黃渡500 kV變電站增容改造實施方案

胡文華，王偉穎，陳 波，袁淑蓉，鄧 明

(中國電力工程顧問集團華東電力設計院有限公司，上海 200001)

0 引言

黃渡500 kV變電站位于上海市嘉定區(qū)的黃渡鎮(zhèn)，是華東地區(qū)乃至全國第一批500 kV變電站，是上海電網(wǎng)的重要樞紐變電站，它通過500 kV蘇州特高壓站—黃渡線路與江蘇電網(wǎng)交換電力，通過500 kV華新—黃渡線路接納±500 kV宜華直流的三峽來電，對于上海電網(wǎng)乃至于華東電網(wǎng)的安全可靠運行均非常重要。

該變電站已安全運行了30多年，站內(nèi)500 kV母線及串內(nèi)設備通流容量、出線規(guī)模已經(jīng)無法滿足系統(tǒng)要求，500 kV構架已經(jīng)達到設計使用年限，部分構架柱和構架梁變形超過規(guī)范限值，存在安全隱患。為了滿足系統(tǒng)輸送容量、特高壓接入和負荷增長的要求，提高電網(wǎng)運行方式的靈活性和主變供電的可靠性、消除安全隱患，迫切需要對黃渡500 kV變電站進行增容改造。

本文結合黃渡500 kV變電站增容改造工程，詳細介紹了500 kV主變和500 kV配電裝置“先新建再分步改接”的實施方案，達到了“邊改造邊運行”的目的，避免了因長時間的停電改造而造成的損失。

增容改造后500 kV配電裝置將由目前的4個完整串、2個非完整串增加到7個完整串，主變?nèi)萘坑赡壳暗?×750 MVA增容到4×1 200 MVA。增容改造前、后的電氣主接線示意圖分別如圖1和圖2所示。

圖1 增容改造前的電氣主接線示意圖

圖2 增容改造后的電氣主接線示意圖

1 增容改造的思路和原則

1.1 改造思路

500 kV變電站一般可分為500 kV主變區(qū)域、500 kV配電裝置區(qū)域、220 kV配電裝置區(qū)域、無功補償區(qū)域以及二次控制保護系統(tǒng)等。我們增容改造思路是：留、改、拆。在工程可研設計階段就對上述區(qū)域逐一進行深入的分析和評估，并開展針對性的設計[1]。

1) 留

線路走廊保留。變電站東南向為居民住宅區(qū)、東北向為居民住宅區(qū)、西面圍墻外就是1 000 kV線路走廊和安虹路、北面為曹安公路及500 kV出線，南面為500 kV和220 kV出線，如圖3所示。變電站所在區(qū)域內(nèi)沒有新增電力走廊資源，前期建設的1 000 kV東吳—練塘線路是利用了當時在運的500 kV線路(石牌—黃渡和黃渡—華新的線路)走廊，將它改造為混壓同塔四回路(2回1 000 kV線路+2回500 kV線路)的，所以不可能開辟新的線路走廊，只能利用已有的線路走廊。220 kV配電裝置為2007年投運的，本工程不做大的改造，主要工作是對主變的220 kV GIS進線回路設備進行增容，與新主變的降壓容量相匹配。

圖3 黃渡500 kV變電站位置及進出線走廊示意圖

2)改

指局部改造，主要工作是對主變的220 kV GIS進線回路設備進行增容，與新主變的降壓容量相匹配，并將套管出線改為通過GIS管道母線直接連接到主變的220 kV側。原主變220 kV進線回路設備的額定電流為3 150 A，本期主變增容后容量為1 200 MVA，1.3倍和1.5倍過負荷下220 kV進線回路設備額定電流分別選4 000 A和5 000 A。經(jīng)咨詢廠家，增容到4 000 A時只要更換GIS設備內(nèi)部導電回路的導體即可，不用更換整個GIS設備，改造工作相對容易實施。所以增容后主變220 kV進線回路設備的額定電流按4 000 A選擇。

控制保護系統(tǒng)的500 kV線路保護和主變保護：未到使用年限的設備不更換，隨線路或主變停電進行搬遷。

3)拆

指拆除新建，先新建、再停電改接，改接完成后拆除，從而大大減少了停電時間。新建的一次部分包括500 kV主變、500 kV配電裝置、66 kV無功配電裝置，二次部分包括監(jiān)控系統(tǒng)、500 kV母線保護、500 kV斷路器保護、直流電源系統(tǒng)、時鐘同步對時系統(tǒng)、500 kV保護信息管理子站、相量測量系統(tǒng)等設備。500 kV配電裝置采取征地新建方案，500 kV主變和無功配電裝置利用站內(nèi)場地新建。結合500 kV GIS室和66 kV GIS室的建設，同步建設1個500 kV繼電器室和1個主變繼電器室，在繼電器室新配置二次公用設備。

