220kV變電站內(nèi)20kV母線接地方式改造設(shè)計

岳 璐 蘆 穎

（南京國聯(lián)電力工程設(shè)計有限公司）

0 引言

該220kV變電站于2013年5月建成投運，為無人值守全戶內(nèi)站。本站遠景規(guī)劃主變?nèi)萘繛?×240MVA，目前已建設(shè)三相三繞組有載調(diào)壓自耦變壓器2臺，每臺容量為180MVA；220kV進線2回，遠景4回，采用雙母線接線；110kV出線11回，遠景12回，采用雙母線接線；20kV出線20回，遠景30回，采用單母線四分段環(huán)形接線，遠景為單母線六分段環(huán)形接線。

在2017年的電容電流實測工作中，該變電站20kVⅣ段母線電容電流實測結(jié)果為169.3A。目前2號主變20kV母線已配置一套接地變消弧線圈成套裝置，消弧線圈型號為XHDCZ-1200／20，最大能夠補償電容電流為100A，于2016年4月投運?，F(xiàn)有消弧線圈容量已不能滿足電容電流補償所需，處于欠補償狀態(tài)，無法有效消除單相接地短路時的間歇性電弧，給系統(tǒng)的安全性帶來了嚴重的影響。

隨著將來市區(qū)內(nèi)用電負荷的遞增以及變電站電纜化率的提高，同一區(qū)域內(nèi)將逐步統(tǒng)一中性點接地方式，以利于負荷轉(zhuǎn)供。綜合考慮該地區(qū)近期、遠期的用電負荷以及電容電流的增長趨勢，將該站中性點接地方式改為小電阻接地方式是必要和可行的，同時應(yīng)逐步將該站所有接地變消弧線圈成套裝置改為接地變小電阻成套裝置，以避免同一個站內(nèi)出現(xiàn)不同的接地方式，并考慮零序電流互感器及繼電保護裝置功能的完善［1］。

1 改造依據(jù)及原則

對于中性點不直接接地變電站，當電容電流過大時，應(yīng)采用加裝消弧線圈或小電阻接地進行改造。對于中性點經(jīng)消弧線圈接地的變電站，可結(jié)合實際情況將原手動調(diào)節(jié)裝置更換為具有自動調(diào)節(jié)功能的裝置；當現(xiàn)有消弧線圈容量不能滿足補償要求時，應(yīng)對消弧線圈裝置進行增容改造或小電阻改造。

按照省電力公司企業(yè)標準Q／GDW-10-375-2008《中壓系統(tǒng)中性點接地方式選用技術(shù)導則》第4.3條a）款：變電站每段母線單相接地故障電容電流大于100A（20kV系統(tǒng)為50A）時，宜采用小電阻接地方式。

根據(jù)電網(wǎng)發(fā)展需求，隨著當?shù)赜秒娯摵刹粩嘣黾?，市區(qū)變電站內(nèi)大量出線改為全電纜或電纜+架空出線，變電站電容電流急劇增加，電容電流遠遠大于10A。該變電站通過更換大容量接地變小電阻成套裝置，可以有效補償系統(tǒng)發(fā)生單相接地短路時的電容電流，減小弧光過電壓影響，使電容電流控制在10A以下，從而消除設(shè)備安全隱患，有效保證電纜線路的安全穩(wěn)定運行，提高供電可靠性［2］。

若繼續(xù)采用更大容量的20kV接地變消弧線圈成套裝置，此類設(shè)備為不常用設(shè)備，存在設(shè)備采購周期長、配件供應(yīng)不方便、規(guī)格標準不成熟等問題，已接近消弧線圈補償電容電流的最大極限，且造價高昂，后期檢修維護難度大，成本高；而采用接地變小電阻成套裝置，此類設(shè)備為成熟定型設(shè)備，具有消弧線圈所不具備的優(yōu)點，將使20kV母線電容電流小于10A，設(shè)備供電可靠性增加，故障停電風險降低，設(shè)備等效利用率達到95%以上，減少設(shè)備檢修維護次數(shù)，降低了檢修維護成本，電網(wǎng)運行穩(wěn)定性進一步加強。

2 改造范圍及規(guī)模

該220kV變電站本期擬拆除原20kV4號接地變消弧線圈成套裝置，新增20kV接地變小電阻成套裝置一套，接于20kVⅣ段母線。其中接地變?nèi)萘繛?200kVA，小電阻裝置額定發(fā)熱電流為600A，最大通流時間為10s，小電阻額定阻值20Ω，為戶內(nèi)組合柜式成套裝置，安裝于戶內(nèi)原20kV4號接地變消弧線圈成套裝置位置。配套更換相應(yīng)的一次、二次電纜、接地變小電阻保護控制屏1面，完善相關(guān)保護測控、防誤閉鎖、設(shè)備接地、電纜封堵及相應(yīng)的土建工作。

