站用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中爭(zhēng)議問題的探討

劉 然, 張 濤, 顏士海

(電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京 100120)

變電站站用電系統(tǒng)是保障變電站安全可靠運(yùn)行的重要系統(tǒng)，一旦發(fā)生故障，將嚴(yán)重影響變電站的正常運(yùn)行。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，交、直流合建換流站越來(lái)越多，換流站和變電站消防設(shè)施的重要性逐漸提升，新版消防相關(guān)規(guī)程規(guī)范等都對(duì)站用電系統(tǒng)各方面的可靠性提出了更高的要求，而方案的可行性、合理性和經(jīng)濟(jì)性也是工程設(shè)計(jì)中所必須考慮的問題，故而在工程設(shè)計(jì)中出現(xiàn)了一些難以預(yù)計(jì)或解決的問題。本文針對(duì)變電站站用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中幾個(gè)有爭(zhēng)議的問題，結(jié)合相關(guān)規(guī)程規(guī)范進(jìn)行分析，并對(duì)措施進(jìn)行探討。

1 關(guān)于交直流合建換流站站用電源的選擇

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，土地資源日益緊張，站址選擇受用地條件和落點(diǎn)深入負(fù)荷中心等條件制約，很多換流站(包括背靠背換流站)采用交、直流站合建或相鄰建設(shè)的方案，以節(jié)約占地、節(jié)省投資，取得更好的社會(huì)、 經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)我國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 5460—2012《換流站站用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》中第3.1.1條的規(guī)定：“遠(yuǎn)距離直流輸電換流站應(yīng)設(shè)置三回站用電源，并應(yīng)從站內(nèi)、站外各引接一回，另一回引接點(diǎn)需根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定”。這里“應(yīng)從站內(nèi)、站外各引一回”的要求，卻給一些交、直流站合建或相鄰建設(shè)的站用電源方案選擇帶來(lái)了不必要的困擾。

對(duì)于經(jīng)系統(tǒng)計(jì)算不需配置低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置的換流站，若考慮站用電源從換流站內(nèi)部引接，則通常需要為此專門設(shè)置站用降壓變，從高壓交流配電裝置(例如500 kV或更高)引接電源并降壓至站用電電壓等級(jí)(通常為10 kV)。同時(shí)高壓交流配電裝置也會(huì)因站用降壓變的接入而增加接入元件數(shù)，從而增加高壓斷路器等設(shè)備數(shù)量。因此對(duì)于交、直流站合建或相鄰建設(shè)的換流站，站用電源方案兩回引自合建變電站或相鄰變電站的交流變壓器低壓側(cè)，第二回引自站外電源。這樣不僅對(duì)站用降壓變的絕緣要求大大降低，而且減少了高電壓斷路器的數(shù)量。另外，從換流站運(yùn)維人員的角度來(lái)說(shuō)，若從高壓交流配電裝置引接站用電源，則站用電系統(tǒng)的故障可能導(dǎo)致高壓交流配電裝置斷路器動(dòng)作，考慮到故障范圍和考核要求，運(yùn)維人員往往更傾向于從交流變壓器低壓側(cè)引接站用電源的方案。

上述從變電站的交流變壓器低壓側(cè)引接站用電源的方案，對(duì)于交、直流站合建或相鄰建設(shè)的換流站來(lái)說(shuō)，其可靠性本是一致的，但卻因?yàn)樾袠I(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 5460—2012中的上述規(guī)定(第3.1.1條)而在應(yīng)用中產(chǎn)生了尷尬：對(duì)于同樣的相鄰而建的換流站和變電站，若定義為交、直流合建站，則滿足第3.1.1條關(guān)于站用電源應(yīng)從站內(nèi)、站外分別引接的要求；若由于各種原因換流站和變電站不能定義為同一個(gè)站，則會(huì)因缺少?gòu)恼緝?nèi)引接的站用電源而違反了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 5460—2012，故而影響更經(jīng)濟(jì)合理方案的選擇。

而對(duì)于經(jīng)系統(tǒng)計(jì)算需配置低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置的換流站，因本站已有低壓配電裝置，故站用電源往往從本站引接兩回，第三回引自外引電源。若換流站和變電站定義為2個(gè)站，則可就近從相鄰而建的變電站變壓器低壓側(cè)引接；若換流站和變電站為合建站，則上述經(jīng)濟(jì)合理的引接方案就不滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 5460—2012中“應(yīng)從站內(nèi)、站外各引接一回”的要求。

