500kV變電站增容改造方式的研究

江蘇科能電力工程咨詢有限公司 魯曉莉 王文靜 陸 東 李 晗 劉忠喜 方昊宸

500kV SD變電站位于江蘇省鎮(zhèn)江市丹徒區(qū)，于2007年2月投運。該站幾經(jīng)擴(kuò)建和改造，2017年5月完成超規(guī)模擴(kuò)建部分的建設(shè)，2020年12月完成第4臺主變擴(kuò)建工程的建設(shè)。目前鎮(zhèn)江電網(wǎng)分為鎮(zhèn)江東部電網(wǎng)和鎮(zhèn)江西部電網(wǎng)，其中鎮(zhèn)江東部電網(wǎng)與武北電網(wǎng)合為一片運行，鎮(zhèn)江西部電網(wǎng)與南京南部電網(wǎng)合為一片運行，至2021年該分片結(jié)構(gòu)沒有變化。隨著電網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展，南京南部與鎮(zhèn)江西部電網(wǎng)均需獨立成片運行。由于SD老站、新站降壓不均，SD老站主變降壓超過運行限額，急需增加變電容量。由于SD變在鎮(zhèn)江西部電網(wǎng)樞紐變的地位，主變增容改造過程中需考慮方案實施的可行性。

根據(jù)電網(wǎng)潮流計算結(jié)果，現(xiàn)有設(shè)計理念將原有老站2臺750MVA主變增容改造為1000MVA主變；設(shè)計提出1種新的決方案，新建容量為1000MVA的#3主變，將原有老站容量為750MVA的#1主變增容改造為1000MVA主變。對增容模式和新建+增容模式2種方案進(jìn)行停電方案分析、經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較。增容改造過程中前期站用變?nèi)萘坎粷M足工程使用需求，結(jié)合變電站實際情況，在場地預(yù)留空地增設(shè)一套站用電系統(tǒng)，以滿足變電站需求。設(shè)計經(jīng)驗可為類似工程提供一定參考。

1 工程現(xiàn)狀

500kV SD變電站現(xiàn)有主變壓器：2組1000（3×334）MVA單相自耦主變壓器（#4、#6主變）+和2組750（3×250）MVA單相自耦主變壓器（#1、#2主變）。遠(yuǎn)景建設(shè)3組1000MVA+3組750MVA主變；500kV配電裝置：500kV出線8回，一臺半斷路器接線，共4個完整串和3個不完整串。7配串由北向南分別為：出線1、#1主變；出線2、出線3；出線4、出線5；#2主變；出線6、#4主變；出線7、預(yù)留#5主變；出線8、#6主變。遠(yuǎn)景#3主變不進(jìn)串，經(jīng)斷路器直接接于2M主母線上。

220kV配電裝置：SD老站220kV規(guī)劃出線16回，500kV主變壓器進(jìn)線3回，采用雙母線雙分段接線，現(xiàn)有出線11回。SD超規(guī)模擴(kuò)建站220kV規(guī)劃出線16回，主變進(jìn)線3回，現(xiàn)有出線10回，采用雙母線雙分段接線，遠(yuǎn)景接線不變；35kV配電裝置：35kV采用單元制單母線接線，不設(shè)總回路斷路器。SD老站部分遠(yuǎn)景每組主變低壓側(cè)按3組無功補(bǔ)償裝置預(yù)留場地。目前#1主變場地配置1組60MVar電抗器，#2主變場地配置2組60MVar電抗器。超規(guī)模擴(kuò)建部分遠(yuǎn)景每組主變低壓側(cè)按4組無功補(bǔ)償裝置預(yù)留場地。目前#4主變裝置2組60MVar電容器和2組60MVar電抗器，#6主變裝設(shè)2組60MVar電容器。