3 技術(shù)方案詳細內(nèi)容

3.1 電氣主接線

該220kV變電站主變規(guī)模2×180MVA，電壓等級220／110／20kV，本期不變；220kV系統(tǒng)為雙母線接線，出線2回，本期不變；110kV系統(tǒng)為雙母線接線，出線11回，本期不變；20kV系統(tǒng)為單母線四分段環(huán)形接線，出線20回，本期不變。

3.2 主要設(shè)備參數(shù)選擇

由于本期主變未作調(diào)整，根據(jù)省電力公司 《電網(wǎng)輸變電工程主要電氣設(shè)備選型導則》規(guī)定220kV（20kV）變電站20kV側(cè)電氣設(shè)備額定短路開斷電流按不低于25kA選擇。

3.3 2017年該220kV變電站內(nèi)20kV母線電容電流實測結(jié)果為Ic＝169.3A

（1）額定發(fā)熱電流

額定發(fā)熱電流Ir取3倍的單相接地電容電流Ic，

即 Ir＝3×Ic＝3×169.3＝507.9A

配合標準化物資選型，故小電阻額定發(fā)熱電流取600A。

（2）接地變壓器容量選擇

式中：S——接地變壓器容量，kVA；

S1——系統(tǒng)電容電流對應(yīng)的容量，kVA；S2——變電站站用電負荷容量，kVA。

配合標準化物資選型，故接地變壓器容量取1200kVA。

根據(jù)上述計算結(jié)果，確定該220kV變電站新增20kV4號接地變小電阻成套設(shè)備1套，干式接地變?nèi)萘?200kVA，附帶站用變?nèi)萘?15kVA，接線組別為ZN，yn11；小電阻裝置額定發(fā)熱電流選600A，最大通流時間為10s，小電阻額定阻值20Ω。為戶內(nèi)組合柜式成套裝置［3］。

（3）導體選擇

本期220kV變電站內(nèi)20kV母線與接地變小電阻成套裝置間的連接電纜選用三芯交聯(lián)聚乙烯絕緣鎧裝銅芯電力電纜YJV22-18／20-3×150mm2，在最高環(huán)境溫度+40℃時，允許載流459A，大于最大工作電流41.2A。并配置相應(yīng)20kV戶內(nèi)冷縮電力電纜終端2套。

3.4 總平面布置

本期工程該220kV變電站內(nèi)新增戶內(nèi)20kV4號接地變小電阻成套裝置一組，拆除原戶內(nèi)20kV4號接地變消弧線圈成套裝置，在原20kV4號接地變消弧線圈成套裝置場地進行安裝，不改變原有總平面布置及配電裝置布置形式。

3.5 電氣二次部分

本期工程在二次設(shè)備室新增接地變保護控制裝置1套，組屏1面，配套更換出線柜線路保護。拆除原4號消弧線圈控制柜1面，轉(zhuǎn)為備用。

本期工程新增3只臨時接地電磁鎖；新增相應(yīng)的電力電纜及控制電纜，完善接地變小電阻電氣閉鎖回路。

3.6 土建部分

本期新增戶內(nèi)接地變小電阻成套裝置一套，由于前期接地變消弧線圈成套裝置基礎(chǔ)無法滿足本期需求，故本期拆除原有基礎(chǔ)鋼材量200kg，新建基礎(chǔ)一座，新增鋼材量350kg，鋼材采用Q235B。樓面需開孔，2個D200孔及4個D80孔。因本期改造破壞的25m2室內(nèi)環(huán)氧砂漿地坪后期需恢復，所有外露鐵件均需熱鍍鋅防腐。

3.7 電纜敷設(shè)及電纜防火

本工程戶內(nèi)電纜采用電纜夾層及埋管敷設(shè)方式。電纜防火與阻燃的措施是在柜屏下方開孔處、電纜豎井進出口、電纜貫穿墻壁及樓板的孔洞處等處進行防火封堵，并在電纜局部采用防火涂料涂刷。封堵材料采用防火包、防火堵料、防火隔板、難燃槽盒等［4］。

3.8 防雷及接地部分

本次新增設(shè)備及基礎(chǔ)埋件采用-80×8的熱鍍鋅接地扁鋼與現(xiàn)有主接地網(wǎng)相連。土建基礎(chǔ)施工開挖時，不能破壞原有主接地網(wǎng)。

4 實施計劃

由于本期工程主接線及總平面基本不變，因此本期工程需結(jié)合站用變停電大修，設(shè)備更換需分步進行，有計劃停電施工安裝。小電阻接地系統(tǒng)中各架空線路應(yīng)采用絕緣導線，以減少瞬時性接地故障，并應(yīng)采取相應(yīng)的防雷擊斷線措施，如裝設(shè)帶外間隙的避雷器、防弧線夾或架設(shè)架空屏蔽線等措施。

5 結(jié)束語

通過新增接地變小電阻成套裝置，將極大地提高設(shè)備安全運行水平，有效補償20kV系統(tǒng)電容電流，消除設(shè)備安全隱患，保證電纜線路的安全穩(wěn)定運行，提高供電可靠性，減少停電時間和電量損失，同時設(shè)備的檢修維護成本大大減少，每年節(jié)省資金約16.5萬元。