变电站一次设备的设计与选择策略分析

变电站一次设备的设计与选择策略分析

张哲宋晓辉

（上海国孚电力设计工程股份有限公司济南分公司山东济南250014）

摘要：随着十三五规划对全面建设小康社会的总体要求，相关电力工程的建设规模和发展速度得到持续提升。在此背景下，城网建设改造过程当中，应当如何实现供电作业的可靠性，此项问题备受关注。如何保障供电的质量、供电作业的安全性、可靠性以及持续性问题，备受各方工作人员的特别关注与重视，本文依据这一实际情况，以变电站中一次设备为研究对象，针对变电站内一次设备在设计及选择方面所涉及到的相关问题展开了较为详细的分析与阐述，希望能够引起各方人员的特别关注。

关键词：变电站；一次设备；设计与选择；策略分析

引言

在我国经济高速发展的背景之下，电力工程的规模和计划经济时代已经不可同日而语。在此背景下，城网建设改造过程当中，应当如何实现供电作业的可靠性，此项问题备受关注。其中变电站的设计，也已经成为保证城市电网可靠供电的标志性工作，利用有效方式保证设备的设计和质量，是令电网安全稳定运行的重要前提。

1、变压器概述

1.1变压器的分类

（1）一类变电站。是指交流特高压站，核电、大型能源基地（300万kW及以上）外送及跨大区（华北、华中、华东、东北、西北）联络750/500/330kV变电站。（2）二类变电站。是指除一类变电站以外的其他，750/500/330kV变电站，电厂外送变电站（100万kW及以上、300万kW以下）及跨省联络的220kV变电站，主变压器或母线停运、开关拒动造成四级及以上电网事件的变电站。（3）三类变电站。是指除二类以外的220kV变电站，电厂外送变电站（30万kW及以上、100万kW以下），主变压器或母线停运、开关拒动造成五级电网事件的变电站，为一级及以上重要用户直接供电的变电站。（4）四类变电站。是指除一、二、三类以外的35kV及以上变电站。

1.2变压器原理

变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。变压器由铁芯和线圈组成，线圈由两个或两个以上的绕组组成，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。在发电机中，不管是线圈运动通过磁场或磁场运动通过固定线圈，均能在线圈中感应电势，此两种情况，磁通的值均不变，但与线圈相交链的磁通数量却有变动，这就是电磁感应原理。总之，变压器是一种利用电磁互感效应，变换电压，电流和阻抗的器件。

1.3变压器的作用

变压器是一种静止的电气设备。它是根据电磁感应的原理，将某一等级的交流电压和电流转换成同频率的另一等级电压和电流的设备。在变换电流、电压的过程中实现电能的传输。

2、变电站主接线方式以及电气设备选择

2.1变压器组接线

在变电站当中，主要是通过双电源形式进行接线，其中一路线路与其他城市电网的变电站相连接。高压线路主要是采用变压器组加断路器的形式，低压侧主要是采用单母线分段形式，并且在此基础之上采用手车式开关柜。该种接线方式能够涉及较少的高压设备，具有节省占地面积，节约投资成本，简化继电保护，能够在其中一个电源失去电能之后，通过备用电源将负荷进行转移，并且可以在较短时间内恢复供电。然而该种接线方式也存在较大的弊端，如果高压设备的电源中断供电之后，需要将其中一台变压器停止，还需要短时间内对部分电负荷进行限制。

图1变压器组接线

2.2单母线接线方式

变电站电源主要是通过两路电源接入电网当中，一个作为主电源，一个作为备用电源。高压侧主接线主要是应用单母线接线方式，低压侧主要是采用单母线两分段加旁母线接线方式。该种接线方式的优势在于能够使供电更加具有可靠性，运行期间更加灵活，当其中一个电源失电之后，备用电源可以提供电力。然而该种接线方式的弊端在于涉及较多的高压设备，扩大占地面积以及提升投资成本。

2.3选择电气设备

在变电站一次设计当中，为了降低其占用面积，在选择电气设备时需要选择体积较小的设备。在选择主变压器时可以采用高阻抗性设备，而且已经得到了广泛的应用，能够有效实现电气设备运行的安全稳定性。最大限度地降低电气设备的后期运行维护费用，从根本上确保电力系统安全稳定运行，不断提升技术水平，使得电力企业获取较大的经济效益。因此在选择电气设备时，变电站以及主接线的负荷变化程度都会影响电气设备的选择方案。可以促使变电站电气一次设计不断朝着模块化方向发展，通过计算机系统进行科学合理的配置电气设备，这样可以确保科学合理地选择电气设备，避免大量的数据计算。

图2110kV变电站一次主接线图（单母线分段接线方式）

3、变电站变压器的选择分析

结合实践工作经验来看，在变电站符合以下几个条件之一的情况下，需要安装两台或者两台以上的变压器装置：条件一：具有大量一级负荷，或者是虽然是二级负荷，但基于对消防等因素的考量，有必要纳入一级负荷设计范围之内的；条件二：变电站具有较大的季节性负荷变化现状。同时，还需要特别注意的一点是，在部分负荷存在较大变化趋势的情况下，基于对变电站运行安全性因素的考量，还需要通过设置专用型的变压器的方式，以专用变压器作为支持，确保其运行性能的安全与可靠。具体而言，可以归纳为以下几个方面：第一，当变电站动力系统以及照明系统采用共用变压器的情况下，会严重影响变压器的运行质量，还可能干扰灯具的使用寿命。同时，考虑在电源系统不接地或经阻抗接地的状态下，针对以上情形均应当设置专用型的照明变压器装置；第二，以大型民用建筑为例，受到空调冷冻机等、大容量负荷因素的影响，且此类负荷具有较大的季节性变化性差异的情况下，或者是考虑到功能性需求的特殊设备具有较大的负荷容量，此类情况下需要变电站为其设置相对应的专用变压器设备；第三，以YynO进行接线的变压器装置，若出现单向不平衡负荷方面的问题，并导致中性线电流数值高于变压器低压绕组状态下额定电流数值的1/4以上比例，应当设置单相变压器，作为主变压器的补充与后备保障；第四，对于冲击性负荷较大，同时可能会对整个变电站的电能质量产生不良影响的情况下，需要设置专用型的冲击负荷变压器装置。同时，在现阶段的技术条件支持下，城网变电站当中主变压器多配置有两台或两台以上。其中一台主变压器装置的接线方式选择方面需要考虑在受电功能的前提条件下，能够兼顾对功率转移工作任务的保障。简单来说，就是在功率转移变压器装置出现运行故障的条件下，能够将电力负荷转移至正常运行状态下的变压器装置中。但结合实践工作经验来看，对于城网变压器而言，应当选择安装两台或三台以上两种方案，究竟谁更加合理与科学，主变压器台数的确定应当遵循哪几个方面的基本条件，以上问题仍然困扰着相关的工作人员。建议从以下几个方面对实际情况进行综合分析：①主变总容量水平；②制造容量限制性因素；③占地面积因素；④配电装置投资情况；⑤短路电流水平；⑥变压器投资情况。

结束语

综上所述，本文主要是分析探讨了变电站一次设备的设计与选择策略分析，并且从主接线设计问题进行探讨，主要表现在变压器组接线、单母线接线方式以及选择电气设备上。其次，针对变压器选择问题上进行阐述和分析。通过对以上问题的研究分析，希望可以为变电站一次设备的设计与选择提供参考性价值，从根本上提升变电站一次设备的设计质量，合理选择变压器等一次设备。

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