站用電系統(tǒng)：全站設(shè)置3臺容量為1000kVA的35kV站用電變壓器（#0、#1、#2站用變），#0站用變?yōu)閭溆米?；平面布置圖：500kV配電裝置采用AIS+HGIS設(shè)備，布置在站區(qū)南側(cè)，向東、西兩個方向出線。老站220kV配電裝置采用AIS設(shè)備，布置在站區(qū)北側(cè)，向東、西兩個方向出線。新站220kV配電裝置采用戶外GIS設(shè)備，布置在變電站東南側(cè)。主變及35kV場地布置于500kV與220kV配電裝置之間。主控通信樓布置在站區(qū)東側(cè)，從東側(cè)進(jìn)站。

圖1 電氣總平面布置示意圖

2 改造方案

2.1 增容改造模式

隨著鎮(zhèn)江西片電網(wǎng)負(fù)荷增長，南京南部與鎮(zhèn)江西部電網(wǎng)獨立成片運行后，SD老站、新站降壓不均，SD老站主變降壓超過運行限額，急需增加主變?nèi)萘?。本次增容改造需將SD老站2×750MVA主變增容為2×1000MVA。根據(jù)SD變目前運行情況，按照傳統(tǒng)設(shè)計理念，考慮將老站2臺750MVA主變（#1主變、#2主變）進(jìn)行增容改造。

具體改造內(nèi)容如下：將500kV#1主變、#2主變750MVA變壓器更換為1000MVA變壓器。將1～2M母聯(lián)、3～4M母聯(lián)、1M～3M分段、2M～4M分段間隔的3150A、50kA斷路器更換為4000A、50kA設(shè)備。#1、#2主變中性點裝設(shè)10Ω中性點小電抗。#1、#2主變35kV側(cè)各建1組60MVar并聯(lián)電容器。將現(xiàn)有的#1、#2主變由750MVA主變更換為1000MVA主變，涉及到的停電范圍包括：#1、#2主變及其低壓側(cè)所配置的無功補(bǔ)償裝置，500kV配電裝置第1串（完整串：#1主變-出線1）、第4串（不完整串：#2主變），220kV配電裝置#1、#2主變進(jìn)線回路及兩個母聯(lián)和分段回路。為保證工程實施過程中變電站持續(xù)運行，站內(nèi)兩臺主變需分次拆除和安裝。

鑒于本期工程需對220kV配電裝置1M-2M母聯(lián)回路、3M-4M母聯(lián)回路、1M-3M、2M-4M分段的斷路器進(jìn)行更換，建議在更換主變期間同步實施。具體的施工順序如下：#1主變更換施工階段需要3個月左右（暫不考慮拆除基礎(chǔ)，按照改造考慮）。拆除并更換#1主變，停1M、2M母線15天，拆除并更換1M-2M母聯(lián)間隔內(nèi)斷路器，安排輪停3M、4M各15天，拆除并更換分段間隔斷路器；#2主變更換施工階段需3個月左右（暫不考慮拆除基礎(chǔ)，按照改造考慮）：拆除并更換#2主變，停3M、4M母線15天，拆除并更換3M-4M母聯(lián)間隔內(nèi)斷路器。以上方案實施過程中當(dāng)同停3M、4M時電網(wǎng)會出線過載現(xiàn)象，在3M、4M停電施工期間通過旁路母線恢復(fù)220kV線路，滿足電網(wǎng)需求。

2.2 新建+增容改造模式

鑒于SD變重要的樞紐站地位，考慮到單純增容模式停電時間過長，設(shè)計考慮新建+增容改造模式。具體為：將500kV#1主變增容改造為1000MVA變壓器。新建500kV#3主變(1000MVA)及其三側(cè)間隔。將1～2M母聯(lián)、3～4M母聯(lián)、1M～3M分段、2M～4M分段間隔的3150A、50kA斷路器更換為4000A、50kA設(shè)備#1、#3主變中性點裝設(shè)10Ω中性點小電抗。#1主變35kV側(cè)擴(kuò)建1組60MVar并聯(lián)電容器，#3主變35kV側(cè)擴(kuò)建1組60MVar并聯(lián)電容器和2組60MVar并聯(lián)電抗器。拆除#2主變其低壓側(cè)所配置的無功補(bǔ)償裝置。

