高压变电站电气主接线设概要.docx

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高压变电站电气主接线设概要

高压变电站电气主接线设计

引言

1电气主接线的概念

发电厂、变电所的一次接线是由直接用来生产、汇聚、变换、传输和分配电能的一次设备的一次设备构成的，通常又称为电气主接线。

主接线代表了发电厂（变电所）电气部分的主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分。

它对电气设备选择、配电装置布置、继电保护与自动装置的配置起着决定性的作用，也将直接影响系统运行的可靠性、灵活性、经济性。

因此，主接线必须综合考虑各方面因素，经技术经济比较后方可确定出正确、合理的设计方案。

2电气主接线设计需要考虑的问题

在进行变电站电气接线设计时，需要重点考虑以下一些问题：

（1）需要考虑变电所在电力系统中的位置，变电所在电力系统中的地位和作用是决定电气主接线的主要因素。

变电所是枢纽变电所、地区变电所、终端变电所、企业变电所、还是分支变电所，由于它们在电力系统中的地位和作用不同，对其电气主接线的可靠性、灵活性和经济性的要求了也不同。

（2）要考虑近远期的发展规模，变电所电气主接线的设计，应根据5

到10年电力发展规划进行。

根据负荷的大小、分布、增长速度、根据地区网络情况和潮流分布，分析各种可能的运行方式，来确定电气主接线的形式以及连接电源灵数和出线回数。

（3）考虑负荷的重要性分级和出线回数多少对电气主接线的影响，对一级负荷，必需有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一级负荷不间断供电，且当一个电源失去后，应保证大部分二级负荷供电。

（4）考虑主变台数对电气主接线的影响，变电所主变的台数对电气主接线的选择将产生直接的影响，传输容量不同，对主接线的可靠性，灵敏性的要求也不同。

（5）考虑备用容量的有无和大小对电气主接线的影响，发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求。

电气主接线的设计要根据备用容量的有无有所不同，例如，当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响着电气主接线的形式。

1电气主接线设计的基本要求

电气主接线应满足以下基本要求：

a具有一定的灵活性

主接线在力求简单、明了、操作方便的同时，也要求有一定的灵活性，以适应系统不同运行方式的要求。

1）调度时，应可以灵活的投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。

2）检修时，可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的用电。

3）扩建时，可以容易的从初期接线过渡到最终接线。

在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装机组、变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最小。

b操作应尽可能简单、方便

主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。

复杂的接线不仅不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。

但接线过于简单，可能又不能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便或造成不必要的停电。

c可靠性

供电可靠性是电力生产和分配的首要任务，保证供电可靠性是电气主接线最基本的要求。

分析和研究主接线可靠性通常应从以下几方面综合考虑：

（1）变电站在电力系统中的地位和作用

变电站都是电力系统的重要组成部分，其可靠性应与系统相适应。

例如：

对一个中小型变电站的主接线就毋须要求过高的可靠性，也就没有必要采取太复杂的接线形式；而对于一个大型发电厂或超高压变电站，由于它们在电力系统中的地位很重要，供电容量大、范围广，发生事故可能使系统稳定运行遭破坏，甚至瓦解，造成巨大损失。

因此，其主接线应采取供电可靠性高的接线形式。

（2）变电站的运行方式及负荷性质

电能的特点是：

发电、变电、输电和用电同时完成。

而负荷的性质按其重要性又有Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类之分。

因此，根据发电厂的运行方式和负荷的要求，进行具体分析，以满足必要的供电可靠性。

（3）断路器检修时是否会影响对用户的供电。

（4）设备和线路故障或检修时，停电线路的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。

d经济

主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小，占地面积最少，使其尽地发挥经济效益。

一般应当从以下几方面考虑：

1）投资小：

主接线应简单清晰，以节约开关电器数量，降低投资；要适当采用限制断路电流的措施，以便选用价廉的电器；二次控制与保护方式不应过于复杂，以利于运行和节约二次设备的投资。

