为啥电网结构是这样？为啥变电站接线图是这样？看完这篇你就彻底明白了！

高压电网的网架结构和配电网接线方式应该是对应的。

网架结构在电力系统设计中，应该属于比较顶层的设计了，一直缺少系统的梳理，都是凭着经验、思路或者是计算合理，所以值得好好总结下，不过稍微有点偏专业。

首先特高压，个人认为，没有组网的必要，就不写了，500kV开始。

一、500kV网架结构

500kV电网结构及灵活性

环型结构和网格型结构为500kV电网普遍采用的结构型式，有其合理性和必然性：

环型结构：环网结构的特点是环网上变电站间相互支援能力强；便于从多个方向受入电力；便于采取解环或扩大环网的方式调整结构。

网格型结构：网格型结构的特点是线路短、相互支援能力更强、网架坚固；便于多点受入电力；缺点是短路电流难以控制；难以通过采取解列电网的措施控制事故范围。

环型结构在形态上可分为单环网、C（U）环网（半环网）和双环网，分别对应城市电网发展的不同阶段，单环网和半环网可以很容易地过渡到双环网。

网格结构从形态上可分为日字型、目字型、田字型和网络型，由围绕城市多个中心区或多个城市的500kV环网叠加而成。日字型、目字型、田字型和网络型对应城市扩展的不同阶段，过渡方式为双环网-日字型-目字型-田字型-网络型。

二、220kV网架结构

220kV电网，一直是各级电网里面比较值得研究的。因为220kV电网分区规划和运行不仅能够分解系统，而且对于降低短路电流、控制潮流等方面具有重要现实意义。

一般来讲，当最高电压等级（如500kV）环网运行且网架坚强，为确保电网结构优化，低一电压等级（如220kV）电网应分区规划和运行，分区间保持合理联络和支援。此时，城市高压配电网（如110kV）应采用环网结构、辐射运行，环网结构宜优先在同一220kV分区电网内形成，尽量减少不同220kV分区间的110kV环网结构。

1）220kV电网分区原则

分层分区是指打开电磁环网，按电网的电压等级将电网分成若干结构层次，按供电能力划分出若干包含不同结构层次的供电区域，在各区域内根据电力负荷安排相应的电力供应，形成区域内电力供需大致平衡。分区应遵循如下原则：

• 独立原则：合理的分区应当尽量使区内的负荷与装机基本平衡。

• 联络原则：保持分区之间保持适度联络。区与区之间界面要清晰。

• 可靠原则：电网结构的简化使得热备用线路减少可能会导致可靠性降低。

2）220kV电网分区类型

根据供区内500kV变电站个数和运行方式的不同，220kV电网可分为独立分区和互联分区两种模式。

独立分区：以一座500kV变电站和若干220kV地方电厂作为电源点，运行时只有一座500kV变电站作为与大网的联络点，一般呈围绕500kV变电站220kV母线的放射网或自环网结构。

互联分区：互联分区以两座及以上500kV变电站和若干220kV地方电厂作为电源点。运行时有两座及以上500kV变电站作为与大网的联络点，一般呈日字形、目字型、田字形或网络等网格结构。各分区之间在正常方式下相对独立, 事故情况相互支援。

3）220kV电网结构模型

• 独立分区电网结构

独立分区存在一个500kV变电站作为分区电网的电力下载通道，若干220kV地方电厂作为分区电网的电源支撑。根据220kV电网分区的可靠性原则，为保证220kV电网的运行可靠性，独立分区内部宜采用环网运行。

据此推荐独立分区三种电网结构，双放射结构、双链结构和自环网结构。

双放射结构中任一220kV变电站均有两回线路供电。

双链结构中任一220kV变电站均有四回线路供电。

双放射结构中任一220kV变电站（不含终端站或电厂连接变电站）均有四回线供电。

网格结构中任一220kV变电站（不含终端站或负荷站）均有四回及以上线路供电。

• 互联分区电网结构

互联分区存在两个及以上500kV变电站作为分区电网的电力下载通道，若干220kV地方电厂作为分区电网的电源支撑。根据220kV电网分区的可靠性原则，为保证220kV电网的运行可靠性，互联分区内部宜采用环网运行。

