摘 要： 电力事业的发展关系着国计民生，其发展水平在一定程度上衡量着国民经济的发展水平。党的十九大提出要全面建设社会主义现代化强国，从而实现中华民族伟大复兴的中国梦，从某种程度上说，这离不开强大的电力供应体系的支撑和保障。本设计是在《发电厂电气部分》等专业书籍以及国家的相关规定的基础上进行的。通过对电能质量和负荷数据要求进行分析，全面探究投入的成本和安全的性能。本设计，先研究探讨、和电气主接线的方案，并选出最合理的设计方案。再通过负荷的大小和供电的情况，选出主变压器的数量、型号和容量。然后在各种情况下，对变压器等各类电气设备所能经过的短路电流进行计算，并对电气设备进行动、热稳定的校验。最后，对主变压器的保护以及变电站的防雷等方面作出了详细的论述，从而完成220kV变电站的一次电力系统的初步设计。
关键词：短路电流；变电站；电气主接线；设备选择
Abstract: The development of the electric power industry is related to the national economy and people's livelihood, and its development level measures the development level of the national economy to a certain extent. The 19th National Congress of the Communist Party of China proposed to build a great modern socialist country in an all-round way, so as to realize the Chinese dream of the great rejuvenation of the Chinese nation. To some extent, this cannot be separated from the support and guarantee of a strong power supply system. This design is carried out on the basis of professional books such as Power Plant and Electrical Part as well as relevant national regulations. Through the analysis of power quality and load data requirements, the cost and safety performance are comprehensively explored. This design, first study, and electrical main wiring scheme, and select the most reasonable design scheme. Then through the size of the load and the power supply situation, select the number, model and capacity of the main transformer. Then in various cases, the transformer and other electrical equipment through the short circuit current can be calculated, and the electrical equipment for dynamic and thermal stability verification. Finally, the protection of the main transformer and the lightning protection of the substation are discussed in detail, so as to complete the preliminary design of the primary power system of the 220kV substation.
Key words: Short circuit current; substation, main electrical wiring; equipment selection
1 绪论
电网是由发电站、配电站、送变电线路、用电等组成的供电网络。利用发电站将一次能量转换成电，再通过输送、变电、配电等方式为每一位使用者供电。为实现这一功能，电力系统在各节点、各层级上均设有相应的监控、调节、保护、控制、通讯、传输等控制系统。
电网的主要结构是电源、输电、变电站、负荷中心和配电网。通过将各供电节点连接起来，实现区域间的电力调整与交流。电力系统的结构应确保基于先进技术和设备的电能产生和消耗充分协调，并具有较高的经济效益。
1.1负荷分类
按照电力供应可靠度的原则，负荷一般分为以下三级：
①一级负荷。中断了这一级的负荷供电也许会导致生命受到威胁、经济损失和城市生活混乱等。因此，一级负荷，需要双电源和不断地。
②二级负荷。中断这一级负荷将导致生产急剧减少，交通瘫痪，且损害城市居民的生活。对于二次负荷要求双回路，最好是尽可能的不断地。
③三级负荷。除了第一和第二级负荷其他的都是三级负荷，三级负荷是允许单回路且可以断电的。
1.2变电站在电力系统中的分类
（1）枢纽变电站。枢纽变电站是电力网络中的重要节点，其电压水平一般在330kV或更高。它于多个电源相连，如果整个电厂断电，或会造成整个电网崩溃。