1.2 增容改造的原則

考慮到黃渡變電站在上海電網(wǎng)中的重要性，改造的總體原則就是最大限度地減少停電時間，尤其是避免多臺主變同停和同一方向的兩回出線長時間同停的運行工況。調(diào)度最終同意改造過程中可以短時間同停2臺主變，但不允許出現(xiàn)3臺及以上主變同停的工況。

按上述改造思路，500 kV主變和66 kV配電裝置、主變220 kV進線GIS設備可以按主變單元逐臺進行停電改造[2]。所以，工作的重點是500 kV出線的改接，原則如下：

1)新的500 kV GIS配電裝置建設完成后，利用其第7串的兩個邊開關作為分段開關，實現(xiàn)GIS母線(以下稱“新母線”)與老的500 kV配電裝置母線(以下稱“老母線”)的新老母線連通，從而給GIS母線充電。

2)老的500 kV配電裝置按現(xiàn)有配串逐串進行停電改造和二次設備搬遷。

3) 4臺750 MVA的主變逐一停電改接，施工期間其它主變需要短時(1～3天)陪停時，一般安排在節(jié)假日等負荷較輕的時段。

4)同一方向的500 kV出線逐一進行改接。

5)華新方向的出線安排在宜華直流年度檢修時進行停電改接。

6) 500 kV線路或主變改接后，過渡階段新建配電裝置要考慮完整串運行，需配置臨時短引線保護。

7)過渡階段，新老監(jiān)控系統(tǒng)同時運行。為保證自動化系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行，兩套監(jiān)控系統(tǒng)間互不交換數(shù)據(jù)，保持相互獨立，遠動通道也相互獨立。改造好的監(jiān)控信息通過新的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關機傳送，還未改造的監(jiān)控信息仍通過老的D200遠動裝置傳送。

8)改造過程中新、舊I/O測控裝置間無法相互交換數(shù)據(jù)，因此在施工過渡階段，將會退出部分I/O測控裝置邏輯閉鎖功能。新舊500 kV配電裝置母線地刀、母線隔離開關之間的聯(lián)閉鎖功能依靠一次設備操作回路的電氣硬接線閉鎖和獨立的微機五防系統(tǒng)實現(xiàn)。

按以上原則和思路進行改造，施工作業(yè)風險最小，對上海電網(wǎng)造成的影響也最小，能保證上海電網(wǎng)的安全運行。

2 改造場地選擇和總平面布置

220 kV設備為利舊，所以無需新增場地，但要考慮主變220 kV GIS進線管道的布置。

由上文，500 kV配電裝置需拆除重建。若逐串停電改造不僅工期太長，而且在帶電場地內(nèi)改造施工難度大、安全風險高[3]，所以考慮征地新建。由于需利用已有的500 kV出線走廊，新建的配電裝置布置在線路走廊下方比較好。北面圍墻離線路終端塔很近，不到20 m；南面圍墻到線路終端塔有90 m，線路走廊下方空地尺寸約為215 m×70 m，正好可以一次性建設500 kV戶內(nèi)GIS配電裝置。待500 kV GIS配電裝置建成后，南側的6回出線(渡泗5101、渡泗5108、華渡5115、新渡5116、預留2回)可直接接入500 kV GIS配電裝置，北側的四回線路(徐黃5113、徐渡5114、東黃5903、東渡5913)考慮先利用老構架上方的跨線接入500 kV GIS配電裝置。之后在北側場地建設新的出線構架，北側出線再通過新構架接入500 kV GIS配電裝置，即南側出線是一次性接入，北側出線需通過老的串內(nèi)構架和跨線過渡。

500 kV主變和66 kV無功設備區(qū)域為新建，可以考慮在原有的場地按主變單元逐臺改造，但改造周期太長、安全風險太大[3]。經(jīng)多個方案比選后，最終確定在站內(nèi)220 kV GIS北面的空地上新建500 kV主變和66 kV無功設備，這樣4組主變(包括主變500 kV側和66 kV側GIS設備)及無功設備可以一次性建設，逐臺改接即可。該空地為早期的220 kV高型配電裝置(已拆除)，面積較小，約為197 m (長)×52 m(寬)，采用了以下創(chuàng)新設計技術能滿足要求：

