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摘要：变电站是电力系统的重要组成部分，直接影响电力系统的安全和经济运行。它是发电厂与用户之间的中间环节，起着交换和分配电能的作用。这要求变电站的局部设计经济合理，采用合理的电气主接线形式，并采用合适的电气设备的数量和质量。变电站布局和配电设备还必须符合国家标准。由于现代科学技术的发展，电网容量不断增加，电压等级提高，需要综合自动化水平。变电站设计问题变得越来越复杂。
关键词：变电站一次系统；电气主接线；设计
1变电站电气一次设计的重要性
由于变电站具有电力配置、电力转换等功能，所以，变电站在电力系统中是必不可少的。充分展现变电站的功能，可使得人们的用电需求得到满足。除此之外，随着我国城市化进程的不断加快，各行各业对电力的质量与稳定也提出了更新更高的要求。可见变电站电气一次设计的重要性。要想有效确保变电站运行的稳定安全，就必须严格把控变电站电气的一次设计，并科学合理的设计相关电气设备，促使变电站的功能能够发挥到最佳，从而降低安全隐患出现的可能性，进而推动我国社会经济的可持续发展。
2变电站短路电流的原因及危害
2.1影响变电站短路电流的原因
影响变电站短路的原因主要有三种。首先是设备的原因，设备的老化以及发电机、变压器等设备的配置不合格都会导致变电站出现短路现象。其次是因为自然原因，鸟兽、雷雨结冰等都会对变电站造成一定程度的破坏。最后还有可能是人为的因素导致的，即工作人员的不正确操作等状况。工作人员是变电器的灵魂，工作人员的操作行为不正确是非常致命的，因此工作人员要更加仔细，提高责任心，确保工作的万无一失。
2.2变电站短路电流带来的危害
首先，变电站短路可能会形成很高的温度，这样就容易损坏一整套设施。并且对周围的用电情况产生影响，会导致大范围内无法正常供电，各种设施都会出现瘫痪的状况。工业生产、服务业等无法正常的运转，居民生活用电也无法得到满足，甚至对国民经济造成一定程度的损失。距离变电器较近的人，其人身安全也会受到影响，造成无法挽回的后果。
3电气主接线设计的关键因素
本文通过选择220kV变电站并进行案例分析和设计，研究了变电站一次系统电气主接线的设计过程。为变电站的进一步详细设计提供依据，并为其他电压等级的变电站提供设计思路。
3.1电气主接线的设计原则
这种设计的基本要求首先是要保证电力的正常供应，满足工业、服务业以及居民生活用电的正常运转。其次要考虑经济因素，选择价格低廉且质优的方案。要设计出简单清晰明了、方便检修和维护的线路，还要保有扩建可能性的电气主接线。同时还要环保，不能污染环境。克服城市中人流量多、建筑物密集的困难，符合城市中的建筑规划设计。在山区及自然灾害多发区，要设计出可以满足在发生自然灾害时，能快速恢复，抗灾能力强，自动启动保护装置的变压器。以至于在供电系统大面积瘫痪时，可以快速维修，方便救灾工作和灾后重建的工作及时开展。
3.2主变压器选择
3.2.1主变压器形式选择
相数确定：在330kV及以下的电力系统中，通常使用三相变压器而不受运输条件的限制。绕组数确定：当三绕组变压器的每个绕组的通过容量达到变压器额定容量的15或更多时，使用三绕组变压器。否则，绕组没有被充分利用，并且使用两个双绕组变压器在经济上更合理。
3.2.2主变压器容量和台数确定
3.2.2.1变电所主变压器容量确定
（1）主变压器的容量一般应根据5-10年的计划负荷进行选择，并适当考虑10-30年的发展。根据城市规划，负荷性质，网格结构等综合考虑因素来确定其容量。
（2）当一个主变压器停止工作时，应考虑变压器超过两个的变电站。其余主变压器的容量满足70-80%的满负荷，并应满足I类和II类负载的供电。从以上两点来看，应满足主变压器的容量：
