地鐵主變電站110kV側(cè)電氣主接線的選擇

金 輝

（廣州地鐵總公司建設(shè)事業(yè)總部，廣州 510010）

地鐵主變電站110kV側(cè)電氣主接線是變電所電氣設(shè)計(jì)的首要部分，是構(gòu)成地鐵供電系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。主接線的確定對(duì)地鐵供電系統(tǒng)整體和變電所本身運(yùn)行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)，并且對(duì)電氣設(shè)備的選擇、配電裝置布置、繼電保護(hù)和控制方式的擬定有較大影響。因此，必須正確處理好各方面的關(guān)系，全面分析實(shí)際工程中有關(guān)影響因素，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，合理確定主接線方案。

地鐵主變電站容量的主要設(shè)計(jì)原則為：地鐵供電系統(tǒng)一般采用 110/35kV兩級(jí)電壓制的集中供電方式，供電系統(tǒng)容量按遠(yuǎn)期高峰小時(shí)負(fù)荷設(shè)計(jì)。主變電站由電力系統(tǒng)引入兩路獨(dú)立可靠的110kV電源，當(dāng)任一路電源停電時(shí)，由另一路電源供電。主變電站設(shè)兩臺(tái)主變壓器，當(dāng)一臺(tái)主變壓器退出運(yùn)行時(shí)，另一臺(tái)主變壓器應(yīng)能承擔(dān)本主變電站供電區(qū)域內(nèi)一、二級(jí)負(fù)荷的供電；當(dāng)一座主變電站退出運(yùn)行時(shí)（不考慮35kV母線故障），其相鄰主變電站應(yīng)越區(qū)供電承擔(dān)全線一、二級(jí)負(fù)荷；不考慮一個(gè)主變電站解列，同時(shí)35kV環(huán)網(wǎng)電纜故障的情況。

根據(jù)上述原則設(shè)計(jì)的地鐵主變電站，主變電站35kV側(cè)采用單母線分段接線，作為主要的型式，在設(shè)計(jì)行業(yè)中已經(jīng)形成共識(shí)。但是對(duì)于110kV側(cè)電氣主接線，有環(huán)進(jìn)環(huán)出接線、線路-變壓器組接線和內(nèi)橋接線等多種方案。本文就環(huán)進(jìn)環(huán)出接線僅作簡(jiǎn)要介紹，主要對(duì)線變組接線和內(nèi)橋接線兩種方案進(jìn)行分析比較。

1 環(huán)進(jìn)環(huán)出接線方案

環(huán)進(jìn)環(huán)出接線是引入進(jìn)線的同時(shí)，設(shè)置出線，主變電所內(nèi)主變壓器只做為饋線使用。其接線方案如圖1。該接線方案中，地鐵110kV主變電站并不是終端站。環(huán)出線主要供供電局使用。該接線方案雖然能總體降低社會(huì)成本，但涉及到的投資、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)等環(huán)節(jié)，責(zé)任不清，不利于運(yùn)營(yíng)使用。隨著管理體制和電網(wǎng)的總體規(guī)劃的完善，環(huán)進(jìn)環(huán)出接線方案現(xiàn)在已較少采用。

2 線路-變壓器組方案

線路-變壓器組接線就是線路和變壓器直接相連，是一種最簡(jiǎn)單的接線方式，變電站只有一路進(jìn)線與一臺(tái)變壓器，而且再無(wú)發(fā)展的情況下采用線路-變壓器組接線。其接線方案如圖2。

圖1 環(huán)進(jìn)環(huán)出接線圖

圖2 線路-變壓器組接線圖

選用線路-變壓器組的接線時(shí)，主變電站高壓配電裝置只配置2個(gè)設(shè)備單元，接線簡(jiǎn)單清晰。在正常運(yùn)行方式下，兩回進(jìn)線各帶一臺(tái)主變壓器，系統(tǒng)接線簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠、經(jīng)濟(jì)，有利于變電所實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、無(wú)人化。線路-變壓器組接線的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備少、配電裝置占地面積小、投資省、接線簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、宜于擴(kuò)建。設(shè)備間相互影響程度低。

