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摘要：为合理设计电源和网络建设方案，统一和协调输变电工程的配套项目建设，作好对未来电力系统发展规模的研究，本文针对电力系统设计的任务，主要阐述220kV变电站电力系统一次设计的内容及工作重点。
关键词：220kV变电站；电力系统；设计
中图分类号：F470.6 文献标识码：A
电力系统论证是输变电项目可行性研究的核心，其重点是论证项目的建设必要性，对建设方案进行技术经济节能等方面综合比较，提出推荐方案，确定合理的工程规模和投产年限，进行必要的电气计算，对有关电气设备参数提出要求。
1 电力系统概况
电力系统概况部分应该概述与本工程有关电网的区域范围，全社会、全网的发电装机容量、发电量、电源结构及用电量、最高负荷及负荷特性，供需形势及与周边电网的送受电情况，220kV电网输变电设备总规模及变电容载比、网架结构及其主要特点、与周边电网的联系及主要存在问题，与工程有关的现有发电厂、变电站及输电线路规模情况、主要在建发输变电工程的规模、投产进度等情况。此外，应简要说明与本工程项目有关的电力系统发展规划。
2 负荷预测及电力电量平衡
按照供电区域历年用电负荷增长情况和今后国民经济发展情况预测近、远期负荷，并按照电源建设情况进行电力电量平衡。其中负荷预测需注意一些用电大项目的建设情况，预测的负荷是整个县市的，必要时将其分到工程的供电区域内，并进行相应的电力电量平衡。
2．1 负荷预测
首先介绍与本工程有关区域电力发展规划的负荷预测结果，根据目前经济发展形势和用电增长情况，提出与本工程有关电网的全社会、全网的负荷预测水平，包括区域和本地区过去几年和规划水平年需电量、电力负荷及负荷特性等。
负荷预测方法较多，程中常用以下两种方法：大用户+增长率法或负荷密度法。
2．2电力电量平衡
根据负荷预测结果，通过电力电量平衡确定其电网各区域、各电压等级的供电负荷。进行电力电量平衡工作的关键是明确地方电源建设的情况。对于水力资源较丰富的县市，需收集境内河流开发的规划、工程建设进度安排、工程设计及电站接入系统等资料。考虑近期电网规划适应性的问题，对于一些建设情况不够明确的电站必要时可适当往后期安排。计算某电压等级电网供电负荷，应注意从上一级电网总供电负荷中减去上一级电网的线损功率及其变电所直供的低压侧负荷，以及下级电压发电厂直供的负荷。此外，还需注意增（减）县市之间各电压等级电网的交换功率。
3 工程建设必要性
3．1供电区域电网的现状
确定供电区域，并论述供电区内电网负荷、电源、网络现状及存在问题等，绘制电网地理接线现状图。
为了获得规划区域的全社会用电量，需注意收集地方电源发电量和供本区域电量（含企业自备电源）、大电网直供电量、以及县电网供电量，避免出现遗漏或重复情况。其中往往出现电网年最大负荷利用小时和电厂年设备利用小时的数值变化较大或不合理的情况，这就需要从电网用电结构的变化情况、大用户的投运情况、电网限电情况、电厂运行情况及有关电量是否与负荷对应等方面进行分析研究，进一步核对有关数椐。
3．2工程建设必要性及建设时机
根据与本工程有关的电网规划及电力平衡结果、电网结构情况，促进地方经济的发展等方面阐明本工程建设的必要性、节能降耗的效益及其在电力系统中的地位和作用，说明本工程的合理建设时机。
4 接入系统方案
根据电网规划、原有网络的特点、负荷分布及相关线路的输电能力等情况，提出本工程2个及以上接入系统比较方案，必要时应包含与本工程有关的下一级电压等级电网研究。在方案拟定时应远近结合，综合考虑节约土地、节能降耗、电网新技术的应用，对接入系统方案进行必要的潮流、稳定及短路电流等电气计算，节能降耗效益分析，并進行技术、经济综合比较，提出推荐方案，对远景水平年变电站接入方案进行展望。
