基于35 kV变电站电气系统设计与方案研究

基于35 kV变电站电气系统设计与方案研究作者：陈本周，陈新来源：《企业技术开发·下旬刊》2013年第01期摘要：在电气系统中，变电所的作用尤其突出，其主要发挥分配电能及变换电能的作用。

此外，变电所关乎到整个电力系统运行的经济性及安全可靠性。

近年来，智能电网的应用范围越来越广，则无人值守变电站的作用也越来越大。

文章就35 kV无人值守变电站电气系统设计展开讨论。

关键词：电气系统；无人值守；变电站中图分类号：TM645.1 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）03-0112-02基于对无人值守因素的考虑，在35 kV变电站的两侧选择高自动化的开关柜，且注意各电气设备皆应和开关柜配套。

与此同时，35 kV无人值守变电站电气系统应该严格按照相关规范予以设计，以确保设计内容的合理性、经济性及便捷性等。

在本案，笔者主要从电气主接线及主变压器的选择等角度探析35 kV无人值守变电站电气系统设计问题。

1 无人值守变电站的概况1.1 概念无人值守变电站远程综合监控系统要求于变电站内安装摄像机、数字/模拟环境变量采集模块、门禁、微音探头及周界报警等高科技设备，而环境变量数据、音视频、出入口控制等均与前端综合监控主机相连接，并实现环境变量及音视频等资料存储记录的实时数字化。

此外，管理中心负责管理一切前端综合监控主机，并就环境数据、前端图像及门禁信息等予以实时监看，并针对前端所发生的突发情况予以及时、高效地处理。

1.2 功能就传统变电站人工静态调度运行模式而言，其可靠性、实时性、调度经济性等皆与现代智能电网的要求间存在着极大的距离，加之变电站新建数量的增加与运行管理人员减少间的矛盾越来越激化，则加强35 kV无人或少人值守变电站电气系统的建设尤其重要。

35 kV无人或少人值守综合自动化及数字化的变电站要求基于综合自动化系统的利用就变电站的数字化予以改造，进而实现变电站运行调度综合自动化水平的提高，即确保变电站与电网系统间远程调度管理的良好性及智能电网运营的节能经济、安全稳定、高效等。

基于微机综合自动化保护系统的35 kV变电站实现了变电站运行管理人员工作强度的降低，进而实现了变电站运行管理的经济效益及综合技术水平的提高。

2 电气主接线2.1 概念电气主接线主要以电气设备为依托、以连接线为必要条件、以有关功能要求为参考标准，组成分配电能及接受电能的电路，即高电压网络或输强电流（或电气主系统或一次接线）。

电气主接线是变电站或电厂电气部分主体结构的典型代表，其亦为电力系统网络结构的必要部分。

电气主接线关乎到电气设备的选择、配电装置的布置、自动装置、继电保护及控制方式等。

电气主接线包括有汇流母线及无汇流母线的接线形式，即单母线分段、单母线、双母线分段双母线、一台半断路器接线、增设旁路母线；桥形接线、单元接线、多角形接线等。

在进行主接线设计时，应严格执行设计任务书，并始终以政策、经济建设方针、标准及技术规程为准则，以确保主接线运行的灵活性、可靠性及经济性。

所以，务必要就各个方面予以综合处理，并经严格的经济及技术论证后方可加以确定，以确保电气主接线的准确无误。

2.2 主接线设计的基本要求①可靠性。

由于供电可靠性直接关乎到电力生产及分配的实现，则主接线设计务必要满足可靠性的要求。

此外，电能具有难以贮存的特点，且发电、供电或用电均在瞬间完成，这也要求电力系统各部分均应具备可靠性。

若电力系统的可靠性得不到保证，其必然会导致电力系统崩溃或大面积停电。

主接线的可靠性要求主接线设计务必要就以下问题予以充分考虑：运行实践评估主接线的可靠性要求就有关运行经验予以充分且全面地考虑（客观衡量标准）；可靠性具有相对性，即同一主接线不一定能够对应一切变电站及电厂，则对主接线可靠性的评价务必要以变电所在系统的作用及地位为基础及依据。

②灵活性。

主接线的灵活性要求操作方便、调度灵活，即允许灵活地切除或投入变压器、机组及线路，电源及负荷的调配负荷电气系统在某些特殊运行条件下的调度要求；检修安全、方便断路器的停运，即对母线或继电保护设备的安全检修不会对电网造成任何影响；扩建方便，即变电站自初期到最终接线均较容易，且尽量减少扩建过渡阶段对设备的改造。

③经济性。

主接线的经济性是在技术要求得以满足的条件下，实现投资省、占地面积小、电能损耗低等目的。

其中，投资省要求主接线清晰、简单，即节约一次设备投资、简化保护设备，以便电气系统运行的正常及二次投资的节约，且应严格控制电路电流的设计；占地面积小要求电气主接线设计应满足配电装置最优布置的要求，以节约构件、用地、绝缘子及导线；电能损耗低要求主变压器的台数、容量及型式选择的合理性，以免因两次变压而导致电能损耗量地增加。

2.3 35 kV变电站的电气主接线2.3.1 桥形接线电气主接线的桥形接线是指2组隔离开交及1台断路器共同构成的连接桥，即一线路组及两回变压器横向连接的电气主接线。

