超高壓變電站一次主接線的運(yùn)行探討

張萌

【摘 要】在我國城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)的背景下，為滿足城市發(fā)展需求，高壓、超高壓輸電線路和變電站的數(shù)目不斷增加，使得環(huán)境保護(hù)問題、景觀協(xié)調(diào)問題等日益突出，尤其是變電站用地條件比較復(fù)雜，要求比較高，在一定程度限制了超高壓變電站事業(yè)的發(fā)展。選擇高壓電網(wǎng)是解決此類問題的主要途徑?；诖耍疚慕Y(jié)合案例，對超高壓變電站一次主接線的運(yùn)行進(jìn)行探討，具體如下。

【關(guān)鍵詞】超高壓變電站;一次主接線;斷路器;配電裝置

中圖分類號： TM645文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）14-0049-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.14.022

0 引言

我國城市電力系統(tǒng)主要應(yīng)力了中壓、高壓、超高壓三個發(fā)展階段，這是由我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展所決定的，目前我國特高壓交流輸變電技術(shù)愈發(fā)成熟，雖然也存在一些問題亟待解決，但是從目前發(fā)展現(xiàn)狀而言，技術(shù)問題已經(jīng)不再限制我國超高壓變電站發(fā)展的主要因素。發(fā)展至今已經(jīng)形成了跨省500kV電網(wǎng)，進(jìn)行500km遠(yuǎn)距離傳輸，大規(guī)模5GW左右的特高壓骨干電網(wǎng)，有效的滿足了城市發(fā)展的需求

1 案例分析

某城市電網(wǎng)供電面積為6435.8km2，在2018年夏季最大用電需求量為16.69GW，而實際最大發(fā)電量只有14GW，目前擁有8座500kV變電站，20臺變壓器，變電容量為15000MW。500kV雙環(huán)網(wǎng)是該城市主要核心網(wǎng)架。200kV電網(wǎng)是主要的供電網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)有變電站68座，變壓器170臺，變電容量為25600MW。電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，容易受到電力容量的限制，因此，在2016年開始實施了分層和分區(qū)域運(yùn)行，形成了以500kV變電站和發(fā)電廠為核心，220kV分區(qū)電網(wǎng)，在具體運(yùn)行過程中，各分區(qū)電網(wǎng)之間進(jìn)行解環(huán)運(yùn)行。各個分區(qū)電網(wǎng)在必要時可實現(xiàn)支持，在夏季用電高峰期，可支援800MW～850MW的電力，為滿足實際需求，電壓等級對下一級電網(wǎng)運(yùn)行要滿足“N-1”準(zhǔn)則。

2 超高壓變電站對一次主接線的要求

在超高壓變電站一次主接線中，要根據(jù)變電站在電力系統(tǒng)中的地位和作用，按照相應(yīng)的規(guī)劃容量、供電負(fù)荷、電力容量、電氣設(shè)備等條件，需要在滿足電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上，提升調(diào)度的經(jīng)濟(jì)型和合理性，此外，還要充分考慮供電過程的可靠性、操作性、檢修方便等。就案例城市的超高壓變電站而言，輸送的容量比較大，一旦發(fā)生故障，就會對大范圍內(nèi)用戶的用電總成嚴(yán)重影響。超高壓變電站在城市電力系統(tǒng)中，具有舉足輕重的位置，任何一個環(huán)節(jié)控制不當(dāng)，都會對供電的質(zhì)量、安全性等造成嚴(yán)重的影響。因此，一次主接線設(shè)計時，要根據(jù)地區(qū)用電情況，合理優(yōu)化設(shè)計方案，盡量使用較少的設(shè)備，提升運(yùn)行性能，取得最大的經(jīng)濟(jì)效益。

3 超高壓變電站一次主接線的運(yùn)行

3.1 一次主接線的組成和重要性

超高壓變電站一次主接線由變壓器、輸電線路、斷路器、隔離開關(guān)、電流和電壓互感器、電容器、電抗器、避雷器等構(gòu)件按照一定的順序的組合而成。主要現(xiàn)實超高壓變電站和電力系統(tǒng)中電氣連接的關(guān)系，可真實有效地反映電力系統(tǒng)中輸電、變電、供電、配電的能力，也是衡量電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性的主要依據(jù)。

