變電站所用電系統(tǒng)供電方案分析及改進(jìn)

張 軍,張 澤

(1.江蘇省電力公司，江蘇南京210024；2.泰州供電公司，江蘇泰州225300)

變電站所用電系統(tǒng)主要為變電站的供電設(shè)備提供各種電源，如斷路器儲(chǔ)能電源、變壓器冷卻器電源、直流系統(tǒng)充電裝置電源、檢修及照明電源等，所用電系統(tǒng)供電方案的選擇、設(shè)備選型對(duì)變電站可靠運(yùn)行、維護(hù)便利和操作安全有很大的影響，同時(shí)便于變電站擴(kuò)建等工程實(shí)施。目前相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)所用電設(shè)計(jì)只是提出了原則性要求，各變電站工程所用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備選型方案較多，有的方案設(shè)計(jì)繁瑣，操作復(fù)雜；有的方案考慮不周全，運(yùn)行維護(hù)不便；有的還存在誤操作的安全隱患。針對(duì)一些新建變電站所用電系統(tǒng)存在的問(wèn)題，結(jié)合典型設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，并提出改進(jìn)方案。

1 2個(gè)新建變電站所用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

1.1 變電站甲的所用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

變電站甲為220 kV變電站，本期1臺(tái)220 kV主變，所用變?yōu)?臺(tái)室內(nèi)布置250 kV·A干式變壓器。1號(hào)所用變接35 kV I母，電源為1號(hào)主變；2號(hào)所變?yōu)橥鈦?lái)電源35 kV灣清385線供電，采取開(kāi)關(guān)柜內(nèi)一根聯(lián)絡(luò)電纜T接到2號(hào)所用變的設(shè)計(jì)。每臺(tái)所用變配置了一組負(fù)荷開(kāi)關(guān)-熔斷器組合電器柜（簡(jiǎn)稱組合電器柜），如圖1所示。

圖1 變電站甲所用電設(shè)備接線方式

1號(hào)所變的組合開(kāi)關(guān)柜為FZRN21-40.5型，開(kāi)關(guān)柜內(nèi)原先設(shè)有接地刀閘，但是現(xiàn)場(chǎng)由于安裝空間問(wèn)題，將接地刀閘從開(kāi)關(guān)柜中拆除。

從該變電站所用電的接線方式、運(yùn)行維護(hù)安全、方便性、設(shè)備運(yùn)行可靠性來(lái)看，該變電站所用變方案存在以下不足。

（1）功能重復(fù)。1號(hào)所用變306斷路器柜配置了手車式SF6斷路器，已具備開(kāi)斷負(fù)荷電流及短路電流功能，在斷路器柜之下又設(shè)置了組合電器柜，功能重復(fù)，造成了投資浪費(fèi)。

（2）操作復(fù)雜，可靠性低。為了防止運(yùn)行人員帶電進(jìn)入組合電器柜中更換熔斷器，該組合電器柜中設(shè)置了絕緣擋板隔離，通過(guò)操作機(jī)構(gòu)的閉鎖，在隔離開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)絕緣擋板將刀閘靜觸頭及電纜進(jìn)線樁頭封閉隔離。該組合電器柜內(nèi)設(shè)備眾多，操作機(jī)構(gòu)復(fù)雜繁瑣，給運(yùn)行人員帶來(lái)不便，同時(shí)導(dǎo)致了設(shè)備可靠性降低。

（3）“五防”閉鎖不全。該組合電器柜中原先安裝有接地刀閘，現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)將接地刀閘從柜中拆除。但柜門(mén)的電磁鎖閉鎖條件未進(jìn)行調(diào)整，該柜門(mén)沒(méi)有和所變進(jìn)線停電接地進(jìn)行閉鎖，在組合電器柜內(nèi)負(fù)荷開(kāi)關(guān)上端頭帶電的情況下可以打開(kāi)柜門(mén)，存在嚴(yán)重的觸電隱患。

（4）2號(hào)所用變T接灣清385線路設(shè)計(jì)方案為從組合電器柜下端進(jìn)線，從上端出，進(jìn)入相鄰2號(hào)所變網(wǎng)門(mén)內(nèi)。當(dāng)熔絲熔斷時(shí)，可直接斷開(kāi)負(fù)荷開(kāi)關(guān)及隔離開(kāi)關(guān)、合上柜內(nèi)接地刀閘（現(xiàn)場(chǎng)已被拆除），絕緣隔板隔離柜內(nèi)下部帶電部分，保證更換熔絲時(shí)的安全。但是實(shí)際施工時(shí)由于施工人員疏忽，電纜進(jìn)線從組合電器柜上端進(jìn)入，下端出線，如圖1所示。當(dāng)隔離開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，如果進(jìn)線電纜不停電，檢修人員不能進(jìn)入柜子更換熔絲。該接線方案無(wú)法滿足進(jìn)線線路不停電更換所變?nèi)劢z的要求，電網(wǎng)運(yùn)行方式的靈活性降低。

