茅偉杰,沈珉峰,榮 富,徐 璐,朱佩林,曹扣成
(國網(wǎng)上海市電力公司松江供電公司,上海 201600)
上海作為特大型城市,人口密度高,產(chǎn)業(yè)密集,是全國用電負(fù)荷密度較高的城市之一。上海某些地區(qū)內(nèi)220 kV變電站建設(shè)年代久,敞開式設(shè)備居多、占地面積大的變電站仍在運行。為了建設(shè)新的室內(nèi)型變電站[1],老舊變電站改造選擇在原有站址內(nèi)進(jìn)行,在改造過程中要求不影響變電站正常供電,需要清理出敞開式設(shè)備場地,存在施工難度大、安全危險源多和新舊設(shè)備聯(lián)合使用等難題,控制危險因素的發(fā)生成為工程改造的重要因素[2]。在運行條件下,拆除母線的敞開式設(shè)備時,必須考慮負(fù)荷的轉(zhuǎn)移,這是變電站改造過程的重要安全因素[3-4]。
為220 kV老舊變電站改造工程提出合適的方法消除改造過程中的危險源至關(guān)重要,本文結(jié)合220 kV某變電站的前期改造工程方案,總結(jié)出220 kV變電站改造過程中的安全隱患與控制方法。
該站位于上海市松江區(qū)西部,是松江城區(qū)3個220 kV電源之一。
改造前一次電氣設(shè)備情況如表1所示。
表1 某220 kV變電站改造前一次電氣設(shè)備情況
現(xiàn)有規(guī)模主變(2×180+120) MVA,220 kV接線型式采用常規(guī)雙母線帶旁路[5],有2回進(jìn)線,一次設(shè)備均為室外敞開式設(shè)備。110 kV接線型式為雙母線,有4回出線,一次設(shè)備均為室內(nèi)敞開式設(shè)備。35 kV接線型式為雙母線單分段,有22回出線(1回備用),一次設(shè)備均為室內(nèi)敞開式設(shè)備。
某220 kV變電站平面布置圖如圖1所示。
圖1 某220 kV變電站平面布置圖
變電站的兩個入口(通道1和通道2)位于站址的南側(cè),西側(cè)和東側(cè)分別為110 kV出線室和35 kV出線室,220 kV母線構(gòu)架在站址的北側(cè),220母線構(gòu)架的南側(cè)依次分別為消防泵房,1號、2號和3號主變220 kV開關(guān)變壓器側(cè)閘刀。其中,220 kV母線構(gòu)架區(qū),消防泵房,1號、2號和3號主變220 kV開關(guān)變壓器側(cè)閘刀的位置為后期改造過程中主控樓和設(shè)備樓,因此本期改造的主要目的為清理出該塊場地。
某220 kV變電站改造后一次電氣設(shè)備情況如表2所示。
由表2可知,改造后的變電站110 kV和35 kV接線的出線顯著增加,為滿足容量的要求,220 kV進(jìn)線將從原有2回進(jìn)線的基礎(chǔ)上增加到3回進(jìn)線。同時,高中低三側(cè)的接線方式將簡便很多,110 kV和35 kV側(cè)配合自切裝置,在不降低供電可靠性的情況下,簡化站內(nèi)的接線方式,方便工作人員操作,有利于變電站的安全運行。
表2 某220 kV變電站改造后一次電氣設(shè)備情況
某220 kV變電站為1986年投運的變電站,運行時間長,變電站建構(gòu)筑物健康水平差。隨著地區(qū)負(fù)荷的發(fā)展,夏季高峰時松江站主變負(fù)載率較高,已不能滿足“N-1”安全準(zhǔn)則的要求。
(1)滿足地區(qū)負(fù)荷增長需要,緩解供電壓力,地區(qū)內(nèi)3座220 kV變電站夏季最高負(fù)載率分別達(dá)到89%,91%和80%,均已不滿足“N-1”安全供電準(zhǔn)則。
(2)增加110 kV電源點,滿足地區(qū)變電站和用戶變電站接入需要。目前變電站110 kV側(cè)僅有4回出線間隔,且已無備用,通過變電站3號主變從雙卷變增容至三卷變,改造變電站110 kV配電裝置,增加110 kV出線間隔,為地區(qū)規(guī)劃110 kV變電站提供電源點。
(3)消除兩線帶三變運行方式,提高供電可靠性,變電站220 kV側(cè)采用兩線帶三變的運行方式,單線輸送容量已不能滿足“N-1”安全可靠供電要求。本期改造通過新增第三回電源進(jìn)線,提高供電可靠性。
