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摘要：为了顺应经济社会和电网发展的新形势，解决配电网发展中日益突出的矛盾，转变配电网发展方式是所做出的一项战略性决策。文章根据变电站主接线、平面布置、电气设备选择等内容，根据实际情况，提出了110/20 kV变电站电气一次设计方案。
关键词：变电站设计；20 kV供电系统；电气设备；一次设计
中图分类号：TM721.2文献标识码：A文章编号：1006-8937（2011）12-0088-02
120 kV变电站供电概述
20 kV电压等级在国外已被数十个国家和地区采用，具有非常成熟的经验和技术，20 kV电压已列人IEC(国际电工委员会)标准。1980年中国电力部就提出将20kV电压等级列入GB 156标准，并在GB 156-1993《标准电压》中加括号列入，后修订为GB 156-2003《标准电压》。 1993年，苏州新加坡工业园区采用了20 kV全电缆供电方式供电。该工程于1996年通过现场验收正式投运。
该变电站10余年的实际运行充分验证了20 kV电压等级供电的优越性，也为日后多个110/20 kV变电站的设计建设提供了经验借鉴。采用20 kV电压等级供电与10 kV相比具有以下优势：
①能满足多回路、高可靠性的要求，减少电能损耗。以采用相同导线输送相同功率电能为例，20 kV线路可降低损耗75％，2008年，国家电网公司将20 kV电压等级纳入了电网系统输配电序列，并选择在已取得一定实践经验的江苏(经济发达、用电量大)进行研究和试点。与原有作为城市中压配电网主力的10 kV电压等级相比，20kV供电半径增加60％，供电范围扩大1.5倍，供电能力提高1倍，输送损耗降低75％，通道宽度基本相当，在输送功率相同的时候，可以大量减少变电站和线路布点。
②对于较大容量的客户可以减少投资、节约土地，并且提供最优化的供电方式。资料显示，到2008年底，江苏苏州工业园区报装容量在6 000~10 000 kV安的用户有50个，10 000 kV安以上的36个，其中要求双电源供电的49个。如果用10 kV供电，则无法满足其要求，如采用35 kV供电，总投资约为20.1亿元。而采用20 kV供电的总投资只有11.7亿元。据悉，这85个大用户因为采用20 kV供电，还比35 kV供电节约土地约15.84 hm2，同时运行维护费用与10 kV基本相当。
③节省投资、节能降耗优势明显。在线路传输同等功率的情况下，电压等级升高1倍，电流减低1半，线路的功率损耗和电压降均大幅度减少。输送同等功率，20 kV供电线路的有色金属耗量可减少50%，节约建设投资约40%。
220 kV电压等级的应用背景
随着我国近年来社会经济的迅速发展，用户用电需求急剧攀升，原有10 kV配电系统显现出容量小、损耗大、供电半径短、站用通道、占用土地等劣势，电力建设与土地资源利用的矛盾日渐突出。在此种形势下，提升配电网的供电能力和适应性，降低配电网损耗和供电成本，减少电力设施占地资源。因此，贯彻落实科学发展、节约发展的工作思路，扎实做好节能降耗工作，应推广应用20 kV电压等级供电。
3110/20 kV变电站电气一次部分设计
①电气主接线。110 kV接线：110 kV接线应根据主变台数，出线回路数及负荷重要程度选择，可以采用线变组接线、桥式接线和单母线接线，为简化接线，降低工程造价，宜采用线变组接线。20 kV接线：均采用单母线分段接线方式，当主变台数为3台时，20 kV接线采用单母线分段四段母线的接线，中间的变压器采用双臂进线分别接入IIA段、IIB段母线。若电站采用大容量变压器，而20 kV配电装置的额定电流不够时，主变压器进线优先考虑双分支开关进线方式，即将主变20 kV侧通过两台20 kV进线柜接至不同的母线，形成独特的单母线六分段环行母线的结构。
