浅议35kV变电站设计
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摘要：电力系统是由发电厂、变电站、线路和用户组成的。变电站是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。变电站的优化设计是满足供电量增加，适应我国现代化建设与发展的需要，满足国民经济增长和人民生活质量提高对电力的需求。本文提出了供电设计的原则，探讨了主电气设备的选择，并对变电站综合自动化设计提出了建议。
关键词：主电气设备变电站设计综合自动化
由于社会用电量的大幅度增长，电力工程的建设也在加快进行，投资规模也随之不断增加，变电站是电力系统中变换和控制调整电压、接受和分配电能、它通过变压器将各级电压的电网联系起来，是电力系统的重要组成部分，对电网的安全经济运行起着举足轻重的作用。
一、供电设计的原则
（一）供电设计必须遵守国家的有关法令、标准和规范，执行国家的有关方针、政策，包括节约有色金属等技术经济政策。
（二）供电设计应做到保障人身和设备的安全、供电可靠、电能质量合格、技术先进和经济合理，设计中应采用符合国家现行有关标准的效率高、能耗低、性能先进的电气产品。接线应满足不同负荷的不中断供电要求。
（三）供电的灵活性。由于负荷的分散性以及企业扩建的可能性和利用最小的切换，能适应不同的运行方式。例如：负荷不均衡时，能自动的切除不需要的变压器，而在最大负荷时，又能方便的投入，以利于经济运行。检修时操作简单，不至于断电。
（四）接线应满足不同负荷的不中断供电要求。在满足以上的情况下，保障设计投资少，但不要以投资最少为最佳方案，因为投资的限额可能会影响到灵活性和经济性，以至企业停电，造成企业更大经济损失。
二、主电气设备选择
（一）主变压器
1.变压器的容量和台数的选择
主变压容量一般按变电站建成后5～10年的规划负荷选择；根据电压网络的结构和变电站所带的负荷的性质来确定主变的容量，对于有重要用户的变电站应考虑当一台主变停运时其余变压器在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级的负荷，对一般性变电站，一台机停用时，应使其余变压器保证全部负荷的70%～80%。同级电压的降压变压器容量的级别不宜过多，应系列化，标准化。对于大城市市郊的一次变电站，在中低压侧已构成环网的基础上，变电所要装设两台变压器为宜。
2.变压器绕组形式和数量的选择
不受运输条件限制时，35kv变电所中，均采用三相变压器。在具有三种电压的变电站中，如通过主变各侧的功率均达到该主变容量的15%及以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功功率补偿设备时，主变宜采用三绕组变压器。
3.绕组连接方式
我国35kv的电压级别变压器绕组均用y连接，其中性点过消弧线圈接地。由于35kv为y连接和220，110kv系统的线电压角为零度，则当电压比为220/110/35时，高中压为自耦连接，变压器的第三绕组不能用三角形连接，否则不能和原有35kv系统并网。
（二）开关设备
35kV侧可选用SF6断路器或真空断路器。据运行经验，新型真空断路器除具有SF6断路器的优点外，还有合闸能量小、分合闸速度快，使用寿命长，机构可靠性高，维护量极少等诸多优势，特别适于重合闸及频繁操作，应为首选。对于终端所容量较小的变压器可采用PRWG2-35新型快速熔断器作主变保护与隔离式负荷开关配合使用，以减少投资。
（三）无功补偿
对于用电日负荷峰谷变化较大的情况，为保证功率因数，提高电压水平，无功设备投切频繁，变电所多为无人值班运行模式，采用负荷开关无法远方控制。建议电容器采用断路器进行控制，能够实现遥控分合闸，便于变电所灵活运行。
（四）继电保护及二次回路
主变压器保护应根据其容量来确定是采用熔断器保护还是采用断路器保护。一般应装设：瓦斯、纵联差动、过流、过负荷保护。出线装设电流速断、过流保护、三相一次(三次)重合闸及单相接地保护等。采用自动重合器时，可不另设保护装置，但应预留远动装置的接口。对于采用CMOS或微机保护的装置，应考虑设置RTU终端输出、输入插口，以满足无人值班所的需要。已运行的变电所改为无人值班所时，二次回路要满足远动要求。应取消或停用闪光母线及音响回路。采用直流电源时，应设有直流母线绝缘监视系统。