線路-變壓器組接線的缺點(diǎn)是由于在單回路上只有一回進(jìn)線和一臺(tái)變壓器，導(dǎo)致線路故障或檢修時(shí)，變壓器停運(yùn)；變壓器故障或檢修時(shí)，線路停運(yùn)。故，其靈活性和可靠性較低。

3 內(nèi)橋接線方案

兩回線路-變壓器單元接線相連，接成橋形接線。分為內(nèi)橋和外橋形兩種接線，是長(zhǎng)期開(kāi)環(huán)運(yùn)行的四角形接線。由于外橋形接線適用于線路有穿越功率的場(chǎng)合，而且變壓器側(cè)斷路器檢修時(shí)，變壓器需較長(zhǎng)時(shí)期停運(yùn)，故在地鐵建設(shè)中，考慮到投資、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)等多方面的影響，極少采用外橋形接線。

地鐵中采用橋形接線方式時(shí)，一般都是內(nèi)橋形接線。在當(dāng)變電站內(nèi)只有2臺(tái)變壓器和2條電源線路且輸電線路較長(zhǎng)、主變壓器不需做頻繁操作時(shí)，就可以采用內(nèi)橋接線型式。內(nèi)橋接線的母聯(lián)在兩臺(tái)變壓器開(kāi)關(guān)的內(nèi)側(cè)，靠近變壓器側(cè)。一般是橋開(kāi)關(guān)自投。當(dāng)進(jìn)線失電，合橋開(kāi)關(guān)。其接線如圖3。

圖3 內(nèi)橋形接線圖

內(nèi)橋接線是110kV終端變電所最常見(jiàn)的主接線方式。其高壓側(cè)斷路器數(shù)量較少，線路故障操作簡(jiǎn)單、方便，系統(tǒng)接線清晰。在正常運(yùn)行方式下，橋斷路器打開(kāi)，類似于線路-變壓器組接線，兩回進(jìn)線線路各帶一臺(tái)主變壓器。因內(nèi)橋接線線路側(cè)裝有斷路器，線路的投入和切除十分方便。當(dāng)送電線路發(fā)生故障時(shí)，只需斷開(kāi)故障線路的斷路器，不影響其它回路正常運(yùn)行。

內(nèi)橋接線優(yōu)點(diǎn)是使用的斷路器等設(shè)備最少，與單母線分段式比較，節(jié)省了兩臺(tái)主變壓器高壓側(cè)斷路器，減少投資，比較經(jīng)濟(jì)。不足之處是可靠性不高。目前采取的措施，通過(guò)配置高壓側(cè)內(nèi)橋備用自投（防一路進(jìn)線電源失電）和低壓側(cè)分段備用自投（防一臺(tái)主變壓器故障失電）。但是在經(jīng)橋斷路器轉(zhuǎn)供的另一電源進(jìn)線來(lái)供其它變電所時(shí)，繼電保護(hù)不能很好的配合。

4 結(jié)合地鐵主變電站的有關(guān)影響因素選擇主接線

4.1 線路-變壓器組的選擇

除了線路-變壓器組的接線的通用特點(diǎn)外，地鐵主變電站采用線路-變壓器組的也有其特殊性。

相比而言，線路-變壓器組受對(duì)側(cè)供電局變電站故障影響明顯。在地鐵工程建設(shè)中，雙電源來(lái)自同一個(gè)變電站的情況，一般采用線路-變壓器組。如果110kV進(jìn)線直接從對(duì)側(cè)供電局變電站母線引入，在母線故障，可通過(guò)供電局修改運(yùn)行方式接入不同母線，對(duì)雙變壓器分別供電無(wú)影響；但是當(dāng)專用間隔或T接線路故障時(shí)，將導(dǎo)致地鐵主變電站相應(yīng)變壓器失電。

