220kV變電站電氣一次改造技術(shù)方案研究

李佳林

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司潮州供電局）

0 引言

目前，全世界范圍內(nèi)的大多數(shù)國(guó)家都將電能作為主要能源，但是由于電能具有一定的特殊性，難以進(jìn)行大量的儲(chǔ)備[1]。變電站作為電力系統(tǒng)的關(guān)鍵組成，其建設(shè)、優(yōu)化方案對(duì)變電站工程的質(zhì)量有著較大影響，同樣會(huì)使變電站的建設(shè)、改造投資得到最大化的利用，推動(dòng)電力經(jīng)濟(jì)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展[2]。變電站作為發(fā)電站與電力用戶間重要的中間環(huán)節(jié)，一旦發(fā)生故障則會(huì)對(duì)居民用電產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。變電站電氣一次改造是對(duì)構(gòu)成變電站的主體進(jìn)行改造，具有較高的現(xiàn)實(shí)意義[3-5]。

1 220kV變電站電氣一次改造技術(shù)方案

在進(jìn)行變電站電氣一次改造時(shí)，需要根據(jù)遵循電氣一次改造原則，根據(jù)間隔接入的要求，確定線路接入的位置，按照實(shí)施順序進(jìn)行回路的布置，防止線路出現(xiàn)角差跨越，在間隔位置確定時(shí)，完善電氣主接線圖以及相關(guān)的布置圖[6-7]。在變電站一次電氣的改造中，要盡可能降低停電事故的風(fēng)險(xiǎn)。

1.1 電氣主接線設(shè)計(jì)

220kV變電站一次電氣主接線中必不可少的環(huán)節(jié)，直接影響到變電站的整體布局與靈活性，以及后續(xù)配電器與繼電保護(hù)裝置的選擇與設(shè)計(jì)。

采用雙母線帶旁路母線的接線形式替代變電站中原有的母線形式，并且拆除旁路母線以及相關(guān)電氣設(shè)備，將單母線分段間隔改造為母聯(lián)間隔。為了提高變電站的性能，此次改造設(shè)計(jì)中，將原來(lái)的2線2變擴(kuò)增為4回線。但是，在此次改造設(shè)計(jì)過(guò)程中，并不取消旁路設(shè)置，提高原有線路配置的可利用率。雙母線帶旁路接線示意圖如圖1所示。

圖1 雙母線帶旁路接線示意圖

雙母線接線形式的優(yōu)勢(shì)如表1所示。

表1 雙母線接線優(yōu)勢(shì)

1.2 變壓器改造設(shè)計(jì)

為了確保220kV變電站供電的穩(wěn)定性，變壓器的改造不僅需要滿足負(fù)荷、供電條件的需求，還要滿足用戶用電容量?jī)?chǔ)備的要求，因此在此次變壓器改造技術(shù)方案中設(shè)計(jì)主變壓器數(shù)量為2臺(tái)。

為了滿足未來(lái)5～10年變電站的發(fā)展需求，在變壓器負(fù)荷運(yùn)行正常的情況，要求變壓器的額定容量要大于變電站的最大負(fù)荷，并且要求變壓器的額外負(fù)載要在最大負(fù)荷的70%左右，因此變壓器的容量計(jì)算公式可以表示為：

式中，PM表示最大負(fù)荷。

在滿足上述容量要求下，變壓器可以在未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)有效滿足變電站發(fā)展與穩(wěn)定運(yùn)行的要求。

最終變電站的1號(hào)、2號(hào)主變選擇沈陽(yáng)變壓器集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的三相三線圈有載調(diào)壓變壓器，該變壓器的型號(hào)為SSZ-180000/220。變壓器的容量如表2所示。

表2 變壓器容量參數(shù)

在變壓器的安裝過(guò)程中，要避免與強(qiáng)絕緣氣體、蒸汽、灰塵等接觸，避免產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)與顛簸，提高變壓器內(nèi)部的穩(wěn)定性。

1.3 其他主要電氣設(shè)備改造設(shè)計(jì)

在進(jìn)行主要電氣設(shè)備的改造前，需要對(duì)短路電流進(jìn)行計(jì)算。短路電流是變電站內(nèi)電氣設(shè)備發(fā)生故障時(shí)的電流，可以根據(jù)短路電流對(duì)電氣的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析與判斷，可以有效提高變電站的運(yùn)行穩(wěn)定性。

220kV母線三相短路電流為：

式中，IJ-220表示220kV母線的基準(zhǔn)電流；X表示220kV側(cè)的正序阻抗。

220kV三相短路沖擊電流的計(jì)算公式為：

式中，Km表示沖擊波倍數(shù)。

220kV三相短路全電流的計(jì)算公式為：

針對(duì)其他電壓的三相短路計(jì)算，只需要代入不同的數(shù)值即可完成獲得計(jì)算結(jié)果，在此處不再一一給出。

完成短路電流的計(jì)算后，根據(jù)220kV變電站的設(shè)計(jì)參考，進(jìn)行變電站主要電氣設(shè)備的選擇。

（1）主變壓器

此次選擇的主變壓器為本體與冷卻器一體式設(shè)備，型號(hào)為SZ11-240000/66，該型號(hào)變壓器的短路阻抗為9.0%，額定電壓比為220+8×1.25/10.5kV，以滿足變壓器調(diào)檔、運(yùn)行的要求。