2）占地面积少：

主接线要为配电装置布置创造节约土地的条件，尽可能使占地面积减少。

3）电能损耗少：

在发电厂或变电站中，正常运行时，电能损耗主要来自变压器，应经济合理地选择变压器的型式、容量和台数，尽量避免两次变压而增加电能损耗。

e扩建的可能性

由于近年来，我国的经济建设高速发展，各地区的电力负荷的需求近年来增加的很快，尤其是江苏省沿江地区，电力需求增长很快。

而本课题要设计的变电站正好处于该地区，因此，在选择主接线时，要充分考虑到具有扩建的可能性，并且预留出合适的扩建空间。

1．1电气主接线的基本形式

主接线的总体分类：

a单母线接线

母线起汇集和分配电能的作用。

每一条进出线回路都组成一个接线单元，每个接线单元都与母线相连，可分为：

1）接线方法及工作要求，见图1。

⑴主母线的作用

⑵开关电器的配置

线路有反馈电可能或为架空配电线应装设

⑶操作程序“先通后断”原则

合：

；

分：

。

2）特点

⑴优点：

简单、经济。

①接线简单（设备少）、清晰、明了；

②布置、安装简单，配电装置建造费用低；

③断路器与隔离开关间易实现可靠的防误闭锁，操作安全、方便，母线故障的几率低；

④易扩建和采用成套式配电装置。

⑵缺点：

不够灵活可靠。

①主母线、母隔故障或检修，全厂停电；

②任一回路断路器检修，该回路停电。

⒊适用范围

⑴小型骨干水电站４台以下或非骨干水电站发电机电压母线的接线；

⑵6～10kV出线（含联络线）回路

回；

⑶35kV出线（含联络线）回路

回；

⑷110kV出线（含联络线）回路

回。

图1单母线

b双母线接线

1、不分段的双母线

1）接线方法及运行方式见图2。

2）特点：

可轮流检修母线而不影响正常供电

检修任一母线侧隔离开关时，只影响该回路供电

工作母线发生故障后，所有回路短时停电并能迅速恢复供电

可利用母联断路器代替引出线断路器工作

便于扩建

由于双母线接线的设备较多，配电装置复杂，运行中需要用隔离开关切换电路，容易引起误操作；同时投资和占地面积也较大。

2、双母线分段接线

3、双母线带旁路接线

图2双母线

1．210kV侧单母线和双母线接线的比较

6～10kV配电装置出线回路数目为6回及以上时，可采用单母线分段接线。

而双母线接线一般用于引出线和电源较多，输送和穿越功率较大，要求可靠性和灵活性较高的场合。

110kV终端变电站的10kV部分一般采用单母线分段，互为备用。

由课题所给条件进行综合分析：

对图1和图1所示的方案Ⅰ、Ⅱ综合比较，见表1

表1主接线方案比较

方案

项目

方案Ⅰ单母线

方案Ⅱ双母线

技术

①不会造成全所停电

②调度灵活

③保证对重要用户的供电

④任一断路器检修，该回路必须停止工作

①供电可靠

②调度灵活

③扩建方便

④便于试验

⑤易误操作

经济

①占地少

①设备少

①设备多、配电装置复杂

②投资和占地面大

经过综合比较方案Ⅰ在经济性上比方案Ⅱ好，且调度和灵活性也可以保证供电的可靠性。

所以选用方案Ⅰ。

1．3电气设备和布置

本次设计建设的变电站，规模为63MVA主变压器两台；110kv进线2回（来自两个电源）；10kv馈线24回；10kv电容器无功补偿装置4X4800kVar；站用变压器和小电阻接地成套装置各两组。

电气主接线形式和变电站的整体布置

电气主接线形式：

110kv侧使用GIS设备，其接线的方式为单母线隔离开关分段接线，110kv进线2回，出线2回，10kV侧线路的接线形式为单母线分段接线，出线24回（其中6回备用），两个主变压器低压侧各引出10KV母线一条，互为备用，以提高可靠性。

电气部分整体布置：

110kv配电装置采用GIS户内布置形式，架空向北出线；主变为户外敞开式布置，每台主变之间设有防火隔离墙，并预留3号主变的空地，以备将来扩容。

10kv为户内配电装置，其中高压室采用户内移开时金属封闭开关柜双列布置，电缆出线。

1．3110kV侧主接线比较选择

由于昆山地处我国沿江经济发达地区，当地的土地资源紧缺；同时为了满足城市电网和当地经济的发展需求，对设备运行可靠性提出了更高的标准．因此该变电站110KV高压侧采用了GIS设备。