双链结构中任一220kV变电站均有四回线路供电。

球拍型结构中任一220kV变电站均有四回到六回线路供电。

哑铃型结构中任一220kV变电站均有四回到六回线路供电。

网格结构中任一220kV变电站（不含终端站或负荷站）均有四回及以上线路供电。

4）220kV电网结构过渡过程

三、110kV网架结构

110kV属于高压配网，主要是目前适合城市高压变电站中的配电网络结构模型，以及各种网络结构的可靠性、经济性和灵活性。

1）110kV变电站结构

110kV变电站结构的研究对象为变电站主接线形式。常用的形式有：内桥、线路变压器组、内桥+线变组、单母线分段和单元接线等。

2）110kV电网结构

110kV电网采用环网布置，开环运行的方式，目的是避免与220kV电网形成电磁环网，从而形成以220kV变电站为独立电源点的110kV电网。

由于110kV电网网络接线形式繁多，以下主要根据变电站最终规模的不同，结合各种接线模式与主变台数、变电站主接线的合理搭配，介绍几种常用的电网接线形式。

• 两台主变模式

• 三台主变模式

3）110kV电网结构的可靠性

城市电力网的供电安全采用N-1准则。

• 主变N-1负载率

主变N-1负载率是指满足N-1原则的主变负载率。

• 电网结构N-1分析

4）110kV电网结构的供电能力

在满足主变N-1原则下，110kV电网结构的供电能力如下。

110kV线路中，一般来说，环境空气温度选择40℃，110kV架空线路选取钢芯铝绞线（LGJ），110kV电缆线路选取交联聚乙烯电力电缆（YJV）。

• 电网供电能力

  • 线路供电能力

• 导线选型

• 5）110kV电网结构的过渡方案

  • 两台主变模式的网架过渡

  情景一：两线一变（单电源）→三线两变→四线两变→四线三变

  情景二：两线一变（双电源）→两线两变（双电源）→四线两变→四线三变

  

  • 三台主变模式的网架过渡

  1）链式结构网架过渡

  情景一：完全与不完全双链网架的过渡；

  情景二：三链网架的过渡。

  

  2）“三T”结构网架过渡

  情景一：六线两变向六线三变过渡；

  情景二：四线两变向四线三变过渡。

  3）四线两变向四线三变过渡

  情景一：四线两变（模式一）两座变电站中间新增一座三台主变规模的变电站；

  情景二：四线两变（模式一）两座变电站中间新增一座两台主变规模的变电站。

  

  • 组合模式

  组合模式接线方式较为灵活，任何两个或三个典型接线模式，组合在一起只要能够满足可靠性要求即可。组合结构的优点是节约了线路通道，在满足可靠性的前提下提高了电网建设的经济性，也在一定程度上简化了典型模式过渡到最终规模的过渡过程。典型组合模式如下：

  

  模式C-1是由两线一变与四线两变组合而成，解决了两线一变的110kV变电站主变发展到3台时的电源问题，就近节约了一侧电源通道，提高了电网建设的经济性。同时可靠性也能满足要求，其中四线两变部分能够满足线路“N-2”校验，两线一变部分能够满足线路“N-1”校验。

  6）110kV电网结构方案应用原则

  

  四、电网电压序列

  合理的电压序列事关电网运行的可靠性、经济性和安全性。

  发达国家城市电网的电压等级配置一般为4-5级。各国都根据实际情况选择了合理的高压输电电压等级，并形成了坚强的输电网架结构。

  电压等级纵向关系，之前在电网规划里面已经总结了一些，这里主要说下20kV电网。

  1）采用20kV对高压变电站主变容量选择的影响

  

  可以看出，若变压器的低压侧电压不变，仅主变的高压侧电压提高，当采用相同的阻抗电压百分比时主变的最大容量提高不大。

  经计算受短路电流和阻抗电压百分比的限制，一般情况下110/10KV 双绕组变压器最大容量为50MVA，220/20kV双绕组变压器最大容量为120MVA，110/20kV双绕组变压器最大容量为100MVA。当采用三绕组变压器时，容量可适当增加。

  2）采用20kV 对高压变电站设计的影响

  目前，国内110/10kV 变电所主变容量为31.5MVA、40MVA及50MVA，少数地区也在尝试使用63MVA主变，而目前国产10kV 大电流开关柜最理论上仅能满足50MVA主变要求，采用63MVA主变需购买国外产品或采取特殊接线及限制运行方式。

  采用20kV 电压等级后，设备额定电流将降低一半，因此110/20kV 可采用63MVA 甚至90MVA 主变，国内生产厂家经过技术改造均能提供相应的开关柜。

  

  随着城市电网的日益密集，与20kV电压等级相比较，110/10kV 主变需选用更高的阻抗值以满足中压开关柜短路电流限额16kA 标准的要求，这样做一方面会增加主变电能损耗，另一方面高阻抗变压器价格要比低阻抗变压器价格贵许多。

  还有其他有点，比如中压线路输送功率增大，中压间隔和线路通道减少，高压变电站供电半径增大，中压线路功率损耗降低，中压侧短路电流降低一半等等，并不是鼓吹20kV网络，它也有一些缺点，只是提供一个思路：新建配网区域，同时预测负荷密度较高，确实比较适合20kV网络。

  五、中性点接地方式
  
  随着城市电网的不断发展，电缆在我国城市电网中的使用率越来越高，电缆线路的大量应用在提高配电网供电可靠性的同时也带来了新的问题：电容电流的快速增长给城市电网的安全运行和中性点接地方式的选择带来了新的课题。

