500kV變電站交流系統(tǒng)改造淺析

邱云志

【摘 要】500kV變電站交流系統(tǒng)改造工程過(guò)程跟蹤，根據(jù)變電站380V 站用交流開(kāi)關(guān)優(yōu)化配置專(zhuān)項(xiàng)整改措施的相關(guān)要求，分析當(dāng)前變電站交流系統(tǒng)現(xiàn)狀及問(wèn)題，根據(jù)改造施工內(nèi)容，分析設(shè)計(jì)原理及跟進(jìn)改造工作開(kāi)展情況。

【關(guān)鍵詞】站用變;負(fù)荷;保護(hù)

中圖分類(lèi)號(hào)： TM773文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）36-0284-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.36.133

1 現(xiàn)場(chǎng)站用電源配置

現(xiàn)場(chǎng)500kV變電站站用電源接線(xiàn)圖示意圖如圖1。

圖1 站用交流系統(tǒng)示意圖

站用工作電源為變電站內(nèi)工作負(fù)荷提供長(zhǎng)期交流電源，當(dāng)站用工作電源停電時(shí)備用電源替代供電;同時(shí)，應(yīng)急電源的配備為防止在有限時(shí)間內(nèi)給停電帶來(lái)重大人身、設(shè)備安全或負(fù)荷大量減少，變電站常配有如快速自啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)、交流不停電電源（UPS）等以作應(yīng)急。

站用交流電源從不同變壓器低壓側(cè)分別引接兩回容量相同工作電源#1、#2，從站外引接一回可靠站用變電源#0。配置的每回站用電源容量需滿(mǎn)足全站計(jì)算負(fù)荷用電需求。改造500kV變電站現(xiàn)有站用變3臺(tái)，容量均為800kVA，布置在380/220V中央配電室，#1站用變電源引自#3主變34.5kV側(cè)作為工作電源I，#2站用變電源引自#2主變34.5kV側(cè)作為工作電源II（500kV改造變電站內(nèi)現(xiàn)有主變兩臺(tái)，分別為#2及#3主變），#0站用變電源引自站外10kV電源作為備用電源，對(duì)站外引接站用電源采用10kV電壓等級(jí)，是在滿(mǎn)足可靠性的前提下采用低電壓等級(jí)以節(jié)省成本。

多種站用電源涉及切換問(wèn)題，站用電源切換時(shí)應(yīng)先了解工作電源和備用電源的關(guān)系。以圖示站用變接線(xiàn)圖，站內(nèi)電源優(yōu)先使用工作電源#1、#2，檢測(cè)到任意一項(xiàng)電壓中斷，延時(shí)切至備用電源#0，工作電源恢復(fù)時(shí)，延時(shí)自動(dòng)切回工作電源供電。500kV切換方案有ATS自投、帶分段備自投、不帶分段備自投。500kV改造變電站站用變接線(xiàn)圖中顯示采用的ATS自投方式，ATS自投以操作步驟少，操作過(guò)程簡(jiǎn)單，自動(dòng)投切、恢復(fù)供電速度快，無(wú)須設(shè)計(jì)電氣閉鎖等優(yōu)點(diǎn)成為500kV變電站常選方案。

其次應(yīng)急電源與正常電源之間應(yīng)采用防并列運(yùn)行的措施，當(dāng)有特殊要求時(shí)，應(yīng)急電源向正常電源轉(zhuǎn)換需短暫并列時(shí)，應(yīng)采取安全運(yùn)行的措施。應(yīng)急及備用電源的選擇是根據(jù)運(yùn)行中斷供電的時(shí)間進(jìn)行切換：

1）當(dāng)自投裝置的動(dòng)作時(shí)間滿(mǎn)足允許的停電時(shí)間，可選自投裝置;

2）當(dāng)允許停電時(shí)間為毫秒級(jí)設(shè)備，則選用蓄電池靜止型不間斷電源或柴油機(jī)UPS;

3）當(dāng)允許停電時(shí)間大于等于15s時(shí)，可選用快速自啟動(dòng)發(fā)電機(jī)組。

2 負(fù)荷分類(lèi)及改造

站用電負(fù)荷宜由站用配電屏直配供電，對(duì)重要負(fù)荷應(yīng)采用分別接在兩段母線(xiàn)上的雙回路供電方式，當(dāng)前500kV改造變電站有三臺(tái)容量均為800kVA的站用變，根據(jù)規(guī)范要求，對(duì)大于50kVA的站用負(fù)荷應(yīng)采用站用配電屏直接供電，小容量負(fù)荷宜采用集中供電就地分供。此次交流改造的變電站，380/220V中央配電室配有站用配電屏13面，其檢修，照明、動(dòng)力等所有負(fù)荷均從380V交流母線(xiàn)直接取電，不符合負(fù)荷分配及交流開(kāi)關(guān)配置要求。

