220 kV變電站工程設計中幾個問題的探討

李逢良

(湖南電力建設監(jiān)理咨詢有限責任公司，湖南長沙 410007)

我國在基本建設中，堅持要求“精心設計、精心施工”，對每項具體工程，都要求通過詳細的技術經(jīng)濟分析比較后，在保證工程安全建設和安全經(jīng)濟運行的條件下，節(jié)約資源和投資。近年來，國家又提出了建設資源節(jié)約型和環(huán)境友好型——兩型社會等一系列重大方針政策和措施，國家電網(wǎng)公司也要求全面推廣實施“兩型一化”變電站建設。但從近幾年的變電站工程設計來看，由于受某些外界因素的影響，仍然存在一些與上述精神不符的地方，給工程造成了大量資源和資金的浪費。文中根據(jù)工作中遇到的幾個問題進行探討，并提出個人見解。

1 關于主變壓器型式的選擇

在220 kV變電站工程設計中，為了限制10 kV饋線回路的短路電流值，滿足10 kV出線及用戶選用開斷電流不大于25 kVA的設備達到安全運行、節(jié)約投資的目的，當前對于單臺主變?nèi)萘繛?80 000 kVA的三相三繞組工程，一般選用國標常規(guī)阻抗電壓百分值 Ud1－2=14% ，Ud1－3=23% ，Ud2－3=8%的變壓器，同時在主變10 kV回路串聯(lián)1組額定電流為3 000 A，電抗率為8%左右的限流電抗器接入10 kV母線或直接按國網(wǎng)公司標準物料參數(shù)選用變壓器阻抗電壓百分值分別為Ud1－2=14%，Ud1－3=54%，Ud2－3=38% 的高阻抗變壓器接入 10 kV母線2種主要方式。

對于選用標準常規(guī)阻抗變壓器的方式，雖然主變10 kV回路增加了1組限流電抗器，增加了一定的施工、運行維護工作和該回路有可能發(fā)生故障的故障點，但因該設備是1組結構相對簡單的、粗笨的、固定安裝的空芯電抗器，長期運行實踐證明，安裝在相對封閉的室內(nèi)，其故障幾率很小，運行維護工作也很簡單。因此可以認為，上述2種方式在技術上均可滿足電氣設備的選擇和保證安全運行的需要。但是由于變壓器的無功功率損耗

式中 IK為變壓器空載電流百分值;Ud為變壓器阻抗電壓百分值;Se為變壓器額定容量;S為變壓器實際負荷。

由上式可知，變壓器的負載無功損耗主要決定于變壓器的阻抗電壓百分值，而且成正比關系。采用國家電網(wǎng)公司標準物料參數(shù)的高阻抗變壓器比采用常規(guī)阻抗變壓器另加限流電抗器的方式在變壓器滿載時要增加無功損耗約5 000 kVar，為了滿足系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行和變電站無功宜就地補償平衡的原則，必須增加相應容量的電容無功補償裝置來補償變壓器的感性無功損耗，相應增加了變電站設備的施工運行維護工作。

從經(jīng)濟分析來看，由于高阻抗變壓器的單價是同容量常規(guī)變壓器的1.15倍左右，按近期180 000 kVA變壓器單價估計相差100萬元左右，1組戶內(nèi)安裝的3 000 A干式空芯限流電抗器的全部費用約22萬元 (尚不包括可能增加的約700 m2的征地費)，而1組戶外安裝的8 000 kVar成套組裝電容器組裝的全部費用約30萬元。顯然高阻抗變壓器方式的基建投資要比常規(guī)阻抗變壓器方式多。

2 主變壓器低壓繞組容量的選擇

根據(jù)變壓器產(chǎn)品標準，三繞組變壓器第3繞組的容量可以是變壓器額定容量的100%，50%，33.3%，另外目前一般220 kV主變10 kV回路額定電流的選擇主要考慮到目前國產(chǎn)10 kV斷路器等設備的額定參數(shù)和一般220 kV變電站10 kV合理供電范圍內(nèi)的負荷大小確定為3 000 A，因此建議220 kV變電站除10 kV負荷特別集中且較大的情況以外，一般主變低壓側容量選用60 000 kVA，這樣對于180 000 kVA主變按國網(wǎng)公司標準物料統(tǒng)一選用90 000 kVA，可以節(jié)約主變10 kV繞組的銅導體材料1/3，從而節(jié)約了資源節(jié)省了投資。

