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摘要：本文从主接线的设计原则及变电所在电力系统中的地位和作用，供电可靠性、主变台数、运行检修灵活性、经济性及近、远期规模可扩展性及经济性等方面，并结合通用设计及标准备化、全寿命周期等论述了智能化变电站电气主接线的形式。同时结合郑州某智能变电站建设，优化设备配置，用电子式组合互感器代替常规互感器，优化主进间隔快速接地为普通接地，优化避雷器配置，取消母线设备间隔，优化线路变压器组间隔内隔离开关，取消110kV变压器侧隔离开关。
关键词：智能变电站主接线优化
中图分类号： TM63文献标识码： A 文章编号：
1前言
电气主接线是电力系统构成的重要环节，规划和设计的合理与否直接影响到电网供电可靠性和电网运行方式的灵活性。所以，主接线也是变电所电气设计时首要考虑的问题，其方案的拟定对整个变电站设计起着至关重要的作用，其形式与电力系统整体及变电所的运行可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择、配电装置的布置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。所以，电气主接线设计是一个综合性问题，应根据电力系统发展要求，着重分析变电站在系统中所处的地位、性质、规模及电气设备特点等，做出符合实际需要的经济合理的电气主接线。
2电气主接线设计原则
2.1变电所在电力系统中的地位和作用
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。电力系统中的变电所根据其所在电力系统中的地位和作用分为枢纽变电所、地区变电所、一般变电所三种类型。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也不同。
2.2近期和远期的发展规模对电气主接线的影响
变电所电气主接线是指高压电气设备通过连线组成的接受或者分配电能的电路。变电所电气主接线的设计，应根据5~10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数和出线回路数。
2.3负荷重要性对电源的要求
负荷根据其重要性可分为一级负荷、二级负荷和三级负荷，每个级别根据其重要性对电源的要求不同。对一级负荷，必须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；对二级负荷，一般要有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，应保证大部分二级负荷供电；三级负荷一般只需要一个电源供电。负荷的重要性不同对电气主接线的形式要求也不同。
2.4系统对电气主接线的影响
设计主接线时，首要考虑初期及最终变电所接入系统的方式，系统推荐的初期和最终主接线方案。
变电所电气主接线的设计，应根据5～10 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数和出线回数。
2.5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、灵活性的要求也不同。
2.6系统备用容量对电气主接线的影响
系统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。装有两台及以上主变压器的变电所，其中一台事故断开，其余主变压器的容量应保证该所的70%的全部负荷。
3电气主接线设计的基本要求
3.1供电可靠性
供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，主接线能可靠的工作，以保证对用户不间断供电。评价电气主接线可靠性的标志：一是断路器检修时，不宜影响对系统的供电；二是线路或母线发生故障时应尽量减少线路的停运回路数和主变的停运台数，尽量保证对重要用户的供电；三是尽量避免变电站全部停运的可能性。
3.2调度运行、检修灵活性
调度运行中应可以灵活的投入和切除变压器和线路，满足系统在事故、检修以及特殊运行方式下的系统调度运行要求，实现变电站的无人值班；检修时，可以方便的停运断路器、母线和继电保护设备，进行安全检修，而不致影响电力网的运行和对用户的供电。
3.3适应性和可扩展性