以上情況，建議相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)將此條規(guī)定中的“應(yīng)”改為“宜”，即“遠(yuǎn)距離直流輸電換流站應(yīng)設(shè)置三回站用電源，并宜從站內(nèi)、站外各引接一回，另一回引接點(diǎn)需根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定”。以便給不同站址條件下的具體方案留下進(jìn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)性具體分析的余地。

此外，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 5460—2012中第3.1.1條的第2條：“背靠背換流站宜設(shè)置三回站用電源，并應(yīng)從站內(nèi)、站外各引接一回，另一回引接點(diǎn)需根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定”。也存在同樣的問題。且在條文說(shuō)明中已經(jīng)解釋“對(duì)于聯(lián)網(wǎng)容量較小而電源取得又較困難的背靠背換流站，可按二回考慮，且宜采用站內(nèi)、外各一回或全部從站外引接”。所以此條規(guī)定的“應(yīng)”也建議改為“宜”，即“背靠背換流站宜設(shè)置三回站用電源，并宜從站內(nèi)、站外各引接一回，另一回引接點(diǎn)需根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定”。

2 關(guān)于站用電負(fù)荷計(jì)算原則

近年來(lái)，隨著變電站消防設(shè)施重要性的提升，在實(shí)際工程的站用電負(fù)荷計(jì)算中，消防水泵功率是否計(jì)入站用電負(fù)荷統(tǒng)計(jì)常常成為一個(gè)有爭(zhēng)議的問題。

根據(jù)我國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 5155—2016《220 kV～1000 kV變電站站用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》4.1節(jié)負(fù)荷計(jì)算原則的規(guī)定：“4.1.1 連續(xù)運(yùn)行及經(jīng)常短時(shí)運(yùn)行的設(shè)備應(yīng)予計(jì)算。4.2.2 不經(jīng)常短時(shí)及斷續(xù)運(yùn)行的設(shè)備不予計(jì)算”。且其附錄A站用電主要負(fù)荷特性表中列出“消防水泵、變壓器水噴霧裝置的運(yùn)行方式屬于不經(jīng)常、短時(shí)”，所以一般消防水泵、變壓器水噴霧裝置在變電站站用電負(fù)荷計(jì)算中不計(jì)及。

然而，該行標(biāo)的條文說(shuō)明里又補(bǔ)充如下：“4.1.2 當(dāng)變壓器水消防用電、檢修用電容量大到不能忽略時(shí)，負(fù)荷統(tǒng)計(jì)可考慮減除1臺(tái)事故變壓器的冷卻負(fù)荷?！钡珔s并沒有明確何為“容量大到不能忽略”，以及適用的電壓等級(jí)?？紤]到220 kV主變壓器多為自然油循環(huán)冷卻型，沒有需減除的事故變壓器冷卻負(fù)荷，且較高電壓等級(jí)變電站選用的消防水泵功率也較大，故可以推測(cè)增加這項(xiàng)條文說(shuō)明的初衷應(yīng)該是針對(duì)更高電壓等級(jí)的。建議在規(guī)程修訂時(shí)能夠明確具體適用情況，以便設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)有據(jù)可依，而不會(huì)因各方站在不同立場(chǎng)的不同解讀而產(chǎn)生爭(zhēng)議。

工程計(jì)算站用變壓器容量，設(shè)計(jì)提資功率常常裕度；而從實(shí)際應(yīng)用的情況來(lái)看，目前在運(yùn)各電壓等級(jí)變電站的站用變壓器負(fù)載率普遍低，不利于變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。所以，雖然變壓器容量增大對(duì)工程投資的影響微乎其微，也不推薦設(shè)計(jì)在選取站用變時(shí)過(guò)于傾向大容量。特別是在負(fù)荷計(jì)算值稍稍大于某一檔標(biāo)準(zhǔn)容量時(shí)，或是計(jì)入消防水泵負(fù)荷將導(dǎo)致超出某一檔容量時(shí)，不建議簡(jiǎn)單選擇高一檔容量產(chǎn)品，而是可以先核算是否有可取消的裕度，綜合考慮環(huán)境溫度等實(shí)際情況確定站用變?nèi)萘窟x取。