對(duì)站用電負(fù)荷進(jìn)行分析，對(duì)其進(jìn)行分類(lèi)及統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)站用變母線(xiàn)上主要負(fù)荷有供主控樓負(fù)荷，主變冷卻器負(fù)荷、動(dòng)力電源箱、發(fā)電機(jī)車(chē)、生活用水及消防水泵、照明、試驗(yàn)電源箱和檢修電源箱。

針對(duì)改造變電站站用負(fù)荷分類(lèi)，通過(guò)對(duì)其負(fù)荷的特性進(jìn)行分析并進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算。對(duì)負(fù)荷而言，對(duì)負(fù)荷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算時(shí)，常將負(fù)荷細(xì)分為經(jīng)常、不經(jīng)常和連續(xù)、短時(shí)及斷續(xù)的組合，計(jì)算原則一般為連續(xù)負(fù)荷及經(jīng)常短時(shí)負(fù)荷計(jì)入負(fù)荷統(tǒng)計(jì)，不經(jīng)常短時(shí)及斷續(xù)不計(jì)入負(fù)荷統(tǒng)計(jì)計(jì)算。站用電源負(fù)荷計(jì)算公式如下：

■

其中S為站用變壓器容量，K1為站用電力負(fù)荷換算系數(shù)，一般取值0.85，P1為站用動(dòng)力負(fù)荷之和，P2為站用電熱負(fù)荷之和，P3為站用照明負(fù)荷之和。

負(fù)荷分析、統(tǒng)計(jì)計(jì)算驗(yàn)證配置的每回站用電源容量需滿(mǎn)足全站計(jì)算負(fù)荷用電需求，同時(shí)500kV改造變電站投運(yùn)年限較久，有新技術(shù)、新設(shè)備投運(yùn)導(dǎo)致新增負(fù)荷如現(xiàn)代智能巡檢機(jī)器人等，判定此時(shí)站用變電源容量是否仍然滿(mǎn)足且裕度合理。驗(yàn)算確認(rèn)每臺(tái)800kVA站用變?nèi)萘繚M(mǎn)足站用變負(fù)荷運(yùn)行要求。

負(fù)荷改造工作，需對(duì)負(fù)荷供電方式進(jìn)行分析，根據(jù)負(fù)荷停電影響將負(fù)荷分為I、II、III類(lèi)，對(duì)部分重要負(fù)荷采用雙電源供電，在改造過(guò)程中，一段母線(xiàn)停電時(shí)，對(duì)有雙電源配置的負(fù)荷通過(guò)另一個(gè)母線(xiàn)供電，對(duì)部分單電源不允許停電負(fù)荷通過(guò)采用轉(zhuǎn)接方式供電，即在一段母線(xiàn)拆接點(diǎn)負(fù)荷側(cè)加延長(zhǎng)線(xiàn)至另一帶電母線(xiàn)，低壓電可帶電操作轉(zhuǎn)接負(fù)荷，同時(shí)注意是否存在兩端合環(huán)開(kāi)關(guān)，對(duì)合環(huán)開(kāi)關(guān)確保斷電才能確保待停電母線(xiàn)停電安全。其中對(duì)檢修電源而言，因檢修電源網(wǎng)絡(luò)采用按功能區(qū)域單回路分支供電方式，且工作現(xiàn)場(chǎng)檢修電源箱無(wú)負(fù)荷，可直接停用。

根據(jù)大于50kVA的站用負(fù)荷應(yīng)采用站用配電屏直接供電，小容量負(fù)荷宜采用集中供電就地分供原則，對(duì)負(fù)荷連接方式進(jìn)行重新分配，首先對(duì)一段母線(xiàn)停電，此時(shí)#1及#0站用變停電轉(zhuǎn)檢修狀態(tài)，對(duì)大容量負(fù)荷連接母線(xiàn)的主饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)，其保持直接連接母線(xiàn)，可用原主饋線(xiàn)開(kāi)關(guān);對(duì)小容量負(fù)荷分供需新增大容量主饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)及分支小母線(xiàn)，其新增饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)計(jì)算電流滿(mǎn)足其下端分支負(fù)荷計(jì)算電流之和及級(jí)差配合要求，新增開(kāi)關(guān)接入母線(xiàn)時(shí)配置相應(yīng)的速斷、過(guò)流延時(shí)及接地保護(hù)功能。

兩段母線(xiàn)進(jìn)行同樣的改造過(guò)程，先斷一段母線(xiàn)進(jìn)行負(fù)荷調(diào)整，調(diào)整過(guò)程中一段母線(xiàn)停電時(shí)間較長(zhǎng)，此時(shí)#1及#0站用變停電，#2站用變?nèi)绨l(fā)生故障，有可能造成站內(nèi)站用電失電，提前檢查直流系統(tǒng)及UPS系統(tǒng)正常，站內(nèi)發(fā)電機(jī)配置足夠柴油以備應(yīng)急供電，同時(shí)也可申請(qǐng)應(yīng)急發(fā)電車(chē)在站內(nèi)應(yīng)急備用。

