變電站電氣二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

黃塘保

(湖南省電力公司郴州電業(yè)局,湖南 郴州 423000）

1 前言

變電站作為輸配電系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在整個(gè)電網(wǎng)當(dāng)中占據(jù)十分重要的位置。變電站二次系統(tǒng)對(duì)變電站的控制以及監(jiān)視具有直接的影響作用，二次回路是否處于最佳狀態(tài)，對(duì)整個(gè)變電站以及整個(gè)系統(tǒng)的安全正常運(yùn)行起到?jīng)Q定性的作用。就國(guó)內(nèi)外發(fā)生的事故經(jīng)驗(yàn)分析而言，造成系統(tǒng)事故時(shí)常發(fā)生的根本原因是回路出現(xiàn)問(wèn)題，有些是由于回路自身存在缺陷及不足而造成；有些是由于系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，因回路的原因無(wú)法立即切除故障而引起的。所以，必須加強(qiáng)對(duì)變電站二次以及回路的科學(xué)保護(hù)，保證變電站得以正常運(yùn)行。

2 變電站電氣二次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 變電站主結(jié)線電氣的相關(guān)計(jì)算設(shè)計(jì)

本文針對(duì)電氣主結(jié)線可靠性定量指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)的分析，以確保電氣結(jié)線選型工作的順利完成，進(jìn)而為變電站電氣系統(tǒng)進(jìn)行二次設(shè)計(jì)提供一些基礎(chǔ)性的設(shè)計(jì)方案。

2.2 可靠性定量指標(biāo)的計(jì)算式

電氣主結(jié)線可以看作是由可以修復(fù)的元件組成的一個(gè)系統(tǒng)，分成兩個(gè)工作狀態(tài)：一為正常狀態(tài)，二為故障狀態(tài)，按照兩態(tài)馬爾柯夫過(guò)程，可以計(jì)算出以下近似算式

以上的公式中，fc指的是主結(jié)線系統(tǒng)發(fā)生事故造成主變壓器出現(xiàn)停運(yùn)事件的頻次，次/a；λji指的是有關(guān)結(jié)線元件出現(xiàn)的故障率（i=1，2，……n）

2.3 其他的計(jì)算式

主結(jié)線出現(xiàn)故障而元件強(qiáng)迫停運(yùn)時(shí)間Tjgi的計(jì)算式為：Tjgi=fcTcg

沒(méi)有備用電源自動(dòng)投入裝置而出現(xiàn)事故限電量△Akqi的計(jì)算式為：△Akqi=Sqin1Tkqi

有備用電源自動(dòng)投入裝置而出現(xiàn)事故限電量△Akqi的計(jì)算式為：

Tkqi限電經(jīng)濟(jì)損失△U的計(jì)算式為：

在上述計(jì)算式中，Tcg為故障元件的修復(fù)時(shí)間，h/次；Sqi為事故停運(yùn)主變的容量，其單位是萬(wàn) kVA；z為主變的負(fù)載率，%；n1為同時(shí)出現(xiàn)事故停運(yùn)的主變臺(tái)數(shù)；Sy以及n2分別是指依然在運(yùn)行當(dāng)中的主變熱備容量以及臺(tái)數(shù)，kVA；Tkqi為主變事故強(qiáng)迫停運(yùn)所花的時(shí)間，h，如果經(jīng)過(guò)切換操作可以恢復(fù)正常供電時(shí)，它也可以作為判明事故以及處理事故所花費(fèi)的時(shí)間，取1h；如果需要等待故障元件修復(fù)之后，才能恢復(fù)正常供電，則以Tkqi=Tjqi來(lái)表示；K為單位電度所損失的計(jì)算系數(shù)，如果按照限電而導(dǎo)致的國(guó)民純收減少來(lái)計(jì)算，則需要根據(jù)研究資料取1.5元/kWh，如果按照停電綜合造成的損失來(lái)計(jì)算，則需參考國(guó)外的相關(guān)資料取10~30倍的電價(jià)。