3 220 kV和110 kV主母線的選擇

由于主母線是全站電源、變電站內(nèi)110 kV和10 kV負荷及220 kV回路穿越功率的集散點，母線上傳輸?shù)碾娏髟诟鱾€不同的間隔一般是不相同的，因此對于具體工程應根據(jù)變電站所在系統(tǒng)的地理位置、變電站建設規(guī)模 (包括主變?nèi)萘?、出線回路數(shù))、母線接線方式和主要電源回路線路的規(guī)格、母線各點的穿越功率及各回路布置相關位置等情況進行分析后，確定母線傳輸電流的最大位置和可能最大數(shù)值來選擇主母線，當然還要滿足規(guī)程規(guī)范的其他要求如管母線的撓度、軟導線的電暈最小截面等。

按照目前湖南省絕大多數(shù)220 kV變電站建設規(guī)模 (主變3×180 MVA，220 kV出線6回、110 kV出線12回)，并隨著電網(wǎng)的不斷完善和加強，220 kV變電站內(nèi)220 kV母線雖然采用雙母線接線，而且采用管型母線和選用單柱垂直伸縮式母線隔離開關分相中型布置形式，母線停電檢修的機會很少，但在分析母線傳輸電流 (功率)時，宜按1條母線運行，1條母線停電，每條電源線按經(jīng)濟輸送電流 (功率)，而不宜按每條線路傳輸極限輸送電流 (功率)的極端情況來選擇。導體載流量應按環(huán)境最熱月份的日平均最高溫度35℃ (典設確定值)、導體表面溫度+80℃的條件下進行修正后的長期允許載流量來校驗。在當前湖南省大部分220 kV線路選用2×LGJ－300(經(jīng)濟輸送電流為690 A)或2×LGJ－400(經(jīng)濟輸送電流為920 A)導電體的條件下，變電站220 kV主母線可選用Φ100/90鋁鎂合金 (LDRE)管 (修正后的長期允許載流量為1 944 A)或Φ100/90鋁鎂硅合金 (6063)管(修正后的長期允許載流量為2 162 A)。充其量選用Φ110/100鋁鎂硅合金 (6063)管 (修正后的長期允許載流量為2 343 A)即可滿足2回LGJ－2×500線路的經(jīng)濟傳輸電流2 300 A的要求。相對于湖南省目前一些類似工程，選用LDRE—Φ130/116可節(jié)約材料3.3 kg/m。

110 kV主母線的選擇基本原則與220 kV主母線選擇相同，但一般情況下220 kV變電站內(nèi)110 kV母線上除了連接本站主變壓器提供電源以外，不宜再考慮連接有較大的其他電源，即使另有較小的其他電源也應與相鄰用電回路平衡，不應對母線傳輸電流的分析產(chǎn)生較大影響。另外在具體工程中一般110 kV主變進線回路布置在母線中段 (220 kV與110 kV平行布置)或兩端 (220 kV與110 kV呈∏型布置)，因此母線最大傳輸電流宜按2臺主變在額定電壓的額定容量來考慮，而不宜按在最低電壓下額定容量的極端情況來計算，畢竟主變壓器還有1個第3繞組來分擔容量。因此，1臺180 000 kVA主變110 kV回路 (額定電壓下的額定電流為945 A)可以選用1根LGJ－630導線 (修正后的長期允許載流量為1 014 A)。110 kV主母線可選用Φ110/100LDRE管 (修正后的長期允許載流量為2 143 A)或選用Φ100/90鋁鎂硅合金 (6063)管(修正后的長期允許載流量為2 162 A)。

4 主變10 kV母線橋材質(zhì)的選擇

在上世紀80年代以前絕大部分工程主變10 kV回路導電體選用鋁排，隨后也有選用鋁合金管的，但是在國家電網(wǎng)公司進行典設后，基本上都選用銅排。對于額定電流為3 000 A的回路可以選用3片LMY—125×10鋁排 (修正后的長期允許載流量為3 241 A)或2片TMY—125×10的銅排 (修正后的長期允許載流量為3 320 A)，也可以選用1根Φ130/116的鋁鎂硅合金 (6063)管 (修正后的長期允許載流量為3 185 A)。由于銅導電體的密度(重量)是鋁導電體的3.28倍，而長期允許載流量銅導電體僅為鋁導電體的1.27倍。另外根據(jù)2009年概算價格，銅排是鋁排的2.73倍，是鋁合金管的2.17倍，而且10 kV支持式管母的動穩(wěn)定允許支撐點之間的距離較多片銅 (或鋁)排大很多，在設計中可以大量減少10 kV母線橋的支點，簡化設計、施工。在限流電抗器室內(nèi)采用鋁排比銅排施工方便。因此建議在工程設計中主變10 kV回路選用鋁鎂硅合金管支撐或作為懸掛，而在限流電抗器室內(nèi)選用鋁排，這樣既可以節(jié)約大量的銅材和投資，又便于施工、運行維護。