摘要：对110kV变电站的电气一次系统设计要综合考虑各种因素，因为它是电力系统项目设计中的一个重要组成部分，所以为了确保110kV变电站的电气一次系统设计的合理性和功能最大化，更好的造福于人类，我们还需要合理选择变电站电气主接线，对变电站进行短路电流计算、潮流计算、无功补偿及调压计算，选择合适的设备参数，最终确保电力系统创造较高的经济效益。本文对110kV 变电站的电气一次系统设计技术进行了分析，并对110kV变电站的电气一次系统设计提出了建议。
关键词：110kV变电站；电气一次系统；设计
110kV变电站工程是一项技术含量高、资金投入量大且极为复杂的系统工程，而110kV变电站的电气一次系统设计又直接关系着变电站的正常运行，所以对110kV变电站的电气一次系统设计进行分析探讨显得非常有必要。因此，作为新时期背景下的设计人员在进行110kV变电站的电气一次系统设计时，必须充分认识到变电站的重要性，并根据实际情况确保110kV变电站的电气一次系统设计是科学合理且可行性较高的，从而为变电站的正常运行奠定坚实的基础。
一、110kV变电站的重要性
110kV变电站工程是一项技术含量高、资金投入量大且极为复杂的系统工程，所涉及的设备也是先进且精密程度和自动化程度都很高的。变电站的作用就是对高压电能和低压电能进行转换。为了能够远距离传输电能，并有效降低线路电能损耗，采取升高输送电压的措施。110kV变电站是众多变电站中最为常见的一种，这主要是因为110kV的电压是当前我国的电力用户中应用数量最多、分布最广的一种电压。此外，变电站的经济性、可靠性、灵活性直接影响着变电站的正常运行及相关效益。
二、110kV变电站电气一次系统设计要点浅析
1、电气主接线选择
电气主接线是构成电力系统的重要环节，是变电站电气设计的主要部分。主接线的确定与变电站本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并对电气设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响，因此，必须正确处理好各方面的影响，全面分析其相互关系，通过技术经济综合比较，合理确定主接线方案。
电气主接线包含变压器—线路单元接线、内桥形接线、外桥形接线、单母线接线、单母线分段接线、双母线接线、双母线分段接线等多种类型。变压器—线路单元接线的优点是接线最简单、设备最少，不需要高压配电装置；缺点是线路故障或检修时变压器要停运，变压器故障或检修时线路要停运。内桥形接线的优点是高压断路器数量少，四个元件只需三台断路器；缺点是变压器的切除和投入较复杂需操作两台断路器并影响一回线路暂时停运，连接桥断路器检修时两个回路需解列运行。外桥形接线的优点同内桥形接线，缺点是线路的切除和投入较复杂需操作两台断路器并有一台变压器暂时停运，连接桥断路器检修时两个回路需解列运行。单母线接线的优点是接线简单清晰、设备少，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置；缺点是不够灵活可靠，母线或隔离开关故障或检修均需使整个配电装置停电。单母线分段接线的优点是用断路器把母线分段后对重要用户可从不同段引出两个回路，有两个电源供电，当一段母线发生故障时分段断路器能自动将故障切除保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电；缺点是当一段母线发生故障时，该段母线的所有回路都要在故障期间停电。双母线接线的优点是供电可靠性高，调度灵活且扩建方便，缺点是使用隔离开关多，隔离开关作为倒换操作电器容易误操作。目前110kV变电站最常用的主接线型式是单母分段接线。
2、短路电流计算
电力系统发生短路后，电力系统在运行中阻抗突然大为减小，使短路处及供电回路流过巨大的短路电流，可达到正常运行电流的几倍、十几倍甚至几十倍，达到几万甚至十几万安培。同时，短路点的电压有可能降低为零，邻近地区网络电压也要大幅度下降。因而短路故障给电力系统带来的后果是很严重的，巨大的短路电流会使电气设备急剧发热，可能导致设备损坏，短路处发生的电弧温度高达上万度，会烧坏设备甚至危及人身安全。严重的短路还有可能危及电力系统的稳定运行，使发电机失去同步，导致电力系统解列，甚至引起系统崩溃，造成大面积停电。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆为保证电力系统安全运行，在设计选择电气设备时都要用可能流经设备的最大短路电流进行热稳定校验和动稳定校验，以保证该设备在运行中能够经受住突发短路引起的发热和电动力的巨大冲击。
