大容量變電站220kV配電裝置電氣接線(xiàn)的探討
摘要：隨著電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展，配置1500MVA大容量變壓器的500kV變電站將會(huì)得到廣泛應(yīng)用，本文結(jié)合500kV水鄉(xiāng)變電站的情況，對(duì)此類(lèi)變電站中220kV配電裝置的電氣接線(xiàn)進(jìn)行論述。
關(guān)鍵詞：大容量變壓器，220kV配電裝置，電氣接線(xiàn)
隨著廣東省國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)、高速發(fā)展，廣東電網(wǎng)建設(shè)出現(xiàn)大容量、高密度供電需求的新形勢(shì)，特別在“十五”期間，廣東電網(wǎng)的發(fā)展呈現(xiàn)超大變電容量的趨勢(shì)更加突出。根據(jù)廣東電網(wǎng)公司的“十一五”電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃，至2010年，廣東電網(wǎng)將出現(xiàn)多個(gè)配置1500MVA大容量變壓器的變電站。
為適應(yīng)東莞西北部地區(qū)負(fù)荷增長(zhǎng)，協(xié)調(diào)電網(wǎng)發(fā)展和城市建設(shè)的用地矛盾，500kV東莞水鄉(xiāng)變電站是廣東省首批安裝四組1500MVA變壓器的樞紐變電站，也是1500MVA變壓器首次在國(guó)內(nèi)500kV樞紐變電站中應(yīng)用，容量最終規(guī)模按6000MVA考慮，共建設(shè)4組1500MVA變壓器，這和國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的配置4組1000MVA變壓器的樞紐變電站應(yīng)用有區(qū)別，主要在于：
1）變電容量大大增加。之前，國(guó)內(nèi)500kV樞紐變電站最大規(guī)模為4組1000MVA，500kV水鄉(xiāng)變電站的容量增大150%，達(dá)到6000MVA，如果不采取相應(yīng)措施，220kV側(cè)的短路電流將隨之同步增長(zhǎng)。目前，我國(guó)500kV變壓器中壓側(cè)電壓一般為230kV，短路電流水平為50kA。根據(jù)短路電流計(jì)算，500kV水鄉(xiāng)變電站在2臺(tái)主變并列時(shí)220kV母線(xiàn)短路電流約為43kA，在3臺(tái)主變并列時(shí)，短路電流將達(dá)到約62kA，額定短時(shí)耐受電流50kA的設(shè)備將不能滿(mǎn)足短路電流的要求，因此正常運(yùn)行時(shí)220kV母線(xiàn)需分列運(yùn)行，并避免三臺(tái)主變并列的情況。
2）根據(jù)系統(tǒng)要求，變壓器要滿(mǎn)足短時(shí)帶130%的過(guò)負(fù)荷要求。1500MVA變壓器的220kV側(cè)額定電流為3870A，當(dāng)變壓器帶130%過(guò)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，主變220kV回路的工作電流將達(dá)到4790A。
由于上述的原因，1500MVA變壓器在500kV樞紐變電站的應(yīng)用，220kV配電裝置在設(shè)計(jì)上需解決主變并列運(yùn)行時(shí)短路電流超標(biāo)以及回路大電流的問(wèn)題，以下就220kV配電裝置的電氣接線(xiàn)探討相關(guān)問(wèn)題。
500kV水鄉(xiāng)變電站最終規(guī)模為4組1500MVA變壓器，220kV出線(xiàn)達(dá)到16回，規(guī)模大，出線(xiàn)元件多，要求接線(xiàn)可靠性高。因此，擬采用雙母線(xiàn)雙分段接線(xiàn)(主變單斷路器進(jìn)線(xiàn))、雙母線(xiàn)雙分段接線(xiàn)(主變雙斷路器進(jìn)線(xiàn))或3/2斷路器接線(xiàn)。
1）方案一：雙母線(xiàn)雙分段接線(xiàn)(主變單斷路器進(jìn)線(xiàn))，接線(xiàn)見(jiàn)圖1。