例：10kV侧的负荷为:Pmax=100MW，110kV侧出线负荷为:Pmax=20MW，功率因数为0.85；总的负荷为:Pmax=100+20=120MW；总的容量为:Smax=Pmax/cos?=120/0.85=141MVA；考虑到变压器本身的损耗容量，应该有5%的余量。这样变压器的容量为S=0.75xK0xSmax(1+5%)，其中K0为同时率，一般取0.9。所以S主=0.75x0.9x141x1.05=100MVA。因此，根据容量选择两个SSPSL-120000三相有载分接开关。其容量比为100/100/50额定电压(kV)高压220/121/10.5。
3.2.2.2主变调压方式选择
有两种类型的电压调节方法：无功率开关，称为非激励电压调节，调节范围通常仅为10%（±2×2.5%）。另一种是负载切换称为有载电压调节，调节范围高达30%。由于变电站的电压波动较大，因此选择有载电压调节方法以满足要求。
3.2.2.3连接组选择和中性点接地设计
变压器绕组的连接方式必须与系统电压的相位一致，否则不能并联运行。电源系统中使用的绕组用星形“Y”和三角形“D”连接。在变电站中，通常认为系统的同步并置以将诸如三次谐波的因素限制到电源。根据以上原则，主变一般是Y，D11常规接线。在63kV及以下的系统中，由于单相接地，接地电流很小，更适合使用不接地的工作模式。220kV、110kV接地设备有一个隔离开关，一个避雷器和一个保护间隙，避雷器的额定电压不低于变压器的最大工作相电压的避雷器保护可以选择，也可以使用条形间隙保护。
4电气主接线形式设计
4.1系统接线图
220kV侧通过双回路连接到系统，系统选择为无限。
110千伏侧4回出线；最大负荷为100MW；功率因数为0.85；最大负荷利用小时数5200H。
10千伏侧12回出线；最大负荷为20MW；功率因数为0.85；最大负荷利用小时数为5400H。
4.2变电所三种接线形式比较
（1）可靠性：可靠的电力供应是电力生产和分配的首要任务。停电不仅会给发电厂造成损失，还会给国民经济的各个部门造成更严重的损失，造成人身伤亡。经济损失和政治影响，如设备损坏，产品退役和城市生活混乱。
（2）灵活性及方便性：它要求主线布线灵活，操作简便，维护安全，扩展方便。
（3）经济性：在满足技术要求的前提下，经济合理，投资小，占地面积小，功率损耗小。
该站为220/110/10三级电压，两个主变压器均为120000kVA。110kV出线4回，10kV出线12回。在上述情况下，可以看出该站与系统紧密连接并具有更多的插座电路。在电网中居于较重要位置。因此，在保证一定供电可靠性的前提下，投资应尽可能小，年运行成本低，操作灵活。大修很方便，并且有一个小的主机连接形式。
方案一：220kV侧双母线，110kV侧双母线，10kV侧单母母段。
方案二：带旁路的220kV侧双主机，带旁路的110kV侧双主机，带旁路的35kV侧单母段。
方案三：220kV侧双母线，110kV侧双主机带旁路，35kV侧单母段。
4.3各方案比较
方案一和方案三比较：110kV侧双母线旁路的可靠性优于双母线。旁路总线通电以为维修断路器和旁路总线的插座供电。由于110kV侧的6公里侧有一种或两种负载，最终选择带有旁路接线的双主机。
方案二和方案三比较：220kV侧双主总线旁路比双母线更可靠，但增加了隔离开关等设备的数量。投资增加，布局更复杂，占地面积增加，双母线根据经济选择。同理，35kV侧选择单母分段。通过比较，选择方案三：220kV侧双母线，110kV侧双主机带旁路，35kV侧单母段。
结束语
本文选取220kV变电站作为研究内容，主要介绍220kV变电站一次系统主要电气接线的设计内容和设计方法。其中，主要分为所用变压器的选择和电气主接线形式的设计，为后续高压电气设备的选择和计算提供依据。
参考文献:
[1]王伟.220kV变电站电气一次主接线设计研究[J].电子元器件与信息技术,2018(08):98-101.
[2]李嵩,陈德锋.220kV变电站电气一次部分设计技术探析[J].科技创新与应用,2018(24):74-75.
[3]王力科.变电站电气一次主接线设计探讨[J].科技经济市场,2018(06):32-34.
[4]杨丕潆.关于变电站一次设计的综述[J].电气开关,2018,56(01):6-8.