110kV供電系統(tǒng)擴建改造方案

通用技術(shù)集團工程設(shè)計有限公司 連金羝

棗礦集團內(nèi)部電網(wǎng)以35kV 電壓等級為主輸送電力。有53條35kV 線路，總長328公里，東西距離120公里，橫跨濟寧和棗莊。根據(jù)集團內(nèi)發(fā)電廠和變電站的分布情況，內(nèi)部電網(wǎng)分為三個區(qū)域：京滬鐵路以東，主要包括八一、陶莊和建陽三個電廠，陶莊、井亭、官北、山家林、甘霖、朱子埠、棗莊等礦井35kV 變電站，薛城駐地及輔助單位；中心區(qū)位于滕州市西崗市，主要由四座電廠組成：蔣莊、柴里、富源、付村，以及田陳、蔣莊、柴里等礦井35kV 變電站；西部地區(qū)位于濟寧市微山縣劉莊鎮(zhèn)，主要由新安、新源、濱湖等礦山的35kV 變電站組成。礦區(qū)東部有10條35kV 線路連接棗莊電力局，礦區(qū)西部有11條35kV 線路連接微山電力局，礦區(qū)內(nèi)部共有32條35kV 線路。

礦區(qū)內(nèi)部電網(wǎng)建成投產(chǎn)以來，運行穩(wěn)定，供電負荷和銷售電量逐年增加，的從2005年的每年6億kWh 增加到2015年的每年13億kWh。內(nèi)部發(fā)電廠供內(nèi)部電網(wǎng)年供電量約為6.5億kWh，發(fā)電廠的自轉(zhuǎn)銷售電量為2億kWh；由于35kV 電壓等級、電力容量和距離的限制，公用電廠以上地方電網(wǎng)占主導(dǎo)地位，內(nèi)部發(fā)電廠每年向電力局供應(yīng)電量4.2億kWh。內(nèi)部電網(wǎng)每年必須從電力局購買電量6.5億kWh。目前，集團內(nèi)部電網(wǎng)發(fā)電量與用電量基本持平，略有盈余，但約50%的電量必須從公共電網(wǎng)購買；隨著國內(nèi)電廠容量的升級和擴容，電力生產(chǎn)和供應(yīng)能力逐年增加，遠遠超過了內(nèi)部電網(wǎng)用電負荷的增長速度，但仍需外購電力。其棗礦集團內(nèi)部電網(wǎng)供電負荷分布圖如圖1所示。

圖1 棗礦集團內(nèi)部電網(wǎng)供電負荷分布圖

鑒于棗礦集團內(nèi)部電網(wǎng)中發(fā)電廠和變電站的分布情況，以及發(fā)電廠的輸電需求，在棗礦集團內(nèi)部擴建高輸電能力的供電系統(tǒng)迫在眉睫。因此，本文詳細分析了棗礦集團內(nèi)部110kV電力系統(tǒng)擴建改造方案的可行性和必要性，并制定了改造方案，主要包括：新建三座110kV 變電站，改造一座原有110/35kV變電站（啟用110kV 側(cè)110kV 側(cè)），新建三條110kV 雙回輸電線路，改造原有兩條110kV 輸電線路（35kV 降壓運行）；完成了部分35kV 變電站和輸電線路的建設(shè)和改造，還有部分二次系統(tǒng)的改造。