能适应一定时期内没有预计到的负荷水平的变化，满足供电需求。扩建时，可以适应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，投入变压器或线路而不互相干扰，并且使一次、二次部分的改建工作量最少。
3.4经济性
主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下，要求做到经济合理。
一是投资省。即變电站的建筑工程费、设备购置费、安装工程费和其他费用应节省，采用不同的接线方式，其投资具有明显的不同。
二是占地面积小。主接线设计要为配电装置创造条件，采用不同的接线方式，配电装置占地面积有很大的区别。
三是能量损失小。
3.5坚强电网和智能电网对主接线的要求
建设坚强电网既是国网公司的目标，也是社会生产、生活的实际需要。从这一方面，也要求主接线具有可靠性和灵活性。
智能电网理念的推出，必将对变电站的设计产生深远影响。变电站无人化、智能化是现代电网发展的必然趋势，电气主接线将为这一技术的全面实施创造更为有利的条件。
3.6设计标准化对主接线的要求
随着电网管理的精益化及标准化的深入，“两型一化”、“三通一标”这些管理层次的要求也将对变电站的设计产生很大影响。
这些也影响到变电所电气主接线的设计。根据通用设计及标准化的要求，同类型变电站采用相同类型的电气主接线。实现电气主接线的规范化、标准化，将有利于系统运行管理和设备检修。
3.7全寿命周期设计理念对电气主接线的要求
电气主接线应按照变电站全寿命周期管理中可靠性、安全性、易维护性、可扩展性、节约环保性、全寿命周期成本最优设计的要求，并综合考虑供电可靠、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过渡或扩建等要求确定。
电气主接线设计应综合考虑一次部分和相应组成的二次部分在运行中的可靠性，并尽量采用可靠性高的电气设备，以实现可靠性和安全性设计。电气主接线的设计应根据易维护性设计要求，保证在检修时，可以方便地停运断路器、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供电。电气主接线的设计应根据可扩展性设计要求，确保变电站扩建时，可以容易地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，投入变压器或线路而互不干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。电气主接线在满足初期运行及过渡扩建过程中变电站的可靠性、安全性、灵活性及经济性要求前提下，应力求简单，以节省一次设备和二次设备，同时减少占地面积，以实现节约环保性设计要求。在保证安全可靠性的前提下，应合理简化变电站初期主接线，减少设备元件数量，降低工程初期投资，在资金净现值的视角下实现全寿命周期成本最优。简化接线不应降低自身及所在系统的运行可靠性和安全性。在布置上应考虑过渡到最终接线方便，以满足易维护性要求。
4 110千伏变电站主接线的基本形式
随着电力系统的发展、调度自动化水平的提高及新设备新技术的广泛应用，变电所电气主接线形式亦有了很大变化。在当今的技术环境中，随着新技术、高质量电气产品广泛应用，在某些条件下采用简单主接线方式比复杂主接线方式更可靠、更安全，变电所主接线日趋简化。目前110kV变电站常用的主接线形式有：单母线、单母线分段、单母线分段带旁路、内桥形接线、外桥形接线及线路变压器组接线及桥加线变组接线、双母线接线等。这几年随着负荷增幅较大，110kV变电站终期主变台数从以两台为主发展到以三台为主。针对三台主变，主接线又在上述所列基本接线形式上扩大或组合而衍生出来几种新的接线形式如：桥加线变组、扩大内桥、扩大外桥、单母线开关分段接线。
5 智能变电所主接线方案优化
郑州某110千伏智能变电所建设规模为终期进线 3回，最终规模为3×63MVA变压器，电压等级110/10千伏。当变电所有三台主变三回出线时，从接线形式上看，远景主接线可以采用线变组、桥加线变组、扩大桥接线。
5.1 110千伏电气主接线
110千伏最终3回出线，采用桥加线变组接线。第三回线的接线形式为线路变压器组接线，根据《电力工程电气设计手册》电气一次部分规定线路变压器组接线形式中主变高压侧不设隔离开关，因此取消主变高压侧隔离开关。为检修方便，保留原可研设计中接地开关。该接地开关在系统正常运行时断开，故障检修时闭合以做检修时接地线使用。
优化：110kV侧采用全电缆进线，主变进线侧采用套管。根据设计手册，雷电过电压保护章节配电装置的侵入雷电波保护措施取消变压器各侧避雷器。