②电气平面布置。由于110/20 kV变电站供电半径及用电负荷大，一般位于大型工业园或城市负荷中心，故变电站以全户内布置形式为主，减少占地面积的同时也减少对周边环境的影响。变电站综合楼主体采用3层的形式，地下层设有电缆夹层、消防水池，1层设主变压器室、20 kV配电室、110GIS室，2层设有、二次设备室、电容器室。
③20 kV接地方式。20 kV中性点接地方式的选择需根据配网出线形式及远景规划，同时根据设备绝缘水平、系统过电压水平、继保方式、系统运行可靠性等综合考虑。20 kV系统一般以架空、电缆混合线路为主，其电容电流尚未太大，宜采用消弧线圈接地方式。工业园区或城市中心等电缆线路为主的地区，若仍采用消弧线圈接地则会使造价显著增加，而采用小电阻接地则设备耐压水平要求和设备造价均较低，故在该地区宜采用小电阻接地的方式。
4电气设备选择
①主变压器。主变压器采用低损耗、低噪音、高压侧有载调压变压器。110/20 kV主变压器容量按供电区域负荷密度选择：63，80，100 MVA。变电站主变压器一般按近期63 MVA、远景按80 MVA或100 MVA设计。110/20 kV主变压器采用10型及以上、选用有载、自然油循环风冷或全自冷型变压器。额定电压：110土8×1.25%/21 kV。连接组别：YN，d11。阻抗电压按主变压器20 kV侧三相短路电流不大于20 kA进行选择，一般63 MVA主变阻抗电压可以选择10.5%选择，80MVA主变阻抗电压可以选择12%选择，100MVA主变阻抗电压可以选择14%选择。由于变压器容量的增大，其发热量和噪声也相应增加，因此在全户内站的设计中，优先选用分体式的布置形式，以做到散热与噪声治理的最优处理，主变压器分体式布置将是今后的发展方向。
②110 kV配电装置。110kV GIS设备以其占地面积小、寿命长及免维护等优点，得到建设、运行单位的认可，也适合全户内站噪声控制、电磁兼容和布置要求，因此在全户内站中，110 kV配电装置广泛选用GIS设备。GIS设备额定电流选择1 250 A，短路开断电流选择31.5 kA/4s，GIS设备的出线回路的线路侧接地开关应采用具有开合动稳定电流能力的快速接地开关。
③20 kV配电装置。20 kV配电装置一般采用小车式开关柜，运行检修方便。20 kV配电装置布置与10 kV、35 kV配电装置并无太大差异，只是开关柜尺寸不同，20 kV开关柜尺寸一般为1 000 mm×1 910 mm×2 400 mm（宽×深×高）。20 kV开关柜采用真空断路器，其额定电流受国内制造水平的限制，目前20 kV开关柜最大额定电流可达3 150 A。对于大容量主变压器的电站，主变压器进线优先考虑双分支开关进线方式，即将主变20 kV侧通过两台20 kV进线柜接至不同的母线，以满足大电流的要求。
④无功补偿装置。无功补偿原则为分层分区和就地平衡的原则，容性补偿采用客户端分散就地补偿与变电站集中补偿相结合的方式，以利于降低电网损耗及有效控制电压质量。无功补偿电容器一般采用户内框架式电容器，电容器组可分为两组及以上，补偿容量按每台主变容量的10%～30%进行配置，通常按20%配置。以63 MVA主变压器为例，需补偿无功容量为6 000+6 000 kvar，电容器组采用串接6%干式空芯串联电抗器，既抑制5次及其以上高次谐波又节省能耗。电容器组中性点设置接地开关。
⑤所用电系统。变电站的站用变压器采用D,yn11接线干式变压器，站用变应带风机、温控器和IP20外壳，通常布置于20 kV配电装置室内，与20 kV开关柜之间采用电缆连接。