涉及到的停電范圍包括：#1、#2主變及其低壓側(cè)所配置的無功補(bǔ)償裝置，500kV配電裝置2M母線、第1串（完整串：#1主變-出線1）、第4串（不完整串：#2主變），220kV配電裝置#1、#2主變進(jìn)線回路。為保證工程實施過程中變電站持續(xù)運行，先完成#3主變新建部分內(nèi)容，后開展#1主變的增容改造工作。鑒于本期工程需對220kV配電裝置1M-2M母聯(lián)回路、3M-4M母聯(lián)回路、1M-3M、2M-4M分段的斷路器進(jìn)行更換，建議在更換主變期間同步實施。具體施工順序如下：

新上#3主變施工階段，需要停電約15天左右：新建#3主變。停500kV 2M母線共7天，安裝母線下方隔離開關(guān)和主變場地高跨線。220kV主變進(jìn)線構(gòu)架安裝，陪停#2主變共7天。停220kV 3M、4M母線15天，拆除并更換3M-4M母聯(lián)間隔內(nèi)斷路器；#1主變更換施工階段需3個月左右（不考慮拆除基礎(chǔ)，按照改造考慮）：拆除并更換#1主變。停1M、2M母線15天，拆除并更換1M-2M母聯(lián)間隔內(nèi)斷路器。安排輪停3M、4M各15天，拆除并更換分段間隔斷路器；拆除#2主變：拆除#2主變兩側(cè)引線需停電約5天左右。以上方案實施過程中當(dāng)500kV#2主變停運時電網(wǎng)會出線重載現(xiàn)象，此時建議220kV聯(lián)絡(luò)線合上以滿足電網(wǎng)需求。

2.3 主設(shè)備選擇

本期500kV主變選型，采用單相、自耦、無勵磁調(diào)壓、強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷變壓器，容量1000/1000/334MVA，接線組別YNa0d11。根據(jù)系統(tǒng)計算結(jié)果，500kV母線穿越能力不小于5kA，串內(nèi)穿越能力不小于4kA。現(xiàn)有工程#1、#2主變分別接500kV配電裝置第1、4串，串內(nèi)采用AIS設(shè)備，經(jīng)核實串內(nèi)設(shè)備額定電流為4000A，短路電流為63kA；母線穿越能力及串內(nèi)穿越能力均滿足本期要求，無需更換。#3主變不進(jìn)串，經(jīng)斷路器直接接于2M母線。#3主變進(jìn)線間隔內(nèi)采用罐式斷路器；母線側(cè)隔離開關(guān)采用雙柱水平伸縮組合式隔離開關(guān)。本期主變間隔設(shè)備額定電流按4000A選擇。

根據(jù)系統(tǒng)計算結(jié)果，220kV母線穿越能力不小于4kA。220kV #1、#2主變進(jìn)線間隔設(shè)備額定電流為4000A，滿足本期要求；220kV母聯(lián)1間隔斷路器額定電流為3150A，不滿足本期要求；220kV母聯(lián)2間隔斷路器額定電流為3150A，不滿足要求；220kV分段1、分段2間隔斷路器額定電流為3150A，不滿足要求。母聯(lián)、分段間隔內(nèi)其余設(shè)備額定電流為4000A，滿足本期要求。本期擬更換220kV母聯(lián)、分段間隔內(nèi)斷路器。220kV設(shè)備選型擬同前期，斷路器采用SF6瓷柱式斷路器。35kV無功補(bǔ)償裝置現(xiàn)狀為：#1主變配有1組60MVar并聯(lián)電抗器，#2主變配有2組60MVar并聯(lián)電抗器，35kV側(cè)各接1臺1000kVA站用變。