变电站的作用与接入系统方案密切相关，变电站作用不同，接入系统方案也不同；反之，接入系统方案也关系到变电站的作用及地位。应合理地确定变电站的作用和接入系统方案。一些220kV变电站由于定位为终端变电站或末端变电站，接入系统较简单，其220kV配电装置采用桥形接线，造成运行困难。此外，在拟定接入系统方案时不要使一些变电站出线规模过多，使变电站过于重要，给运行造成压力过大。例如图3—1所示，以广西电网220kV苍梧二变电站接入系统讨论，提出两个方案如下图所示，其中方案一苍梧二变电站接入一个“8”字形环网内，方案二苍梧二变电站接入一个大环网内。考虑方案二苍梧二变电站出线规模过多，电网改动大，从而使该变电站过于重要，给运行造成压力过大，结合变电站站址情况，经与梧州供电局协商后没推荐采用。
图3—1
5 工程建设规模
根据系统论证，结合工程建设条件，提出本工程远期和本期的建设规模，包括变电站变压器容量和台数、各侧电压出线回路数和方向、无功补偿和消弧线圈的配置；对侧扩建、改建工程，以及确定本期工程设计范围内线路导线的截面。
5.1220kV变电站低压侧电压等级
随着电网结构的不断加强，为了减少变电重复容量和电网电能损耗，节省工程投资，应充分利用220kV变电站低压侧容量向外供电。对于一些位于城区或靠近城市及开发区220kV变电站，其低压侧可采用10kV电压级；对于一些县级220kV变电站，在其邻近地区35kV电网较发达，负荷较重的情况下，低压侧可采用35kV电压级。
5.2变压器容量和台数
同一供电区域变电容量容载比应按电压分层计算，统计各级电压降压变电容量和相应负荷时，不仅要注意扣除电源（电厂和上级电压变电站）采用下一级电压供电的负荷，以及同级电压网内用户专用变电站容量和相应负荷，注意增加下一级电网向网外送电的负荷，减掉下一级电网中从网外送入的电力。220kV电网容载比一般取1.6～1.9。
变电站远期一般按装设2～3台变压器考虑。为增强发展适应性，便于运行，目前电网的变电站远期采用装设3台变压器的情况较多。变电站首期主变容量和台数根据负荷需要确定，须满足变电站在投产后三年内不扩建主变的要求，同时要避免出现变电站长时间负载率低、单台变压器运行的情况。
5.3 无功补偿配置
按照变电站远期和本期规模，根据分层分区无功平衡的原则，经调相调压计算，提出远期和本期无功补偿装置分组数量、分组容量。
220kV变电站的容性无功补偿装置以补偿主变压器无功损耗为主，并适当补偿部分电网无功损耗。补偿容量按照主变压器容量的10～25%配置；当变电站220kV侧邻近无充足的无功电源时，还需满足主变压器最大负荷时，其高压侧功率因数不低于0.95的要求。分组容量的选择，应根据计算确定，最大单组无功补偿装置投切引起所在母线电压变化不宜超过电压额定值2.5%，且接入35kV电压等级时不大于12Mvar，接入10kV电压等级时不大于8Mvar。特殊情况下，如受场地限制时，允许分列运行的每段10kV母线上有一组容量超过8Mvar，但不应超过10Mvar的补偿装置。
5.4线路型式及导线截面的选择
根据正常运行方式和事故运行方式下的最大输送容量，考
虑到电网的发展，必要时对不同的线路型式和导线截面进行技术经济比较。对于潮流较重的线路宜采用大截面导线，以减少线路回路数，简化网络结构。根据电网规划，远近结合，优先考虑采用同塔双回线路架设。初期潮流较轻时，可考虑先单侧挂线。在线路走廊特别紧张的地区，应考虑优化线路路径，建设同塔多回路，特别是不同电压等级的同塔多回路，充分利用走廊资源，提高通道利用率。
5.5对侧工程
按照接入系统方案，提出对侧变电站扩建或改建工程建设内容。
6 结束语
电力系统一次220kV变电站可行性研究阶段的重要组成部分，正确、合理的电力系统设计实施后可最大限度地节约国家基建投资，提高输变电工程项目的经济和社会效益，促进国民经济的发展。
参考文献
[1]赵希正主编，中国电力负荷特性分析与预测[M].中国电力出版社，2002年.
[2] 电力规划设计总院编.电力系统设计手册.中国电力出版社，1998年.
[3] 水利电力部西北电力设计院编.电力工程电气设计手册电气一次部分.中国电力出版社，1996年.
[4] 国家发改委，国家电网公司主编.电力需求侧管理工作指南. 北京：中国电力出版社，2007年7月第二版.