⑥防雷接地。直击雷保护：110/20 kV变电站一般为全户内站，采用屋顶避雷带防直击雷。屋顶避雷带采用Ф16热镀锌圆钢，并用Ф16热镀锌圆钢沿墙明敷引下与主接地网可靠连接。过电压保护：为防止线路侵入的雷电波过电压，在110 kV进线及20 kV每段母线上分别安装避雷器。主变压器20 kV侧引出线利用母线避雷器来保护过电压。为保护主变压器中性点绝缘，在主变压器110 kV中性点装设一台避雷器及放电间隙。20 kV并联电容器根据有关规定装设氧化锌避雷器保护。接地：接地方式应采用以水平接地体为主，垂直接地极为辅的复合接地方式，水平接地体一般采用Ф16热镀锌圆钢或60 mm×6 mm镀锌扁钢，垂直接地极采用50 mm×50 mm×2 500 mm镀锌角钢，接地体的截面选择考虑热稳定和腐蚀要求。变电站主接地网的接地电阻应不大于0.5 Ω，应根据实际工程的土壤电阻合理采用斜井、深井及离子接地等降阻措施，并充分利用深埋钢筋混凝土地基进行降阻。变电站四周与人行道相邻处应设置均压带。二次设备室接地、20 kV配电装置柜内接地及GIS设备接地应采用铜排接地。
5结语
随着国内经济社会的快速发展，电力负荷密度逐渐增大，依靠10 kV配电网供电的地区呈现出供电能力不足、电压水平偏低、网损较大等诸多缺点，且受限于国内特别是大城市的土地资源限制，发展20 kV配电网就成为解决这些问题的有效措施。世界各国城网供配电的实践证明，提高电压等级，减少电压层次，在合适的条件下，城市配电网采用20 kV电压等级是当今世界上的一种发展趋势。
虽然20 kV配电具有供电能力大、电压质量高、电网损耗低等优势，但在我国中低配电网以10 kV为主的情况下，配电等级要从10 kV过渡到20 kV将是一个长远而艰难的过程。而且现在全国大部分地区缺乏110/20 kV电压等级建设运行经验，同时国内尚未有相应的完整标准和规程规范，故文章结合已建成的110/20 kV变电站对电气一次设计的内容进行叙述，提高变电设计人员对110/20 kV变电站的认识。
参考文献：
[1] 姜祥生,汪洪业,姚国平.苏州工业园区20 kV电压等级的 实践[J].供用电,2002,19(6).
[2] 马苏龙.20kV电压等级在配电网中的应用[J].电网技术, 2008,32(19).
[3] 胡向阳.110/20 kV变电站设计简述[J].电力电气,2010,29 (9).
关键词：变电站设计；20 kV供电系统；电气设备；一次设计
中图分类号：TM721.2文献标识码：A文章编号：1006-8937（2011）12-0088-02
120 kV变电站供电概述
20 kV电压等级在国外已被数十个国家和地区采用，具有非常成熟的经验和技术，20 kV电压已列人IEC(国际电工委员会)标准。1980年中国电力部就提出将20kV电压等级列入GB 156标准，并在GB 156-1993《标准电压》中加括号列入，后修订为GB 156-2003《标准电压》。 1993年，苏州新加坡工业园区采用了20 kV全电缆供电方式供电。该工程于1996年通过现场验收正式投运。
该变电站10余年的实际运行充分验证了20 kV电压等级供电的优越性，也为日后多个110/20 kV变电站的设计建设提供了经验借鉴。采用20 kV电压等级供电与10 kV相比具有以下优势：
①能满足多回路、高可靠性的要求，减少电能损耗。以采用相同导线输送相同功率电能为例，20 kV线路可降低损耗75％，2008年，国家电网公司将20 kV电压等级纳入了电网系统输配电序列，并选择在已取得一定实践经验的江苏(经济发达、用电量大)进行研究和试点。与原有作为城市中压配电网主力的10 kV电压等级相比，20kV供电半径增加60％，供电范围扩大1.5倍，供电能力提高1倍，输送损耗降低75％，通道宽度基本相当，在输送功率相同的时候，可以大量减少变电站和线路布点。
