变电站电气设计方案的探讨
方案
引言
变电站是电力系统的重要环节，随着变电站的不断复杂化，设计的重要性越来越凸显。变电站电气主接线形式的合理选择，对于变电站安全供电及经济性十分重要。本文针对变电站的主接线方式和开关站选型进行了讨论分析，其中一些结论已经在实际中得到应用。
1变电站电气主接线设计
1.1电气主接线的基本要求
电气主接线的基本要求：
（1）可靠性。电气接线必须保证用户供电的可靠性，应分别按各类负荷的重要性程度安排相应可靠程度的接线方式。保证电气主接线的可靠性可以用多种措施来实现。
（2）灵活性。电气主接线应能适应各式各样可能运行方式的要求，并可以保证能将符合质量要求的电能送给用户。
（3）安全性。电力主接线必须保证在任何可能的运行方式下及检修方式下运行人员的安全性与设备的安全性。
（4）经济性。包括最少的投资与最低的年运行费。
（5）应具有发展与扩建的方便性。在设计接线方时要考虑到5～10年的发展远景，要求在设备容量、安装空间以及接线形式上，为5～10年的最终容量留有余地。
出于以上原因的考虑，在具体设置电气主接线的过程中，需要根据变电站电气设备特点、出现回路数及负荷的性质等，本文着重分析电气主接线设置的重点，进而合理地设置主接线，使之满足以上要求，促使供电运行安全、可靠、灵活及经济。
1.2电气主接线方式的选择
1.2.1电气主接线的适用范围及回路数量
1）单母线分段接线的适用范围及回路数量：110～220kV≥3～4回;35～66kV≥4～8回;6～10kV≥6回;当变电所有两台主变时，6～10kV宜采用【50059条文3.2.5】。
2）单母线接线：110～220kV≤2回;35～66kV≤3回;6～10kV≤5回。
3）单元接线：①只有一台变压器和一回线路时;②过渡接线时;③发电机—变压器的接线。
4）桥形接线：35～110kV宜采用桥形、扩大桥形、线路变压器组或线路分支接线、单母线或单母线分段【50059条文3.2.3】。其中内桥接线的的适用范围为：较小容量的发电厂、变电所，并且变压器的不经常切换或线路较长、故障率较高的情况。外桥接线的使用范围为：线路有穿越功率。较小容量的发电厂、变电所，并且變压器的切换较频繁或线路较短、故障率较少的情况。
1.3设计示例
本文为说明设计方案的选择，特假设现有一座钢厂，厂内负荷为60MW，高压110kV需两回进线，低压10kV负荷有12回出线。
因本变电站处于用户端，为电力系统末端，只有2回高压进线，且变压器不经常切换，故本站采用内桥接线。10kV有12回出线，应采用单母线分段接线。
2电气设备的选择
2.1 短路电流
本文假设短路电流为以下数值：
考虑电网以后的发展，并结合短路电流计算结果，110kV短路水平按照255kA设计，10kV短路水平按照 31.5kA设计。
2.2主要设备选择
1） 主变压器
本期选用三相三线圈自冷有载调压降压变压器
容 量： 40000/40000kVA
电 压 比： 110±8×1.25%/10.5kV
阻抗参数： Ud%=10.5
接线方式： YN，d11
冷却方式： ONAN
110kV中性点绝缘水平为66kV级
2） 110kV设备
选用户内型SF6气体绝缘全封闭式组合电器（GIS）
母线额定电流：2500A
进线、分段、主变回路额定电流：2500A
PT回路额定电流：1250A
额定热稳定电流：25kA（4S）
其他开断电流：31.5kA。
3） 10kV设备
10kV高压开关柜采用金属铠装手车式开关柜，内装真空一体化断路器。
进线、母联额定电流：3150A
进线、母联开断电流：31.5kA
其它额定电流：1250A
其他开断电流：31.5kA。
3 继电保护
本站为用户终端变电站，110kV由上级变电站进行保护，本站内不设置保护。
3.1 变压器保护配置
1） 本体非电量保护，非电量保护采用独立设备、配置独立出口、独立电源并有电源监视信号，独立采集非电量信号并通过本身网络接口送出。
2）差动速断保护：作为变压器内部严重故障的快速保护.
3）差动保护： 采用两种不同原理（二次谐波制动/模糊识别制动原理）的比率差动保护作为变压器的主保护。
4）三侧复合电压闭锁过电流保护： 主变各侧分别装设，作为变压器各侧的后备保护，复合电压取多侧电压，保护设置两段，一段（可投退方向）一时限跳分段，二时限跳本侧，二段跳总出口。中、低压侧后备保护动作闭锁本侧分段自投。
3.2 10kV分段保护
10kV分段装设保护监控一体化的微机装置，开关柜就地安装，其功能包括：
1） 设短时充电保护。
2）两段式过流保护。
3）分段断路器按方式自动投入功能。
4）具有本间隔遥控、遥测、遥信功能。
3.3 10kV所变保护
10kV所变装设测控一体化的微机保护装置，开关柜就地安装，其功能包括：
1）设置时限速断保护。
2）设置过电流保护。
3）过负荷保护。
4）具有本间隔遥控、遥测、遥信功能。
另外增加高压熔断器保护。
4 直流系统
直流系统额定电压采用220V，单母线分段接线，作为保护、控制、合闸、通讯直流电源。设两组200Ah阀控式铅酸蓄电池组和双套冗余配置的高频开关电源充电装置，设置两套微机直流接地自动检测装置。蓄电池组屏四面。通信使用的48V直流由变电所220V直流系统采用DC/DC转换取得，通信监测由综合自动化系统完成。
5计算机监控系统
本工程配置具有远方控制功能的计算机监控系统。
5.1监控范围
1） 110kV电压等级的断路器、隔离开关、接地隔离开关，10kV电压等级的断路器位置、开关柜运行状态等。
2） 主变压器分接头调节。
3） 直流系统和UPS系统。
4） 图象监视及安全警卫系统的报警信号。
5）站用电控制及站用电源备用自投。
6）通信设备及通信电源告警信号。
5.2 操作控制方式
变电所监控系统满足无人值班站要求。操作控制功能按集控中心（调度端）、站控层、间隔层、设备级的分层操作原则考虑。操作权限由集控中心（调度端）、站控层、间隔层、设备级的顺序层层下放。在监控系统运行正常的情况下，任何一层的操作、设备的运行状态和选择切换开关的状态都应处于计算机监控系统的监视之中。在任何一层的操作时，其他操作级均应处于被闭锁状态。系统出现（软硬件）故障时，应能立即发信至集控站或调度端并闭锁远方控制。
5.3 系统配置
采用分布式分层结构，分为站控层和间隔层，站控层和间隔层之间采用网络连接。站控层为全所设备监视、测量、控制、管理的中心。间隔层按照不同的电压等级和电气间隔单元，以相对独立的方式集中布置在主控制室内。
结语
变电站的电气设计是电力系统设计的重要组成部分，其设计合理与否对系统运行稳定、安全与否有直接影响。为了保证系统内电气部分可以稳定正常运转，并有一定的经济性，就必须严格按相关规范要求进行设计、操作，在保证应用效果的情況下根据实际情况采用一定的自动化技术手段，跟上时代的步伐，为企业保证效益，为社会做出贡献。
参考文献
[1]隋淼，王宪强.220kV用户终端变电站电气设计探析[J].中国科技纵横，2017（7）.
[2]张勇.浅析110kV变电站电气设计[J].科技创新与应用，2016（36）：256.
[3]弋东方.电力工程电气设计手册
[4]GB 50059-2011 35-110kV变电所设计规范