2.4 方案對比分析

增容改造模式（方案1）：兩臺主變分別進(jìn)串，供電可靠性更高。停電時間長，施工難度大，費用8400萬元；新建+增容改造模式（方案2）：#3主變直接接主母線，供電可靠性一般。停電時間短，施工相對簡單，費用9700萬元。最終工程的實施還應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)的發(fā)展并結(jié)合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，確定實施方案。

3 站用電系統(tǒng)改造

SD變一期建設(shè)時設(shè)置3臺站用變壓器（#0、#1、#2），均采用35kV/800kVA油浸式變壓器，＃1站用變電源引接自500kV＃1主變低壓側(cè)，＃2站用變電源引接自500kV＃2主變低壓側(cè)，＃0站用變電源由站外引接。每臺容量800kVA。

SD變超規(guī)模擴(kuò)建時，原有站用電系統(tǒng)的站用變?nèi)萘?00kVA僅滿足超規(guī)模擴(kuò)建時3臺主變投入運行情況下的要求，此時低壓饋供回路數(shù)不滿足超規(guī)模擴(kuò)建的要求，對其進(jìn)行改造。為減少站用電系統(tǒng)改造對500kV變電站運行的影響，保留原有9面站用電屏，由原有的站用電屏的Ⅰ、Ⅱ母線經(jīng)空氣開關(guān)饋供2回至新建的380/220V所用電屏的Ⅰ、Ⅱ母線，即將新上的4面交流站用電屏作為分電屏使用，主要供給超規(guī)模擴(kuò)建場地500kV斷路器操作及加熱電源，500kV繼電器室、綜合樓的暖通、動力、照明，220kV配電裝置場地、主變場地的檢修動力、巡視照明。

#6主變擴(kuò)建時，結(jié)合遠(yuǎn)景變電站用電規(guī)模，經(jīng)核算考慮將SD變800kVA的站用變更換為1000kVA的站用變。原有交流所用電屏的電流互感器額定電流為1500A/5A，不滿足工程需要，需更換相關(guān)的交流所用電屏設(shè)備。由于交流配電屏自身結(jié)構(gòu)設(shè)計，更換交流所用電屏進(jìn)線柜需輪停站用電屏母線，變電站供電可靠性較差，變電站運行存在一定風(fēng)險。經(jīng)核算，此時交流所用電屏的設(shè)備可滿足#6主變擴(kuò)建時變電站供電需求，因此#6主變擴(kuò)建時僅更換站用變未更換相關(guān)交流配電屏設(shè)備。

此次增容改造過程中，根據(jù)國家電網(wǎng)有限公司部門文件設(shè)備變電〔2018〕15號《國網(wǎng)設(shè)備部關(guān)于印發(fā)變電站（換流站）消防設(shè)備設(shè)施等完善化改造原則（試行）的通知》、國網(wǎng)江蘇省電力有限公司文件蘇電安〔2018〕1003號《國網(wǎng)江蘇省電力有限公司關(guān)于印發(fā)《國網(wǎng)江蘇省電力有限公司變壓器固定自動滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》的通知》的要求，戶外變壓器固定自動滅火系統(tǒng)優(yōu)先選用水噴霧滅火系統(tǒng)。變電站需新增消防水泵，原有所用電屏柜設(shè)備參數(shù)已不滿足設(shè)計要求。

考慮到變電站停電方案以及變電站運行可靠性，結(jié)合變電站實際情況，在變電站原有空地上新建3臺站用變及配套的交流所用電屏。原超規(guī)模擴(kuò)建場地內(nèi)交流配電屏的饋線回路逐條改接至本次新上的站用電系統(tǒng)，以滿足變電站運行要求。本期新上的交流系統(tǒng)供消防及超規(guī)模變電站場地供電，原有的交流供電系統(tǒng)供老站的供電，兩套獨立的站用電系統(tǒng)可滿足變電站運行安全性和可靠性的要求。

結(jié)論：500kV變電站主變增容改造有其特殊性，應(yīng)該根據(jù)工程具體情況，設(shè)計最佳方案。