黄银溪
东莞电力设计院
摘要：如今的电力系统是一张大网，它虽然很庞大，但却紧密的联系在一起。电力系统的电能由发电设施生产，主要是各种类型的发电厂，发电厂产生的电能经过升压变电站升压后，再通过高压输电线路输送到经济发达的沿海地区的降压变电站，由各种电压等级的降压变电站再分配输送到用户侧。电力系统要实现电压的升降和电能的转换都需要靠变电站来完成。因此，为了确保变电站能够安全优质工作运行，变电站一次设备就必须达到安全可靠、技术经济合理。本文主要研究110kV变电站的变压器的选择、110kV侧主接线设计，仅供参考。
关键词：110kV变电站；主接线；变压器
变电站在发电、输电、变电的环节中处于重要的位置，它是由电气一次设备、电气二次设备以及通信设备按照经济合理接线方式组成。变电站从电网中获取电能，再通过站内的设备将电能以高效的方式输送到千家万户，其中变电站的变压器的选择、主接线设计等是变电站设计的核心部分。
一、变压器的选择
变电站主变压器容量和台数的选择主要考虑几个因素，包括变电站设计的基础输入资料、本变电站在电力系统中的定位、输送功率的大小等。一般情况下，变电站设计都是分期进行，因为本地的负荷发展有一个过程；在这样的条件下，第一期主变压器选择的是否合理就对后期变压器的扩建产生比较大的影响，对本期供电的可靠性也产生直接影响。因此，变电站主变压器的选择要从整体的角度去考虑，从本期、中期以及远期的负荷发展情况入手，这样才能够科学合理地规划好本变电站主变压器的容量和数量。
1.变电站主变压器的选择有以下几个原则：
（1）现在设计的110kV在变电站，根据输送功率的情况，第一期一般情况下配置两台主变压器；如果只有一路进线电源的情况下，终端变电站以及分支变电站一般考虑配置一台主变压器；另外，经过技术方案和经济方案的比较，在合理的情况下，330kV变电站和550kV变电站可装设三至四台主变压器。
（2）现在设计的110kV变电站如果配置的变压器在两台及以上，当其中一台因故障退出运行后，剩下的变压器应能够承担起本变电站所有负荷60%以上，并能够确保一级负荷和全部二级负荷的供电。
（3）在主变压器运输条件不受限制的情况下，对于330kV及以下电压等级的变电站应采用三相变压器。
（4）变电站主变压器在以下情况下优先考虑三绕组变压器，其一是各个电压等级绕组的传输功率大于等于主变压器额定容量的15%，其二是主变压器低压侧虽然不带负荷，但是要求配置无功补偿装置。
（5）在110kV及以上电压等级的变电站设计中，当主变压器与110kV及以上电压等级的中性点直接接地系统连接时，一般情况下，选用自耦变压器。为了避免在一定的运行方式下限制自耦变压器输出功率，应计算变电站主变压器各侧无功功率的分布情况，再进一步核算自耦变压器公共绕组的容量是否能够满足要求。
（6）500kV变电站的主变压器的短路阻抗，应根据电网情况、断路器断流能力以及变压器结构选定。500kV变电站可选用自耦强迫油循环风冷式变压器。
（7）为简化电压等级和避免重复容量，对于建设在负荷中心或者靠近用户的变电站，可采用双绕组变压器。
2.主变台数的确定
变电站主变压器台数选择需要考虑几个因素，包括用户的负荷特性曲线、变电站站用负荷以及变电站出线等各种因素来综合考虑。一般来说，规划第一期变电站时优先选用两台容量满足各种情况的主变压器。考虑两台大容量的变压器因为其中一台主变停电检修或者故障的时候，另一台可以承担起对重要负荷的供电，确保供电的可靠性；随着未来负荷的增加，根据需要可以再扩建另外一台变压器。
3.主变压器容量的确定
一般情况下，110kV变电站第一期建设时，按五至十年的负荷发展规划，而且应当考虑中远期十至二十年的负荷发展情况。
如果变电站规划在城市郊区，那么变电站的容量应该充分考虑城市郊区的规划情况，主要要了解清楚变电站周围未来负荷的分布情况。像这类郊区变电站一般情况下选择大容量的变压器来满足未来负荷的发展需要，因为城市郊区一般发展速度都非常快。
根据以下原则及公式计算变压器容量：
（1）变电站规划设计有两台及以上的主变压器时，其中一台因为各种原因停运时，本变电站60%以上的负荷应能够由剩下的变压器承担，即SB=S∑×60%；
（2）变电站设计有两台及以上的主变压器时，其中一台因为检修或者故障停电时，剩下的变压器的容量应能满足本变电站一级和二级负荷的供电需要。
选择（1）（2）计算结果的大者作为变压器容量最少值。
4．变压器绕组与调压方式的选择
4.1绕组连接方式
由《电力工程电气设计手册（电气一次部分）》以及相关规程规范指出：变电站的主变压器要并列运行需满足变压器绕组的接线方式要和电力系统的连接方式一致；目前，我国电力系统中的变压器绕组接线方式有两种，分别是Y和△型；首先，在我国110kV及以上电压等级规定为大电流接地系统，则110kV侧就必须要接地，一般来说，变压器接地都是由Y型接线的中性点引出，因此，主变压器110kV侧的接线方式为YN型；其次，相关规程规范和教科书指出：变压器形成磁通回路时会产生三次谐波，为确保三次谐波有通路，则变压器有一侧必须是△型接线，这样变压器二次侧就限定为△型。