（2）中间变电站。中间变电站通常在主干或主干环线之间。其电压水平在330-220kV，集成多个电力供应和多条电力线，通常在高压侧穿越功率，然后一并降压向区域供电。若全站断电，或将引起大范围的配电线路崩溃。
（3）地区变电站。地区变电站是某个地区或某个小城市的主要变电站，电压水平通常在 220kV，变电站停电后将会导致该地区或城市供电出现混乱。
（4）终端变电站。终端变电所一般设在输配电线路的末端，接近负载的地方，通过10-110KV的电压输入到电网中，再通过降低电压来为客户提供电力。
随着当今世界科技的迅速发展，电力系统的容量、电压等级的不断提升，让变电站的系统变得更加简洁。现阶段，变电站整体系统增添了不少新的特色：①管理趋于方便以及自动化；②采用许多新型电气一次设备；③ 信息的传输通道可自行检测，有着较高的可靠性；⑤变电站的接线设计方案变得简约。
本次变电站的设计以当前工程技术水平为基础，以某市变电站的真实数据为背景。通过本次变电站设计巩固了自己所学的专业知识，也更好的理解了其含义。
1.3变电站基本数据
本设计的变电站属于220kV变电站，站内有三种电压等级。变电站由系统通过电网对其供电，系统通过型号为LGJQ-150的架空线为本变电站供电，220kV侧有2回进线，线路长度均为88kM。220kV侧及35kV侧均带有负荷，具体情况如下：
110kV侧出线4回，出线处于两用两备状态，其中两条处于运行状态出线同时系数取0.95，变电站110kV侧负荷具体参数如下表所示：
表1.1 110kV侧负荷参数
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负荷名称 |
最大负荷（MW） |
功率因数 |
回路数 |
出现方式 |
|
大型机械厂 |
50 |
0.85 |
2 |
架空线 |
|
大型冶炼厂 |
50 |
0.85 |
2 |
架空线 |
|
大型钢铁厂 |
48 |
0.85 |
2 |
架空线 |
|
大型加工厂 |
52 |
0.85 |
2 |
架空线 |
5kV侧的出线存在6回，同时系数取0.95，35kV侧负荷具体参数如下表所示：
表1.2 35kV侧负荷参数
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负荷名称 |
最大负荷（MW） |
功率因数 |
回路数 |
出现方式 |
|
怡海花园 |
10 |
0.8 |
1 |
架空线 |
|
塑料制品厂 |
12 |
0.8 |
1 |
架空线 |
|
机械厂 |
12 |
0.8 |
1 |
架空线 |
|
鱼米水乡 |
12 |
0.8 |
1 |
架空线 |
|
加工厂 |
12 |
0.8 |
1 |
架空线 |
|
耐火材料厂 |
12 |
0.8 |
1 |
架空线 |
2 电气主接线的设计
2.1 电气主接线的基本接线形式
在发电厂的变电站里，汇流母线是分发和聚集电力的介质。电气主接线的形式有有汇流母线和无汇流母线。有汇流母线的接线方式可简单概括为单母线和双母线。无汇流母线的接线形式分为桥形接线、角形接线和单元接线。
1、单母线不分段接线
如图2.1所示使用的是单母线不分段接线。在所有电路中都有安装断路器和隔离开关是单母线不分段接线的特征。在线路附近的隔离开关是线路隔离开关；在母线附近的隔离开关称为母线隔离开关。此外，高压隔离开关一般包括一个主闸刀和一个接地开关。
单母线不分段接线较简明，设备较少，操作便捷，容易延伸扩展，性价比高。缺点是灵活性低，可靠性较差。
2、单母线分段接线
以下是单母线分段接线的特点：①此接线形式一般分为两段，隔离开关和断路器可以作为分段开关。②单母线分段一般以2-3段最合适。③针对关键的用户，应该将两条反馈线路分成两部分，由两个电源供电。④如果系统对可靠性的要求不高，那么我们可以采用隔离开关，但如果母线中的某一部分出现故障，则会造成两个母线同时断电。⑤两段母线可以并列或分列运行。一般地，建议采用分列运行，因为可以降低短路电流。
3、双母线不分段接线
双母线不分段接线其实本质上是两段母线组成的，一个回路有装配两组母线隔离开关，另一个回路也一样，它可以与母线连接，某种意义上它们可以作为对方的备用母线。母线与母线之间是由母线断路器实现信息互通的。这种接线方式可靠性高，可调性强，还有容易扩建，在接线便利上具有很大的优势。
4、双母线分段接线
双母线分段接线顾名思义即是把工作母线拆分为两段，两段母线之间通过分段断路器进行通讯。然后在此基础上，将两套工作母线与后备母线相结合，并将负载平均的分布在两套母线上。
5、单母线分段带旁路母线接线
旁路母线是一种可以独立于任意环路的母线。单母线分段接线或双母线接线的配电装置在对维修断路器的时候，要增加旁路母线接线，使其不断电。
2.2电气主接线的设计
2.2.1 220kV电气主接线设计
（1）接线方式的选择
方式一：双母线不分段接线
方式二：双母线分段接线
方式三：双母线带旁路母线接线
（2）主接线方式的对比选择
表2.1 主接线方式对比表
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方式选择 |
双母线不分段接线 |
3/2断路器接线 |
双母线带旁路母线 |
|
优点 |
有较可靠的供电性、可灵活的调度、扩建较便捷、验证很方便 |
有可靠的供电、可灵活调度、维修便捷、如果有任何一条母线有故障时或需要维修，都不会造成系统的停电。 |
配电装置需要检修断路器的时候，该回路不会断电 |
|
缺点 |
接线繁琐，设备复杂，母线发生故障会造成短时的停电,易误操作 |
造价高 |
接线复杂 |
上述三种方法中相关需要的设备数据如表2.2所示。
表2.2 母线比较