3 關(guān)于繼續(xù)工作應(yīng)急照明連續(xù)供電時(shí)間

消防安全是變電站安全運(yùn)行的重要組成部分。隨著新版防火標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，部分新要求的應(yīng)用也給站用電設(shè)計(jì)帶來(lái)了一些有爭(zhēng)議的問題。例如：GB 50229—2019《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》第11.7.1 條中“4 消防應(yīng)急照明、疏散指示標(biāo)志應(yīng)采用蓄電池直流系統(tǒng)供電，疏散通道應(yīng)急照明、疏散指示標(biāo)志的連續(xù)供電時(shí)間不應(yīng)少于30 min，繼續(xù)工作應(yīng)急照明連續(xù)供電時(shí)間不應(yīng)少于3 h”。其中，要求繼續(xù)工作應(yīng)急照明連續(xù)供電時(shí)間不應(yīng)少于3 h，而控制、保護(hù)、監(jiān)控系統(tǒng)等的事故放電計(jì)算時(shí)間要求僅為2 h。所以，即使蓄電池的容量計(jì)算時(shí)滿足簡(jiǎn)單的安時(shí)數(shù)加和，而在實(shí)際操作中，事故2 h后，在蓄電池電量有剩余的情況下，一般是不會(huì)人為給控制保護(hù)系統(tǒng)斷電的，即控制保護(hù)系統(tǒng)等負(fù)荷將持續(xù)和繼續(xù)工作應(yīng)急照明負(fù)荷一起消耗蓄電池電量。故若要繼續(xù)工作應(yīng)急照明實(shí)際供電維持至3 h，將大大增加蓄電池的計(jì)算容量，且超過(guò)了規(guī)程對(duì)其他負(fù)荷事故持續(xù)時(shí)間的要求。

因此，建議該規(guī)程修訂時(shí)，可充分考慮事故后繼續(xù)工作應(yīng)急照明的實(shí)際需要時(shí)間，并對(duì)繼續(xù)工作應(yīng)急照明的范圍予以明確。DL/T 5390—2014《發(fā)電廠和變電站照明設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》對(duì)繼續(xù)工作應(yīng)急照明規(guī)定如下：“第3.2.1條 當(dāng)正常照明因故障熄滅后，需確保正常工作或活動(dòng)繼續(xù)進(jìn)行的場(chǎng)所應(yīng)設(shè)置備用照明；第3.2.2條 火力發(fā)電廠、變電站宜在表3.2.2-1規(guī)定的工作場(chǎng)所裝設(shè)應(yīng)急照明”。表1選取了其中變電站相關(guān)的部分。

表1 變電站裝設(shè)應(yīng)急照明的工作場(chǎng)所

可見，該規(guī)程中對(duì)繼續(xù)工作應(yīng)急照明的范圍規(guī)定比較籠統(tǒng)，而實(shí)際操作中事故后需要繼續(xù)工作的界面可能只是上述工作場(chǎng)所的局部或某些屏柜附近。為了減小對(duì)蓄電池組容量的要求，尤其是在要滿足繼續(xù)工作應(yīng)急照明連續(xù)供電時(shí)間不應(yīng)少于3 h的情況下，建議盡量根據(jù)實(shí)際需求適當(dāng)控制繼續(xù)工作應(yīng)急照明的范圍。

4 結(jié)論

a.建議DL/T 5460—2012《換流站站用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》修訂時(shí)，將原相關(guān)條文“遠(yuǎn)距離直流輸電換流站應(yīng)設(shè)置三回站用電源，并應(yīng)從站內(nèi)、站外各引接一回，另一回引接點(diǎn)需根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定”中的“應(yīng)”改為“宜”。

b.根據(jù)DL/T 5155—2016《220 kV～1000 kV變電站站用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》，消防水泵、變壓器水噴霧裝置的運(yùn)行方式屬于不經(jīng)常、短時(shí)，所以在站用電負(fù)荷計(jì)算中不計(jì)。建議該規(guī)程修訂時(shí)，明確條文說(shuō)明中“當(dāng)變壓器水消防用電、檢修用電容量大到不能忽略時(shí)，負(fù)荷統(tǒng)計(jì)可考慮減除1臺(tái)事故變壓器的冷卻負(fù)荷”的具體容量要求，以及適用的電壓等級(jí)。

c.建議GB 50229—2019《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》修訂時(shí)，充分考慮事故后繼續(xù)工作應(yīng)急照明的實(shí)際需要時(shí)間，并對(duì)繼續(xù)工作應(yīng)急照明的范圍予以明確。