②对于较大容量的客户可以减少投资、节约土地，并且提供最优化的供电方式。资料显示，到2008年底，江苏苏州工业园区报装容量在6 000~10 000 kV安的用户有50个，10 000 kV安以上的36个，其中要求双电源供电的49个。如果用10 kV供电，则无法满足其要求，如采用35 kV供电，总投资约为20.1亿元。而采用20 kV供电的总投资只有11.7亿元。据悉，这85个大用户因为采用20 kV供电，还比35 kV供电节约土地约15.84 hm2，同时运行维护费用与10 kV基本相当。
③节省投资、节能降耗优势明显。在线路传输同等功率的情况下，电压等级升高1倍，电流减低1半，线路的功率损耗和电压降均大幅度减少。输送同等功率，20 kV供电线路的有色金属耗量可减少50%，节约建设投资约40%。
220 kV电压等级的应用背景
随着我国近年来社会经济的迅速发展，用户用电需求急剧攀升，原有10 kV配电系统显现出容量小、损耗大、供电半径短、站用通道、占用土地等劣势，电力建设与土地资源利用的矛盾日渐突出。在此种形势下，提升配电网的供电能力和适应性，降低配电网损耗和供电成本，减少电力设施占地资源。因此，贯彻落实科学发展、节约发展的工作思路，扎实做好节能降耗工作，应推广应用20 kV电压等级供电。
3110/20 kV变电站电气一次部分设计
①电气主接线。110 kV接线：110 kV接线应根据主变台数，出线回路数及负荷重要程度选择，可以采用线变组接线、桥式接线和单母线接线，为简化接线，降低工程造价，宜采用线变组接线。20 kV接线：均采用单母线分段接线方式，当主变台数为3台时，20 kV接线采用单母线分段四段母线的接线，中间的变压器采用双臂进线分别接入IIA段、IIB段母线。若电站采用大容量变压器，而20 kV配电装置的额定电流不够时，主变压器进线优先考虑双分支开关进线方式，即将主变20 kV侧通过两台20 kV进线柜接至不同的母线，形成独特的单母线六分段环行母线的结构。
②电气平面布置。由于110/20 kV变电站供电半径及用电负荷大，一般位于大型工业园或城市负荷中心，故变电站以全户内布置形式为主，减少占地面积的同时也减少对周边环境的影响。变电站综合楼主体采用3层的形式，地下层设有电缆夹层、消防水池，1层设主变压器室、20 kV配电室、110GIS室，2层设有、二次设备室、电容器室。
③20 kV接地方式。20 kV中性点接地方式的选择需根据配网出线形式及远景规划，同时根据设备绝缘水平、系统过电压水平、继保方式、系统运行可靠性等综合考虑。20 kV系统一般以架空、电缆混合线路为主，其电容电流尚未太大，宜采用消弧线圈接地方式。工业园区或城市中心等电缆线路为主的地区，若仍采用消弧线圈接地则会使造价显著增加，而采用小电阻接地则设备耐压水平要求和设备造价均较低，故在该地区宜采用小电阻接地的方式。
4电气设备选择
①主变压器。主变压器采用低损耗、低噪音、高压侧有载调压变压器。110/20 kV主变压器容量按供电区域负荷密度选择：63，80，100 MVA。变电站主变压器一般按近期63 MVA、远景按80 MVA或100 MVA设计。110/20 kV主变压器采用10型及以上、选用有载、自然油循环风冷或全自冷型变压器。额定电压：110土8×1.25%/21 kV。连接组别：YN，d11。阻抗电压按主变压器20 kV侧三相短路电流不大于20 kA进行选择，一般63 MVA主变阻抗电压可以选择10.5%选择，80MVA主变阻抗电压可以选择12%选择，100MVA主变阻抗电压可以选择14%选择。由于变压器容量的增大，其发热量和噪声也相应增加，因此在全户内站的设计中，优先选用分体式的布置形式，以做到散热与噪声治理的最优处理，主变压器分体式布置将是今后的发展方向。
②110 kV配电装置。110kV GIS设备以其占地面积小、寿命长及免维护等优点，得到建设、运行单位的认可，也适合全户内站噪声控制、电磁兼容和布置要求，因此在全户内站中，110 kV配电装置广泛选用GIS设备。GIS设备额定电流选择1 250 A，短路开断电流选择31.5 kA/4s，GIS设备的出线回路的线路侧接地开关应采用具有开合动稳定电流能力的快速接地开关。