1 改造方案必要性分析

根據(jù)棗礦集團內(nèi)部電網(wǎng)發(fā)展及用戶開發(fā)情況，集團內(nèi)部電網(wǎng)近期及遠期電力平衡如表1所示。

表1 集團內(nèi)部電網(wǎng)近期及遠期電力平衡表（MW）

1.1 提升內(nèi)部電網(wǎng)供電能力的需要

根據(jù)能量平衡分析，隨著內(nèi)部發(fā)電廠的發(fā)展，供電能力有了很大提高，但仍需購買部分內(nèi)部電網(wǎng)負荷進行電力運行。主要原因是由于現(xiàn)有35kV 電壓等級輸電距離和容量的限制，無法滿足內(nèi)部遠離電網(wǎng)東部的用電負荷的用電需求。內(nèi)部電網(wǎng)的東部地區(qū)主要依賴公共電網(wǎng)，因此有必要增加內(nèi)部電網(wǎng)對該地區(qū)的輸電能力。隨著內(nèi)部發(fā)電廠的發(fā)展和發(fā)電能力的增強，有必要開發(fā)更多的電力用戶。目前，有供電需求的新用戶不在內(nèi)部電網(wǎng)的供電范圍內(nèi)。由于棗莊供電公司變電站的改造，造成棗莊地區(qū)與濟寧威山之間的35kV 相角差為30°。雖然采用了角度轉(zhuǎn)換措施，但對內(nèi)部電網(wǎng)東部和西部之間的負荷交換有限制性影響。

1.2 滿足用電負荷快速增長的需要

為了充分發(fā)揮棗礦內(nèi)部電廠自用和冗余上網(wǎng)的優(yōu)勢，盡可能協(xié)調(diào)礦區(qū)內(nèi)部電網(wǎng)的供電，并在東、西部分配電力負荷，必須建設(shè)高輸電能力的電力系統(tǒng)。為此，內(nèi)部電網(wǎng)建設(shè)110kV 供電系統(tǒng)勢在必行。棗礦內(nèi)部電網(wǎng)負荷逐年增加，部分地區(qū)用電能力已達極限。因此，有必要提高電網(wǎng)的供電能力，以滿足增加負荷的需要，這不僅有利于減少損失，而且有利于提高供電的安全性和可靠性，減少事故的發(fā)生[1]。

1.3 升級內(nèi)部電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的需要

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和國家電力供應(yīng)政策的放開，電力生產(chǎn)和供應(yīng)的市場化運作逐步展開[2]。為配合國家打破電力壟斷行業(yè)的政治支持，棗礦集團堅持礦區(qū)循環(huán)經(jīng)濟戰(zhàn)略發(fā)展，建設(shè)節(jié)能型企業(yè)，延伸煤炭產(chǎn)業(yè)鏈，充分利用內(nèi)部現(xiàn)有電廠和煤炭資源優(yōu)勢，構(gòu)建煤電聯(lián)營、自備電網(wǎng)發(fā)供電一體的戰(zhàn)略部署[3]。

目前，礦區(qū)東部和西部的主要輸電線路為35kV電壓等級（雙回路LGJ-240/30）富—八（富源電廠—八一電廠）線路全長25.5km，負責(zé)東部和西部電廠的負荷交換。受35kV 電壓等級輸電距離的限制，線路長、損耗大，負荷交換能力小，無法滿足東部供電負荷需求，制約著礦區(qū)內(nèi)部電網(wǎng)的負荷調(diào)配。

考慮到內(nèi)部電網(wǎng)的規(guī)模、供電安全和供電能力，建設(shè)內(nèi)部電網(wǎng)的110kV 供電系統(tǒng)是棗礦內(nèi)部電網(wǎng)的發(fā)展方向。110kV 輸電線路供電距離長，損耗小，負荷輸送能力大，促進了礦區(qū)供電安全，減少了事故發(fā)生。

2 改造方案可行性分析

2.1 安全分析

礦區(qū)電網(wǎng)110kV 供電系統(tǒng)形成后，以110kV 為主送電等級，35kV/10kV/6kV 為配電系統(tǒng)，依托當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)（電力公司電網(wǎng)），避免了內(nèi)部電網(wǎng)獨立運行的風(fēng)險，尤其是一旦主發(fā)電機組解列，內(nèi)部電網(wǎng)存在崩潰的可能性。加上電力調(diào)度綜合自動化系統(tǒng)的技術(shù)支持，即使內(nèi)部電廠出現(xiàn)緊急停機時，能及時調(diào)整電網(wǎng)內(nèi)部負荷，將電網(wǎng)內(nèi)部負荷轉(zhuǎn)移到當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)運行，既保證了礦井供電的連續(xù)運行，又保證了內(nèi)部電網(wǎng)運行的安全穩(wěn)定。充分發(fā)揮礦井運行管理的經(jīng)濟效益，最大限度地實現(xiàn)內(nèi)部電廠自發(fā)自用，多余上網(wǎng)。