最開始的超高壓變電站一次主接線方式為雙母線、雙母線分段、雙母線帶旁路母線。但在火力發(fā)電、水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電單機(jī)容量不斷增加的背景下，使得輸變電電壓快速提升，這些一次主接線具有投資價格昂貴、旁路帶出線比較復(fù)雜等缺點，逐漸被其他接線方式取代。在我國社會經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的背景下，為滿人們生活和生產(chǎn)的需求，出現(xiàn)了超高壓、大電網(wǎng)、大電力系統(tǒng)。各大城市的輸變電電壓多以500kV為主，此外，750kV網(wǎng)架逐漸向1MV的方向發(fā)展。既便是單回輸電線路的輸送功率也達(dá)到1.5GW～5.0GW，無論何種原因造成線路發(fā)生故障，都會造成巨大損失，甚至?xí)茐碾娏ο到y(tǒng)的動靜平衡，從而發(fā)生解網(wǎng)故障。比如：雖然母線發(fā)生故障的概率非常小，但一旦發(fā)生母線故障，就會停止輸送數(shù)百萬千瓦電力。

3.2 超高壓變電站一次主接線的接線方式

3.2.1 沒有母線的一次主接線

沒有母線的一次主接線主要的接線方式有以下幾種：（1）線路變壓器組，主要特點為不發(fā)展終端站，優(yōu)點是電源比較少，出線少，設(shè)備少，接線方式比較簡單，后期維護(hù)檢修方便。缺點的是如果其中一臺主變站或者線路發(fā)生故障，則難以滿足實際供電的需求;（2）內(nèi)橋，主要特點為同線變組，在運(yùn)行過程中，主變站無需頻繁切換[1]。優(yōu)點是屬于典型的同線變組，出線的投退都比較方便，在線路中發(fā)生故障時只是跳開線路開關(guān)，主變站并不陪停;缺點是一旦主變站發(fā)生故障，則線路陪停，投且主變操作比較復(fù)雜，任何一個開關(guān)檢修都會影響功率的傳輸;（3）外僑，主要特點為同線變組，短線路，主要需要進(jìn)行頻繁切換。優(yōu)點是主變投退便捷，缺點是難以滿足N-1的運(yùn)行方式。

3.2.2 有母線的一次主接線

有母線的一次主接線方式主要包括以下幾種：（1）單母線分段，主要特點是1站分2段或者分3段，為單電源，出線少，容量小。優(yōu)點可實現(xiàn)同線變組，缺點是一旦母線發(fā)生故障或者需要檢修時，如果開關(guān)柜發(fā)生誤動，則會造成全站停電，可靠性相對比較低;（2）雙母線，主要特點是容量比較小，雙電源，多配線。優(yōu)點是母線故障可保留一半，將電力系統(tǒng)中的重要用戶和普通用戶分開，降低短路容量，可實現(xiàn)分段自投，可靠性比較高。缺點是造價比較高，母線和出線故障開關(guān)柜會引起全?，F(xiàn)象;（3）雙母線單分段，主要特點是出線比較多，重要用戶可分開，降低故障發(fā)生時造成的經(jīng)濟(jì)損失。優(yōu)點是運(yùn)行方式比較靈活。缺點是倒母線的操作比較復(fù)雜。

3.2.3 有母線的一個半斷路器一次主接線

有母線的一個半斷路器一次主接線的主要特點：500kV或者220kV變電站的電源比較多，并且進(jìn)出線也比較多，就500kV變電站而言，有6～10回進(jìn)出線。因此，此種一次主接線可在4組變電中優(yōu)先采用，具有較高的自動化程度。在案例城市500kV變電站和部分220kV系統(tǒng)中大規(guī)模采用了此種一次主接線方法。主要優(yōu)點是母線故障或開關(guān)拒動影響面小，事故處理簡單。采用矩陣排列編號有規(guī)律，沒有倒母線和旁路代問題，操作相當(dāng)簡單，主要缺點為：在相同線路條件下較雙母帶旁母線開關(guān)、閘刀基本相同但接地閘刀要增加1/3以上。線路檢修一定要成串閉環(huán)運(yùn)行故開關(guān)到線刀處需有短線保護(hù)。