  城市电网中性点接地方式分为有效接地和非有效接地两大类。其中，有效接地包括中性点直接接地和中性点经低值阻抗接地两种；而中性点经消弧线圈接地、经高阻抗接地和中性点不接地都属于非有效接地方式。

  《Q/GDW 156-2006 城市电力网规划设计导则》中对配网中性点运行方式规定如下：

  • 20kV、10kV不接地或经消弧线圈接地，或经小电阻接地。

  • 对于20kV和10kV电压等级的中性点不接地系统，在发生单相接地故障时，若单相接地电流在 10A 以上，宜采用经消弧线圈接地方式，宜将接地电流控制在10A以内，并允许单相接地运行2小时。 

  • 对于20kV、10kV 电压等级的非有效接地系统，当单相接地故障电流达到150A以上的水平时，宜改为小电阻接地系统。

  • 对于35kV、20kV、10 kV电压等级的中性点经小电阻接地系统，在发生单相接地故障时，20kV，10kV接地电流宜控制在150～500A范围内，35kV接地电流为1000A，应考虑跳闸停运，并注意与重合闸的配合。

  目前，国内大部分省市和地区仍采用中性点不接地或经消弧线圈接地方式；广州、深圳等供电公司近几年先后改用经小电阻接地。然而对于城市中压配电网，尤其是实际电网中最常见的电缆架空线混合系统，究竟哪种接地方式更为适用，这一问题在工程界和理论界都存在着分歧。

  配电网中性点接地方式的选择是一个综合性的经济技术问题，既要考虑配电系统设备投资和运行的经济性，又要考虑电网供电可靠性、安全性、过电压水平、系统绝缘水平、继电保护及安全自动装置、对通讯线路的干扰以及系统稳定等方面的技术问题。

  

  对一些城市和地区电网的10kV系统的中性点经电阻接地方式和经消弧线圈接地方式进行了了解和总结，具体情况介绍如下。

  1） 华东某市

  华东某市电网对中性点接地方式的选择有如下规定：主城区部分，35 kV、10 kV系统由于电缆出线日益增多，电缆在发生单相接地故障后，如不及时切除，易扩大事故，因此，新建变电站应采用电阻接地方式。边缘地区新建35 kV、10 kV系统宜采用电阻接地方式。郊区农村地区35 kV和10 kV架空配电线路宜采用消弧线圈接地方式。

  2） 东北某市

  东北某市按照电容电流在10~200A之间采用消弧线圈接地，大于200A采用小电阻接地。

  在中性点经电阻接地系统中，电缆仍按不接地系统选择。

  3） 南方某市

  南方某市郊区以架空出线为主的变电站，按单台变压器变低运行方式,当单相接地电容电流不超过20A时，可以采用不接地系统运行，当超过20A时,采用低电阻接地方式运行；城区以电缆出线为主的变电站，按全站变低最大运行方式，即考虑10kV母线并列运行时，当单相接地电容电流不超过30A时，可以采用不接地系统运行，当超过30A时，采用低电阻接地方式运行；对不接地运行的变电站，随着馈线增加、运行方式变化进行单相接地电容电流计算和测量，以确定是否接地运行。

  4） 各单位配电系统运行中的一些情况及意见

  • 华东某市供电局认为在中性点经电阻接地系统中，发生单相接地时，另外两相电压也会升高，因此，电缆仍应按不接地系统选择。

  • 南方某市供电局采用中性点经电阻接地方式，单相接地电流较大，容易发生针式瓷瓶爆裂。

  • 南方某市供电局在中性点经电阻接地系统中，曾发生过单相接地不跳闸，原因是安装变电站的零序电流互感器时，没有将电缆的铠装外护套剥掉，一起穿过零序电流互感器。当发生单相接地时，电缆和铠装分流，导致零序保护拒动。

  • 各地区在改为中性点经电阻接地后，没有发生过因导线断落对行人造成伤害，也没有发生过因跨步电压、接触电压或反击造成人员或设备事故。

  • 有些地区的供电局都认为中性点不接地或经消弧线圈接地发生单相接地时，过电压倍数过高，可达7-8倍。而中性点经电阻(电抗)接地系统过电压倍数较低。

  • 华东某市曾发生过在中性点经消弧线圈接地系统中，因线路单相接地产生过电压导致变电站母线故障全站失电事故。华北某市10kV配电系统也发生过几起单相接地过电压事故，均扩大了事故范围。虽然上述事故的扩大是由于多种因素造成的，但也不能排除中性点不接地或经消弧线圈接地方式的影响。

  6）采用中性点经小电阻接地方式，应考虑的问题

  • 单相接地时线路应考虑跳闸，为了保证供电可靠性要求，应考虑负荷转移问题；

  • 单相接地时的接地电流应限制在对音频电缆的通信线路干扰的允许范围之内；

  • 单相接地时的线路的继电保护应有足够的灵敏度和选择性