以二期杜廟和建國為主的四條110kV 線路接入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)，可滿足內(nèi)部電網(wǎng)28萬kW 的輸電能力。即使八一電廠和富源電廠同時大修或故障解列，仍能滿足內(nèi)部電網(wǎng)用戶的用電安全要求。

礦區(qū)內(nèi)部電網(wǎng)供電的所有35kV 礦井變電站均能實現(xiàn)兩個不同區(qū)域的供電，滿足煤礦安全規(guī)程的要求，提高了礦區(qū)電網(wǎng)的安全性和可靠性。

2.2 技術(shù)可行性

與35kV 電力系統(tǒng)相比，110kV 電力系統(tǒng)線損降低90%，電力容量增加3倍；供電范圍可達150km，增加了變電站的供電范圍和變電站之間的負荷交換能力。因此，110kV 電力系統(tǒng)顯著提高了供電的穩(wěn)定性和整個礦區(qū)內(nèi)部電網(wǎng)的安全性。

集團內(nèi)部電網(wǎng)的運行維護方，即棗礦集團供電處，在礦區(qū)內(nèi)部電網(wǎng)調(diào)度的建設(shè)和運營方面積累了豐富的經(jīng)驗。從工程技術(shù)到運行管理和調(diào)度，可以滿足110kV 系統(tǒng)運行的要求，從人員到設(shè)備也可以滿足工程建設(shè)的要求。供電部門多年來在35kV 系統(tǒng)管理方面提供安全供電，具有良好的基礎(chǔ)。35kV礦區(qū)內(nèi)部電網(wǎng)由集團公司設(shè)計建設(shè)。從運行情況來看，取得了巨大的經(jīng)濟效益，提高了供電的安全性和可靠性，有成熟的技術(shù)經(jīng)驗。

3 改造方案

本次改造方案分為兩期：一期為電網(wǎng)內(nèi)部主干網(wǎng)及配套工程，構(gòu)成內(nèi)部電網(wǎng)東西部之間的電力輸送通道；二期是內(nèi)部電網(wǎng)與當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的連接工程，連接內(nèi)部電網(wǎng)主干網(wǎng)東部和西部的當(dāng)?shù)仉娏荆蕴岣吖╇娍煽啃?。棗礦集團內(nèi)部電網(wǎng)擴建改造前后結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 內(nèi)部電網(wǎng)擴建改造前后結(jié)構(gòu)圖

3.1 一期改造方案

由于棗莊供電公司變電站進行改造后，造成棗莊與微山地區(qū)35kV 相位差為30°。因此，棗礦集團內(nèi)部電網(wǎng)的35kV 系統(tǒng)與公共電網(wǎng)之間的連接在東部為三角形接線，在西部為星形接線。在110kV電力系統(tǒng)改造完成之前，35kV 內(nèi)部系統(tǒng)將有相位差。因此，在柴里電廠、富源電廠、八一電廠和洪村35kV 變電站將自西向東建設(shè)四座110kV 變電站。其中除富源電廠為恢復(fù)啟用原有變電站內(nèi)110kV 側(cè)GIS 設(shè)備、測量和保護設(shè)備外，其余均為新建項目。

3.1.1 洪村電廠變電站改造方案

新建洪村110kV 變電站主變壓器預(yù)計容量為2×63MVA。110kV 主電氣接線擬為單母線段連接。本次改造建成一條單母線接線，規(guī)劃6回110kV 進出線，本階段建成的6回分別位于建國220kV 變電站、八一電廠110kV 變電站和主變壓器各2回。

