220kV變電站電氣接線比選與優(yōu)化研究

王宇坤

(國網(wǎng)蕪湖供電公司， 安徽 蕪湖 241000)

0 引言

變電站電氣主接線要根據(jù)變電站在系統(tǒng)中的地位、作用、種類、負荷性質(zhì)、負荷容量、設(shè)備特點、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等因素確定，對電網(wǎng)運行安全、供電可靠、運行靈活機動、檢修方便、經(jīng)濟性等起著重要的作用，是電力系統(tǒng)的重要組成部分。

本文根據(jù)《220 kV～750 kV變電站設(shè)計技術(shù)規(guī)程》(DL/T 5218-2012)(以下簡稱規(guī)程)對安徽蕪湖220 kV南二變電站的220 kV電氣主接線進行比選和優(yōu)化，兼顧可靠性、靈活性和經(jīng)濟性，形成該變電站遠景和本期電氣主接線方案。

1 工程概況

安徽蕪湖220kV南二變電站所在供電區(qū)域存在的主要問題是供電線路長，供電可靠性差，供電質(zhì)量低。地區(qū)電網(wǎng)依賴外部電源已不能滿足區(qū)內(nèi)負荷需求。因此建設(shè)該220 kV變電站可以滿足當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)負荷增長的需求、改善110 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

2 220kV電氣主接線遠景方案

安徽蕪湖220 kV南二變電站220 kV出線本期1回，遠景6回，各回線路均無T接線。根據(jù)《規(guī)程》第5.1.6條：“220 kV變電站中的220 kV配電裝置，當(dāng)在系統(tǒng)中居重要地位、出線回路數(shù)為4回及以上時，宜采用雙母線接線?！币虼烁鶕?jù)變電站在系統(tǒng)中的地位、遠景出線規(guī)模等現(xiàn)狀，并與現(xiàn)有運行模式相匹配，本文推薦遠景220 kV采用雙母線接線形式，不考慮其他簡單接線形式，如圖1所示。

圖1 220kV遠景電氣主接線

2.1 可靠性分析

220 kV南二變電站為地區(qū)重要變電站，本期從220 kV盛橋變電站單線受電，遠景有不少于兩回獨立電源，采用雙母線接線是一種可靠性高、運行方式靈活的接線形式。

雙母線接線的主要優(yōu)點是可靠性高、任一組母線故障時所有回路均不中斷供電，220 kV南二變電站采用戶外GIS設(shè)備，當(dāng)單段母線故障或者故障時，雙母線接線可以通過倒閘操作將該段母線上的所有進出線倒至另一段母線。也就是說，雙母線接線在一條母線故障或檢修時，需全站短時停電后恢復(fù)送電。表1給出了各種主要電氣元件故障(或檢修)時的運行方式的變化情況。

表1 各種主要電氣元件故障(或檢修)時的運行方式的變化

在二次設(shè)備方面，220 kV側(cè)遠景主接線選用雙母線接線后，按主變配置一套雙重化的主變差動、后備保護裝置，按母線配置一套雙重化的母線差動保護，按線路配置一套雙重化的線路保護，按母聯(lián)配置一套雙重化的母聯(lián)保護，均采用微機保護裝置，保護單元配置獨立的CPU，可靠性高。

根據(jù)上述分析，雙母線接線的可靠性較高，220 kV南二變遠景主接線采用雙母線接線形式是合適的。

2.2 靈活性分析

220 kV遠景主接線主要考慮對調(diào)度、檢修的便利。

正常運行時，雙母線接線各進出線固定于一條母線運行，以雙母線接線運行。假定遠景#1、#2主變、出線1、出線3、出線5固定接于1M母線；#3主變、出線2、出線4、出線6固定接于2M母線。