(4)解決構(gòu)架陳舊老化,土建整體健康水平差的問題。變電站為1986年投運,構(gòu)架未做過改造,構(gòu)架支柱擊避雷針銹蝕嚴(yán)重,部分高層橫梁及立柱水泥脫落,存在輕度傾斜及沉降現(xiàn)象,土建整體健康水平差,不滿足抗震及抗強臺風(fēng)要求,威脅設(shè)備的安全運行。
本期改造的主要目的是清理出220 kV母線構(gòu)架,消防泵房,1號、2號和3號主變220 kV開關(guān)變壓器側(cè)閘刀的場地,用于后期建設(shè)主控樓和設(shè)備樓。
變電站220 kV一次設(shè)備接線的雙母線及旁路母線的電源由余松2B10和莊松4131提供,余松2B10和莊松4131均為架空線接到松江站,1號和2號變壓器的中壓側(cè)送電給110 kV正母和付母,35 kV正母一段、正母二段和付母的電源分別由1號、2號和3號主變輸送。為盡可能減少設(shè)備停役的時間,結(jié)合施工工況,做好設(shè)備的計劃停役顯得尤為重要。本次改造需要在場地內(nèi)的道路下先布置好電纜溝,以利于后期工程的順利開展。
結(jié)合現(xiàn)場實際情況,變電站的不停電改造按以下步驟進(jìn)行。
(1)停用3號主變,2號主變提供35 kV正母一段和付母電源,變電站改造的最終目的是220 kV有3回進(jìn)線。因此,利用3號主變是兩卷變的特點,首先引進(jìn)一路新的電源工松2B86,如圖2所示。站內(nèi)本期改造結(jié)束后,引進(jìn)的新電源采用電纜敷埋的方式直接連接到3號主變。
(2)停用2號主變,1號主變提供正母一段和正母二段電源,3號主變第一步改造結(jié)束后,繼續(xù)提供付母電源,而原接線方式為余松2B10電源送到變電站的母線,再由母線引出電源進(jìn)入主變。此處采取的方案為余松2B10架空線進(jìn)入松江站,然后引到新地下電纜溝,沿電纜溝將電源直接送到2號主變。
圖2 改造后220 kV側(cè)一次接線圖
(3)停用3號主變,2號主變提供正母一段和正母二段電源,3號主變提供付母電源,同樣莊松4131架空線進(jìn)入松江站接入電纜溝,電源由電纜溝進(jìn)入1號主變。
220 kV變壓器的消防系統(tǒng)一般設(shè)置水噴淋裝置,減小變壓器發(fā)生火災(zāi)對站內(nèi)設(shè)備安全運行的影響,因此消防也是站內(nèi)改造防止誤動的重要安全因素之一。
本期改造涉及到原消防泵房的拆除,而1號、2號主變在后期土建施工中保持運行,兩主變的水噴淋裝置需接入新的消防裝置,本次改造選擇在1號主變的西側(cè)建臨時消防泵房,但臨時消防泵房依舊采用老的控制器。
改造過程中消防系統(tǒng)示意圖如圖3所示。2號主變改造期間,2號主變消防控制器接入臨時消防泵房消防系統(tǒng),1號主變消防控制器依然接入舊的消防泵房系統(tǒng),存在新舊系統(tǒng)交叉使用的風(fēng)險。消防系統(tǒng)的改造隨著主變220 kV側(cè)主接線改造同時進(jìn)行,按照原消防系統(tǒng)運行方式,松江站1號、2號主變消防系統(tǒng)運行方式投 “自動”,2號主變臨時泵房系統(tǒng)的參數(shù)在輸入消防系統(tǒng)控制器時,有可能會誤啟動1號主變消防造成1號主變短路跳閘,存在110 kV全停的電網(wǎng)事件,導(dǎo)致存在重大安全隱患。
因此,消防泵房的改造過程中特別是對裝置進(jìn)行試驗時,需要對另一主變消防系統(tǒng)運行方式投“手動”,并且臨時限時停用1號主變消防系統(tǒng)控制器。
圖3 改造過程中消防系統(tǒng)示意圖
隨著改造過程220 kV側(cè)室外設(shè)備的逐步拆除,原有的“五防系統(tǒng)”220 kV側(cè)的閉鎖系統(tǒng)同樣拆除,原運行方式為220 kV部分由開關(guān)、閘刀、母線送至主變220 kV側(cè),改為了直接由電纜至主變220 kV套管。
按照圖2所示改造后的方式進(jìn)行運行,則1號、2號主變 220 kV側(cè)“微機(jī)五防”的“防帶電掛接地線”存在安全漏洞,主變改檢修時,主變220 kV側(cè)無明顯的斷開點,造成主變側(cè)掛接地線時電腦鑰匙無法判斷線路是否帶電,存在可能帶電掛接地線的重大人身安全隱患。因此,改造過程采取在線路安裝帶電顯示器,通過線路帶電顯示器實現(xiàn)“五防”閉鎖回路,避免在線路掛接地線時沒有“五防”,確保了改造完成后操作時的人身安全。