1) 66 kV采用戶內(nèi)GIS設備，500 kV主變、66 kV電容器和電抗器戶外布置。主變緊挨66 kV配電裝置室，隔墻按防火墻設計。

2)主變?nèi)齻染捎糜蜌馓坠?。主變的布置與相應的220 kV GIS進線回路相對應。

3)主變500 kV側的GIS進線管道布置在66 kV屋頂，以高度換取平面尺寸，并采用戶外布置，從而大大節(jié)省了占地和建筑物的高度。

黃渡站改造后的電氣總平面如圖4所示，圖中虛線為改造前500 kV配電裝置、500 kV主變及無功設備、主變220 kV進線布置情況。

圖4 黃渡站改造后的電氣總平面

3 500kV配電裝置的改造實施方案

由上所述，黃渡變電站增容改造的難點是500 kV配電裝置的改造，所以下文對此做重點介紹。

500 kV配電裝置的改造分為四個階段：準備階段、500 kV GIS配電裝置施工階段、500 kV主變和出線改接階段、北側新構架施工和老構架拆除階段。

3.1 準備階段

準備階段的主要工作是進行500 kV GIS配電裝置區(qū)域的樁基施工、基礎施工、新建500 kV南側出線構架，完成南面四回出線的升高工作。本階段完成后的典型斷面圖如圖5所示。

圖5 準備階段完成后渡泗5101出線間隔斷面圖

南側泗涇方向出線的零檔線導線最低點對地高度約23 m。新建構架和GIS采用鋼筋混凝土灌注樁，樁基施工機具高度約11 m，考慮安全距離8.5 m，總高小于20 m；灌注樁樁長約37 m，可分段焊接，所以樁基施工總高度可控制到23 m以內(nèi)，可以帶電進行出線構架和GIS的樁基施工、基礎施工，從而大大加快了施工進度。500 kV GIS室的高度一般在15～18 m之間，所以不能滿足帶電安裝GIS室鋼結構的要求，需要升高出線構架。

本工程500 kV GIS室高度約17 m(含室內(nèi)外高差)，最大起重構件包括屋面梁和鋼柱，最大屋面梁由兩榀鋼梁組裝連接，總長約15.3 m，總重量約1.8 t；最大鋼柱長約15.95 m，總重量約3.1 t。根據(jù)計算，選用25 t汽車吊比較合適。為了控制吊車大臂高度，將吊車限位設置到臂長21.3 m檔，確保最高點控制在22 m以內(nèi)。考慮安全距離8.5 m[4-5]+導線弧垂2.5 m，所以為滿足帶電安裝GIS室的要求，新構架高度取34 m，該取值留有1 m的裕度。

主要施工步驟：先進行出線構架樁基和基礎施工，再逐回停電進行南側出線構架的升高工作。GIS配電裝置的樁基和基礎施工可從在本階段開始。

3.2 500 kV GIS配電裝置施工階段

本階段的主要工作是完成GIS配電裝置的樁基和基礎施工、吊裝500 kV GIS室鋼結構和圍護結構、安裝500 kV GIS設備、在新建繼電器室布置新增的保護、監(jiān)控、直流電源等二次屏柜，并完成與500 kV新建GIS的二次電纜接線。

由上所述，該階段工作期間老的500 kV配電裝置不需要停電。

3.3 500 kV主變和出線改接階段

按照上述的改接原則，具體步驟如下：

第一步(511階段)：連接新老母線(1 M和3 M、2 M和4 M)，由老母線給新母線充電。500 kV GIS配電裝置第27串本期只有1回出線(東渡5913線)，安排在最后改接，這樣可以借用第27串的兩個邊斷路器用作500 kV新老母線的分段斷路器。

第二步(512階段)：改接#6主變和渡泗5108線。512階段實施后的電氣接線示意圖如圖6所示。

圖6 512階段完成后黃渡站500 kV電氣接線示意圖

第三步(513階段)：改接#4主變和徐黃5113線。

第四步(514階段)：改接#5主變、東黃5903線和渡泗5101線。

第五步(515階段)：改接華渡5115和新渡5116兩回線。

第六步(516階段)：改接#3主變和徐渡5114線。

第七步(517階段)：改接東渡5913線，同時斷開500 kV新舊母線連接，27串恢復完整串運行。517階段實施后所有500 kV回路接入GIS配電裝置，電氣接線示意圖如圖2所示。

改接過程中電氣一次主要工作是拆除原高跨引下線、施工北面四回出線的短跨線和高跨線的跳線。如上文所述，517階段實施后南側的四回出線直接接入500 kV GIS配電裝置，北側的出線在本階段先通過老的構架和高跨線接入，5101和5903出線間隔的斷面如圖7所示。