该变电所为全户内变电站，110千伏、10千伏进线为全电缆进线。变电所可装设避雷器作为雷电侵入波保护。避雷器的装设组数及配置地点，取决于雷电侵入波在各个电气设备产生的过电压水平。本所由生产综合楼顶端设置的水平避雷带来完成全站防直击雷保护，可保证变电所不受直接雷击影响。
该变电所本期110千伏出线2回，最终110千伏出线3回，对于110千伏电压等级，可能产生的操作过电压一般均低于其可能承受的雷电过电压，装设避雷器保护的雷电过电压值即避雷器的冲击残压。即110千伏设备绝缘水平主要由雷电过电压决定（避雷器的冲击残压），对操作过电压已经有很好的保护作用，不需再采取专门措施限制操作过电压。
经以上分析，该变电所110千伏主接线进行优化，其进线侧及母线均不再装设避雷器。将110kV主进间隔快速接地开关优化为普通接地开关。
5.2 10千伏电气主接线
10千伏最终36回出线，采用单母线四分段接线；本期24回出线，采用单母线三分段接线。
5.3各级电压中性点接地方式
110千伏为中性点直接接地系统，主变压器中性点可根据运行要求采用直接接地或不接地运行。主变压器110kV侧中性点采用避雷器加放电间隙保护，经隔离开关接地。
5.4互感器二次線圈的优化
本站变压器保护采用主保护、后备保护分开配置，变压器高低压侧过程层采用单套合并单元智能终端一体化设备，因此，变压器高低压侧的电子式电流互感器仅需输出两路信号，一路信号送至差动保护装置、后备保护测控一体化装置，一路信号送至计量表计。
110千伏采用电子式电流电压互感器，电流电压信号经电子式电流电压互感器采集后，由合并器及智能终端一体化装置对传输过来的数据进行解码，并组帧发送给110千伏线路保护测控装置及计量表计，测量电压还需上送至110千伏母线测控装置，测量110千伏母线电压。
6 结语
变电所的主接线形式和接入系统方式的确定是项综合性、科学性很强的工作，是关系到整个电力网架结构是否合理、有效的两个关键性因素。因此，一定要经过充分论证，通盘考虑。在此基础上，充分考虑变电站的全寿命周期成本最优，尽量简化接线，合理布局，以提高系统的供电可靠性，达到安全、可靠、经济运行的目的。
参考文献：
［1］GB50059-1992 《35kV～110kV变电所设计规范》
［2］DL/T5103 《35kV～110kV无人值班变电所设计规范》
［3］Q/GDW393-2009 《110(66)kV～220kV智能变电站设计规范》
作者简介：
李玉红（1978-），女，工程师，电气工程及其自动化本科，主要从事变电管理工作。
关键词：智能变电站主接线优化
中图分类号： TM63文献标识码： A 文章编号：
1前言
电气主接线是电力系统构成的重要环节，规划和设计的合理与否直接影响到电网供电可靠性和电网运行方式的灵活性。所以，主接线也是变电所电气设计时首要考虑的问题，其方案的拟定对整个变电站设计起着至关重要的作用，其形式与电力系统整体及变电所的运行可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择、配电装置的布置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。所以，电气主接线设计是一个综合性问题，应根据电力系统发展要求，着重分析变电站在系统中所处的地位、性质、规模及电气设备特点等，做出符合实际需要的经济合理的电气主接线。
2电气主接线设计原则
2.1变电所在电力系统中的地位和作用
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。电力系统中的变电所根据其所在电力系统中的地位和作用分为枢纽变电所、地区变电所、一般变电所三种类型。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也不同。
2.2近期和远期的发展规模对电气主接线的影响
变电所电气主接线是指高压电气设备通过连线组成的接受或者分配电能的电路。变电所电气主接线的设计，应根据5~10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数和出线回路数。
2.3负荷重要性对电源的要求
负荷根据其重要性可分为一级负荷、二级负荷和三级负荷，每个级别根据其重要性对电源的要求不同。对一级负荷，必须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；对二级负荷，一般要有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，应保证大部分二级负荷供电；三级负荷一般只需要一个电源供电。负荷的重要性不同对电气主接线的形式要求也不同。