當(dāng)某條母線停運(檢修或故障)時，可以通過母線隔離開關(guān)倒閘操作實現(xiàn)兩條母線出線的切換，相當(dāng)于以一條單母線接線運行；

當(dāng)#3主變停運(檢修或故障)時，#3主變高壓側(cè)斷路器退出運行，母聯(lián)斷路器投入運行，相當(dāng)于以一條單母線接線運行；

當(dāng)線路或#1主變或#2主變停運(檢修或故障)時，母線不退出運行，仍然以雙母線接線運行。

因此，220 kV南二變遠景主接線采用雙母線接線有利于運行單位開展調(diào)度、檢修等工作，該接線形式運行靈活性較優(yōu)。

2.3 經(jīng)濟性分析

對雙母線接線方案相應(yīng)的220 kV配電裝置設(shè)備造價進行分析，由于220 kV遠景主接線無其他備選方案，因此僅與國網(wǎng)典設(shè)C-1方案進行比較。

表2列出了主要一、二次設(shè)備項目。對于二次電纜、通訊光纜等材料，及其他費用等參照同等工程或按標(biāo)準(zhǔn)計列。

表2 雙母線方案與國網(wǎng)典設(shè)C-1方案設(shè)備投資對比

與國網(wǎng)典設(shè)C-1方案相比，本工程220 kV遠景主接線方案節(jié)省9組進出線隔離開關(guān)，在保證主接線可靠性的條件下，簡化電氣單元數(shù)量，在節(jié)省投資的同時，節(jié)省了占地，符合國網(wǎng)公司資源節(jié)約型、環(huán)境友好型變電站建設(shè)理念。

3 220 kV電氣主接線本期方案

根據(jù)《規(guī)程》第5.1.9條：“各級電壓配電裝置，初期回路數(shù)較少時，宜采用斷路器數(shù)量較少的簡化接線，但在布置上應(yīng)滿足過渡到最終接線的可實施性?！?/p>

本節(jié)提出220 kV主接線本期三種備選方案，即線變組接線(方案一)、單母線接線(方案二)和雙母線接線(方案三)。其中，線變組接線線路側(cè)采用了電子式三相電流電壓互感器，本期可取消2M母線設(shè)備，節(jié)省本期設(shè)備投資。

表3 三種備選方案

圖2 220 kV電氣主接線比選方案

需要說明的是，三個備選方案均考慮遠景向雙母線接線方式過渡，即遠景的主接線形式相同。方案1～方案3三種備選方案主要設(shè)備見表4。

表4 方案主要設(shè)備數(shù)量表

3.1 可靠性分析

根據(jù)《評審意見》，本站本期220 kV出線1回，1×180 MVA主變壓器，采用戶外GIS雙列布置，架空出線。考慮到本期建設(shè)規(guī)模，無論采用何種接線形式，任意一個元件(隔離開關(guān)、斷路器、母線)故障，都會造成變壓器失電，因此原則上應(yīng)選用盡可能少的電氣元件以提高接線形式的可靠性。

采用線變組接線，僅有架空線-斷路器-母線-#1主變4個電氣元件，元件數(shù)量最少；采取單母線接線相較線變組接線，需要增加一個斷路器；采取雙母線接線相較單母線接線，需要增加一個母線元件。因此，單從元件可靠性來看，線變組接線元件可靠性最高、單母線接線次之、雙母線接線最低。

3.2 靈活性分析

220 kV本期主接線靈活性主要考慮向遠景擴建的便利性。

在此重點討論方案1線變組接線、方案2單母線接線向終期雙母線接線過渡的施工及停電方案(注：方案3雙母線接線已按終期規(guī)模建成，在此不再討論)，主要從一次設(shè)備改接復(fù)雜性及停電時間長短，以及繼電保護配置、二次接線改接復(fù)雜性兩個方面進行論述。

根據(jù)系統(tǒng)規(guī)劃，假定擴建雙母線后，本站的規(guī)模為3線2變，新上220 kV出線2、出線3、1M母線、#2主變并完善相應(yīng)間隔。方案1、方案2向雙母線過渡的擴建內(nèi)容見表5。

