朱春萍 沙志成 朱子釗

山東電力工程咨詢院有限公司 山東 濟(jì)南 250013

0 引言

近年來伴隨經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，山東全社會(huì)用電負(fù)荷持續(xù)增長，需要不斷新增500kV 主變?nèi)萘亢偷貐^(qū)電源來滿足供電需求。 與此同時(shí)，隨著電源和電網(wǎng)密集程度的增加，可用的土地資源逐步減少，電網(wǎng)建設(shè)的難度日益增大。 以聊城地區(qū)為例，2010 年片區(qū)全社會(huì)最高負(fù)荷達(dá)到2479MW，已出現(xiàn)電力不足現(xiàn)象，迫切需要新增500kV 變電容量或220kV 電源以增加供電能力。然而所在聊城地區(qū)土地資源較為稀缺，新建變電站面臨征地困難、成本高昂等系列問題。 這種情況下，著眼于提高電網(wǎng)工程的綜合效益、挖掘電網(wǎng)供電潛力，實(shí)現(xiàn)集約、高效的電網(wǎng)建設(shè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

為此，本文提出在合適的區(qū)域利用500kV 變電站超規(guī)模擴(kuò)建以增強(qiáng)片區(qū)電網(wǎng)供電能力的方法，即在原有500kV 站已達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)模的基礎(chǔ)上，利用站址旁邊空余場地，進(jìn)行500kV 主變擴(kuò)建，新擴(kuò)建主變與原有主變共用一組500kV 母線?？紤]到目前山東省內(nèi)500kV 站設(shè)計(jì)規(guī)模一般為4臺主變， 超規(guī)模擴(kuò)建主要是指對該站點(diǎn)進(jìn)行第3～4 臺主變擴(kuò)建的工程。

500kV聊城變超規(guī)模擴(kuò)建作為山東首個(gè)工程實(shí)例即將投運(yùn)。本文將在介紹此工程方案和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對比分析超規(guī)模擴(kuò)建與傳統(tǒng)新建500kV 站點(diǎn)在技術(shù)合理性和綜合經(jīng)濟(jì)效益的差異。由于超規(guī)模擴(kuò)建還受網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、場地情況等條件限制，本文還進(jìn)一步討論了方案設(shè)計(jì)中需要關(guān)注的若干問題，以期為今后的推廣應(yīng)用提供參考和借鑒。

1 聊城電網(wǎng)情況及建設(shè)需求

聊城電網(wǎng)位于山東電網(wǎng)的西部，現(xiàn)已初步形成了以500kV聊城站為中心、 通過500kV聊城站向周圍輻射220kV線路供電的輻射型電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。 截止2010年底，聊城電網(wǎng)內(nèi)擁有500kV變電站1座，即聊城站，變電總?cè)萘?500MVA；220kV變電站12座，變電總?cè)萘?810MVA；220kV線路24條， 線路長度644km。

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，聊城市的用電量及用電負(fù)荷也隨之較快增長。2010年全社會(huì)用電量達(dá)到229.42億kWh，網(wǎng)供最大負(fù)荷達(dá)到1870MW，預(yù)計(jì)2015年全社會(huì)用電量達(dá)到390億kWh， 網(wǎng)供最大負(fù)荷達(dá)到3700MW，“十二五”期間年平均遞增分別為11.20%和14.62%。 隨著網(wǎng)供負(fù)荷的持續(xù)增長，其220kV電網(wǎng)電力缺額逐年增加；預(yù)計(jì)2013年電力缺額1525W～2125MW，共需500kV變電容量3825MVA，電力供應(yīng)明顯不足，迫切需要新增500kV 變電容量或220kV 電源以增加片區(qū)供電能力。根據(jù)目前掌握的情況，聊城沒有已核準(zhǔn)及同意開展前期工作的電源建設(shè)項(xiàng)目，因此該片電網(wǎng)只能通過新增500kV 主變?nèi)萘?，?00kV 電網(wǎng)受電來滿足供電需求［1］。