綜上所述，在進(jìn)行主結(jié)線的選擇時(shí)，必須依據(jù)于以上所介紹的相關(guān)可靠性定量指標(biāo)，經(jīng)過(guò)詳細(xì)的計(jì)算之后，方能確定合理正確的主結(jié)線，

2.4 結(jié)線方案進(jìn)行比較

首先要選擇正確的結(jié)線可靠性定量指標(biāo)的計(jì)算公式以及方法，以下將著重從經(jīng)濟(jì)性的方面對(duì)兩種不同的結(jié)線方案進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)而順利實(shí)現(xiàn)結(jié)線的選型工作。

忽略時(shí)間因素造成的影響，經(jīng)濟(jì)性的計(jì)算公式為：

式中，Z為年計(jì)算的費(fèi)用，單位為萬(wàn)元；C∑為年生產(chǎn)的費(fèi)用，萬(wàn)元，取投資的5%；△U∑為年平均停電造成的事故損失，以萬(wàn)元計(jì)算，它等于平均年事故限電量×單位電度損失計(jì)算系數(shù)K；Xt為年投資積壓所損失的系數(shù)，取10%；Tz為總投資額，萬(wàn)元，包含有設(shè)備投資、建安工程總費(fèi)用以及占地補(bǔ)償費(fèi)。

經(jīng)過(guò)上述計(jì)算式的分析發(fā)現(xiàn)，I型設(shè)計(jì)方案在設(shè)備的安裝費(fèi)用、工程占地費(fèi)用等方面的支出相對(duì)較少，因此其經(jīng)濟(jì)向相對(duì)較高，相對(duì)于Ⅱ型而言，I型設(shè)計(jì)方案比較適合于普通型小型水電站的開(kāi)關(guān)站上的設(shè)計(jì)選擇。綜上所述，以經(jīng)濟(jì)性的角度作為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)以上提到的兩種不同結(jié)線方案進(jìn)行系統(tǒng)的比較，就一般來(lái)說(shuō)，選擇I型方案比較實(shí)惠，其布置方案的總投資額最省，在按照國(guó)民純收入減少或者10倍電價(jià)來(lái)計(jì)算停電所造成的損失時(shí)，其年計(jì)算費(fèi)用也比較低，是一種比較經(jīng)濟(jì)的值得提倡的布置方案。當(dāng)然，也要根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況以及工程現(xiàn)場(chǎng)具體狀況來(lái)定，并且要充分結(jié)合其經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性等方面進(jìn)行綜合考慮，最終確定最適合的選擇主結(jié)線方案。

如圖1圖所示，電氣主結(jié)線是：1號(hào)、2號(hào)和 3號(hào)、4號(hào)機(jī)組，這幾組分別經(jīng)過(guò)發(fā)電機(jī)斷路器以及單相變壓器，然后再經(jīng)過(guò)500kVSF6的管道母線連接組成兩個(gè)聯(lián)合單元之后，再經(jīng)過(guò)1回500kV的電纜接入到SF6的全封閉性組合電器(GIS)，以此組成了不同類(lèi)型規(guī)格的電氣應(yīng)用單元，實(shí)際規(guī)格則要有具體的應(yīng)用來(lái)確定；5號(hào)、6號(hào)機(jī)組則分別同一臺(tái)特殊三相變壓器進(jìn)行接成，并組成一組發(fā)-變組單元，然后在經(jīng)過(guò)110kVSF6的管道母線以及110kV電纜接入到SF6全封閉性的組合電器(GIS)。在110kVGIS以及500kVGIS之間設(shè)置一組聯(lián)絡(luò)變壓器，其規(guī)格需根據(jù)實(shí)際應(yīng)用而設(shè)定。500kV側(cè)采用的是1倍半的結(jié)線，而110kV側(cè)則采取雙母線結(jié)線。

2.5 控制方式

對(duì)于傳統(tǒng)的大中型變電站而言，一般都是采用強(qiáng)電一對(duì)一的控制方式。20世紀(jì)90年代中期，傳統(tǒng)變電站的控制系統(tǒng)有所改進(jìn)，例如采用碼賽克控制屏，安裝微機(jī)型閃光報(bào)警器等等，進(jìn)過(guò)改進(jìn)之后，控制系統(tǒng)的性能明顯比老式系統(tǒng)優(yōu)異，但從根本上也沒(méi)有很大的改進(jìn)作用。