（5）2臺(tái)所變均無(wú)接地刀閘，所變檢修時(shí)需要掛臨時(shí)接地線，所變要設(shè)臨時(shí)接地點(diǎn)，不便于運(yùn)行人員操作，且臨時(shí)接地線與網(wǎng)門(mén)的“五防”閉鎖實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜。

由于現(xiàn)場(chǎng)一次設(shè)備已無(wú)法更改，針對(duì)上述問(wèn)題，在驗(yàn)收后的整改方案中對(duì)該變電站所用電系統(tǒng)1號(hào)、2號(hào)所變的網(wǎng)門(mén)閉鎖進(jìn)行了完善，增加了二次電纜，將柜門(mén)和所變進(jìn)線斷路器柜的接地刀閘進(jìn)行了聯(lián)鎖。

1.2 變電站乙的所用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

變電站乙為220 kV變電站，本期1臺(tái)220 kV主變，所用電為2臺(tái)315 kV·A干式變壓器，每臺(tái)所用變均為獨(dú)立所用變室的布置，通過(guò)網(wǎng)門(mén)對(duì)所變進(jìn)行隔離。1號(hào)所用變接35 kV I母，電源為1號(hào)主變，2號(hào)所變接35 kV II母，II母電源為外來(lái)電源聯(lián)絡(luò)線，2臺(tái)所變均通過(guò)35 kV開(kāi)關(guān)柜、電纜供電；開(kāi)關(guān)柜配置手車熔斷器，所用變室的每臺(tái)所變均配置了負(fù)荷隔離開(kāi)關(guān)。該變電站2臺(tái)所用變?cè)O(shè)備接線如圖2所示。

圖2 變電站乙所用電設(shè)備接線方式

2臺(tái)所用變均由負(fù)荷開(kāi)關(guān)切斷負(fù)荷電流、熔斷器切斷故障電流，并且通過(guò)隔離開(kāi)關(guān)在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置明顯隔離斷開(kāi)點(diǎn)，檢修時(shí)可以拉出熔斷器手車，合上出線接地刀閘，確保所變室無(wú)電。所變室的網(wǎng)門(mén)設(shè)置了機(jī)械閉鎖，與負(fù)荷隔離開(kāi)關(guān)中隔離刀閘的位置關(guān)聯(lián)。

該設(shè)計(jì)和前一變電站相比減少了2組斷路器，節(jié)省投資，所變停送電操作簡(jiǎn)單，所用變?nèi)劢z更換方便，而且擴(kuò)建第2臺(tái)主變時(shí)，所用變接線部分無(wú)需做任何改造。不足是所變沒(méi)有接地刀閘，檢修時(shí)需要自行掛接地線（該站2臺(tái)所變室內(nèi)設(shè)了臨時(shí)接地點(diǎn)），不能實(shí)現(xiàn)先掛接地再打開(kāi)所用變網(wǎng)門(mén)。同時(shí)主變壓器和35 kV 2 M不能同時(shí)停電，運(yùn)行方式上有限制。

2 當(dāng)前國(guó)網(wǎng)公司的典型設(shè)計(jì)分析

2.1 國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的要求

關(guān)于所用變電源的設(shè)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定220 kV變電所宜從主變壓器低壓側(cè)分別引接2臺(tái)容量相同、可互為備用、分列運(yùn)行的所用工作變壓器，每臺(tái)工作變壓器按全所計(jì)算負(fù)荷選擇。只有1臺(tái)主變壓器時(shí)，其中1臺(tái)所用變壓器宜從所外電源引接[1]。

關(guān)于所用電高壓側(cè)的設(shè)備接線方式及設(shè)備選型，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定所用變高壓側(cè)可采用高壓熔斷器或斷路器作為保護(hù)電器，保護(hù)電器開(kāi)斷電流不能滿足要求時(shí)，可采用下列措施之一：裝設(shè)限流電抗器或裝設(shè)限流電阻器[1]。具體設(shè)備選型如何確定，該設(shè)計(jì)規(guī)程沒(méi)有明確。