2 建設(shè)方案比較

2.1 500kV聊城站概況

聊城500kV 變電站位于山東省聊城市西北15km的梁水鎮(zhèn)， 進(jìn)站道路從站區(qū)西側(cè)聊臨公路引接，長度107m。 該變電站已于2004年6月建成投運(yùn)。

聊城站規(guī)劃主變?nèi)萘?×750MVA，采用單相自耦無勵(lì)磁調(diào)壓變壓器組；500kV規(guī)劃出線8回（辛安2回、長清2回、聞韶2回、聊城電廠2回），采用一個(gè)半斷路器接線型式，8線2變組成5個(gè)完整串，現(xiàn)已全部建成。 220kV規(guī)劃出線16回，現(xiàn)有出線14回，雙母線雙分段接線。

500kV配電裝置布置在站區(qū)北側(cè)，向東、西兩個(gè)方向出線；8回線路及2回主變進(jìn)線均已建成；現(xiàn)主變與500kV 配電裝置之間距離未考慮第3、4臺主變經(jīng)斷路器接入母線的縱向空間；220kV配電裝置布置在站區(qū)南側(cè)，向南出線；220kV配電裝置東、西兩側(cè)均具有擴(kuò)建空間。 主控通信樓布置在站區(qū)西側(cè)，從西側(cè)進(jìn)站。 該變電站工程已按最終規(guī)模一次征地，圍墻內(nèi)占地面積6.32公頃，全站總征地面積6.86公頃（103畝）。

2.2 供電方案選擇

對于聊城地區(qū)這種單獨(dú)成片的電網(wǎng)， 新增500kV 變電容量有兩個(gè)途徑：一是新建500kV 變電站，二是現(xiàn)有500kV 變電站擴(kuò)建。

方案一：在聊城站東南部郝集鄉(xiāng)東建設(shè)500kV郝集變電站， 規(guī)劃由500kV聊城～長清雙回線路開斷接入實(shí)現(xiàn)與主網(wǎng)的聯(lián)系。 220kV側(cè)考慮將耿莊、華興熱電及茌平電網(wǎng)現(xiàn)有的部分機(jī)組 （信發(fā)希望、茌平熱電）接至500kV郝集變電站，主要接帶東阿縣的負(fù)荷，且與聊城站220kV開環(huán)運(yùn)行，屆時(shí)聊城地區(qū)將由兩座500kV 變電站分片獨(dú)立供電。

方案二： 根據(jù)500kV聊城站的總平面布置，經(jīng)方案優(yōu)化， 聊城站打開圍墻東西方向超規(guī)模擴(kuò)建2臺750MVA主變。 新建主變500kV側(cè)經(jīng)斷路器架空接入現(xiàn)有的500kV母線，西側(cè)擴(kuò)建的主變需布置在主控樓以西；220kV配電裝置東西兩個(gè)方向各擴(kuò)建1個(gè)主變進(jìn)線間隔，擴(kuò)建后220kV母線分段運(yùn)行，僅通過外部220kV 電網(wǎng)相連［2］。

2.3 方案比較

從潮流上看，兩個(gè)方案均能夠滿足各種運(yùn)行方式下，各廠站的送受電需求。從短路計(jì)算結(jié)果看，方案一減少了并入聊城站220kV的裝機(jī)容量，降低聊城站220kV側(cè)三相接地短路電流2.8kA左右，聊城站220kV側(cè)三相、單相接地短路電流分別為46.764kA、44.729kA。郝集站220kV側(cè)三相、單相接地短路電流分別為39.423kA、42.679kA。 方案二為避免主變阻抗不匹配及限制聊城站東段母線短路水平，可結(jié)合聊城站擴(kuò)建主變工程，在站內(nèi)進(jìn)行主變搬遷，最終形成西側(cè)兩臺主變阻抗為12%、東側(cè)兩臺主變阻抗為16%，可將聊城站短路電流限制在50kA以內(nèi)。