某220 kV變電站作為運行30多年的老站,在當(dāng)時土建建設(shè)及后期改造中,未考慮大型車輛及機(jī)械進(jìn)出,因此存在進(jìn)出通道少,道路窄等問題,并且道路兩側(cè)距離設(shè)備距離近,松江站1號主變和3號主變與35 kV出線室之間有軟母線連接,懸于通道1上方,在改造過程中大型車輛的進(jìn)出和設(shè)備的吊裝,極有可能觸及到上方的軟母線,威脅站內(nèi)的設(shè)備運行。
本次改造中,為保證改造工程的順利進(jìn)行和后期變電站的建設(shè),采取在通道1處建設(shè)硬隔離的方法,如圖4所示。
圖4 安全通道改造示意圖
使用事先焊接好的三面鋼構(gòu)架,在1號主變停役時,即1號主變220 kV側(cè)改造時,吊裝組合成鋼架構(gòu),安裝在道路兩側(cè)預(yù)制樁墩上,提高鋼構(gòu)架的整體穩(wěn)定性,從而實現(xiàn)軟母線下方安全通道的全封閉,類似老站敞開式設(shè)備的線纜復(fù)雜,沿道路建設(shè)有電纜溝,因此大型車輛通行時存在破壞電纜溝,損壞電纜等風(fēng)險。本次改造中多采用通道、施工點與電纜溝遮欄硬隔離加標(biāo)識牌的方法提高工作人員的安全意識,確保整個改造過程的萬無一失。
本期改造依然采用不停電的方式,通過3個主變之間負(fù)荷的轉(zhuǎn)移來實現(xiàn)。
在之前220 kV變電站改造過程中很少涉及到出線增加和220 kV接線全部一次性拆除的情況。變電站前期的改造內(nèi)容繁多,本工程巧妙地利用3回出線分別送3個變壓器的方案,避免了引入臨時電源而造成的建設(shè)浪費,同時設(shè)計好相應(yīng)的電纜溝,充分利用場地內(nèi)的通道,解決了場地內(nèi)敞開式架線方式對改造過程中人身和設(shè)備的威脅。
220 kV變電站原址改造的難度要大于新建變電站,安全因素是整個改造質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)[6]。變電站作為運行近40年的老站,220 kV側(cè)敞開式設(shè)備改造過程是安全威脅最多的階段,涉及220 kV線路、消防和土建,且短時間內(nèi)施工場所與帶電部分沒有有效的硬隔離,容易忽略較多的安全因素。
消防改造在整個改造過程中也處于重要的位置,消防系統(tǒng)存在新舊消防泵房的同時使用,新的消防泵房接入老的控制系統(tǒng),容易出現(xiàn)誤動和拒動的情況,因此在各個時間點需要把握消防系統(tǒng)投入“自動”或者“手動”,以及采取限時臨時停用對變壓器的安全穩(wěn)定運行起到關(guān)鍵作用。
改造過程中,拆除一次設(shè)備容易忽略原有的運行方式。在本工程220 kV主接線全部拆除的情況下,當(dāng)主變壓器檢修時,220 kV側(cè)為電纜直接接入變壓器,難以設(shè)置明顯的斷開點和接地裝置,因此需要保證主變壓器220 kV側(cè)停役時確實無電,且原“微機(jī)五防”可以繼續(xù)正常使用,合理地利用帶電顯示器的作用,安裝在220 kV套管側(cè)用于判斷線路是否帶電以及“微機(jī)五防”的正常操作,保證了工作人員的人身安全和設(shè)備的安全運行。
不停電改造是變電站改造的最大難點,需要充分考慮到施工通道區(qū)域和帶電部分的隔離,為杜絕安全隱患的發(fā)生,采取硬隔離的方式是最安全的有效方式。
隨著供電可靠性的提高和負(fù)荷的增加,老舊變電站的改造已迫切需要。
本文通過分析運行超過30年的220 kV變電站大型敞開式設(shè)備的改造方案和改造過程中的安全因素,3個主變之間相互的負(fù)荷轉(zhuǎn)移實現(xiàn)改造工程的不停電,并利用增加220 kV出線和布置合理電纜溝的方式解決了電源與變壓器之間連接的問題。
本期改造中涉及到新舊系統(tǒng)和操作系統(tǒng)的并用,是改造工程需要考慮重要安全因素,采取消防運行系統(tǒng)運行方式的切換和“五防系統(tǒng)“接入帶電顯示器裝置,有效地解決了后期工程人員的操作安全和設(shè)備的安全運行,采取通道硬隔離的方式杜絕安全隱患的發(fā)生。