2.2 國(guó)家電網(wǎng)公司典型設(shè)計(jì)對(duì)所用電的規(guī)定

參照國(guó)網(wǎng)公司典型設(shè)計(jì) ，A-1，A-2，A-5，A-6，B-3 5種典型設(shè)計(jì)均采用35 kV供電，其中有代表性的A-1，A-6[2]典型設(shè)計(jì)方案介紹如下。

（1）A-1方案。所用變壓器采用干式戶內(nèi)布置，設(shè)置于35 kV開(kāi)關(guān)室旁，2間所用變室并列布置，高低壓側(cè)均電纜進(jìn)線，站外電源采用電纜進(jìn)線，經(jīng)負(fù)荷開(kāi)關(guān)接所用備用變壓器。A-1所用電供電方案如圖3所示，1號(hào)所用變采用本所電源，由35 kV I段母線供電，供電設(shè)備采用手車式開(kāi)關(guān)柜，通過(guò)電纜直接連接至所用變高壓側(cè)。2號(hào)所用變?cè)诒酒谥簧?臺(tái)220 kV主變壓器的情況下，采用獨(dú)立外來(lái)電源供電，2號(hào)所用變的供電設(shè)備采用熔斷器式負(fù)荷隔離開(kāi)關(guān)組合電器，當(dāng)擴(kuò)建第2臺(tái)主變后，所用變改為另一段35 kV母線供電。

圖3 A-1所用電供電方案

A-1方案的特點(diǎn)：1號(hào)所用變直接通過(guò)手車式開(kāi)關(guān)柜供電，使用35 kV SF6斷路器及相應(yīng)保護(hù)，所用變室使用網(wǎng)門(mén)隔離，網(wǎng)門(mén)通過(guò)電磁鎖和開(kāi)關(guān)柜接地刀閘聯(lián)鎖。1號(hào)所變停送電直接通過(guò)手車柜操作。2號(hào)所用變通過(guò)外來(lái)電源供電，所變依靠熔斷器和負(fù)荷開(kāi)關(guān)分別切斷故障及負(fù)荷電流，熔斷器式負(fù)荷隔離開(kāi)關(guān)組合電器安裝在所用變室，所用變使用網(wǎng)門(mén)隔離，2號(hào)所變停送電操作在所變室進(jìn)行。

該典型設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)潔，使用的設(shè)備少，經(jīng)濟(jì)性好，但也存在不足。一是1號(hào)所用變和進(jìn)線電纜在所變室內(nèi)沒(méi)有明顯的隔離點(diǎn)，考慮到電纜、所變的預(yù)試及檢修，必須解開(kāi)電纜頭，很不方便；二是2臺(tái)所用變沒(méi)有接地刀閘，當(dāng)所用變檢修時(shí)，需要掛臨時(shí)接地，2臺(tái)所用變必須設(shè)臨時(shí)接地點(diǎn)，按照江蘇電網(wǎng)“五防”閉鎖要求，還要加裝臨時(shí)接地鎖，“五防”閉鎖復(fù)雜。

（2）A-6方案。所用變采用干式變壓器，經(jīng)開(kāi)關(guān)柜接入35 kV母線，2臺(tái)所用變布置于同一房間內(nèi)。高低壓均采用電纜進(jìn)線。2號(hào)所用變?cè)谌臼щ姇r(shí)由35 kV線路倒送所用電源，采用一根電纜T接至備用電源的開(kāi)關(guān)柜內(nèi)出線處。開(kāi)關(guān)室設(shè)置了2號(hào)所用變輔柜，配置熔斷器式負(fù)荷開(kāi)關(guān)及避雷器、帶電顯示等設(shè)備。接線方式如圖4所示。

圖4 A-6所用電供電方案

A-6方案的特點(diǎn)：1號(hào)和2號(hào)所用變供電設(shè)備采用熔斷器式負(fù)荷隔離開(kāi)關(guān)組合電器，該組合電器安裝在開(kāi)關(guān)柜中，所用變保護(hù)依靠熔斷器和負(fù)荷開(kāi)關(guān)配合。2號(hào)所用變正常由35 kV II母供電，當(dāng)35 kV II母失電時(shí)，可以通過(guò)操作2號(hào)所用變輔柜設(shè)備，將2號(hào)所用變切換至35 kV出線供電。該方案用熔斷器式負(fù)荷隔離開(kāi)關(guān)組合電器代替了斷路器，比較經(jīng)濟(jì)。2號(hào)主變T接至外來(lái)電源，方式調(diào)整靈活，但是增加了輔柜設(shè)備，投資較多。

