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[摘要] 随着城市的电力网的发展与大规模的建设，变电站是城网建设的一个重要指标，变电站主接线、平面布置、主变参数、无功补偿、中性点接地方式、火灾报警、交直流系统等方面，，对110KV变电站设计作一些技术探讨与应用。
[关键词] 变电站；设计；技术；应用
Abstract: Along with the city electric power network development and large-scale construction, city net construction of substation is an important indicator, the substation main wiring, plane layout, main parameters, reactive power compensation, neutral point grounding of DC system, fire alarm, etc., of 110KV substation design, makes some discussion and application
Key Words: substation; design; technology; application
中图分类号：[F213.2]文献标识码：A文章编号：
一、电网结线
城网由送电线路、高压配电线路、中压配电线路以及联络各级电压线路的变、配电站组成。电网结线的要点如下：
(1)各级电压电网结线应标准化；
(2)高压配电网结线力求简化；
(3)下一级电网应能支持上一级电网。
按国家标准，电网的标称电压为送电电压220kV，高压配电电压l10(63，35)kV，中压配电电压10 kV，低压配电电压380／220V。根据采用架空线或电缆及变电站中变压器的容量和台数，选择结线。变电站结线要尽量简化，采用架空线路时，以两回路为宜，采用电缆线路时可为多回路。不论采用架空线还是电缆，当线路上T接或环入3个及以上变电站时，线路宜在两侧有电源，但正常运行时两侧电源不并列。高压配电变电站中压出线开关停用时，应能通过中压电网转移负荷，对用户不停电；高压配电变电站之间的中压电网应有足够的联络容量，正常时开环运行，异常时能转移负荷；严格控制专用线和不带负荷的联络线，以节约走廊和提高设备利用率。
二、主变参数
(一)主变台数和容量
变电站配置2台或以上变压器，当一台故障停运时，其负荷自动转移至正常运行的变压器，此时变压器的负荷不应超过其短时容许的过载容量，以后再通过电网操作将变压器的过载部分转移至中压电网。符合这种要求的变压器运行率可用下式计算：
T={K X P(N—1)，N×P)X 100％
式中：T=变压器运行率；
K：变压器短时的容许过载率；
N：变压器台数；
P=单台变压器额定容量。
其中变压器短时允许的过载率应根据制造厂提供的数据，参照该变压器预计的全年实际负荷曲线，以过载而不影响变压器的寿命为原则来确定，一般可取过载率为1_3，过载时间为2h，计算结果为：当N=2时，T=65％；N=3时，T=87％(近似值)。
长期以来市区变电站一般设置2台主变压器，随着城区负荷密度的增加，出现3台主变设计方式。变电站主变台数应根据供电区域负荷密度而定，市区内110kV供電半径宜取2km，供电范围为4 km ，当负荷密度为20 MW／km 及以上时，3台主变设计方式是合理的，此时主变利用率为86％，大大减少了变电站布点。
(二)短路阻抗值
根据《城市电力网规划设计导则》，各级电网的规划短路容量为：
110kV 20kA
10 kV16 kA
变压器阻抗值的选择，与系统短路容量、变压器额定容量密切相关。据统计，目前1 10 kV电网短路容量距20kA尚有一定的距离，但随着1 10kV主变容量的不断增大，i0kV短路容量已经接近甚至超过了16 kA，因此高阻抗变压器开始得到应用。
(三)分接头选择
主变分接头应根据电网电压水平选择，根据《电力系统电压质量和无功电力管理规定》，I 10kV电源最高电压取110(1+7％)kV，最低电压取110(1～3％)kV，10kV母线电压合格范围为10～1017kV。负荷高峰时lOkV母线上投入无功补偿。为保证10kV母线电压在合格范围内，应采用有载调压变压器。经计算变压器分接范围选择1 10±8×1．25％／10．5kV能满足调压要求。
(四)变压器结线
10kV环网供电后，相位应保持一致，因此变压器结线应保持一致。目前1 10／lOkV变压器大部分采用Y，△结线，有载调压开关装在高压侧。