圖7 517階段完成后出線間隔斷面圖

改接過程中電氣二次的主要工作內(nèi)容如下：

511階段：黃渡站老的500 kV母線保護接入分段間隔。

512階段：搬遷#6主變保護柜、操作箱柜、電度表、錄波裝置等至主變繼電器室；搬遷渡泗5108線電度表至500 kV繼電器室。第25串的臨時短引線保護暫時利用第27串配置的遠景短引線保護；同時將老的RG43斷路器保護柜隨渡泗5108線搬遷，柜內(nèi)短引線保護作為第21串臨時短引線保護。

513階段：搬遷#4主變保護柜、電度表等至主變繼電器室；搬遷徐黃5113線線路保護柜及電度表至500 kV繼電器室。將老的RG53斷路器保護柜隨徐黃5113線搬遷，柜內(nèi)短引線保護作為第23串臨時短引線保護；將老的RG51斷路器保護柜隨#4主變搬遷，柜內(nèi)短引線保護作為第24串臨時短引線保護。

514階段：搬遷#5主變保護柜、操作箱柜、電度表、錄波裝置等至主變繼電器室；搬遷東黃5903線和渡泗5101線線路保護柜及電度表至500 kV繼電器室。

515階段：搬遷華渡5115線和新渡5116線線路保護柜及電度表至500 kV繼電器室；第23串臨時短引線保護退出運行，第25串臨時短引線保護退出運行。

516階段：搬遷#3主變保護柜、電度表等至主變繼電器室；搬遷徐渡5114線線路保護柜及電度表至500 kV繼電器室。第21串臨時短引線保護退出運行，第24串臨時短引線保護退出運行。

517階段：搬遷東渡5913線線路保護柜、電度表及錄波裝置至500 kV繼電器室；拆除500 kV分段與老母差之間的電纜接線；第27串配置的遠景短引線保護接入第27串備用間隔。

上述改接工作完成后，所有500 kV出線已經(jīng)接入500 kV GIS配電裝置，北側構架除28.5m高跨線外，其余母線、設備及導線已經(jīng)不帶電，具備拆除條件，場地也具備清理條件。

本階段完成后的500 kV配電裝置平面如圖8所示。

圖8 517階段完成后500 kV配電裝置平面布置圖

3.4 北側線路改接到新構架

包括北側場地清理、新構架樁基和基礎施工、新構架安裝、北側線路改接到新構架和老構架拆除等工作。

改接完成后即開展老的500 kV配電裝置場地清理，拆除母線、串內(nèi)設備及基礎、清理電纜和電纜溝等工作。之后開始施工新構架的樁基和基礎。新構架定位避開老構架。由于跨線較高，新構架樁基和基礎施工不需要停電。

老構架共有六跨，兩頭均有端撐，構架布置如圖4所示，老構架拆除的原則是先拆除中間構架(東黃5903和徐渡5114出線)，最后拆除兩側構架(東渡5913和徐黃5113出線)。東黃5903和徐渡5114兩回出線位于配電裝置中間，而且是到不同方向的出線，可以同時停電拆除改接。圖4中先拆除03串的構架，5913線短時陪停拆除02串構架，之后5113線短時陪停拆除04串構架，然后安裝5903和5114出線的新構架和高跨線，改接5903和5114出線。之后再依次進行徐黃5113線和東渡5913線的改接工作。

4 結語

1)本工程更換了監(jiān)控系統(tǒng)、500 kV主變及其無功設備和500 kV開關設備，拆除了存在安全隱患的老構架，是黃渡變電站有史以來改造規(guī)模和難度最大的一次改造。

2)本次改造新增用地1.44 hm2，占黃渡站總用地面積(13.28 hm2)的10.5%。增容改造后主變?nèi)萘坑?×750 MVA提高到4×1 200 MVA，遠景可提高到8×1 200 MVA，以較小的土地資源實現(xiàn)了供電能力的大幅提升?！耙恢冯p站”的實施將不僅能滿足黃渡分區(qū)近期和遠景負荷增長的需要，也能提高電網(wǎng)供電的可靠性。

3)為充分利用站內(nèi)已有場地布置主變和無功配電裝置，本工程采用了500 kV主變?nèi)齻炔捎糜蜌馓坠苓B接、500 kVGIS管道布置到建筑物屋頂、66 kV采用戶內(nèi)GIS設備等創(chuàng)新設計技術，達到了節(jié)省土地資源的目的。

4)利用第27串的兩個邊開關作為新老母線的分段開關，保證了改接過程中其它回路的正常運行，減少了線路的停電時間，達到了“邊改接邊運行”的目的。

黃渡變電站是華東地區(qū)第一批500 kV變電站，也是上海電網(wǎng)重要的樞紐變電站。本工程成功實施為其它類似變電站的增容改造提供了借鑒。