GIS设备主接线的选择应遵守变电站电气主接线的设计原则——可靠性、灵活性及经济性。

根据GIS设备具有故障少、检修周期长、运行可靠性高的特点，其主接线可以适当简化：

例如110kV配电装置一般可以不用旁路母线。

当然，GIS设备的主接线不能过分简单，110kV母线应采用分段的接线方式，避免局部故障造成母线全停，扩大故障范围。

该变电站是为了满足当地电力系统的发展和负荷增长而建的，其负荷为一般性负荷。

因此110kV侧为单母线分段接线的GIS设备，两台主变压器，同时预留第三台主变的空间，作为将来扩容时使用。

1．4变电站用电接线的确定

一般站用电接线选用接线简单且投资小的接线方式。

故提出单母线分段接线和单母线接线两种方案。

上述两种方案如图1及图2所示。

对图3及图4所示的方案Ⅰ、Ⅱ综合比较，见表2。

图3单母线分段接线

图4单母线接线

表2站用电主接线方案比较

方案

项目

方案Ⅰ单分

方案Ⅱ单

技术

①不会造成全所停电

②调度灵活

③保证对重要用户的供电

④任一断路器检修，该回路必须停止工作

⑤扩建时需向两个方向均衡发展

简单清晰、

操作方便、

易于发展、

可靠性差、

灵活性差。

经济

①占地少

②设备少

1设备少

2投资小

经比较，由于现在使用的电力设备的整体性能已经很稳定了，因此两种方案的可靠性相差不大。

从经济上考虑，所以选用设备较简单的的方案Ⅱ。

2主变压器的选择

2.1变压器的选择应注意的问题

目前在配电变压器运行中，有因容量过大而欠载运行的，也有因过载或过电流运行而导致设备过热，甚至烧毁的情况。

这种装置容量选择失当的，影响了电力系统供电的可靠性和经济性。

　　变压器的容量是在负荷统计的基础上选定的。

由于负荷预计不容易做准，—般按预计的最大负荷选择。

这样选的结果，往往容量设置偏大，给电力系统的运行带来不利影响。

若按经济运行选择，就是利用变压器的铜损与铁损相等的条件，导出变压器的最大经济负载率及变压器额定容量与最大负荷比。

由于实际运行负荷不一定就是负荷统计出的最大负荷，且负荷是随机的，运行效率是变动的，其经济运行效益很难实现。

　　当前在配电系统中正在利用新型低损耗变压器替换高能耗变压器，单铁损一项就降低大约40％。

由于配电变压器数量大，负荷变动也大，其经济效益是十分显著的。

　　因此，我们认为如何充分利用变压器的设置容量，而又不损害变压器的正常使用寿命，应该成为选择配变压器容量的主要依据。

2.2主变规格选择的要求

a变电所主变压器台数的确定

主变台数确定的相关要求：

1.对大城市郊区的一次变电站，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电站以装设两台主变压器为宜。

2.对地区性孤立的一次变电站或大型专用变电站，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。

考虑到该变电站为一重要中间变电站，与系统联系紧密，且在一次主接线中已考虑采用旁路带主变的方式。

故选用两台主变压器，并列运行且容量相等。

b变电所主变压器容量的确定

1.主变压器容量一般按变电站建成后5～10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10～20年的负荷发展。

2.根据变电站所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。

对于有重要负荷的变电站，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在设计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷：

对一般性变电站停运时，其余变压器容量就能保证全部负荷的60～70%。

c变电站主变压器型式的选择

具有两种电压等级的变电站中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上或低压侧虽无负荷，但在变电站内需装设无功补偿设备时，主变压器采用三饶组。

而有载调压较容易稳定电压，减少电压波动所以选择有载调压方式，且规程上规定对电力系统一般要求10kV及以下变电站采用一级有载调压变压器。

故本站主变压器选用有载调压的三饶组变压器。

我国110kV及以上电压变压器绕组都采用Y

连接；10kV电压侧变压器绕组都采用

连接

表3主变压器的具体参数

变压器型号

SZ10-63000/110

额定电压kv

110/10.5

接线方式

YNd11

额定容量MVA

63

额定电流A

330.7/3464.1

冷却方式

ONAN

短路阻抗

%

16.87

调压方式

有载调压

油重t

——

制造厂家

中山ABB

出厂编号

Z0220

出厂日期

2004年6月

2.3站用变压器选择

a站用变台数的确定

对大中型变电站，通常装设两台站用变压器。

因站用负荷较重要，考虑到该变电站具有两台主变压器和两段10kV母线，为提高站用电的可靠性和灵活性，所以装设两台站用变压器，并采用暗备用的方式。

b站用变压器容量的确定

站用变压器容量选择的要求：

站用变压器的容量应满经常的负荷需要和留有10%左右的裕度，以备加接临时负荷之用。

考虑到两台站用变压器为采用暗备用方式，正常情况下为单台变压器运行。

c站用变型式的选择

考虑到目前我国配电变压器生产厂家的情况和实现电力设备逐步向无油化过渡的目标，可选用干式变压器。

表4故站用变参数

设备

型号

制造商

P（KVA）

Po（W）

Uk（%）

站用变压器

SG10-160/10

开平海鸿变压器厂

160

560

4

3高压侧GIS的选择

3.1GIS系统的概念及其组成

众所用知，GIS组合电气（即SF6充气式绝缘封闭开关设备GasInsulatedSwitchgear）与常规敞开式的断路器、隔离开关等产品相比，其组成结构要复杂的多。