三、变电站主接线
(一)10 kV主接线
随着电网结构的改善，变电所主接线有逐渐简化的趋势，普遍采用桥型接线。相比其他主接线，桥型接线简单，投资节约，运行操作方便，适合于无人值班，在10kV网络较为完善，主变容量能满足需求时应尽量采用。1 lOkV进线侧可装设单相电压互感器，线路隔离开关的带电闭锁采用其余两相“高压带电显示闭锁装置”。当变电所距电源侧较近，经技术经济比较合理时，可不设断路器，主变故障时直接跳出原侧开关。随着变电所3台主变的出现，1lOkV主接线出现了扩大桥模式。扩大桥接线的好处是每一变电所只需两回进线，适用于输电线路比较紧张的情况，(尤其适用于市区110kV变电站)，因此3台主变应尽量采用扩大桥接线。
(二)10 kV主接线
每台主变带8～1O回出线，采用单母线分段接线。当采用手车柜(中置柜)时，应不设旁路母线。但手车柜(中置柜)对于金加工工艺要求较高，应注意选用质量较好的设备。
四、10 kV中性点运行方式
我国10kV配电网大部分采用中性点不接地方式，它的最大优点是发生单相接地故障时并不中断向用户供电。随着配电网的扩大，电缆线路的增多，电网对地电容电流大幅度上升，直接威胁着电力系统的安全运行。根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》，电容电流超过IOA时中性点应改为消弧线圈接地。消弧线圈的调节采用微机自动跟踪补偿装置。为节省占地面积及减少开关框数量，采用变电站的站用电兼消弧线圈装置。
五、过电压保护
根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》，变电站应设有防止直击雷、反击和雷电波侵入的过电压保护措施。半户内变电站(变压器布置于室外)采用设独立避雷针对变电站进行保护，全户内变电站(变压器布置于室内)在离变压器主接地线小于15m的配电装置，当土壤电阻率大于350Q·m时，不允许屋顶装设避雷针、避雷带，如不大于35012·m时，屋顶装设避雷针、避雷带则应增加站区占地面积，采用110kV高压电缆进变压器室，并采用相应的防止反击措施。因此，在寸土寸金的市区，增加站区占地面积和110 kV配电电装置进出线全部采用1 lOkV高压电缆，此方案会比全户内变电站(变压器布置于室内)采用设独立避雷针对变电站进行保护大大增加投资。1 10kV进线
无电缆段的GIS变电站，在GIS管道与架空线路的连接处，应装设金属氧化物避雷器(FMO1)，其接地端与管道金属外壳连接。1 10 kV进线有电缆段的GIS变电站，在电缆段与架空线路的连接处应装设金属氧化物避雷器(FMO1)，其接地端与电缆金属外皮连接。对三芯电缆，末端金属外皮应与GIS管道外壳连接接地；对单芯电缆，应经金属氧化物电缆护层保护器接地(FC)。
六、接地
变电站接地方式以水平接地体为主，辅以垂直接地极，主接地网采用一50×5镀锌扁钢，变电站主接地网的接地电阻应不大于0．5欧姆。考虑到微机保护监控系统对接地要求较高，二次设备室及10kV二次电缆沟接地采用50×5铜排。1 10kVGIS配电室也需采用铜排接地，GIS配电室布置于室内楼板时，其座下的钢筋混凝土地板中的钢筋应焊接成网，并和环形接地母线相连接，接地线与GIS接地母线应采用螺栓连接方式。
七、保护监控
无人值班变电站设计与常规变电所最大的不同点在于二次监控设备必须满足现场无人值班要求，而监控方式通常有两种模式：
(1)采用综合自动化系统；
(2)采用常规二次保护加RTU。
应该说，两者都能满足无人值班的要求，后者结构简单、造价低廉，但采用综合自动系统技术上更先进，集成化程度更高，更易于做成面向对象的层次结构，从技术上讲是发展方向。随着计算机技术、自动控制技术的不断完善和成熟，综合自动化设备性能日趋稳定，价格逐渐下调，应作为新建变电所的首选系统，而后者可以作为老变电所改造用。采用综合自动化，就应该采用分布式结构(10kV保护装置安装在开关柜上)，以充分发挥其功能，减少二次电缆，降低价格，但分布式保护装置应解决配电装置室的散热通风及电磁干扰问题。另外，为了运行维护方便，变电站遥测、遥信、遥控量和当地显示量应按《无人值班变电所设计规程》进行设置，加以统一化、标准化。
八、结论
(1)变电站主接线应力求简化，宜优先采用桥式或扩大桥接线。
(2)城市变电站宜设置2台主变，当负荷密度为20MW／km2及以上时可设置3台主变。
(3)为保证10 kV母线电压在合格范围内，应采用有载调压变压器。
(4)变电站无功补偿宜取主变容量的1／4-----1／6。
(5)变电站优先采用全户内布置。
(6)110 kV应尽量采用屋内GIS结构。
