變為一個純電感，消耗最大無功功率值，補償器向系統輸出了最小的無功功率值。增大導通角。則電感支路中的電流減小，電感吸收的無功功率隨之減小，補償器輸出的無功功率增加。當導通角為90°時，電感支路則相當于斷開，吸收無功，為零時補償器輸出最大無功功率。FC+TCR型補償器的響應時間小于半個周期，靈活性比較大，而且可以連續調節無功功率的輸出，但輸出電流中含有較多的高次諧波，而且電抗器的體積較大。成本較高。

2 110kV電網配置的主要設備及裝置介紹

2.1 主變壓器

從型式上看，變電站主變壓器的選擇一方面為了盡量減小對周邊的噪聲污染，偏重于選擇噪聲水平低的自冷式變壓器；另一方面為了節約投資盡量選擇以風冷式為主的變電器。主變的調壓開關近年來全部國產化，主變儲油柜采用金屬波紋式儲油柜，主變高壓側采用110 kV±8×1.25% 調壓方式。對于主變35 kV 側電壓基準值為多少以及是否調壓、110 kV 側電壓基準值為多少存在較大分歧。結合全國各地區的實際情況尤其是對于增容改造變電站更為實用。在一臺時價300 多萬元左右的三卷變壓器而言，中壓側的均設調壓開關，有利于電壓質量的提高和滿足運行調度的靈活性要求。

2.2 斷路器

一般斷路器選用原則：1）空開額定工作電壓大于等于線路額定電壓；2）空開額定電流大于等于線路負載電流；3）空開電磁脫扣器整定電流大于等于負載最大峰值電流（負載短路時電流值達到脫扣器整定值時，空開瞬時跳閘。一般D 型代號的空開出廠時，電磁脫扣器整定電流值為額定電流的8～12 倍。）也就是說短路跳閘而電機啟動電流是可以避開的。

2.3 設計直流系統

全站設一套直流系統，按雙充雙饋配置，用于站內一、二次設備、通信及自動化系統的供電。直流系統電壓采用220V，選用200Ah 蓄電池組，108 只，分兩組，全所事故停電按2小時考慮。直流系統采用單母線分段接線，設分段開關，每段母線各帶一套充電裝置和一組蓄電池組，充電裝置采用高頻開關電源，模塊按N+1原則配置，每組充電機選用4塊20A模塊。蓄電池采用閥控式密封鉛酸電池，放置方式采用專用蓄電池室。每套系統設一套微機型絕緣監測裝置和蓄電池容量檢測儀，采用混合型供電方式。110kV 部分采用放射型供電，每一間隔按雙回路方式直接從直流饋線屏獲取電源。

2.5 布置配電裝置

變電站工程中一般由于站址場地狹窄，加之110kV 出線規模較大，故110kV 配電裝置采用三相共箱式結構的全封閉六氟化硫絕緣的組合電器，采用戶外中型支持管型母線雙列式布置。一組母線配垂直斷口單柱隔離開關，另一組母線配雙柱水平單斷口旋轉式隔離開關。此種布置的特點是主變進線、母聯、分段及母設間隔與出線間隔以母線對稱布置，不單獨占用間隔，有效壓縮了配電裝置的縱向尺寸。GIS 的結構為緊湊型三相共箱式，三相導體共面布置，所有開關設備均采用了彈簧/ 電動操動機構，由1 臺機構操作，三相聯動。由于無需壓縮空氣供給系統，從而實現了無油化、無氣化。

2.6 設計消弧及過電壓保護裝置

該裝置是能迅速消除中性點非直接接地系統弧光接地給電氣設備帶來危害的新技術產品，是確保10kV、35kV 系統弧光接地過電壓和諧振過電壓不致造成危害的有效措施。中性點不接地系統加裝本裝置后，一旦系統發生單相弧光接地，裝置可在30ms 之內動作，不僅使故障點的電弧立即熄滅，同時也有效地限制了弧光接地過電壓；裝置運作后，允許200A 的電容電流連續通過2h以上，以便用戶可以在完成轉移負荷的倒閘操作之后再處理故障線路；本裝置可將發生在相與相之間的各種過電壓限制在3.5 倍以下。裝置為金屬鎧裝封閉開關柜，具有弧光接地過電壓保護功能、諧振過電壓保護功能、故障信息上傳功能和裝置本體故障保護等功能。

3 結語

總之，在日常電網設計中，應結合110kV 變電站的實際情況，在電氣設計中本著安全、經濟的原則，保持電力系統運行的平衡，通過對電力網絡進行無功補償有效解決配電系統中功率因數的降低。充分利用電網中的電氣設備，優化設計方案，提高電能的傳送能力，穩定供電的電壓，節約電能，降低損耗，促進電網供電的可靠性、功能性。

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[責任編輯：曹明明]