采用雙母線(xiàn)雙分段接線(xiàn)，主變進(jìn)線(xiàn)采用單回路進(jìn)線(xiàn)，帶專(zhuān)用母聯(lián)和專(zhuān)用分段斷路器，每一元件通過(guò)一臺(tái)斷路器和兩組隔離開(kāi)關(guān)連接到兩組母線(xiàn)上，兩段母線(xiàn)間通過(guò)母線(xiàn)聯(lián)絡(luò)斷路器連接，根據(jù)需要，每一元件可通過(guò)母線(xiàn)隔離開(kāi)關(guān)連接到任一條母線(xiàn)上，雙母線(xiàn)的兩組母線(xiàn)同時(shí)工作，并通過(guò)母聯(lián)斷路器并列運(yùn)行，電源與負(fù)荷平均分配在每組母線(xiàn)上。主變N-1時(shí)，可根據(jù)負(fù)荷情況，利用分段及母聯(lián)回路的倒換操作，避免3臺(tái)主變并列運(yùn)行短路電流過(guò)大的情況。為滿(mǎn)足主變過(guò)負(fù)荷運(yùn)行的要求，其中主變進(jìn)線(xiàn)、母聯(lián)間隔需要采用5000A的大電流設(shè)備。220kV配電裝置按最終規(guī)模需建設(shè)24組斷路器（出線(xiàn)16組，主變進(jìn)線(xiàn)4組，母聯(lián)2組，分段2組)。
這種接線(xiàn)方式在廣東大量采用，具有供電可靠、調(diào)度操作靈活性、擴(kuò)建方便等特點(diǎn)，并有豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。
2）方案二：雙母線(xiàn)雙分段接線(xiàn)(主變雙斷路器進(jìn)線(xiàn))，接線(xiàn)見(jiàn)圖2。
采用雙母線(xiàn)雙分段接線(xiàn)，主變回路經(jīng)雙斷路器分別進(jìn)雙母線(xiàn)，兼作母聯(lián)回路，出線(xiàn)回路仍采用單斷路器接線(xiàn)，帶專(zhuān)用分段斷路器。其中主變進(jìn)線(xiàn)間隔利用雙回路的分流作用以滿(mǎn)足主變過(guò)負(fù)荷運(yùn)行的要求，采用4000A的設(shè)備，對(duì)比方案一，在4組主變時(shí)增加2組斷路器和2組電流互感器，運(yùn)行方式較多，二次接線(xiàn)較復(fù)雜，主變N-1時(shí)，需根據(jù)負(fù)荷情況，利用分段回路及主變回路雙斷路器的倒換操作，避免3臺(tái)主變并列運(yùn)行短路電流過(guò)大的情況。220kV配電裝置按最終規(guī)模需建設(shè)26組斷路器（出線(xiàn)16組，主變進(jìn)線(xiàn)8組，分段2組)。
這種接線(xiàn)方式在廣東增城、汕頭等變電站有應(yīng)用，具有較高的可靠性及豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。
3）方案三：3/2斷路器，母線(xiàn)分段接線(xiàn)，如圖3。
圖33/2斷路器母線(xiàn)分段接線(xiàn)
該接線(xiàn)方式具有高度的可靠性，每一回路由兩臺(tái)斷路器供電，運(yùn)行時(shí)，兩組母線(xiàn)和全部斷路器均投入工作，從而形成多環(huán)形供電，運(yùn)行調(diào)度靈活。
根據(jù)華東電力試驗(yàn)研究院做的《500kV變電站串內(nèi)電流分布特性研究》所做的試驗(yàn)和研究的結(jié)論：若能保證串內(nèi)的2個(gè)出線(xiàn)的潮流相反，其串內(nèi)設(shè)備的額定電流可以比串內(nèi)出線(xiàn)的最大額定電流小一個(gè)檔次。若潮流方向相同，建議串內(nèi)設(shè)備選取與線(xiàn)路相同的額定電流。如果將主變和負(fù)荷線(xiàn)配在同一串內(nèi)，則兩出線(xiàn)的潮流方向相反，即使考慮主變過(guò)負(fù)荷1.3倍，串內(nèi)電流仍可以控制在4000A以?xún)?nèi)，串內(nèi)元件額定電流按4000A選取即可。當(dāng)線(xiàn)路的潮流方向改變，即主變回路和電源線(xiàn)在同一串時(shí)，如主變過(guò)負(fù)荷1.3倍，串內(nèi)電流有超過(guò)4000A的可能，串內(nèi)元件電流將超過(guò)4000A，仍需滿(mǎn)足串內(nèi)電流“需考慮斷路器事故或檢修時(shí)，一個(gè)回路加另一回路最大負(fù)荷電流的可能”的規(guī)定，因此應(yīng)避免將主變回路與電源線(xiàn)配在同一串。主變N-1時(shí)，利用分段回路及串中斷路器的倒換操作，避免3臺(tái)主變并列運(yùn)行短路電流過(guò)大的情況。
這種接線(xiàn)方式增加了設(shè)備數(shù)量，造價(jià)較高，同時(shí)運(yùn)行方式較多，二次接線(xiàn)較復(fù)雜，220kV配電裝置按最終規(guī)模需建設(shè)32組斷路器（10串30組，分段2組)。
在廣東省內(nèi)220kV尚未使用3/2斷路器接線(xiàn)，但在華東地區(qū)的500kV變電站的220kV側(cè)已有采用，并也取得了良好的運(yùn)行效果。
4）220kV設(shè)備的選擇
目前220kV配電裝置可選擇三類(lèi)設(shè)備。
1、敞開(kāi)式常規(guī)開(kāi)關(guān)設(shè)備（AIS）：AIS設(shè)備價(jià)格便宜，但占地面積大，可靠性與封閉電器比相對(duì)較差。