(7)10 kV系统应采用消弧线圈接地，消弧线圈的调节采用微机自动跟踪补偿装置。
(8)新建变电站监控装置应优先采用综合自动系统，保护装置应采用分布式结构。
[关键词] 变电站；设计；技术；应用
Abstract: Along with the city electric power network development and large-scale construction, city net construction of substation is an important indicator, the substation main wiring, plane layout, main parameters, reactive power compensation, neutral point grounding of DC system, fire alarm, etc., of 110KV substation design, makes some discussion and application
Key Words: substation; design; technology; application
中图分类号：[F213.2]文献标识码：A文章编号：
一、电网结线
城网由送电线路、高压配电线路、中压配电线路以及联络各级电压线路的变、配电站组成。电网结线的要点如下：
(1)各级电压电网结线应标准化；
(2)高压配电网结线力求简化；
(3)下一级电网应能支持上一级电网。
按国家标准，电网的标称电压为送电电压220kV，高压配电电压l10(63，35)kV，中压配电电压10 kV，低压配电电压380／220V。根据采用架空线或电缆及变电站中变压器的容量和台数，选择结线。变电站结线要尽量简化，采用架空线路时，以两回路为宜，采用电缆线路时可为多回路。不论采用架空线还是电缆，当线路上T接或环入3个及以上变电站时，线路宜在两侧有电源，但正常运行时两侧电源不并列。高压配电变电站中压出线开关停用时，应能通过中压电网转移负荷，对用户不停电；高压配电变电站之间的中压电网应有足够的联络容量，正常时开环运行，异常时能转移负荷；严格控制专用线和不带负荷的联络线，以节约走廊和提高设备利用率。
二、主变参数
(一)主变台数和容量
变电站配置2台或以上变压器，当一台故障停运时，其负荷自动转移至正常运行的变压器，此时变压器的负荷不应超过其短时容许的过载容量，以后再通过电网操作将变压器的过载部分转移至中压电网。符合这种要求的变压器运行率可用下式计算：
T={K X P(N—1)，N×P)X 100％
式中：T=变压器运行率；
K：变压器短时的容许过载率；
N：变压器台数；
P=单台变压器额定容量。
其中变压器短时允许的过载率应根据制造厂提供的数据，参照该变压器预计的全年实际负荷曲线，以过载而不影响变压器的寿命为原则来确定，一般可取过载率为1_3，过载时间为2h，计算结果为：当N=2时，T=65％；N=3时，T=87％(近似值)。
长期以来市区变电站一般设置2台主变压器，随着城区负荷密度的增加，出现3台主变设计方式。变电站主变台数应根据供电区域负荷密度而定，市区内110kV供電半径宜取2km，供电范围为4 km ，当负荷密度为20 MW／km 及以上时，3台主变设计方式是合理的，此时主变利用率为86％，大大减少了变电站布点。
(二)短路阻抗值
根据《城市电力网规划设计导则》，各级电网的规划短路容量为：
110kV 20kA
10 kV16 kA
变压器阻抗值的选择，与系统短路容量、变压器额定容量密切相关。据统计，目前1 10 kV电网短路容量距20kA尚有一定的距离，但随着1 10kV主变容量的不断增大，i0kV短路容量已经接近甚至超过了16 kA，因此高阻抗变压器开始得到应用。
(三)分接头选择
主变分接头应根据电网电压水平选择，根据《电力系统电压质量和无功电力管理规定》，I 10kV电源最高电压取110(1+7％)kV，最低电压取110(1～3％)kV，10kV母线电压合格范围为10～1017kV。负荷高峰时lOkV母线上投入无功补偿。为保证10kV母线电压在合格范围内，应采用有载调压变压器。经计算变压器分接范围选择1 10±8×1．25％／10．5kV能满足调压要求。
(四)变压器结线
10kV环网供电后，相位应保持一致，因此变压器结线应保持一致。目前1 10／lOkV变压器大部分采用Y，△结线，有载调压开关装在高压侧。
三、变电站主接线
(一)10 kV主接线