35kV 電氣主接線規(guī)劃為單母線分段接線，進線2回（電纜進線）分別連接至洪村變電站現(xiàn)有的35kV 電源；主變壓器進線2回和出線9回，分別至濰焦集團（LGN）35kV 變電站2回、洪村35kV變電站3回、朱子埠35kV 變電所2回、備用2回。35kV 配電裝置采用氣體絕緣金屬封閉式開關(guān)柜，戶內(nèi)單列布置。其中110kV 中性點設(shè)計為直接接地，35kV 中性點設(shè)計為不接地。

3.1.2 八一電廠變電站改造方案

新建八一電廠110kV 變電站主變壓器的預(yù)期容量為2×63MVA。根據(jù)《35kV～110kV 變電站設(shè)計規(guī)范》GB50059-2011第3.2.4條規(guī)定：當(dāng)110kV線路為6回或6回以上時，應(yīng)采用雙母線接線。因此，基于變電站設(shè)計規(guī)范，八一發(fā)電廠110kV 變電站內(nèi)部110kV 電力系統(tǒng)改造為雙母線加聯(lián)絡(luò)接線。本期建成雙母線接線，本期建成110kV 進出線8回，分別至富源電廠110kV 變電站、洪村110kV 變電站、八一電廠、主變壓器各2回。

在35kV 變電站35kV 配電室新增2臺電纜進線柜和2臺出線柜。在本地配置保護、測量和控制裝置。2臺進線柜的電源從新八一電廠110kV 變電站主變壓器的出線側(cè)，通過電纜連接。35kV 配電裝置采用氣體絕緣金屬封閉式開關(guān)柜。

其中110kV 中性點設(shè)計為直接接地。主變壓器的35kV 側(cè)通過電纜直接連接到八一發(fā)電廠35kV 變電站的35kV 母線側(cè)。

3.1.3 柴里電廠電站改造方案

新建柴里110kV 變電站主變壓器預(yù)計容量為2×63MVA，主變壓器為三繞組變壓器。110kV 主電氣接線擬為單母線分段接線。本期將建成單母線接線，110kV 進出線6回分別至杜廟220kV 變電站、富源電廠110kV 變電站、主變壓器各2回。

35kV 電氣主接線為單母線分段接線，出線4回分別至盛隆焦化35kV 變電站和柴里35kV 變電站各2回。35kV 配電裝置采用選用氣體絕緣金屬封閉式開關(guān)柜，戶內(nèi)單列布置。在35kV 變電站戶外35kV配電裝置場地新增2臺35kV 組合開關(guān)。電源引自并就地配置保護、測控裝置。兩回電源引自新建柴里110kV 變電站35kV 出線側(cè)。由于為室外分散室配電裝置系統(tǒng)，需要增加外部結(jié)構(gòu)、母線接線、線夾等輔助裝置。其中110kV 中性點設(shè)計為直接接地，35kV 中性點設(shè)計為不接地。

3.1.4 富源電廠變電站改造方案

富源110kV 變電站啟用110kV 系統(tǒng)對110kV系統(tǒng)設(shè)備進行檢測。重新設(shè)置110kV 系統(tǒng)保護、測控系統(tǒng)。控制、保護、操作設(shè)備設(shè)置在110kV 配電室和控制室內(nèi)。

一期工程完成后，柴里110kV 變電站、富源電廠110kV 變電站、八一電廠110kV 變電站、洪村110kV 變電站等四個樞紐變電站均通過雙回路110kV 輸電線路自西向東可靠連接，促進集團內(nèi)電網(wǎng)東部和西部之間的電力調(diào)度和輸送。

