史卓鵬，王志剛

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，山西 太原 030002）

0 引言

傳統(tǒng)的220 kV變電站一般采用雙母線接線、雙母線帶旁路接線或雙母線三分段接線等幾種形式，具有靈活、可靠等特點(diǎn)；但相對(duì)其他接線形式也存在節(jié)點(diǎn)較多、運(yùn)行復(fù)雜、造價(jià)偏高、占地較大等問題。目前，我國(guó)各地220 kV網(wǎng)架日趨堅(jiān)強(qiáng)，大量便于維護(hù)和運(yùn)行的氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備GIS（Gas Insulated Switchgear） 技術(shù)相對(duì)成熟并投入使用。

變電站220 kV側(cè)接線方式的選擇，直接影響到配電裝置型式的選擇，應(yīng)考慮所在地區(qū)的地理情況及環(huán)境條件，因地制宜，節(jié)約用地，且應(yīng)滿足運(yùn)行安全和操作巡視方便、節(jié)約用地等要求。

1 電氣主接線

1.1 工程概況

結(jié)合國(guó)內(nèi)常見變電站建設(shè)規(guī)模和設(shè)備形式，擬定該變電站主要條件如下。

規(guī)劃規(guī)模：主變壓器規(guī)模 3×240 MVA；220 kV出線6回；110 kV出線15回；35 kV出線30回。

本期規(guī)模：主變壓器規(guī)模 2×240 MVA；220 kV出線4回；110 kV出線10回；35 kV出線20回。

主要電氣設(shè)備選擇：220 kV、110 kV均采用國(guó)產(chǎn)GIS設(shè)備，35 kV采用國(guó)產(chǎn)開關(guān)柜。

1.2 電氣布置原則

電氣主接線的確定需結(jié)合變電站在電網(wǎng)中的地位和作用、站址環(huán)境條件、出線條件、電氣設(shè)備選型、配電裝置布置等條件綜合考慮。電氣主接線的選擇應(yīng)滿足可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性3項(xiàng)基本原則。

1.2.1 可靠性

主接線的可靠性應(yīng)根據(jù)國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行定性分析；變電站電氣布置應(yīng)滿足一次接線可靠的同時(shí)使二次接線盡量簡(jiǎn)單，提高二次接線的可靠性；應(yīng)根據(jù)設(shè)備的可靠性合理選擇主接線型式；變電站的可靠性應(yīng)和變電站在電網(wǎng)中的地位和作用相匹配，任何設(shè)備檢修時(shí)，不應(yīng)影響對(duì)系統(tǒng)的供電，盡量避免變電站全部停運(yùn)的可能性；除母聯(lián)及分段斷路器外，任何1臺(tái)斷路器檢修期間，同時(shí)發(fā)生另1臺(tái)斷路器故障或拒動(dòng)，不宜切除過多回路。

1.2.2 靈活性

電氣主接線應(yīng)滿足調(diào)度運(yùn)行、檢修、事故處理及擴(kuò)建時(shí)的靈活性。

調(diào)度運(yùn)行中應(yīng)可以靈活投入和切除變壓器和線路，調(diào)配電源和負(fù)荷，滿足在事故、檢修以及特殊運(yùn)行方式下的系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行要求；檢修時(shí)，可以方便停運(yùn)斷路器、母線及其繼電保護(hù)設(shè)備，進(jìn)行安全檢修而不會(huì)影響電網(wǎng)的運(yùn)行；事故時(shí)應(yīng)可以快速準(zhǔn)確隔離和切除事故，盡可能地減少動(dòng)作斷路器的數(shù)量，減小停電面積；擴(kuò)建時(shí)，可適應(yīng)從初期接線過渡到最終接線，在影響連續(xù)供電或停電時(shí)間最短的情況下，投入主變壓器、線路而不互相干擾，并且使一次設(shè)備、二次設(shè)備部分的改建工作量最少。

1.2.3 經(jīng)濟(jì)性

電氣布置在滿足可靠性、靈活性前提下要做到經(jīng)濟(jì)合理。

在滿足可靠性、經(jīng)濟(jì)性的前提下，電氣布置方案應(yīng)力求簡(jiǎn)單，以節(jié)省斷路器、隔離開關(guān)、電流和電壓互感器、避雷器等一次設(shè)備；力求繼電保護(hù)和二次回路不過于復(fù)雜，以節(jié)省二次設(shè)備和控制電纜；主接線方案應(yīng)能限制短路電流，以降低電氣設(shè)備造價(jià)。變電站電氣布置要為配電裝置布置創(chuàng)造條件，盡量減少占用土地。

1.3 常用母線接線型式的優(yōu)缺點(diǎn)分析

1.3.1 單母線接線的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)主要有操作簡(jiǎn)便、結(jié)構(gòu)清晰，節(jié)約占地和投資，方便日后改擴(kuò)建。缺點(diǎn)是假如母線檢修或者故障會(huì)使該母線所帶負(fù)荷全部停電。適用于小型變電站，所以本次設(shè)計(jì)不予考慮。

1.3.2 單母線分段接線的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)是用斷路器將母線分段后，對(duì)重要負(fù)荷可以從不同段引出回路，保證了重要負(fù)荷供電的可靠性；用分段斷路器對(duì)其中一段母線檢修時(shí)，可保證正常段母線不間斷供電，減少了母線故障的影響范圍。