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接线方式 |
双母线不分段接线（方式一） |
3/2断路器接线（方式二） |
双母线带旁路母线 |
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断路器数 |
9 |
5 |
8 |
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隔离开关数 |
20 |
14 |
19 |
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通过研究判断：方式一具有很高的性价比且操作方便，供电可靠性也可满足本设计的要求，所以选用方式一，双母线不分段接线。
2.2.2 110kV电气主接线设计
（1）接线方式的选择
方式一：单母线分段接线
方式二：单母线分段带旁路母线接线
方式三：双母线不分段接线
（2）主接线方式的对比选择
表2.2 主接线方式对比表
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方式选择 |
单母线分段接线 |
单母线分段带旁路母线接线（方式二） |
双母线不分段接线 |
|
优点 |
在某一段母线出现故障时，分段断路器会快速地切除故障部分，以保证正常段的母线不断电、有较好的灵活性、扩建方便。 |
操作便利；在检修任何一台出线断路器时，该回路都不会断电。 |
有可靠的供电 |
|
缺点 |
①在任何一段母线或母线隔离开关发生故障或者需要维修时，该母线的所有线路必须在维修过程中停电。②出线为双条回路的时候，往往会造成架空线路出现交叉跨的状况。③扩建的时必须向两边扩建。 |
设备较多 |
①在对任意一回路断路器进行维修时，应切断电源。②在任何一条母线发生短路时，如果母线联络短路器不能启动，将造成两条母线同时停机。③容易误操作 |
通过研究判断：方式一的供电没有方式二和方式三的可靠，但是方式二的投资成本很大，操作很复杂。所以最后我们选择使用方式三，双母线不分段接线。
2.2.3 35kV电气主接线设计
（1）接线方式的选择
方式一：单母线不分段接线
方式二：单母线分段接线
方式三：双母线接线
（2）主接线方式的对比选择
表2.3 主接线方式对比表
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方式选择 |
单母线不分段接线（方式一） |
单母线分段接线 |
双母线接线 |
|
优点 |
布线简易，设备较少，操作便捷，易于延伸扩展，经济性好。 |
在某一段母线发生故障时，分段断路器会快速切断，以确保正常段的母线不停电、有较好的灵活性、扩建方便。 |
有可靠的供电、可灵活调度、扩建便捷、验证方便 |
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缺点 |
灵活性低，可靠性差。 |
设备较少、成本低、占地范围较少 |
设备较多、配电装置繁琐、成本高、占地范围广、容易导致误操作 |
通过研究判断：虽然方式一成本低，但其可靠性不高；而方式三可靠性较高，但是其投入成本较高，本次设计对电压等级的需求不高，所以选用方式二，单母线分段接线的形式。
2.2.4 站用电的主接线设计
（1）接线方式的选择
方式一：单母线不分段接线
方式二：单母线分段接线
（2）主接线方式对比选择
表2.4 主接线方式对比表
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方案 |
单母线不分段接线（方案I） |
单母线分段接线（方案II） |
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可靠性 |
接线少，设备不多，使用方便，在母线发生故障或需要维修时，必须切断与其连接的电源，在对出线路的QS进行维护时，必须暂停该线路，不能满足I，II类用户的需求。 |
当某一母线出现故障时，分段断路器会快速切除故障段，以确保正常段的线路母线不停电 |
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灵活性 |
灵活性较低，容易扩建其电压等级 |
有较高的灵活性，扩建方便 |
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经济性 |
运行设备不多，成本低，年运行费用少 |
占地范围较小 |
通过研究判断：虽然方式一成本较低，但是站用电是比较重要的一级负荷，需要有较可靠的供电性，所以采用方式二，单母线分段接线。
2.3电气主接线图
本章选择了各电压等级的主接线方式，35kV侧选用单母线分段接线，220kV侧和110kV侧选用双母线接线方式，绘制出电气主接线图如下图所示。
图2.1 电气主接线图
7 结束语
（1）在本次设计中，根据原始数据设计出了比较符合技术和经济要求的电气主接线形式。220KV和110KV采用双母线不分段接线，350KV采用单母线分段接线。
（2）完成了对供电线路的出线方式及后备供电方式的设计。
（3）完成了主变压器和站用变压器的选型。
（4）进行了电气设备的短路电流计算。
（5）完成了各电气设备的选型，并对其进行动、热稳定的校核。其中包括断路器、隔离开关、互感器、熔断器、裸导体等。
（6）为本变电站的防雷、过电压保护体系的设计，以设置避雷针为主。
此方案仅为理论设计，与实际的工程设计相差甚远，且该方案仅涉及一次，未提及二次，因此设计尚不完整，存在一些缺陷。且还没有经过实际操作，因此我只能在以后的工作中多参与一些实际操作，弥补自己的不足。
参考文献 略