它是将一座变电站中除变压器以外的一次设备（包括断路器、避雷器、隔离开关、接地开关电压互感器、电流互感器、母线、电缆终端、进出线套管等元件），经优化设计有机地组合成一个整体后，全部封闭在金属接地外壳中，内部用气体隔离绝缘子分成各个独立的气室，充以一定压力的SF6气体作为绝缘和灭弧介质。

把开关间隔的所有功能统一归并到一个密封舱中，该密封舱配备有多个绝缘套管（其数量取决于变电站的电气主接线方式）。

对于城区的新修变电站和老式变电站的改建、扩容、升级等各种应用而言，GIS系统是最适合的。

而本课题的变电站符合这一条件，因此在110KV侧使用GIS是合理的选择。

GIS系统组成所需的设备如下：

（1）断路器（CB）：

断路器灭弧室是由静触头、动触头、压气缸、活塞以及其它部件组成。

断路器配气动机构，操作依靠储气罐中的压缩空气进行。

分闸的同时给合闸弹簧储能．为合闸操作做准备。

（2）隔离开关（DS）：

隔离开关的所有带电部件均安装在金属壳体内，并与多个接地开关进行组合，使GIS布置时更加紧凑、随意、多变。

隔离开关操作机构为电动弹簧结构，因而减少了压缩空气供给系统空气管路．向无油化、无气化迈出了一大步，运行更可靠，更安全。

（3）检修用接地开关（ES）：

检修用接地开关安装在壳体中的动触头，通过密封轴、拐臂和连接机构相连。

壳体采用转动密封方式和外界环境隔绝。

（4）母线：

110KV母线采用三相共箱式结构，材料采用铝筒及铸铝壳体低能耗材料，可避免磁滞和涡流循环引起的发热，并采用主母线落地布置结构，降低了开关设备的高度，缩小了开关设备的占地面积。

（5）电流互感器（CT）：

电流互感器为电感式单相环氧浇注型。

导体即为初级线圈，次级线圈固定在环型铁芯上。

（6）电压互感器（PT）：

电压互感器的一次绕组端为全绝缘结构，另一端作为接地端与外壳相连。

一次绕组和二次绕组为同轴圆柱结构，一次绕组装有高压电极和中压电极，绕组两侧设有屏蔽板，使场强分布均匀。

（7）避雷器（AR）：

避雷器主要由罐体、盆式绝缘子、安装底座及芯体等部分组成，芯体是由氧化锌电阻片作为主要元件，它具有良好的伏安特性和较大的通流容量。

（8）终端元件

a．SF6充气瓷套管内充SF6气体，装有旋压超长屏蔽罩改善了电场分布，瓷套外绝缘具有耐受Ⅱ级污秽等级的能力。

b．电缆终端是把高压电缆连接到GIS中的部件。

其设计及制造按IEC600859执行。

c．变压器连接头是把变压器引出街头连接到GIS中的部件。

其设计和制造按IEC601639执行。

3.2SF6气体的作用及优点

SF6是一种无色、无味、无毒、不会燃烧的气体，其化学性质非常稳定，优点如下：

（1）灭弧能力强，介电强度高，绝缘性能好．常压下其绝缘能力为空气的2．5倍以上，其灭弧能力相当于相同条件下空气的100倍。

（2）介质恢复速度特别快，冷却特性好，开断近区故障的性能特别好，使用寿命长。

（3）SF6气体的电弧分解场中不含有碳等影响绝缘能力的物质，触头在开断电弧中烧损极其轻微。

3.3GIS变电站具备的优点

与普通电器设备相比，GIS有如下特点：

结构小型化、设备可靠性高、安全性好、杜绝了对外部的不利影响、安装周期短、运行维护方便、运行周期长。

综合分析，GIS系统与传统的敞开式变电站相比较，有一下几点优势：

（1）占地面积小，投资结构更为合理：

传统的变电站的一次系统，由于其设备体积较大、复杂多样及要求保证足够的安全距离等因素，往往需设置较大的厂房和空地。

而GIS系统将变电站中除主变压器外的一次设备，包括断路器、隔离开关、接地开关和互感器等各种单体装置全部封装在密闭气体绝缘的金属壳内，具有结构紧凑、体积小，组合方式及装置布置灵活、进出线方便等特点，从而使变电站的布置更为紧凑、简洁，占地面积比常规的敞开式变电站极大的减少，而且GIS系统完全封闭，可露天布置。