（五）关于操作电源
变电所一般在35kV进线侧设置一台变压器，35kV变电所操作电源多采用交流，配置2～3kVA的UPS电源。如果整个变电所失电，变电所无需操作，影响不大。但是一旦变电所正常运行时所用变压器故障，变电所保护及通讯设备将因小容量的UPS电能快速耗尽停止工作。故变电所交流操作电源尽量采用两套，可从变电所外引来一回电源或在10kV母线侧设置。
（六）防雷接地
防止雷电直击的主要设备是避雷针，避雷针由接闪器和引下线、接地装置等组成。 避雷针位置的确定，应根据变电所设备平面布置图的情况而确定，具体位置根据下列公式进行计算。
1.单支避雷针在地面上的保护半径应按下式计算： r=1.5h，式中 r为保护半径（m）
2.单支避雷针在被保护物高度hx水平上的保护半径应接下式计算：当hx≥h/2时，rx=(h-hx) p=hap ，式中 rx为避雷针在hx水平面上的保护半径，ha为避雷针的有效高度；当hx＜h/2时，rx=(1.5h-2hx) p
3.两支等高避雷针保护范围确定方法：两针外侧的保护范围应按下式计算：ho=h-D/7p ，式中 ho为两针间保护范围上部边缘最低点的高度；D为两支避雷针间的距离。两针间hx水平面上保护范围的一侧最小宽度按下式计算：bx=1.5(ho-hx)，式中 bx为保护范围的一侧最小宽度，当D=7haP时，bx=0。求得bx后，即可确定两针间的保护范围。
4.三支等高避雷针所形成的外侧保护范围，分别按两支等高避雷针的计算方法确定；如在三针内侧各相邻避雷针间保护范围的一侧最小宽度bx≥0时，则全部面积即受到保护。四支以上等高避雷针所形成的四角形或多角形，可先将其分成两个或几个三角形，然后分别按三支等高避雷针的方法计算确定保护范围。
（七）直流系统
直流系统采用和集控屏配套的整流设备，输出电压为220v、24v，作为35kv及10kv控制保护电源，屏内有储能电容作为35kv及10kv断路器备用分合闸电源，同时配置1000va/600wups不间断电源作为备用电源。
三、变电站综合自动化设计
综合自动化是一种全新的变电站自动化概念，是将变电站的二次设备（包括测量系统、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等），利用先进的计算机技术、通信技术、检测技术和控制技术，优化、组合为一套智能化的综合系统。变电站实现综合自动化后可提高变电站运行的安全性和可靠性，提高供电质量，简化变电站二次设备的硬件配置，提高电力系统的运行、管理水平，有利于减轻运行值班人员的劳动强度和提高变电站的无人值班管理水平。
根据综合自动化系统设计思想和安装的物理位置的不同，综合自动化系统硬件结构形式可以分成很多种类。其结构形式有集中式、分布式、分散（层）分布式；从安装物理位置上来划分集中组屏、分层组屏和分散在一次设备间隔设备上安装等形式。
典型的35 kV变电站综合自动化系统采用分布式结构，利用现场总线技术信息上传，保护功能完全独立，远动与监控系统共用间隔层，利用现场总线技术信息，保护功能完全独立，远动与监控系统共用间隔层信息采集装置，达到了分布式RTU技术标准。
（一）间隔层按一次设备组织，一般按断路器的间隔划分，具有测量、控制和断电保护部分。间隔层本身是由各种不同的单元装置组成，这些独立的单元装置直接通过总线接到站控层。
（二）站控层的主要功能就是作为数据集中处理和保护管理，担负着上传下达的重要任务。
（三）管理层由一台或多台微机组成，这种微机操作简单方便，界面汉化，使运行值班人员极易掌握主要功能包括：数据处理、画面显示、打印和谐波分析计算等。
四、结语
总之，我国电力工业自动化水平正在逐年提高。20MW及以上大型机组以采用计算机监控系统，许多变电所已装设微机综合自动化系统，有些已实现无人值班，电力系统已实现调度自动化。迄今，我国电力工业已进入了大机组，大电厂，大电力系统，高电压和高自动化的新阶段。
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