4.2调压方式的确定
变压器的工作原理是一次侧电压U1除以二次侧电压U2等于一次侧变比N1除以二次侧变比N2。那么要改变一次侧或者二次侧的电压就需要改变一次侧变比N1或者二次侧变比N2。其中有两种调节方式，一种是无励磁调压，就是不带电的调节方式，这种调压范围一般在±5%以内；另一种是带负荷调压，这种方式调压范围可达到±30%。对于110kV及以下的变压器，应考虑至少有一级电压的变压器采用有载调压。因此，110kV变电站的主变压器采用有载调压方式。
5.变压器相数的选择
以现有技术手段和制造业水平，制造330kV及以下电压等级的三相变压器是没有问题的；在没有特殊原因的情况下，110kV变电站的主变压器应采用三相变压器。
二、电气主接线
电气主接线是组成电力系统的核心部分，同时也是变电站设计的首要部分。电气主接线主要是根据本变电站的功能要求，通过电气连接线把电气设备按照一定的连接方式组成受电和配电的电路。变电站的主接线承担起传输大功率的高压网络，一般称之为一次电气主接线。
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一般来说，110kV变电站有两三种电压，因此，在设计变电站时就要考虑各自电压等级的出线数量及母线的排布情况；通过计算各种情况下的短路电流和相应电气设备的短路耐受电流进行比较，再决定是否需要采取相应的限制短路电流的措施。做设计时先做几个变压器和三个电压等级连接的方案，然后进行方案对比，并进行技术经济比较，最后确定最优方案。
1.对电气主接线的基本要求
1.1主接线的设计原则
（1）考虑变电站在电力系统中的地位和作用
（2）考虑近期和远期的发展规模
（3）考虑负荷的重要性和分级和出线回数多少对主接线的影响
（4）考虑主变台数对主接线的影响
（5）考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响
1.2110kV侧主接线
假设本变电站的110kV侧变电站有两条进线，下面列举三种方案进行比较分析：
方案一:采用单母线接线
由能源部西北电力设计院编写的《电力工程电气设计手册（电气一次部分）》指出：110kV至220kV配电装置的出线回路数不超过两回，适合选择采用单母线接线。本变电站110kV侧有两路电源进线，因此可以选用单母线接线。
这个方案的优点是：由于设备少且接线简单，所以工程投资小，投运时不仅操作方便，而且维护少、利于后期的扩建。
这个方案的缺点是：当变压器110kV侧的断路器和隔离开关故障或者检修时，由于变压器所带的负荷不能够转移，因此，所有的进线回路都要停电，停电期间导致重大经济损失。另外，当出线侧的隔离开关和断路器要检修或者短路时，出线侧的负荷也要全部停电。
方案二：采用单母线分段带旁路接线
为了克服单母线的上述缺点，采用单母线分段带旁路接线，也就是在单母线分段的基础上加装了旁路母线；当断路器和隔离开关经过长期运行以后，就需要进行检修，因为加装了旁路母线，就不必中断供电；这种接线方式提高了供电可靠性。
方案三：双母线接线
这个方案的优点是：当其中任意一组母线需要检修或者故障时，不需要停电或者停电后能快速恢复供电；对于变电站后期的扩建方便，在双母线左右两侧都可以实施，且不用停电，不影响负荷分配。另外，双母线接线可以通过对刀闸的操作，实现各种调度。
这个方案的缺点是：双母线接线，在单母线接线的基础上多加一组母线后，每回出线都要增加一组母线隔离开关，导致投资大；另外，需要在隔离开关和断路器之间配置连锁装置，因为在任意一组母线故障、检修时，极易引起隔离开关误操作。
上述三种方案，方案一虽然投资最少但是可靠性、灵活性最差；方案二有旁路母线，当其中任意一组母线故障，可由另一段母线供电，且可将I、II类负荷的双回电源线分配到不同的分段母线上。另外，在检修断路器时不中断对用户供电，保证供电可靠性。方案三虽然供电可靠性高，但是投资大、设备多、倒闸操作麻烦。
综合比较,变电站的110kV侧主接线应采用方案二。
三、结束语
综上所述，本文针对110kV的主变压器选择以及110kV侧主接线选择进行了探讨，通过各种设计方案技术经济对比，科学的选择电气主接线与变压器等，进一步完善110kV变电站的设计。
参考文献：
[1]刘振亚.国家电网公司输变电工程典型设计（110kV变电站分册）．中国电力出版社，2014．
[2]弋东方主编．电力工程电气设计手册(电气一次部分)．北京：中国电力出版社，1999．
[3]饶莹．郭炜．徐鑫乾．110/20kV变电站电气一次部分设计．电力设备，2016．