随着电网结构的改善，变电所主接线有逐渐简化的趋势，普遍采用桥型接线。相比其他主接线，桥型接线简单，投资节约，运行操作方便，适合于无人值班，在10kV网络较为完善，主变容量能满足需求时应尽量采用。1 lOkV进线侧可装设单相电压互感器，线路隔离开关的带电闭锁采用其余两相“高压带电显示闭锁装置”。当变电所距电源侧较近，经技术经济比较合理时，可不设断路器，主变故障时直接跳出原侧开关。随着变电所3台主变的出现，1lOkV主接线出现了扩大桥模式。扩大桥接线的好处是每一变电所只需两回进线，适用于输电线路比较紧张的情况，(尤其适用于市区110kV变电站)，因此3台主变应尽量采用扩大桥接线。
(二)10 kV主接线
每台主变带8～1O回出线，采用单母线分段接线。当采用手车柜(中置柜)时，应不设旁路母线。但手车柜(中置柜)对于金加工工艺要求较高，应注意选用质量较好的设备。
四、10 kV中性点运行方式
我国10kV配电网大部分采用中性点不接地方式，它的最大优点是发生单相接地故障时并不中断向用户供电。随着配电网的扩大，电缆线路的增多，电网对地电容电流大幅度上升，直接威胁着电力系统的安全运行。根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》，电容电流超过IOA时中性点应改为消弧线圈接地。消弧线圈的调节采用微机自动跟踪补偿装置。为节省占地面积及减少开关框数量，采用变电站的站用电兼消弧线圈装置。
五、过电压保护
根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》，变电站应设有防止直击雷、反击和雷电波侵入的过电压保护措施。半户内变电站(变压器布置于室外)采用设独立避雷针对变电站进行保护，全户内变电站(变压器布置于室内)在离变压器主接地线小于15m的配电装置，当土壤电阻率大于350Q·m时，不允许屋顶装设避雷针、避雷带，如不大于35012·m时，屋顶装设避雷针、避雷带则应增加站区占地面积，采用110kV高压电缆进变压器室，并采用相应的防止反击措施。因此，在寸土寸金的市区，增加站区占地面积和110 kV配电电装置进出线全部采用1 lOkV高压电缆，此方案会比全户内变电站(变压器布置于室内)采用设独立避雷针对变电站进行保护大大增加投资。1 10kV进线
无电缆段的GIS变电站，在GIS管道与架空线路的连接处，应装设金属氧化物避雷器(FMO1)，其接地端与管道金属外壳连接。1 10 kV进线有电缆段的GIS变电站，在电缆段与架空线路的连接处应装设金属氧化物避雷器(FMO1)，其接地端与电缆金属外皮连接。对三芯电缆，末端金属外皮应与GIS管道外壳连接接地；对单芯电缆，应经金属氧化物电缆护层保护器接地(FC)。
六、接地
变电站接地方式以水平接地体为主，辅以垂直接地极，主接地网采用一50×5镀锌扁钢，变电站主接地网的接地电阻应不大于0．5欧姆。考虑到微机保护监控系统对接地要求较高，二次设备室及10kV二次电缆沟接地采用50×5铜排。1 10kVGIS配电室也需采用铜排接地，GIS配电室布置于室内楼板时，其座下的钢筋混凝土地板中的钢筋应焊接成网，并和环形接地母线相连接，接地线与GIS接地母线应采用螺栓连接方式。
七、保护监控
无人值班变电站设计与常规变电所最大的不同点在于二次监控设备必须满足现场无人值班要求，而监控方式通常有两种模式：
(1)采用综合自动化系统；
(2)采用常规二次保护加RTU。
应该说，两者都能满足无人值班的要求，后者结构简单、造价低廉，但采用综合自动系统技术上更先进，集成化程度更高，更易于做成面向对象的层次结构，从技术上讲是发展方向。随着计算机技术、自动控制技术的不断完善和成熟，综合自动化设备性能日趋稳定，价格逐渐下调，应作为新建变电所的首选系统，而后者可以作为老变电所改造用。采用综合自动化，就应该采用分布式结构(10kV保护装置安装在开关柜上)，以充分发挥其功能，减少二次电缆，降低价格，但分布式保护装置应解决配电装置室的散热通风及电磁干扰问题。另外，为了运行维护方便，变电站遥测、遥信、遥控量和当地显示量应按《无人值班变电所设计规程》进行设置，加以统一化、标准化。
八、结论
(1)变电站主接线应力求简化，宜优先采用桥式或扩大桥接线。
(2)城市变电站宜设置2台主变，当负荷密度为20MW／km2及以上时可设置3台主变。
(3)为保证10 kV母线电压在合格范围内，应采用有载调压变压器。
(4)变电站无功补偿宜取主变容量的1／4-----1／6。
(5)变电站优先采用全户内布置。
(6)110 kV应尽量采用屋内GIS结构。
(7)10 kV系统应采用消弧线圈接地，消弧线圈的调节采用微机自动跟踪补偿装置。
(8)新建变电站监控装置应优先采用综合自动系统，保护装置应采用分布式结构。