表5 方案1、方案2向雙母線過渡的擴建內(nèi)容

如上表所述，兩個擴建方案區(qū)別在于：方案1比方案2需要多上1臺主變進線間隔斷路器、1組2M母線設(shè)備。

經(jīng)向施工單位收資，方案2完成上述擴建內(nèi)容需全站停電1次，停電時間為4天；方案1比方案2需增加全站停電1次，停電時間為1天，因此下文在研究線變組接線向雙母線過渡的設(shè)計方案時，試圖通過優(yōu)化設(shè)備布置形式，優(yōu)化停電方式、盡最大可能地縮短停電時間。

(1)線變組接線向雙母線過渡擴建內(nèi)容

1)一次設(shè)備改接及停電時間分析。方案1線變組接線本期只上一組母線，按照雙母線接線預(yù)留一組母線安裝位置，且按照遠景進出線預(yù)留間隔擴建位置。由于本期#1主變進線間隔斷路器不上，需要使用支柱絕緣子對2M母線和#1主變間的導(dǎo)線進行過渡，采用這種設(shè)備引接方式在后期擴建時需要全站停電，將支柱絕緣子及導(dǎo)線拆解，并制作斷路器基礎(chǔ)。為了減少擴建工程時上述停電時間，本期工程將#1主變高壓側(cè)斷路器的基礎(chǔ)提前制作并就位，并將支柱絕緣子與斷路器基礎(chǔ)錯開布置方式，從而減少一次為期1天的全站停電時間。通過上述設(shè)備布置方案，線變組向雙母線接線過渡時間的全站停電次數(shù)減少為1次，停電時間縮短為4天，停電期間的一次專業(yè)工作內(nèi)容見表6。

表6 停電期間的一次專業(yè)工作內(nèi)容

2)繼電保護配置及二次接線改接復(fù)雜性。從二次專業(yè)來看，線變組接線僅配置1套線路保護、1套主變保護，母線保護不上，擴建時需新上1套母線保護，1套母聯(lián)保護，后期擴建另一條母線時需要改接第一套母線保護，并新上第二套母線保護。該部分擴建工作可伴隨一次設(shè)備停電在4天時間內(nèi)完成，停電期間的二次專業(yè)工作內(nèi)容見表7。

(2)單母線接線向雙母線過渡

單母線接線向雙母線過渡時需要停電1次，停電時間為3.5天，與線變組接線的過渡方案相比，在下表的一、二次設(shè)備安裝與調(diào)試階段節(jié)省了0.5天停電時間。

1)一次設(shè)備改接及停電時間分析。停電期間的一次專業(yè)較線變組接線節(jié)省如下工作內(nèi)容，節(jié)省停電時間0.5天：

序號電氣一次專業(yè)節(jié)省的工作內(nèi)容1220kV場區(qū)#1主變間隔斷路器安裝、2G至斷路器之間設(shè)備連線安裝制作。

2)繼電保護配置及二次接線改接復(fù)雜性。從二次專業(yè)來看，單母線接線配置1套線路保護、1套主變保護，1套母線保護，擴建時需新上2套線路保護、1套母線保護，1套母聯(lián)保護，并改接第一套母線保護。該部分擴建工作可伴隨一次設(shè)備停電在3.5天時間內(nèi)完成，停電期間的二次專業(yè)較線變組接線節(jié)省工作內(nèi)容如下：

(3)雙母線接線擴建內(nèi)容

本期為雙母線接線時，擴建220 kV出線2、出線3線路、1M母線、#2主變并完善相應(yīng)間隔需要全站停電1次，停電時間為2.5天。

1)一次設(shè)備改接及停電時間分析。停電期間電氣一次工作內(nèi)容如下：

序號電氣一次工作內(nèi)容1220 kV場區(qū)出線2、出線3、母聯(lián)間隔2G安裝(包括靜觸頭安裝)。2220 kV場區(qū)出線2、出線3間隔1G至2G、2G至斷路器之間設(shè)備連線安裝制作。3220 kV場區(qū)母聯(lián)間隔2G至斷路器之間設(shè)備連線安裝制作。4220 kV場區(qū)#2主變間隔,1G至2G、2G至斷路器之間設(shè)備連線安裝制作。5220 kV場區(qū)#2主變間隔1G靜觸頭安裝、1G至斷路器之間設(shè)備連線安裝制作。