3.3 超高壓變電站一次主接線的配電裝置分析

目前超高壓變電站一次主接線中應(yīng)用最廣泛的配電裝置有兩種，一種是AIS配電裝置，在戶外配電裝置中主要采用了大量的絕緣器件，從而把帶電部分和接地部分相互分離開來，從而達(dá)到空氣絕緣的目的。另一種是GIS配電裝置，主要工作原理是把電力系統(tǒng)中的母線、斷路器、隔離卡關(guān)、接地開關(guān)、互感器等原件相互組成，然后充入一定壓力SF6絕緣氣體，既可以在戶內(nèi)應(yīng)用，也可以在戶外應(yīng)用[2]。超高壓變電站一次主接線的配電裝置在選擇和安裝時，要滿足如下要求：節(jié)約用地、保證運(yùn)行的安全性和巡視的便捷性、便于檢修和安置、節(jié)約材料、降低造價的。

4 目前超高壓變電站一次主接線中存在的和解決措施

4.1 未裝設(shè)線路閘刀

該城市變電站自投入使用以來，一直采用的一只半開關(guān)接線，主要特點是在回路中未安裝線路閘刀，引發(fā)的問題主要體現(xiàn)在以下幾個問題：

第一，一旦遇到線路停役或者需要進(jìn)行設(shè)備檢修，則需要把該線路上相關(guān)的兩只相鄰的開關(guān)重新更改為冷備用，再合上接地刀閘。由于聯(lián)閉鎖的限制，在此階段，兩側(cè)的開關(guān)刀閘無法進(jìn)行遙控。主變也是同樣存在這一問題，在主變檢修過程中，為提升直流接觸電阻測量的精確性，就必須把高壓側(cè)套管的引線拆開。

第二，由于在系統(tǒng)中未設(shè)線路刀閘，缺乏短線保護(hù)，一旦發(fā)生故障就就會造成大面積的停電事故。

第三，在每個輸電單元中，采用了3組獨立式的開關(guān)電流互感器。

這些問題的存在在一定程度上限制了超高壓變電站一次主接線運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，因此，需要按照統(tǒng)一的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，合理裝設(shè)線路閘刀，并明確相關(guān)的規(guī)定，提升一次主接線的質(zhì)量。

4.2 缺乏專用的500kV電壓等級的驗電器具

在該城市超高壓變電站一次主接線中，還缺乏一套專門應(yīng)用在500kV電壓等級的驗電器具，嚴(yán)重影響接地線停電時驗電和檢修工作的安全性。為解決這一問題，可采用220kV電壓等級的接地線或者壓變次段驗電，并在相關(guān)規(guī)定中進(jìn)行明確處理[3]。

5 結(jié)束語

綜上所述，本文結(jié)合實際案例，分析了超高壓變電站一次主接線的運(yùn)行，分析結(jié)果表明，不同的一次主接線有其獨特的優(yōu)缺點，相比而言，一只半開關(guān)接線在超高壓變電站中一次主接線具有的優(yōu)勢更加明顯。在具體應(yīng)用過程中，可先選擇一個半斷路器并以不大于5串一次主接線比較合理。既能保證超高壓變電站一次主接線運(yùn)行的安全性和可靠性，也可以滿足后期擴(kuò)建的需求。針對在實際運(yùn)行中存在的問題，需要進(jìn)行全面系統(tǒng)的分析，進(jìn)行全面解決，在保證運(yùn)行的安全性基礎(chǔ)上，滿足對功能和性能的需求。

【參考文獻(xiàn)】

[1]牛明莉.變電站接線對可靠性指標(biāo)的影響[J].電子技術(shù)與軟件工程，2017（23）：211.

[2]馮晗，王俊有.鄭州城區(qū)電網(wǎng)110kV變電站接線方式分析[J].科技與企業(yè)，2015（24）：234.

[3]郭庭哲，李強(qiáng)仁.變電站接線形式和調(diào)度安全運(yùn)行[J].通訊世界，2015（01）：92-93.