2.4系统对电气主接线的影响
设计主接线时，首要考虑初期及最终变电所接入系统的方式，系统推荐的初期和最终主接线方案。
变电所电气主接线的设计，应根据5～10 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数和出线回数。
2.5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、灵活性的要求也不同。
2.6系统备用容量对电气主接线的影响
系统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。装有两台及以上主变压器的变电所，其中一台事故断开，其余主变压器的容量应保证该所的70%的全部负荷。
3电气主接线设计的基本要求
3.1供电可靠性
供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，主接线能可靠的工作，以保证对用户不间断供电。评价电气主接线可靠性的标志：一是断路器检修时，不宜影响对系统的供电；二是线路或母线发生故障时应尽量减少线路的停运回路数和主变的停运台数，尽量保证对重要用户的供电；三是尽量避免变电站全部停运的可能性。
3.2调度运行、检修灵活性
调度运行中应可以灵活的投入和切除变压器和线路，满足系统在事故、检修以及特殊运行方式下的系统调度运行要求，实现变电站的无人值班；检修时，可以方便的停运断路器、母线和继电保护设备，进行安全检修，而不致影响电力网的运行和对用户的供电。
3.3适应性和可扩展性
能适应一定时期内没有预计到的负荷水平的变化，满足供电需求。扩建时，可以适应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，投入变压器或线路而不互相干扰，并且使一次、二次部分的改建工作量最少。
3.4经济性
主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下，要求做到经济合理。
一是投资省。即變电站的建筑工程费、设备购置费、安装工程费和其他费用应节省，采用不同的接线方式，其投资具有明显的不同。
二是占地面积小。主接线设计要为配电装置创造条件，采用不同的接线方式，配电装置占地面积有很大的区别。
三是能量损失小。
3.5坚强电网和智能电网对主接线的要求
建设坚强电网既是国网公司的目标，也是社会生产、生活的实际需要。从这一方面，也要求主接线具有可靠性和灵活性。
智能电网理念的推出，必将对变电站的设计产生深远影响。变电站无人化、智能化是现代电网发展的必然趋势，电气主接线将为这一技术的全面实施创造更为有利的条件。
3.6设计标准化对主接线的要求
随着电网管理的精益化及标准化的深入，“两型一化”、“三通一标”这些管理层次的要求也将对变电站的设计产生很大影响。
这些也影响到变电所电气主接线的设计。根据通用设计及标准化的要求，同类型变电站采用相同类型的电气主接线。实现电气主接线的规范化、标准化，将有利于系统运行管理和设备检修。
3.7全寿命周期设计理念对电气主接线的要求
电气主接线应按照变电站全寿命周期管理中可靠性、安全性、易维护性、可扩展性、节约环保性、全寿命周期成本最优设计的要求，并综合考虑供电可靠、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过渡或扩建等要求确定。
电气主接线设计应综合考虑一次部分和相应组成的二次部分在运行中的可靠性，并尽量采用可靠性高的电气设备，以实现可靠性和安全性设计。电气主接线的设计应根据易维护性设计要求，保证在检修时，可以方便地停运断路器、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供电。电气主接线的设计应根据可扩展性设计要求，确保变电站扩建时，可以容易地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，投入变压器或线路而互不干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。电气主接线在满足初期运行及过渡扩建过程中变电站的可靠性、安全性、灵活性及经济性要求前提下，应力求简单，以节省一次设备和二次设备，同时减少占地面积，以实现节约环保性设计要求。在保证安全可靠性的前提下，应合理简化变电站初期主接线，减少设备元件数量，降低工程初期投资，在资金净现值的视角下实现全寿命周期成本最优。简化接线不应降低自身及所在系统的运行可靠性和安全性。在布置上应考虑过渡到最终接线方便，以满足易维护性要求。
