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电力系统的变电站包括发电厂的变电站和电力网的变电站，变电站的电压等级均以变压器高压侧的额定电压命名。
图1.20示出变电站的分层结构。发电厂变电站的变压器的低压侧接入发电机，功率由高压和中压侧输出，称为升压变电站，变压器为升压变压器1；电力网变电站中的变压器的高压侧为受电端，中压和低压为送电端，称为降压变电站，变压器为降压变压器2、3、4。变压器高压侧有多个分接头，中间一个分接头称为主分接头。作为功率的送端，升压变压器的主分接头电压较电网额定电压高10%；作为功率的受端，降压变压器的主分接头电压与电网额定电压相同。
图1.20 变电站的分层结构图
1—升压变电站；2—枢纽变电站；3—区域变电站；4—配电变电站；5—输配电线路；6—无功补偿器
我国每一个省级行政区的电力网按电压等级分为高、中、低三层，各层电网均有多个变电站并彼此以输电线5连接，形成环网结构。习惯上将高层电网的变电站称为枢纽变电站2，中层电网的变电站称为区域变电站3，低层电网的变电站称为配电变电站4。
三层电网具有以下不同的功率集散功能：
（1）枢纽变电站
目前我国西北部地区为750kV变电站，其余地区为500kV变电站，已建成一些1000kV特高压变电站。该层变电站的高压侧相互联络，并可能接入大型电厂，一些枢纽变电站还通过远距离输电线与其他省级电网联络，进行省级电网间的功率交换，实现全国联网。中压侧（我国西北部地区为330kV，其余地区为220kV）对区域变电站和特大型工业企业供电。低压侧（35kV）仅接入双向（可发可吸的）无功补偿装置。目前我国一座枢纽变电站的总容量在1500MV·A以上，变压器单台容量很大，因此，采用单相式三绕组自耦变压器。
（2）区域变电站
目前我国西北部地区为330kV变电站，其余地区为220kV变电站，由枢纽变电站供电，高压侧还与其他区域变电站相互联络。中压侧（110kV）对配电变电站和大型用电负荷供电，并可能接入中型发电厂。低压侧（10kV）仅接入无功补偿装置。目前我国一座区域变电站的总容量在500MV·A以上，采用三相式普通三绕组变压器。
（3）配电变电站
目前我国配电变电站的电压为110kV，由区域变电站供电，高压侧还与其他配电变电站相互联络。中压侧（35kV）对中型负荷供电，并可能接入分布电源（容量很小的水电站、风电场和太阳能电站等）。低压侧（10kV）对近区的小型负荷、居民及街道照明供电，并接入无功补偿装置。目前我国一座配变电站的总容量在100MV·A上下，采用三相式普通三绕组变压器。
由于一座上层变电站需要对多个下层变电站供电，因此从上层到下层变电站座数不断增多。
三层变电站的电源、负荷及无功补偿的基本格局如下：
1）电源
枢纽变电站的电源，来自本电网内的大、中型发电厂和远方电力系统；区域变电站的电源，来自枢纽变电站和近区中型发电厂；配电变电站的电源，来自区域变电站、邻近的小型发电厂和各种分布电源。
为了提高供电可靠性，区域变电站和配电变电站的电源取自上层的两个不同变电站，当两个电源进线同时运行时，往往需要在站内解列运行，以免形成由两级电压通过变压器构成电磁环网。电磁环网运行存在的风险是：当上层电网中两个变电站的高压联络线断开时，该线路原来传输的功率可能力图通过环网中的降压变压器和低压线路穿越，导致降压变压器和低压线路过载，并因超过传输极限而使稳定性破坏，导致电网崩溃，使事故影响扩大。
2）负荷
对于特大型负荷，就近接入变电站的220kV母线；对于大型负荷，就近接入变电站的110kV母线；对于中、小型负荷，均由配电变电站供电。可见，枢纽变电站和区域变电站都不对中、小型负荷供电，避免因其有很高的故障概率影响变电站的安全，导致经常大面积停电。特别是枢纽变电站，作为电网功率平衡的枢纽，当其发生故障时可能导致电网解列，并使各区域电源与负荷的功率严重不平衡，若保护与安全控制措施不当或动作不正确，则可能因频率稳定性和电压稳定性的破坏导致电网崩溃，因此，应尽可能地避免负荷直接接入。
配电变电站的主要任务是直接对负荷供电，由配电变电站构成的电网称为配电网；枢纽变电站和区域变电站的主要任务是汇集电源，经输电线向下级电网传输电能，因此，将枢纽变电站和区域变电站构成的电网称为输电网。
3）无功补偿
基于无功就地补偿的原则，每个变电站的低压均装设无功补偿装置。向母线提供无功的补偿器称为正向（发）无功补偿器，例如电容器；从母线吸收无功的补偿器称为反向（吸）无功补偿器，例如电抗器；既可发无功也可吸无功的补偿器称为双向无功补偿器，例如静止无功补偿器。由于高层电网的长距离超高压输电线路重载时吸收大量无功，轻载时产生大量无功，因此，枢纽变电站的低压侧（35kV）需装设双向无功补偿器；区域变电站一般在低压（10kV）仅装设正向无功补偿器；配电变电站靠近负荷，在低压（10kV）仅装设正向无功补偿器。
重要的工厂可能设自备电厂，该电厂也接入配电变电站的低压母线，正常运行时自备电厂除供给本厂负荷外还可能有剩余功率对外输出，这时该变电站实际上为自备电厂的升压变电站，当自备电厂停运时，外部电力系统经该变电站将功率送入，这时该变电站为一降压变电站，因此常称此种变电站为工厂与电力系统的联络变电站，考虑功率的双向传送，其变压器可能需要选用有励磁调压变压器，在运行状态下调节变压器分接头。
目前我国电网的运行调度方式是：枢纽变电站由省级调度中心直接管理，区域变电站和其供电的配电变电站由供电局的调度所管理。