采用GIS系统后，可将用于建设总降厂房的资金、安装费用、运行维护费用等用于提高设备的可靠性和稳定性，使总降投资结构更为合理。

（2）供电系统运行安全稳定：

GIS系统采用SF6气体作为绝缘和灭弧介质，具有优良的灭弧能力和绝缘性能，它能大量吸收电弧能量，使电弧迅速冷却直到熄灭。

一般的GIS系统其断路器和隔离开关都在操作上千次后才需进行维修，这已远远超过实际运行的需要，因此变电站采用GIS系统后，可使供电系统长期安全稳定运行。

一般情况下，正常运行10年内不必考虑停电大修计划，因此其具有免维护特性。

GIS的操作采用先进的远程遥控操作技术，有效地防止了误操作事故的发生，提高了操作的安全性，大大降低了触电危险，保障了操作人员的人身安全。

其次，SF6气体为不燃烧惰性气体，因而无火灾危险。

（3）安装方便、调试周期短：

由于GIS设备制造厂在整体装置出厂前已进行预组装，并完成内部绝缘和局部放电等多项测试。

现场安装仅需要简单的设备就可将整套装置快速拼接就位。

使得变电站的安装难度降低，安装时间大大缩短，适应项目建设周期的要求。

（4）GIS设备不受环境影响

GIS设备是全密封式的，导电部分全部在外壳之内，并充以SF6气体包围着，与外界不接触，因此不受环境的影响。

SF6气体密封于模件壳体内，与外界隔离，具有不受环境污染，不受外界因素干扰，不受沙尘、大风、雨雪等恶劣天气影响的优点。

从而解决了户外常规变电站中的隔离开关经常出现的四大问题——瓷瓶断裂、操作失灵、导电回路过热和设备锈蚀。

（5）GIS变电站的环保优势：

GIS结构紧凑，连接元件量减少，大量节省了变电站的占地面积和空间。

且GIS的支架、基础设计简单，减少了动土量、基建量。

尤其是在城区，人口密度大，建筑物多，土地使用紧张、征用困难，占地面积的减少可以大大的缓解这一矛盾。

其次，GIS变电站大都在室内安装，楼房式建筑与城市周围环境相协调，利于景观美化，满足城市规划要求。

与常规设备相比，GIS更容易满足城市环保的要求，尤其适合在城市中心和居民区使用。

致谢

本论文是在我的导师姚年春的亲切关怀和悉心指导下完成的。

他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。

在此谨向我的导师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

在此，我还要感谢在一起愉快的度过大学三年的同学和寝室成员，桃李年华聚于一地，我们在这里共同成长璀璨开放，你们是我大学生活中不可缺少的那一卷。

在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!

最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们!

参考文献

[1]居荣.供配电技术[M].化学工业出版社.2005

[2]余建明.供电技术[M].机械工业出版社.1998

[3]张朝英.供电技术[M].机械工业出版社,2005

[4]戈东方.电力工程电气设计手册[M].水利电力出版社.1990

[5]石方安.电气图形符号使用手册[M].中国劳动出版社.1997

[6]王子五.高压成套开关设备[M].煤炭工业出版社.1998

[7]能源部电力机械局.电站配套设备产品手册[M].水利电力出版社.1993

[8]文锋.发电厂及变电站的控制[M].中国电力出版社1998

[9]贺家李.电力系统继电保护原理[M].中国电力出版社.1998

[10]韦刚.电力系统分析要点与习题[J].中国电力出版社.2004

[11]卓乐友.电力工程电气设计手册[M].水利电力出版社.1991

附录Ⅰ：

10kV配电装置

电力系统对配电装置的基本要求:

1.符合国家政策,满足有关规程要求，便于检修和安装；运行安全和操作巡视方便；

2.设备选择合理,布置整齐、清晰，要保持其最小安全净距，还要节约用地；

对6～10kV配电装置屋外式较少，由于屋内式具有节约用地便于运行维修、防污性能好等优点，所以采用屋内式配电装置。

附录Ⅱ：

GIS电气主接线

附录Ⅲ：

马宁110KV电气主接线