500kV改造變電站站用變工作分期、分區(qū)進(jìn)行，為保證安全對(duì)分期工作設(shè)備必須進(jìn)行停電、驗(yàn)電、接地、掛牌及裝設(shè)遮欄，對(duì)不工作區(qū)域進(jìn)行隔離，針對(duì)裝設(shè)遮欄，實(shí)際圍網(wǎng)裝設(shè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有展開(kāi)圍網(wǎng)捋不順網(wǎng)，“止步高壓危險(xiǎn)”朝向標(biāo)識(shí)正反面區(qū)別不明顯，工作區(qū)域已圍好但有剩余圍網(wǎng)，收納擺放不便，工作完成后拆除，原剩下的圍網(wǎng)合并不便等問(wèn)題。針對(duì)此問(wèn)題，提請(qǐng)職創(chuàng)項(xiàng)目，并應(yīng)用職創(chuàng)項(xiàng)目可拓展紅外對(duì)射告警圍欄成果，可有效提高工作效率。

3 保護(hù)改造

對(duì)站用電系統(tǒng)，500kV改造變電站正常運(yùn)行方式為#1站用變對(duì)中央配電系統(tǒng)380/220V I段母線(xiàn)供電，#2站用變對(duì)中央配電系統(tǒng)380/220V II段母線(xiàn)供電，#1站用電進(jìn)線(xiàn)、備自投屏站用電源智能控制單元的工作模式設(shè)置為“固定電源1”，#2站用電進(jìn)線(xiàn)、備自投屏站用電源智能控制單元的工作模式設(shè)置為“固定電源2”，#0站用變空載。

根據(jù)負(fù)荷分類(lèi)特性，I類(lèi)負(fù)荷必須采用雙電源供電，其電源切換方式分明備用及暗備用，明備用也稱(chēng)為專(zhuān)用備用，即為專(zhuān)設(shè)一臺(tái)平時(shí)不工作的變壓器，有變壓器退出時(shí)投入。暗備用為無(wú)專(zhuān)用備用變壓器，每臺(tái)廠(chǎng)用變壓器均投入工作，處于半負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)任一臺(tái)廠(chǎng)用變壓器斷開(kāi)時(shí)，該段母線(xiàn)由旁邊的另一臺(tái)廠(chǎng)用變壓器供電，它們互為備用。其中明備用一般采用電源自動(dòng)切換模式，暗備用采用電源手動(dòng)切換模式;II類(lèi)負(fù)荷采用雙電源供電，采用電源手動(dòng)切換方式;III類(lèi)如照明、檢修等采用單電源供電方式。但自投有風(fēng)險(xiǎn)，帶故障自投會(huì)擴(kuò)大故障，根據(jù)南方電網(wǎng)反措要求，同時(shí)根據(jù)改造變電站交流系統(tǒng)可知，#0站用變?yōu)槊鱾溆?，設(shè)置為“固定電源模式”即手動(dòng)切換模式，此處改造同時(shí)新增#1、#2站用變零序過(guò)流保護(hù)動(dòng)作閉鎖ATS自投回路，同時(shí)新增#1、#2、#0站用變保護(hù)動(dòng)作跳站用變低壓側(cè)斷路器回路。正常運(yùn)行方式為#1、#2站用變供電，#0站用變?yōu)閭溆茫?1、#2站用變零序過(guò)流保護(hù)動(dòng)作閉鎖ATS自投，防止變低饋線(xiàn)發(fā)生故障時(shí)，ATS自投切換至#0站用變導(dǎo)致#0站用變跳閘，擴(kuò)大事故范圍，此時(shí)只有#2站用變工作，若此時(shí)#2站用變失電則導(dǎo)致全站交流失電，兩臺(tái)站用變失電構(gòu)成電力安全事件。故通過(guò)對(duì)保護(hù)改造實(shí)現(xiàn)增加閉鎖功能。

4 小結(jié)

通過(guò)對(duì)500kV改造變電站交流系統(tǒng)分析其配置現(xiàn)狀及問(wèn)題，針對(duì)此次改造要求，對(duì)低壓母線(xiàn)負(fù)荷進(jìn)行重新布置，與此同時(shí)對(duì)ATS備自投方式進(jìn)行改造，為保證交流系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定安全運(yùn)行。

【參考文獻(xiàn)】

[1]220kV～1000kV變電站站用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程.2016.

[2]重要電力用戶(hù)供電電源及自備應(yīng)急電源配置技術(shù)規(guī)范.2012.

[3]供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范.2009.

[4]火力發(fā)電廠(chǎng)用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定.2014.

[5]220kV～1000kV變電站站用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程.2016.

[6]220kV～750kV變電站設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程.2012.