所谓内桥接线，是指变压器一线路组的断路器与变压器间接入的连接桥；所谓外桥接线，它是指变压器一线路组的线路与断路器间接入的连接桥。

一般而言，内桥接线的任一线路断开、投入、故障或检修均不会对其他回路造成任何负面影响，但变压器断开、投入、故障或检修便会对另一回路造成一定的负面影响。

因变压器运行的可靠性很高，则无需频繁断开或投入，进而拓宽了内桥接线的应用范围。

外桥接线变压器的断开、投入、故障或检修会对其他回路造成一定的负面影响，但线路的断开、投入、故障或检修会对一台变压器造成一定的负面影响。

所以，外桥接线唯有在以断开或投入的形式实现变压器经济运行的情况下方可具有实用性。

另外，若线路具有穿越功率，则依托依靠外桥接线规避多台断路器的穿越功率。

可把一组跨条或导线加设在接线上，以免变压器及线路检修对其他回路造成不必要的负面影响，进而实现桥形接线的可钻性及灵活性的提高。

外桥接线的连接桥重合于内桥接线的跨条位置；外桥接线的连接桥重合于外桥接线的跨条位置；内桥接线的连接桥重合于外桥接线的跨条位置。

2.3.2 单母线分段接线单母线的分段器为分段断路器QFD，以提高供电的灵活性及可靠性，就某些重要用户可由2个电源供电，即从不同段引出两回馈电线路；一段母线故障可由分段断路器自动隔离，以确保正常段母线供电的持续性。

若单母线分段阶段的可靠性要求较低，可用分段隔离开关，以免一段母线故障致使两段母线同时停止供电。

分段量受制于电源的容量及数量，即停电范围随着段数的增加而减小，但配电装置及运行将随着分段断路器数量的增加而增加，最佳段数一般为2～3段。

但此种接线方式因出线数目多及架空线交叉跨越频繁而造成整个母线系统的可靠性大跌。

单母线分段接线多用于小容量发电厂的发电机电压配电装置，即各段母线的接发电容总量约12 MW，各段母线的出线数目均少于5回，变压器的主变压器共两台（6～10 kV配电装置），35～63 kV配电装置出线约6回；110～220 kV配电装置出线约3回或4回。

3 选择主变压器①选择主变压器容量。

主变压器的台数及容量对配电装置的结构及主接线的形式起决定性的影响，在确定主变压器的台数及容量时，应该就输送容量等原始数据、电力系统的发展规划、馈线回路数、输送功率大小、接入系统的紧密程度及电压等级等因素予以综合考虑。

一般而言，变电站或发电厂的主变压器的选择应该满足如下条件：单元接线的主变压器应该被看做发电机的额定容量，并减去该机组的厂用负荷，且预留10%的裕度。

扩大单元接线以分裂绕组变压器最佳，其容量应由两台机容量的总和加以确定，且应符合单元接线的计算原则。

变压器应符合5～10 a的规划符合要求。

就某些重要的变电站，应该确保一台主变压器停运后仍能满足供电符合等级为Ⅰ或Ⅱ类。

就一般变电站而言，应该确保一台主变压器停运后仍能提供70%～80%的全部供电负荷。

②确定主变压器台数。

变电站及发电厂主变压器的电压等级及台数、传输容量、接线形式与电气系统间的联系相当密切，一般而言，就大中型发电厂或枢纽变电站而言，其主变压器台数应超过2台，就中小型发电厂或中断变电站而言，其主变压器台数宜为1台，就某些大型工业专用变电站而言，其主变压器宜为3台。

变压器属于静止电器的一种，且其工作的可靠性极高。

变压器的寿命均超过20 a，且事故发生率普遍较小，则变压器设计无需考虑备用电压器，但应就大容量单项变压器组考虑备用相，并基于电力系统的要求，就变压器组及备用变压器予以经济技术性比较。

4 结语综上所述，35 kV无人值守变电站电气系统设计应该坚持“经济性、可靠性、实用性”的原则，以确保变电所所用设备的布置及选择等均具有层次分明、概念清晰等特点。

此外，其设计还应该满足如下条件：变压器应该安装自动调整分接头的装置，且在变压器四周及开关室安全灭弧装置；各受控电器应安装有对应的电动操作机构，以满足遥控的要求；各非电量及电量传感器或变送器的可靠度及测量精度均应被控制在要求范围，以防误差的扩大；各位置信号、开关电器、补偿电容组透切数目的采集皆应准确；安装RTU，以确保信号发送或接受及转换的准确性等，参考文献：[1] 蒋开丰.无人职守变电站监控系统设计浅谈[J].上海轻工业，2010，（3）：65-67.[2] 陈孟斌.有关无人值守变电站自动化系统设计的研究[J].中小企业管理与科技，2009，（28）：303-304.[3] 刘文钊，张景元，李晓剑，等.ARM在变电站监控系统前端控制器中的应用[J].山东理工大学学报（自然科学版），2009，23（1）：93-96.作者简介：陈本周（1978-），男，河南许昌人，大学本科，工程师，研究方向：从事电气继电保护自动化系统方面的研究。