2)繼電保護配置及二次接線改接復(fù)雜性。從二次專業(yè)來看，雙母線接線配置1套線路保護、1套主變保護、2套母線保護、1套母聯(lián)保護，擴建時需新上2套線路保護，并改接2套母線保護。該部分擴建工作可伴隨一次設(shè)備停電在2.5天時間內(nèi)完成，停電期間的二次專業(yè)工作內(nèi)容如下：

序號工作內(nèi)容1#2主變高壓側(cè)間隔I母刀閘位置,II母刀閘位置接入新母線保護并驗證,電流接入新母線保護及通流試驗,失靈啟動回路完善;兩套母差保護傳動220 kV出線4線開關(guān)、#1主變開關(guān)。2220 kV出線2、出線3間隔I母刀閘位置、II母刀閘位置接入兩套母線保護并驗證,2條線路、#2主變電流接入原母線保護及通流試驗,失靈啟動回路完善;兩套母差保護傳動220 kV出線2、出線3、#2主變開關(guān)。3220 kVI、II母電壓接入220 kV電壓并列屏,完善220 kV電壓回路,通壓試驗,電壓切換并列試驗(涉及220 kV所有間隔刀閘)。

根據(jù)上述分析，220 kV本期電氣主接線采用方案1與方案2靈活性相近，方案3靈活性最優(yōu)。

3.3 經(jīng)濟性分析

三個備選方案遠景主接線均為雙母線接線，故三個方案的主要區(qū)別在于本期投資不同。在此對各種接線方案相應(yīng)的220 kV配電裝置本期工程有差異的部分進行比較。

表8列出了主要一、二次設(shè)備項目。對于二次電纜、通訊光纜等材料，及其他費用等參照同等工程或按標(biāo)準(zhǔn)計列。

表8 三種備選主接線方案設(shè)備投資對比

由表8可知，方案1本期投資最為節(jié)省，方案2投資居中，方案3投資最多。

3.4 小結(jié)

(1)根據(jù)上述分析結(jié)果，220 kV遠景主接線采用雙母線接線；

(2)根據(jù)《規(guī)范》以及本工程《評審意見》等相關(guān)材料，考慮到220 kV南二變電站主變擴建及220 kV出線間隔沒有明確的時間表，綜合可靠性計算、靈活性分析和經(jīng)濟性評價結(jié)果，220 kV本期電氣主接線推薦線變組接線作為最優(yōu)方案。

220 kV本期主接線三種可選方案均為有匯流母線接線，遠景均為雙母線接線方式。

方案1本期經(jīng)濟效益最省，方案2居中，方案3經(jīng)濟效益最差；

方案1和方案2相比，兩者可靠性相當(dāng)。對于本站負荷受電可靠性、出線送變電可靠性而言，兩者基本相同。方案3可靠性最高，但是本期投資較多。

從遠景向雙母線接線擴建的方便性和過渡方案的實施難度來看，方案3接線形式已按終期規(guī)模建設(shè)，后續(xù)擴建最為簡便；方案1擴建復(fù)雜性與方案2基本相同。

4 結(jié)論

電氣主接線方案選型，需要根據(jù)電網(wǎng)運行安全、可靠性，運行方式機動靈活性，建設(shè)投資經(jīng)濟性指標(biāo)綜合評定。對于可靠性技術(shù)指標(biāo)合格的備選方案，需要根據(jù)經(jīng)濟性指標(biāo)，同時兼顧靈活性、擴建方便等因素，選擇最優(yōu)方案。