新建500kV郝集變電站， 將聊城電網(wǎng)機(jī)組、負(fù)荷劃分為兩大供電區(qū)域，聊城電網(wǎng)的裝機(jī)可分散接入聊城站、郝集站，有利于華興熱電6×300MW機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行?？紤]到華興負(fù)荷項(xiàng)目在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生氯氣等有害氣體，郝集站同時(shí)為華興負(fù)荷提供備用是必要的。 但該方案近期存在的問題是，近期變電站僅帶耿莊站的負(fù)荷、負(fù)荷較輕，變壓器利用率低，同時(shí)電網(wǎng)投資較大。

聊城站超規(guī)模擴(kuò)建方案， 也將聊城電網(wǎng)機(jī)組、負(fù)荷劃分為兩大供電區(qū)域，聊城電網(wǎng)分散接入聊城站南北兩側(cè)的220kV配電裝置，但最終仍是接入同一變電站。 這樣，對聊城站的安全可靠運(yùn)行要求較高。 由于兩段母線通過蔣莊站存在電氣聯(lián)系，對220kV電網(wǎng)供電有一定保證， 且從建設(shè)規(guī)模上看，該方案不增加220kV出線間隔，投資較省。

3 綜合經(jīng)濟(jì)效益分析

滿足供電需求和技術(shù)可行性的前題下，應(yīng)充分發(fā)掘電網(wǎng)工程在資源節(jié)約、施工復(fù)雜性、投資效益、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等方面的潛力。相較新建500kV 變電站的供電模式，采用500kV 超規(guī)模擴(kuò)建供電模式具有明顯優(yōu)勢。

3.1 減少工程投資

超規(guī)模擴(kuò)建模式可直接減少場地使用及建設(shè)費(fèi)用， 節(jié)約新建500kV 配電裝置及500kV 線路費(fèi)用，顯著降低了500kV 系統(tǒng)初投資。 以聊城超規(guī)模擴(kuò)建為例，相較新建500kV 郝集變電站模式工程投資建設(shè)約3.3億元， 折算成年費(fèi)用每年節(jié)約3000 萬元。

3.2 提升區(qū)域供電能力

通過超規(guī)模擴(kuò)建， 該片電網(wǎng)增加1500MVA 500kV 主變?nèi)萘?，使得該片電網(wǎng)的最大供電能力由900MW 提高至2250MW， 最大供電能力提高了2.4倍，充分發(fā)揮了電網(wǎng)的規(guī)模效益。

3.3 土地集約利用

超規(guī)模擴(kuò)建主變與原有主變共用現(xiàn)有的500kV 母線及間隔，且不需新建500kV 線路，節(jié)省了大量土地資源和建設(shè)費(fèi)用，可以顯著減少對社會(huì)資源的占用。

3.4 降低施工難度

在聊城市區(qū)附近新建500kV 線路的施工難度較大，新建500kV 線路通道不能跨房屋建設(shè)。 一旦涉及房屋拆遷，協(xié)調(diào)溝通過程繁瑣，工期一般難以控制。采用500kV 超規(guī)模擴(kuò)建方式降低了工程施工難度，有利于電網(wǎng)企業(yè)掌握主動(dòng)，確保施工質(zhì)量和進(jìn)度。

4 超規(guī)模擴(kuò)建需關(guān)注的若干問題

4.1 500kV 系統(tǒng)接入方案

超規(guī)模擴(kuò)建須配套提升500kV 系統(tǒng)接入可靠性。 采用500kV 變電站超規(guī)模擴(kuò)建方案后，該變電站將成為該片區(qū)內(nèi)最大的220kV 電源點(diǎn)，4 臺500kV 主變將降壓約2000～2500MW， 因此該站點(diǎn)的500kV 系統(tǒng)接線方案對該片電網(wǎng)的供電可靠性至關(guān)重要。 為此， 建議對于實(shí)施超規(guī)模擴(kuò)建的500kV 站點(diǎn)，應(yīng)至少有4 回500kV 出線，且分布在不同的輸電通道，確保500kV 接線能夠滿足“N-2”故障下能夠可靠供電［3］。