4 110千伏变电站主接线的基本形式
随着电力系统的发展、调度自动化水平的提高及新设备新技术的广泛应用，变电所电气主接线形式亦有了很大变化。在当今的技术环境中，随着新技术、高质量电气产品广泛应用，在某些条件下采用简单主接线方式比复杂主接线方式更可靠、更安全，变电所主接线日趋简化。目前110kV变电站常用的主接线形式有：单母线、单母线分段、单母线分段带旁路、内桥形接线、外桥形接线及线路变压器组接线及桥加线变组接线、双母线接线等。这几年随着负荷增幅较大，110kV变电站终期主变台数从以两台为主发展到以三台为主。针对三台主变，主接线又在上述所列基本接线形式上扩大或组合而衍生出来几种新的接线形式如：桥加线变组、扩大内桥、扩大外桥、单母线开关分段接线。
5 智能变电所主接线方案优化
郑州某110千伏智能变电所建设规模为终期进线 3回，最终规模为3×63MVA变压器，电压等级110/10千伏。当变电所有三台主变三回出线时，从接线形式上看，远景主接线可以采用线变组、桥加线变组、扩大桥接线。
5.1 110千伏电气主接线
110千伏最终3回出线，采用桥加线变组接线。第三回线的接线形式为线路变压器组接线，根据《电力工程电气设计手册》电气一次部分规定线路变压器组接线形式中主变高压侧不设隔离开关，因此取消主变高压侧隔离开关。为检修方便，保留原可研设计中接地开关。该接地开关在系统正常运行时断开，故障检修时闭合以做检修时接地线使用。
优化：110kV侧采用全电缆进线，主变进线侧采用套管。根据设计手册，雷电过电压保护章节配电装置的侵入雷电波保护措施取消变压器各侧避雷器。
该变电所为全户内变电站，110千伏、10千伏进线为全电缆进线。变电所可装设避雷器作为雷电侵入波保护。避雷器的装设组数及配置地点，取决于雷电侵入波在各个电气设备产生的过电压水平。本所由生产综合楼顶端设置的水平避雷带来完成全站防直击雷保护，可保证变电所不受直接雷击影响。
该变电所本期110千伏出线2回，最终110千伏出线3回，对于110千伏电压等级，可能产生的操作过电压一般均低于其可能承受的雷电过电压，装设避雷器保护的雷电过电压值即避雷器的冲击残压。即110千伏设备绝缘水平主要由雷电过电压决定（避雷器的冲击残压），对操作过电压已经有很好的保护作用，不需再采取专门措施限制操作过电压。
经以上分析，该变电所110千伏主接线进行优化，其进线侧及母线均不再装设避雷器。将110kV主进间隔快速接地开关优化为普通接地开关。
5.2 10千伏电气主接线
10千伏最终36回出线，采用单母线四分段接线；本期24回出线，采用单母线三分段接线。
5.3各级电压中性点接地方式
110千伏为中性点直接接地系统，主变压器中性点可根据运行要求采用直接接地或不接地运行。主变压器110kV侧中性点采用避雷器加放电间隙保护，经隔离开关接地。
5.4互感器二次線圈的优化
本站变压器保护采用主保护、后备保护分开配置，变压器高低压侧过程层采用单套合并单元智能终端一体化设备，因此，变压器高低压侧的电子式电流互感器仅需输出两路信号，一路信号送至差动保护装置、后备保护测控一体化装置，一路信号送至计量表计。
110千伏采用电子式电流电压互感器，电流电压信号经电子式电流电压互感器采集后，由合并器及智能终端一体化装置对传输过来的数据进行解码，并组帧发送给110千伏线路保护测控装置及计量表计，测量电压还需上送至110千伏母线测控装置，测量110千伏母线电压。
6 结语
变电所的主接线形式和接入系统方式的确定是项综合性、科学性很强的工作，是关系到整个电力网架结构是否合理、有效的两个关键性因素。因此，一定要经过充分论证，通盘考虑。在此基础上，充分考虑变电站的全寿命周期成本最优，尽量简化接线，合理布局，以提高系统的供电可靠性，达到安全、可靠、经济运行的目的。
参考文献：
［1］GB50059-1992 《35kV～110kV变电所设计规范》
［2］DL/T5103 《35kV～110kV无人值班变电所设计规范》
［3］Q/GDW393-2009 《110(66)kV～220kV智能变电站设计规范》
作者简介：
李玉红（1978-），女，工程师，电气工程及其自动化本科，主要从事变电管理工作。