短路故障分为对称短路和不对称短路。三相短路是对称短路，造成的危害最为严重，但发生三相短路的机会较少。其他类型的短路，如单相短路、两相短路、两相对地短路等，属于不对称短路，其中单相短路发生的机会最多。在短路电流计算中要注意几个问题，比如电源的合并问题，当几个电源的类型和容量相近且各自到短路点的电气距离相差不大时，可以将它们合并成一个等值电源，等值电源的容量就等于各电源的容量之和；比如对电网中负荷的处理，在发生短路时，一般综合负荷的电流会因电压下降而大为减小，与巨大的短路电流相比完全可以忽略不及，认为此刻负荷均从网络中断开，不参与短路电流计算；比如短路电流冲击系数的不同取值、系统的等值电抗的估算、短路时母线残压的计算。
3、潮流计算
电力系统潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的一种基本电气计算。它的任务是根据给定的运行条件和网路结构确定整个系统的运行状态，如各母线上的电压(幅值及相角)、网络中的功率分布以及功率损耗等。电力系统潮流计算的结果是电力系统稳定计算和故障分析的基础。在电力系统运行方式和规划方案的研究中，都需要进行潮流计算以比较运行方式或规划供电方案的可行性、可靠性和经济性。
潮流计算一般包括潮流分布计算、功率损耗计算、电能损耗计算及电压损失计算。电力系统的潮流计算基本方程式仍是电压、电流方程式。电力系统由发电机、变压器、输电线路及负荷等组成。在潮流计算中发电机和负荷作为非线性元件处理，其他如变压器、输电线路等都可用线性元件进行处理。当交流电网中具有直流输电线路时，如果在换流节点上的有功功率和无功功率已预设定，并且在稳定计算中不需考虑直流输电系统的暂态行为时，则可把直流输电的功率视作交流电网中的负荷。电力网络可分为简单网络和复杂网络，简单网络包含一端电源开式网络、两端供电网络及单一环网，对于简单网络的潮流分布可人工进行计算，对于复杂网络的潮流分布普遍应用电子计算机进行计算。
4、无功补偿
电力系统中无功电源不足可能造成设备出力不足、电力系统损耗增加、设备损坏、电力系统稳定度降低等，因此需要对电力系统进行适量的无功补偿。
无功补偿包括并联补偿、串联补偿、电容补偿、电抗补偿等，最常用的是并联补偿。并联补偿的最基本要求是满足负荷对无功电力的基本需要，使电力系统电压运行在规定的范围内，以保证电力系统运行安全和可靠。在电力系统无功补偿设备充裕、电网运行管理水平较好的情况下，按经济原则进行补偿；对于无功补偿容量少，尚不能按经济补偿原则来要求的电力系统，按电压原则进行补偿。
对某区域进行无功电力平衡计算，得出规划电力系统和地区电力系统的总需要量，为规划部门安排无功电源建设提供依据，确定电力系统和地区电力系统无功补偿容量和年度补偿新增容量。各级变电所的无功配置，要考虑到适当集中补偿容量，以利于节省投资和无功控制。参考《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》有关功率因数的规定，110kV变电站的容性无功补偿以补偿主变压器无功损耗为主，并适当兼顾负荷侧的无功损耗。补偿容量按照主变压器容量的15%～30%配置，并满足110kV主变压器最大负荷时，其高压侧功率因数不低于0.95，最小负荷时功率因数不应高于0.95、不低于0.92。利用电子计算机对变电站进行无功补偿及调压计算，确定合理经济的无功配置容量。
总之,110kV变电站的电气一次系统设计是一个综合工程,它是电力系统项目设计中的一个重要组成部分。要想做到110kV变电站电气一次系统设计的完美实现,除了有一份成功的变电站电气设计方案之外,还需要注意诸如电气主接线选择、电气设备选择以及无功容量优化等方面的问题,只有这样,才能使变电站在实际的运行中获得最大的效益,才能使变电站电力系统实现用电的安全性,才能最终确保电力系统较高的经济效益以及社会效益。
参考文献：
[1]电力工业部电力规划设计总院.电力系统设计手册.中国电力出版社，1998.
[2]张朝锋，高亚平，刘文琦. 对110kV 变电站部分电气一次设计的探讨［J］. 北京电力高等专科学校学报，2015（13）.
[3]国家电网公司. 电力系统无功补偿配置技术原则，2008.
论文作者:李亚南,王春红
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/12
标签：变电站论文; 电力系统论文; 接线论文; 母线论文; 电气论文; 电流论文; 系统论文; 《电力设备》2017年第16期论文;