隨著計(jì)算機(jī)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，微機(jī)監(jiān)控方式逐漸被應(yīng)用于大中型變電站。初期階段的應(yīng)用，猶豫由于計(jì)算機(jī)監(jiān)控還不成熟，依然處于試驗(yàn)以及探索階段，設(shè)計(jì)以及運(yùn)行單位尚未放心使用，通常出現(xiàn)常規(guī)控制以及計(jì)算機(jī)監(jiān)控兩種方式并存的局面。這種做法產(chǎn)生的結(jié)果是，由于同時(shí)使用常規(guī)控制設(shè)備，運(yùn)行人員不會(huì)會(huì)心思去鉆研新的設(shè)備，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)成為一個(gè)擺設(shè)。隨著計(jì)算機(jī)以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的蓬勃發(fā)展，設(shè)計(jì)制造以及運(yùn)行部門(mén)的認(rèn)知以及經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，逐漸接受并廣泛使用計(jì)算機(jī)監(jiān)控方式來(lái)管理變電站，特別是大型變電站。通過(guò)工業(yè)以及網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程對(duì)電氣二次系統(tǒng)的每一設(shè)備的具體運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控，建立了遠(yuǎn)程報(bào)警以及干預(yù)機(jī)制，可以有效地應(yīng)對(duì)各種突發(fā)事故，真正凸顯出計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化管理監(jiān)控所具備的巨大優(yōu)勢(shì)。

2.6 與一次設(shè)備的連接存在的問(wèn)題

電氣二次系統(tǒng)的設(shè)備和一次設(shè)備之間的連接也存在一些問(wèn)題，由于連接不正確或者連接失誤而導(dǎo)致諸多重大事故時(shí)常發(fā)生，因此需要電氣工程人員給予充分的重視。在有些高壓斷路器的機(jī)構(gòu)內(nèi)部，通常都會(huì)帶有電氣防跳回路，而這一并聯(lián)防跳回路同微機(jī)保護(hù)回路時(shí)相互沖突的存在。連接之后，通常會(huì)出現(xiàn)微機(jī)保護(hù)的跳位、合閘監(jiān)視燈同時(shí)亮等這類(lèi)情況，因此，需要立即把機(jī)構(gòu)防跳回路斷開(kāi)，防跳功能則通過(guò)微機(jī)保護(hù)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于綜合自動(dòng)化變電站而言，其采用的電氣主設(shè)備通常是高級(jí)別檔次，GIS設(shè)備也常常被采用，而GIS主結(jié)線設(shè)計(jì)的基本原則是盡量將結(jié)線簡(jiǎn)化，利用可靠性，清除可節(jié)省的一些元件，進(jìn)而降低成本。電壓互感器的隔離開(kāi)關(guān)在整個(gè)變電站的運(yùn)行過(guò)程中起不到任何的作用，在檢驗(yàn)維修電壓互感器 TV或者進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)耐壓試驗(yàn)的時(shí)候，可以用它來(lái)分開(kāi)電壓互感器TV與主回路，對(duì)于GIS而言，可以不用將電壓互感器TV和GIS之間進(jìn)行分離檢修、測(cè)量。

3 結(jié)語(yǔ)

在優(yōu)化及改造變電站的電氣二次系統(tǒng)回路當(dāng)中，除了上述的因素，依然還要考慮到其他的因素，例如繼電器的具體布置、電纜的走線方式、測(cè)量?jī)x表的安裝位置及方法等。要確保變電站的電氣二次系統(tǒng)的有效、合理改造與優(yōu)化，必須采用綜合自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控、測(cè)量以及保護(hù)，以此方式來(lái)實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的投運(yùn)工作情況、運(yùn)行管理以及二次保護(hù)等各方面的需求，增強(qiáng)了整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性，實(shí)現(xiàn)最大的經(jīng)濟(jì)效益。

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