[5] 中国电机工程学会编.城市电力网规划设计导则.水利电力出版社，1993年.
关键词：220kV变电站；电力系统；设计
中图分类号：F470.6 文献标识码：A
电力系统论证是输变电项目可行性研究的核心，其重点是论证项目的建设必要性，对建设方案进行技术经济节能等方面综合比较，提出推荐方案，确定合理的工程规模和投产年限，进行必要的电气计算，对有关电气设备参数提出要求。
1 电力系统概况
电力系统概况部分应该概述与本工程有关电网的区域范围，全社会、全网的发电装机容量、发电量、电源结构及用电量、最高负荷及负荷特性，供需形势及与周边电网的送受电情况，220kV电网输变电设备总规模及变电容载比、网架结构及其主要特点、与周边电网的联系及主要存在问题，与工程有关的现有发电厂、变电站及输电线路规模情况、主要在建发输变电工程的规模、投产进度等情况。此外，应简要说明与本工程项目有关的电力系统发展规划。
2 负荷预测及电力电量平衡
按照供电区域历年用电负荷增长情况和今后国民经济发展情况预测近、远期负荷，并按照电源建设情况进行电力电量平衡。其中负荷预测需注意一些用电大项目的建设情况，预测的负荷是整个县市的，必要时将其分到工程的供电区域内，并进行相应的电力电量平衡。
2．1 负荷预测
首先介绍与本工程有关区域电力发展规划的负荷预测结果，根据目前经济发展形势和用电增长情况，提出与本工程有关电网的全社会、全网的负荷预测水平，包括区域和本地区过去几年和规划水平年需电量、电力负荷及负荷特性等。
负荷预测方法较多，程中常用以下两种方法：大用户+增长率法或负荷密度法。
2．2电力电量平衡
根据负荷预测结果，通过电力电量平衡确定其电网各区域、各电压等级的供电负荷。进行电力电量平衡工作的关键是明确地方电源建设的情况。对于水力资源较丰富的县市，需收集境内河流开发的规划、工程建设进度安排、工程设计及电站接入系统等资料。考虑近期电网规划适应性的问题，对于一些建设情况不够明确的电站必要时可适当往后期安排。计算某电压等级电网供电负荷，应注意从上一级电网总供电负荷中减去上一级电网的线损功率及其变电所直供的低压侧负荷，以及下级电压发电厂直供的负荷。此外，还需注意增（减）县市之间各电压等级电网的交换功率。
3 工程建设必要性
3．1供电区域电网的现状
确定供电区域，并论述供电区内电网负荷、电源、网络现状及存在问题等，绘制电网地理接线现状图。
为了获得规划区域的全社会用电量，需注意收集地方电源发电量和供本区域电量（含企业自备电源）、大电网直供电量、以及县电网供电量，避免出现遗漏或重复情况。其中往往出现电网年最大负荷利用小时和电厂年设备利用小时的数值变化较大或不合理的情况，这就需要从电网用电结构的变化情况、大用户的投运情况、电网限电情况、电厂运行情况及有关电量是否与负荷对应等方面进行分析研究，进一步核对有关数椐。
3．2工程建设必要性及建设时机
根据与本工程有关的电网规划及电力平衡结果、电网结构情况，促进地方经济的发展等方面阐明本工程建设的必要性、节能降耗的效益及其在电力系统中的地位和作用，说明本工程的合理建设时机。
4 接入系统方案
根据电网规划、原有网络的特点、负荷分布及相关线路的输电能力等情况，提出本工程2个及以上接入系统比较方案，必要时应包含与本工程有关的下一级电压等级电网研究。在方案拟定时应远近结合，综合考虑节约土地、节能降耗、电网新技术的应用，对接入系统方案进行必要的潮流、稳定及短路电流等电气计算，节能降耗效益分析，并進行技术、经济综合比较，提出推荐方案，对远景水平年变电站接入方案进行展望。
变电站的作用与接入系统方案密切相关，变电站作用不同，接入系统方案也不同；反之，接入系统方案也关系到变电站的作用及地位。应合理地确定变电站的作用和接入系统方案。一些220kV变电站由于定位为终端变电站或末端变电站，接入系统较简单，其220kV配电装置采用桥形接线，造成运行困难。此外，在拟定接入系统方案时不要使一些变电站出线规模过多，使变电站过于重要，给运行造成压力过大。例如图3—1所示，以广西电网220kV苍梧二变电站接入系统讨论，提出两个方案如下图所示，其中方案一苍梧二变电站接入一个“8”字形环网内，方案二苍梧二变电站接入一个大环网内。考虑方案二苍梧二变电站出线规模过多，电网改动大，从而使该变电站过于重要，给运行造成压力过大，结合变电站站址情况，经与梧州供电局协商后没推荐采用。