（2）斷路器

此次選擇的斷路器為六氟化硫斷路器，其參數(shù)如表3所示。

表3 六氟化硫斷路器參數(shù)

（3）其他設(shè)備

此次改造技術(shù)方案中變電站的其他電氣設(shè)備參數(shù)如表4所示。

表4 其他電氣設(shè)備參數(shù)

通過(guò)上述技術(shù)方案完成了220kV變電站電氣一次改造，可以有效提升變電站的整體性能，為用戶穩(wěn)定、快速地提供服務(wù)。

2 改造技術(shù)方案性能測(cè)試

完成220kV變電站電氣一次改造技術(shù)方案的理論研究后，為了驗(yàn)證改造技術(shù)方案的可行性，進(jìn)行改造前后220kV變電站運(yùn)行性能的測(cè)試。此次改造在原有的變電站場(chǎng)地上進(jìn)行，將雙母線分段帶旁路母線改為雙母線的形式，但220kV進(jìn)線回路的數(shù)量保持原有數(shù)量。

為了對(duì)所設(shè)計(jì)的改造技術(shù)方案進(jìn)行充分測(cè)試，以改造前后的線損率、繼電保護(hù)裝置投入率以及變電站運(yùn)行成本變化率為指標(biāo)，對(duì)改造技術(shù)方案進(jìn)行測(cè)試。

2.1 改造前后的線損率

變電站在進(jìn)行發(fā)電、輸電以及配電過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生功率的額外流失或者電能的額外消耗，這種情況就稱為線損率，因此線損率越低說(shuō)明改造技術(shù)方案的有效性越強(qiáng)。線損率的計(jì)算公式為：

式中，QG表示變電站供電量；QS表示變電站的售電量。

多次實(shí)驗(yàn)下，改造前后220kV變電站的線損率對(duì)比結(jié)果如表5所示。

表5 改造前后線損率

從表5所示的改造前后變電站線損率變化情況可以看出，相較于改造前，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)技術(shù)方案的改造后，變電站的線損率出現(xiàn)了明顯的降低，改造后的線損率始終保持在5.5%以下。因此，說(shuō)明所設(shè)計(jì)技術(shù)方案的可用性較強(qiáng)。

2.2 繼電保護(hù)裝置投入率

繼電保護(hù)裝置作為變電站的重要組成部分，當(dāng)繼電保護(hù)裝置被觸發(fā)后，在故障完全解決之前，整個(gè)變電站都將陷入停工的狀態(tài)，因此需要投入大量資金與時(shí)間成本，尤其是時(shí)間成本，對(duì)變電站運(yùn)行效率與質(zhì)量的影響十分關(guān)鍵。繼電保護(hù)裝置投入率是指繼電保護(hù)投入的時(shí)間成本占總工作時(shí)間的比值。通過(guò)繼電保護(hù)裝置投入可以準(zhǔn)確分析其可靠程度。繼電保護(hù)裝置投入率計(jì)算公式為：

式中，tg表示繼電保護(hù)裝置的停運(yùn)時(shí)間；ty表示繼電保護(hù)裝置投入運(yùn)行的時(shí)間。

改造技術(shù)方案使用前后變電站繼電保護(hù)裝置投入率結(jié)果如圖2所示。

圖2 繼電保護(hù)裝置投入率結(jié)果

觀察圖2所示的改造方案實(shí)施前后繼電保護(hù)裝置投入率結(jié)果可以看出，多項(xiàng)繼電保護(hù)裝置改造后的投入率得到明顯的提升，尤其是母線保護(hù)裝置與線路保護(hù)裝置，投入率提升較為明顯。因此，說(shuō)明此次研究的改造方案實(shí)際應(yīng)用效果較好。

2.3 運(yùn)行維護(hù)成本變化率

效益最大化是變電站改造不可忽視的問(wèn)題，因此在驗(yàn)證變電站電氣一次改造技術(shù)方案性能時(shí)，需要對(duì)變電站運(yùn)行維護(hù)成本的變化率進(jìn)行分析。運(yùn)行維護(hù)成本變化率計(jì)算公式為：

式中，Cb表示一次改造前變電站的運(yùn)行維護(hù)成本；Ca表示一次改造后變電站的運(yùn)行維護(hù)成本。

當(dāng)變電站設(shè)備出現(xiàn)故障后，變電站的運(yùn)行質(zhì)量與性能會(huì)嚴(yán)重下降，因此還需要對(duì)變電站組件進(jìn)行入場(chǎng)的保養(yǎng)。本文改造技術(shù)方案實(shí)施后變電站的運(yùn)行維護(hù)成本變化率結(jié)果如表6所示。

表6 變電站運(yùn)行維護(hù)成本變化率

表6中的結(jié)果顯示出，多次實(shí)驗(yàn)測(cè)試下，本文改造技術(shù)方案下，變電站運(yùn)行維護(hù)成本變化率在75%左右，因此說(shuō)明改造方案的效果較為顯著。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著變電站功能的逐漸完善與供電需求的不斷提升，變電站的改建已經(jīng)較為普遍，為了滿足日益增強(qiáng)的供配電需求，此次研究提出220kV變電站電氣一次改造技術(shù)方案，根據(jù)變電站改造原則，對(duì)變電站中的主要電氣接線與設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)與選擇，盡量減少改造的工程量并且降低成本。改造方案的測(cè)試結(jié)果表明，所研究的改造方案可以降低變電站的線損率，并且能夠提升繼電保護(hù)裝置的投入率。