3 所用變?cè)O(shè)計(jì)的具體改進(jìn)

目前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)所用電設(shè)計(jì)只是提出了原則性要求，國(guó)網(wǎng)公司220 kV變電站所用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備選型方案較多，有的方案設(shè)計(jì)繁瑣，運(yùn)行復(fù)雜，且造成投資浪費(fèi)；有的方案盡管設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但是給運(yùn)行維護(hù)帶來(lái)不便；有的只考慮到本期工程，對(duì)擴(kuò)建時(shí)改造方式未詳細(xì)考慮；有的還存在誤操作的安全隱患。從變電站甲、乙所用電設(shè)計(jì)看，并沒(méi)有嚴(yán)格按照國(guó)網(wǎng)公司典型設(shè)計(jì)要求，均做了改進(jìn)，改進(jìn)的方案從安全性、經(jīng)濟(jì)性分析實(shí)際上并不理想。

綜合考慮設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)性及運(yùn)行維護(hù)的靈活性、安全性，筆者提供了2個(gè)所用電改進(jìn)供電方案典型共參考，具體如下。

改進(jìn)方案一如圖5所示。

圖5 改進(jìn)方案一

以國(guó)網(wǎng)典設(shè)方案A-1為基礎(chǔ)，對(duì)于通過(guò)本所電源供電的1號(hào)所變，和國(guó)網(wǎng)公司2005版典設(shè)A-1相比，在所用變室內(nèi)增加一組帶接地的隔離刀閘，雖然增加了投資，但是有以下優(yōu)點(diǎn)：一是便于進(jìn)線電纜、所變的檢修預(yù)試，由于所變側(cè)增加了隔離刀閘，有了明顯隔離點(diǎn)，使檢修更方便；二是方便了運(yùn)行人員操作，增加了所變接地刀閘，所變檢修時(shí)不用掛臨時(shí)接地線，所變不用設(shè)臨時(shí)接地點(diǎn)；三是所變網(wǎng)門(mén)的“五防”閉鎖實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，只要網(wǎng)門(mén)的電磁鎖和所變室內(nèi)的接地刀閘實(shí)現(xiàn)閉鎖，方案簡(jiǎn)單，所用二次電纜少，而且不用安裝臨時(shí)接地鎖，實(shí)現(xiàn)方便。

對(duì)于通過(guò)外來(lái)電源供電的2號(hào)所用變，在所用變室內(nèi)增加1組帶接地的熔斷器式負(fù)荷隔離開(kāi)關(guān)，作為2號(hào)所變的停送電操作的隔離設(shè)備，安裝在所變進(jìn)線處，便于運(yùn)行維護(hù)，操作方便。使用熔斷器和負(fù)荷開(kāi)關(guān)組合，作為2號(hào)所變的保護(hù)，保護(hù)靈敏度高。該組合電器設(shè)隔離開(kāi)關(guān)，可實(shí)現(xiàn)外來(lái)電源不停電方式下，2號(hào)所變檢修，運(yùn)行方式靈活。增加1組接地刀閘，檢修時(shí)免去掛臨時(shí)接地線工作，同時(shí)便于所變網(wǎng)門(mén)實(shí)現(xiàn)閉鎖。該方案也存在不足，當(dāng)外來(lái)電源不停電時(shí)，2號(hào)所變進(jìn)線電纜樁頭，即負(fù)荷隔離刀閘靜觸頭部分為帶電設(shè)備，更換熔絲或2號(hào)所變檢修時(shí)必須做好安全隔離措施，防止誤碰。如果增加投資，也可按照A-6典設(shè)方式，增設(shè)1組輔柜，將熔斷器式負(fù)荷隔離開(kāi)關(guān)組合電器，放入到輔柜中，可以避免2號(hào)所變室內(nèi)存在裸露帶電部分，同時(shí)通過(guò)柜內(nèi)絕緣擋板的隔離，實(shí)現(xiàn)進(jìn)線不停電更換所用變?nèi)劢z。