图3—1
5 工程建设规模
根据系统论证，结合工程建设条件，提出本工程远期和本期的建设规模，包括变电站变压器容量和台数、各侧电压出线回路数和方向、无功补偿和消弧线圈的配置；对侧扩建、改建工程，以及确定本期工程设计范围内线路导线的截面。
5.1220kV变电站低压侧电压等级
随着电网结构的不断加强，为了减少变电重复容量和电网电能损耗，节省工程投资，应充分利用220kV变电站低压侧容量向外供电。对于一些位于城区或靠近城市及开发区220kV变电站，其低压侧可采用10kV电压级；对于一些县级220kV变电站，在其邻近地区35kV电网较发达，负荷较重的情况下，低压侧可采用35kV电压级。
5.2变压器容量和台数
同一供电区域变电容量容载比应按电压分层计算，统计各级电压降压变电容量和相应负荷时，不仅要注意扣除电源（电厂和上级电压变电站）采用下一级电压供电的负荷，以及同级电压网内用户专用变电站容量和相应负荷，注意增加下一级电网向网外送电的负荷，减掉下一级电网中从网外送入的电力。220kV电网容载比一般取1.6～1.9。
变电站远期一般按装设2～3台变压器考虑。为增强发展适应性，便于运行，目前电网的变电站远期采用装设3台变压器的情况较多。变电站首期主变容量和台数根据负荷需要确定，须满足变电站在投产后三年内不扩建主变的要求，同时要避免出现变电站长时间负载率低、单台变压器运行的情况。
5.3 无功补偿配置
按照变电站远期和本期规模，根据分层分区无功平衡的原则，经调相调压计算，提出远期和本期无功补偿装置分组数量、分组容量。
220kV变电站的容性无功补偿装置以补偿主变压器无功损耗为主，并适当补偿部分电网无功损耗。补偿容量按照主变压器容量的10～25%配置；当变电站220kV侧邻近无充足的无功电源时，还需满足主变压器最大负荷时，其高压侧功率因数不低于0.95的要求。分组容量的选择，应根据计算确定，最大单组无功补偿装置投切引起所在母线电压变化不宜超过电压额定值2.5%，且接入35kV电压等级时不大于12Mvar，接入10kV电压等级时不大于8Mvar。特殊情况下，如受场地限制时，允许分列运行的每段10kV母线上有一组容量超过8Mvar，但不应超过10Mvar的补偿装置。
5.4线路型式及导线截面的选择
根据正常运行方式和事故运行方式下的最大输送容量，考
虑到电网的发展，必要时对不同的线路型式和导线截面进行技术经济比较。对于潮流较重的线路宜采用大截面导线，以减少线路回路数，简化网络结构。根据电网规划，远近结合，优先考虑采用同塔双回线路架设。初期潮流较轻时，可考虑先单侧挂线。在线路走廊特别紧张的地区，应考虑优化线路路径，建设同塔多回路，特别是不同电压等级的同塔多回路，充分利用走廊资源，提高通道利用率。
5.5对侧工程
按照接入系统方案，提出对侧变电站扩建或改建工程建设内容。
6 结束语
电力系统一次220kV变电站可行性研究阶段的重要组成部分，正确、合理的电力系统设计实施后可最大限度地节约国家基建投资，提高输变电工程项目的经济和社会效益，促进国民经济的发展。
参考文献
[1]赵希正主编，中国电力负荷特性分析与预测[M].中国电力出版社，2002年.
[2] 电力规划设计总院编.电力系统设计手册.中国电力出版社，1998年.
[3] 水利电力部西北电力设计院编.电力工程电气设计手册电气一次部分.中国电力出版社，1996年.
[4] 国家发改委，国家电网公司主编.电力需求侧管理工作指南. 北京：中国电力出版社，2007年7月第二版.
[5] 中国电机工程学会编.城市电力网规划设计导则.水利电力出版社，1993年.