根據(jù)地鐵供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，當(dāng)任一路電源停電時(shí)，由另一路電源供電；當(dāng)一臺(tái)主變壓器退出運(yùn)行時(shí)，另一臺(tái)主變壓器應(yīng)能承擔(dān)本主變電站供電區(qū)域內(nèi)一、二級(jí)負(fù)荷的供電。進(jìn)線線路故障時(shí)，一臺(tái)變壓器需要停電運(yùn)行，此時(shí)地鐵的環(huán)網(wǎng)通過(guò)35kV母聯(lián)開(kāi)關(guān)投入，進(jìn)行支援，其110kV進(jìn)線電纜容量?jī)H需考慮單臺(tái)變壓器額定容量。而在內(nèi)橋接線的情況下，110kV電纜容量需按照兩臺(tái)主變壓器的額定容量進(jìn)行設(shè)計(jì)訂貨。從概算投資的角度，不只是設(shè)備能節(jié)省費(fèi)用，在電纜載流量、電纜截面方面也能減少電纜費(fèi)用投資。

根據(jù)供電系統(tǒng)這種容量以及運(yùn)行方式的要求可以判斷，平時(shí)主變壓器的負(fù)荷率并不高（低于50%），可以看作低負(fù)載率標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，恢復(fù)供電操作十分方便。當(dāng)一臺(tái)主變或一條線路故障退出運(yùn)行，只需在變電所 35kV側(cè)做轉(zhuǎn)移負(fù)荷操作，就能保證負(fù)荷的正常用電，對(duì)相鄰變電所無(wú)影響。對(duì)于地鐵110kV變電所，其主變?nèi)萘烤鶟M足N-1要求，即主變?nèi)萘繚M足低負(fù)荷率標(biāo)準(zhǔn)，首先應(yīng)推薦采用線路-變壓器組接線方式。

4.2 內(nèi)橋接線的選擇

在選擇內(nèi)橋接線時(shí)，除了該接線的一般特點(diǎn)外，也應(yīng)該綜合考慮地鐵的相關(guān)影響因素。由于變壓器運(yùn)行可靠，而且不需要經(jīng)常進(jìn)行投入，因此內(nèi)橋形接線橋接線的應(yīng)用較廣泛。而且由于地鐵采用的為GIS組合電器，故障率較低，主變壓器運(yùn)行可靠性較高，其故障率一般小于1.5次/百臺(tái)年，而且主變也不需要經(jīng)常切換，而110kV送電線路已經(jīng)都采用電纜線路，其故障率為0.36次/百km年。

因此，對(duì)于地鐵主變電站而言，采用內(nèi)橋主接線方式能夠保證系統(tǒng)供電的可靠性。而且，為了提高橋形接線的靈活性和可鉆性，避免因檢修線路或變壓器時(shí)影響其他回路的正常運(yùn)行，一般在接線中加設(shè)一組跨條（導(dǎo)線）。跨條上通常設(shè)置兩組串接的隔離開(kāi)關(guān)，以便于跨條上隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行檢修，此兩組隔離開(kāi)關(guān)在正常運(yùn)行時(shí)是斷開(kāi)的。所以對(duì)地鐵而言，內(nèi)橋接線的可靠性是足夠高的。

在實(shí)際的工程建設(shè)中，內(nèi)橋還有其特殊的優(yōu)勢(shì)。采用內(nèi)橋接線時(shí)，進(jìn)線雙電源來(lái)自不同變電站，目前中心城區(qū)中110kV電纜廊道建設(shè)的難度極大，雙回電纜工程往往不能同時(shí)送電，有時(shí)間隔長(zhǎng)達(dá)數(shù)年。也就是說(shuō)工程的初始階段，乃至較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，主所往往只有一回進(jìn)線。由于內(nèi)橋接線系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)原則是當(dāng)任一路電源停電時(shí)，由另一路電源供電，能滿足一二三級(jí)負(fù)荷要求。在這種情況下，內(nèi)橋接線可以保證在一回電纜通電的情況下，雙變壓器帶電，并且能保證負(fù)荷需求，從而提高了這種情況下的用電可靠性。這一點(diǎn)在工程的工期要求中，往往是關(guān)鍵性的考慮因素。

最后，在地鐵主變電站的建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)綜合考慮工程的多方面因素，包括外部條件、工期、可靠性以及運(yùn)營(yíng)的便利性等。并結(jié)合可選用的電氣接線方案，對(duì)不同方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)全面的比較，最終確定主變電站的主接線形式。