改進(jìn)方案二如圖6所示。

圖6 改進(jìn)方案二

相比改進(jìn)方案一，改進(jìn)方案二主要將斷路器更換為熔絲手車，節(jié)省了投資。對(duì)于通過(guò)本所電源供電的1號(hào)所變，在所用變室內(nèi)安裝1組帶接地刀閘的負(fù)荷隔離開(kāi)關(guān)。具有以下優(yōu)點(diǎn)：一是便于進(jìn)線電纜、所變的檢修預(yù)試，由于所變側(cè)負(fù)荷隔離開(kāi)關(guān)有明顯隔離點(diǎn)，使檢修更方便；二是方便了運(yùn)行人員操作，增加了所變接地刀閘，所變檢修時(shí)不用掛臨時(shí)接地線，不用設(shè)臨時(shí)接地點(diǎn)；三是所變的網(wǎng)門(mén)“五防”閉鎖實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，只要網(wǎng)門(mén)的電磁鎖和所變室內(nèi)的負(fù)荷隔離開(kāi)關(guān)的接地刀閘實(shí)現(xiàn)閉鎖，方案簡(jiǎn)單，所用二次電纜少，而且不用安裝臨時(shí)接地鎖，實(shí)現(xiàn)方便。對(duì)于通過(guò)外來(lái)電源供電的2號(hào)所用變，在所用變室內(nèi)帶接地刀閘的負(fù)荷隔離開(kāi)關(guān)之后增加1組熔斷器，作為2號(hào)所變的保護(hù)。具有以下優(yōu)點(diǎn)：一是便于所變的檢修預(yù)試及檢修人員在進(jìn)線電源不停電的情況下更換所用變?nèi)劢z；二是所變有接地刀閘，方便了運(yùn)行人員操作；三是所變的網(wǎng)門(mén)電磁鎖和所變室內(nèi)的負(fù)荷隔離開(kāi)關(guān)的接地刀閘實(shí)現(xiàn)閉鎖，方案簡(jiǎn)單；四是在擴(kuò)建第2臺(tái)主變時(shí)，只需在35 kV 2 M設(shè)一熔斷器柜，拆除所變室內(nèi)單獨(dú)的熔斷器即可，改造工作量小，且改造后1號(hào)和2號(hào)所變的接線方式完全統(tǒng)一。

4 對(duì)目前變電站所用變?cè)O(shè)計(jì)的建議

依據(jù)國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)所用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求和國(guó)網(wǎng)公司典型設(shè)計(jì)，結(jié)合生產(chǎn)運(yùn)行的要求，筆者對(duì)所用電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、設(shè)備選型提出如下建議：

（1）所用電的設(shè)計(jì)方案不宜太多，例如室內(nèi)布置1～2種典型方案就可以。方案太多，對(duì)運(yùn)行操作、檢修、備品準(zhǔn)備都不利。

（2）設(shè)備選型盡量簡(jiǎn)單，室內(nèi)統(tǒng)一采用干式變，設(shè)置獨(dú)立所變室，通過(guò)網(wǎng)門(mén)隔離。所變的供電設(shè)備統(tǒng)一采用手車柜，站內(nèi)電源供電統(tǒng)一選用斷路器手車＋隔離刀閘或者采用熔斷器手車＋負(fù)荷隔離開(kāi)關(guān)組合。外來(lái)電源供電統(tǒng)一采用負(fù)荷隔離開(kāi)關(guān)即熔斷器組合。例如本文推薦的2個(gè)改進(jìn)方案。

（3）所用電設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮到運(yùn)行維護(hù)的便利以及操作安全。如所變側(cè)增加接地刀閘，避免檢修掛接地線。所變的網(wǎng)門(mén)應(yīng)設(shè)計(jì)完善的“五防”閉鎖功能，防止運(yùn)行人員誤操作。

5 結(jié)束語(yǔ)

所用電系統(tǒng)是變電站重要組成部分，目前部分所用電設(shè)計(jì)方案僅從功能實(shí)現(xiàn)角度考慮，并未能從系統(tǒng)全壽命周期、多角度考慮設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)。在變電站一次、二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)及設(shè)備選型均逐步典型化的情況下，所用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案也應(yīng)優(yōu)化、簡(jiǎn)化、典型化，充分考慮投資、運(yùn)行、檢修及擴(kuò)建實(shí)施等各方面要求。本文對(duì)新建變電站所用電系統(tǒng)驗(yàn)收中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及現(xiàn)有的國(guó)網(wǎng)公司典型設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了分析，提出了2個(gè)所用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)改進(jìn)方案，在不增加大量投資的情況下，考慮運(yùn)行及維護(hù)便利性，完善防誤功能，確保所用電系統(tǒng)運(yùn)行安全、可靠。

[1]DL/T5155—2002，220～500 kV變電所所用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S].

[2]劉振亞.國(guó)家電網(wǎng)公司輸變電工程典型設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2005.