3.2 二期改造方案

新建兩條110kV 雙回路輸電線路，分別于礦區(qū)東、西部將內(nèi)部電網(wǎng)主干網(wǎng)接入地方電網(wǎng)。

西部：新建杜廟220kV 變電站至柴里110kV 變電站雙回路110kV 輸電線路，線路長度約7公里，利用原富源電廠至新安煤礦部分110kV 雙回輸電線路，形成完整的輸電線路。柴里發(fā)電廠110kV 變電站至新安煤礦新建雙回輸電線路（利用部分原有線路）。

東部：新建建國220kV 變電站—洪村110kV 變電站雙回路110kV 輸電線路，線路長約11公里。

3.3 二次系統(tǒng)改造方案

3.3.1 新建變電站站用電及直流系統(tǒng)

①站用電系統(tǒng)。站用電兩回電源分別引自專用變壓器柜及低壓開關(guān)柜，站用電電壓為：380/220V，采用三相四線制中性點直接接地系統(tǒng)，低壓側(cè)接線形式為單母線分段接線，正常運行情況下，兩段母線分列運行，互為備用，設(shè)分段備投。站用配電屏布置在控制室內(nèi)。

②直流系統(tǒng)。直流系統(tǒng)電源引自所用電交流屏，充電設(shè)備采用220V 智能高頻開關(guān)電源，冗余配置。蓄電池選用閥控式鉛酸蓄電池組，蓄電池組屏安裝于控制室[4]。

3.3.2 照明

變電站照明設(shè)計根據(jù)《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB50034的有關(guān)規(guī)定[5]。在控制室、屋內(nèi)配電裝置室及屋內(nèi)主要通道等處裝設(shè)事故照明。

3.3.3 過電壓保護及防雷接地

根據(jù)《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設(shè)計規(guī)范》GB/T50064-2014采用氧化鋅避雷器作為限制雷電及操作過電壓措施[6]。本站防直擊雷保護采用獨立避雷針防雷。接地采用垂直接地極和水平接地相結(jié)合的復(fù)合接地網(wǎng)。

3.3.4 微機監(jiān)控系統(tǒng)、系統(tǒng)保護及元件保護

本次新建110kV 變電站自動化系統(tǒng)采用分散式，布置采用分散與集中相結(jié)合的方式，對于110kV 線路及主變壓器部分的監(jiān)控和保護設(shè)備按單元組屏布置在控制室內(nèi)，對于35kV（10kV）線路采用分散布置的方式，其監(jiān)控、保護、測量、信號裝置均安裝在35kV（10kV）開關(guān)柜上，在35kV（10kV）配電裝置與控制室之間設(shè)總線，與監(jiān)控裝置相連接[7]。

3.3.5 系統(tǒng)通信及調(diào)度自動化

一期工程根據(jù)棗礦集團內(nèi)部電網(wǎng)調(diào)度管理規(guī)定：統(tǒng)一調(diào)度、分層管理的原則。待二期工程投入后根據(jù)電力電網(wǎng)調(diào)度管理規(guī)程規(guī)定：統(tǒng)一調(diào)度、分層管理的原則。

棗礦集團內(nèi)部通過新建三座110kV 變電站，改造一座原有110/35kV 變電站（啟用110kV 側(cè)110kV 側(cè)），新建三條110kV 雙回輸電線路，改造原有兩條110kV 輸電線路（35kV 降壓運行）；完成了部分35千伏變電站和輸電線路的建設(shè)和改造；完成了部分二次系統(tǒng)改造等，順利完成了110kV 供電系統(tǒng)擴建改造，后期投產(chǎn)后，可為礦區(qū)內(nèi)部電網(wǎng)增加供電能力。新增電能可全部輸送至內(nèi)部電網(wǎng)東部區(qū)域用電企業(yè)，減少外購電量。此外，110kV 供電系統(tǒng)整體擴建完成后，隨供電半徑的增大，供電用戶的增加，八一電廠二期350MW 機組可建設(shè)投產(chǎn)，增加對外銷售電量。同時按照國家政策積極發(fā)展用戶，擴大銷售電量，新增效益。