③20 kV配电装置。20 kV配电装置一般采用小车式开关柜，运行检修方便。20 kV配电装置布置与10 kV、35 kV配电装置并无太大差异，只是开关柜尺寸不同，20 kV开关柜尺寸一般为1 000 mm×1 910 mm×2 400 mm（宽×深×高）。20 kV开关柜采用真空断路器，其额定电流受国内制造水平的限制，目前20 kV开关柜最大额定电流可达3 150 A。对于大容量主变压器的电站，主变压器进线优先考虑双分支开关进线方式，即将主变20 kV侧通过两台20 kV进线柜接至不同的母线，以满足大电流的要求。
④无功补偿装置。无功补偿原则为分层分区和就地平衡的原则，容性补偿采用客户端分散就地补偿与变电站集中补偿相结合的方式，以利于降低电网损耗及有效控制电压质量。无功补偿电容器一般采用户内框架式电容器，电容器组可分为两组及以上，补偿容量按每台主变容量的10%～30%进行配置，通常按20%配置。以63 MVA主变压器为例，需补偿无功容量为6 000+6 000 kvar，电容器组采用串接6%干式空芯串联电抗器，既抑制5次及其以上高次谐波又节省能耗。电容器组中性点设置接地开关。
⑤所用电系统。变电站的站用变压器采用D,yn11接线干式变压器，站用变应带风机、温控器和IP20外壳，通常布置于20 kV配电装置室内，与20 kV开关柜之间采用电缆连接。
⑥防雷接地。直击雷保护：110/20 kV变电站一般为全户内站，采用屋顶避雷带防直击雷。屋顶避雷带采用Ф16热镀锌圆钢，并用Ф16热镀锌圆钢沿墙明敷引下与主接地网可靠连接。过电压保护：为防止线路侵入的雷电波过电压，在110 kV进线及20 kV每段母线上分别安装避雷器。主变压器20 kV侧引出线利用母线避雷器来保护过电压。为保护主变压器中性点绝缘，在主变压器110 kV中性点装设一台避雷器及放电间隙。20 kV并联电容器根据有关规定装设氧化锌避雷器保护。接地：接地方式应采用以水平接地体为主，垂直接地极为辅的复合接地方式，水平接地体一般采用Ф16热镀锌圆钢或60 mm×6 mm镀锌扁钢，垂直接地极采用50 mm×50 mm×2 500 mm镀锌角钢，接地体的截面选择考虑热稳定和腐蚀要求。变电站主接地网的接地电阻应不大于0.5 Ω，应根据实际工程的土壤电阻合理采用斜井、深井及离子接地等降阻措施，并充分利用深埋钢筋混凝土地基进行降阻。变电站四周与人行道相邻处应设置均压带。二次设备室接地、20 kV配电装置柜内接地及GIS设备接地应采用铜排接地。
5结语
随着国内经济社会的快速发展，电力负荷密度逐渐增大，依靠10 kV配电网供电的地区呈现出供电能力不足、电压水平偏低、网损较大等诸多缺点，且受限于国内特别是大城市的土地资源限制，发展20 kV配电网就成为解决这些问题的有效措施。世界各国城网供配电的实践证明，提高电压等级，减少电压层次，在合适的条件下，城市配电网采用20 kV电压等级是当今世界上的一种发展趋势。
虽然20 kV配电具有供电能力大、电压质量高、电网损耗低等优势，但在我国中低配电网以10 kV为主的情况下，配电等级要从10 kV过渡到20 kV将是一个长远而艰难的过程。而且现在全国大部分地区缺乏110/20 kV电压等级建设运行经验，同时国内尚未有相应的完整标准和规程规范，故文章结合已建成的110/20 kV变电站对电气一次设计的内容进行叙述，提高变电设计人员对110/20 kV变电站的认识。
参考文献：
[1] 姜祥生,汪洪业,姚国平.苏州工业园区20 kV电压等级的 实践[J].供用电,2002,19(6).
[2] 马苏龙.20kV电压等级在配电网中的应用[J].电网技术, 2008,32(19).
[3] 胡向阳.110/20 kV变电站设计简述[J].电力电气,2010,29 (9).