2、SF6復(fù)合型開(kāi)關(guān)設(shè)備(HGIS)：介于A(yíng)IS和GIS之間的一種復(fù)合型氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備，它結(jié)構(gòu)與GIS基本相同，但不含母線(xiàn)，可按不同的主接線(xiàn)及平面布置的要求將有關(guān)元件聯(lián)成一體，構(gòu)成一種沒(méi)有母線(xiàn)的組合式高壓電器。它與GIS一樣具有小型化，可靠性高，安裝周期短，維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)，而且由于它母線(xiàn)敞開(kāi)，比GIS擴(kuò)建更方便，設(shè)備造價(jià)也比GIS低，但由于母線(xiàn)需單獨(dú)設(shè)置，因此占地面積較GIS設(shè)備大。
3、SF6全封閉組合電器（GIS）：將包括母線(xiàn)、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、快速接地開(kāi)關(guān)、電流互感器、電壓互感器、避雷器、架空套管等，按電氣主接線(xiàn)的要求依次連接，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)有機(jī)地組合成一個(gè)整體，并且全部封閉于接地的金屬管內(nèi)，管內(nèi)充SF6氣體，作為絕緣和滅弧介質(zhì)。它具有占地面積小，運(yùn)行可靠性高，防污及抗震性能好，安裝周期短，維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)。
500kV水鄉(xiāng)變電站占地面積狹小，220kV配電裝置無(wú)法采用AIS或HGIS設(shè)備，只能考慮采用GIS設(shè)備。根據(jù)調(diào)研收資，目前220kVGIS設(shè)備的額定電流一般為4000A，很少有超過(guò)4000A的產(chǎn)品。但國(guó)內(nèi)外多個(gè)生產(chǎn)廠(chǎng)家在更高電壓等級(jí)的設(shè)備中（如330kV、500kV）均有5000A以上的產(chǎn)品，部分廠(chǎng)家正在進(jìn)行220kV大額定電流設(shè)備的研制，并有計(jì)劃利用現(xiàn)有的更高電壓等級(jí)的設(shè)備進(jìn)行改造，可在短時(shí)間內(nèi)完成220kV大電流產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。
5）方案比較及結(jié)論
方案一采用雙母線(xiàn)雙分段接線(xiàn)，主變單回路進(jìn)線(xiàn)，帶專(zhuān)用母聯(lián)和分段斷路器，運(yùn)行靈活，具有豐富運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。
方案二采用雙母線(xiàn)雙分段接線(xiàn)，主變回路經(jīng)雙斷路器分別進(jìn)雙母線(xiàn)，兼作母聯(lián)回路，運(yùn)行方式較多，二次接線(xiàn)較復(fù)雜。
方案三利用3/2斷路器接線(xiàn)的特點(diǎn)，當(dāng)線(xiàn)路潮流方向固定為負(fù)荷線(xiàn)時(shí)，更容易解決回路大電流和母線(xiàn)大電流問(wèn)題，但220kV出線(xiàn)回路數(shù)多，會(huì)造成配串較多，布置復(fù)雜，設(shè)備數(shù)量多，造價(jià)高，而且220kV的3/2斷路器接線(xiàn)在廣東缺乏運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。
設(shè)備方面，受場(chǎng)地用地限制，只能考慮采用GIS設(shè)備，雖然設(shè)備廠(chǎng)家尚未有5000AGIS現(xiàn)成產(chǎn)品，但國(guó)內(nèi)外多個(gè)廠(chǎng)家均能在較短時(shí)間內(nèi)開(kāi)發(fā)出該產(chǎn)品。
因此，綜合設(shè)備的研發(fā)水平和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，500kV水鄉(xiāng)變電站采用1500MVA變壓器，220kV配電裝置的電氣接線(xiàn)推薦采用方案一，即采用雙母線(xiàn)雙分段接線(xiàn)，主變單回路進(jìn)線(xiàn)，帶專(zhuān)用母聯(lián)和分段斷路器，采用GIS設(shè)備，主變進(jìn)線(xiàn)、母聯(lián)回路選用額定電流5000A的設(shè)備�！ �
參考文獻(xiàn)：
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