4.2 過渡方案

為充分利用變壓器降壓容量，2臺并列運(yùn)行的變壓器的短路阻抗百分比應(yīng)保持一致，因此，本期工程需在站內(nèi)進(jìn)行主變搬遷，為聊城電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行考慮， 施工過程中聊城站應(yīng)至少有2臺主變在運(yùn)行，建議采取如下過渡方案：首先新建最東側(cè)的#4主變、短路阻抗為16%；然后將現(xiàn)有東側(cè)12.1%的主變搬遷至最西側(cè)新擴(kuò)建位置即#1主變位置；最后在#3主變位置新建短路阻抗為16%的主變。

4.3 聯(lián)絡(luò)線設(shè)置

對實(shí)施超規(guī)模擴(kuò)建的220kV 電網(wǎng)片區(qū)，須綜合考慮片區(qū)內(nèi)外聯(lián)絡(luò)線設(shè)置。在與外片區(qū)的聯(lián)絡(luò)線設(shè)置方面， 超規(guī)模擴(kuò)建后片區(qū)供電能力得到了增強(qiáng)，具備了在外片區(qū)存在故障或檢修狀態(tài)時(shí)通過聯(lián)絡(luò)線向外片區(qū)提供支援的能力，此處聯(lián)絡(luò)線設(shè)置需通過整體電網(wǎng)分析加以確定；與片區(qū)內(nèi)部的聯(lián)絡(luò)線設(shè)置方面，因超規(guī)模擴(kuò)建主變和原有主變是通過片區(qū)內(nèi)220kV 電網(wǎng)相連，因此片區(qū)內(nèi)部必須保證足夠的互聯(lián)能力，能夠保證在主變檢修或故障的情況下互相進(jìn)行功率支援， 故在超規(guī)模擴(kuò)建方案確定后，需結(jié)合主變檢修和故障條件下對片區(qū)內(nèi)的聯(lián)絡(luò)線進(jìn)行校核［4］。

5 結(jié)論

本文結(jié)合聊城變500kV 超規(guī)模擴(kuò)建工程，比較分析了超規(guī)模擴(kuò)建的技術(shù)可行性方案和綜合經(jīng)濟(jì)效益，得出以下結(jié)論：

1）在以單個(gè)500kV 變電站為供電中心的220kV片區(qū)，實(shí)施500kV 超規(guī)模擴(kuò)建可以顯著增強(qiáng)片區(qū)供電能力，具備與新建500kV 變電站可比的技術(shù)性能，且經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢明顯。 在與聊城及類似的負(fù)荷密集、線路通道資源緊張地區(qū)，具有一定的應(yīng)用前景。

2） 采用500kV 變超規(guī)模擴(kuò)建模式需特別關(guān)注場地條件、500kV 網(wǎng)絡(luò)可靠性、220kV 電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線設(shè)置等方面，以保證方案能夠?qū)嵤┣揖邆漭^高的供電可靠性。

［1］山東電力工程咨詢院有限公司.聊城電網(wǎng)存在問題及專題分析［R］.濟(jì)南：山東電力工程咨詢院有限公司，2008.

［2］山東電力工程咨詢院有限公司.500kV聊城變電站擴(kuò)建（第3、4臺主變）工程可行性研究報(bào)告［R］.濟(jì)南：山東電力工程咨詢院有限公司，2010.

［3］祁萬春，奚巍民，張謙等.應(yīng)用500kV高阻抗變壓器提高220kV片區(qū)供電能力［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008，38（14）：96～98.

［4］楊東，劉玉田，牛新生.電網(wǎng)結(jié)構(gòu)對短路水平及受電能力的影響分析［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，37（22）：62～67.