1.3.3 雙母線接線的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)是各個(gè)電源和各回路負(fù)荷可以任意分配到某一組母線上，能靈活地適應(yīng)系統(tǒng)中各種運(yùn)行方式調(diào)度和潮流變化的需要；向雙母線的任何一個(gè)方向擴(kuò)建，均不影響兩組母線的電源盒負(fù)荷均勻分配，不會(huì)引起原有回路的停電。缺點(diǎn)是增加一組母線使每回路需增加一組母線隔離開關(guān)；當(dāng)母線故障或者檢修時(shí)，隔離開關(guān)作為倒換操作電器，容易產(chǎn)生誤操作。如避免隔離開關(guān)誤操作，需在隔離開關(guān)和斷路器之間裝設(shè)閉鎖裝置，增加設(shè)備成本。

1.4 主接線選擇及優(yōu)化

結(jié)合該220 kV變電站在系統(tǒng)中的地位、建設(shè)規(guī)模、出線情況，通過綜合分析本站220 kV、110 kV待選主接線的可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性各項(xiàng)指標(biāo)及GIS設(shè)備自身結(jié)構(gòu)及氣室特點(diǎn)，決定針對(duì)目前國(guó)內(nèi)同等規(guī)模下常用的雙母線接線進(jìn)行分析并優(yōu)化。

220 kV主接線采用雙母線接線，設(shè)母聯(lián)斷路器，裝設(shè)2組母線設(shè)備，本期上齊母線及備用間隔母線側(cè)隔離開關(guān)，如圖1所示。

圖1 220 kV側(cè)雙母線接線示意圖

優(yōu)化目標(biāo)：220 kV主接線采用單母三分段接線，設(shè)2組分段斷路器，裝設(shè)3組母線設(shè)備，本期上齊所有母線及分段間隔。如圖2所示。

圖2 220 kV側(cè)單母線三分段接線示意圖

2 變電站220 kV側(cè)運(yùn)行情況分析

如本站220 kV配電裝置及110 kV配電裝置均采用單母線三分段接線，母線隔離開關(guān)僅起安全隔離的作用，取消母線側(cè)隔離開關(guān)并不影響系統(tǒng)的運(yùn)行。出線側(cè)隔離開關(guān)，當(dāng)采用“T”接線路型式時(shí)，若該間隔斷路器檢修維護(hù)時(shí)，不需要停運(yùn)“T”接線路中另外2臺(tái)斷路器，保證電網(wǎng)運(yùn)行可靠性和設(shè)備的利用率。擬定220 kV和110 kV出線均無(wú)“T”接線路[1]，取消出線側(cè)隔離開關(guān)，并不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

由于GIS設(shè)備的高可靠性和特殊結(jié)構(gòu)，即使斷路器兩端隔離開關(guān)都打開，也不能在現(xiàn)場(chǎng)解體檢修；且斷路器氣室打開后，相鄰氣室也需降壓或放氣，相鄰氣室內(nèi)設(shè)備需退出運(yùn)行。GIS的隔離開關(guān)僅為外部設(shè)備（主變壓器、線路等）及內(nèi)部調(diào)試斷路器提供電氣安全隔離，也無(wú)法提供可見的隔離斷口。單母線接線方式下，出線側(cè)隔離開關(guān)總是與斷路器同時(shí)退出、投入運(yùn)行，僅起到為斷路器檢修提供安全隔離的作用，取消后并不影響系統(tǒng)安全運(yùn)行。

3 優(yōu)化前后綜合經(jīng)濟(jì)比較

電氣布置優(yōu)化后保留主變壓器進(jìn)線側(cè)隔離開關(guān)及接地開關(guān)，主要是為了現(xiàn)場(chǎng)檢修主變壓器時(shí)，隔離電源和保證檢修人員的人身安全。架空線路檢修時(shí)，雖然兩側(cè)斷路器斷開，隔離了電源，但是由于架空線路存在對(duì)地電容，以及平行架設(shè)的同名回路，在停運(yùn)線路上存在感應(yīng)電流，為保證線路檢修時(shí)人員的安全，保留出線側(cè)快速接地開關(guān)，對(duì)地釋放電容電流及感應(yīng)電流。

取消母線側(cè)及出線側(cè)隔離開關(guān)后，減少了故障點(diǎn)，有利于提高變電站的可靠性。

經(jīng)過綜合比較論證，取消母線側(cè)隔離開關(guān)、接地開關(guān)及出線側(cè)隔離開關(guān)、斷路器側(cè)接地開關(guān)，保留主變壓器進(jìn)線斷路器側(cè)隔離開關(guān)、接地開關(guān)及進(jìn)出線側(cè)接地開關(guān)，在不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行及檢修人員安全下，提高變電站的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

在運(yùn)行方式和本期新建、遠(yuǎn)景擴(kuò)建或單母線故障停運(yùn)靈活性方面單母三分段接線更加靈活，停電范圍更小，操作更加簡(jiǎn)單?？紤]設(shè)備投資費(fèi)用、年運(yùn)行檢修費(fèi)用及停電損失等因素，單母線三分段接線優(yōu)于雙母線接線。

4 優(yōu)化前后方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

通過對(duì)雙母線、單母線三分段接線在本期及遠(yuǎn)景、單母線故障停運(yùn)等各種工況下220 kV電網(wǎng)運(yùn)行情況的分析以及經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，匯總成表，如表1所示。

表1 主接線方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析比較

5 結(jié)論

基于GIS設(shè)備可靠性較高的前提下，220 kV變電站主接線由雙母線接線優(yōu)化為單母三分段接線，且取消進(jìn)出線及PT間隔母線側(cè)隔離開關(guān)、接地開關(guān)及出線側(cè)隔離開關(guān)。其優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行方式靈活，故障處理簡(jiǎn)單；元件數(shù)量少，操作相對(duì)簡(jiǎn)單；二次接線簡(jiǎn)單，可靠性高；主要設(shè)備動(dòng)作次數(shù)少，設(shè)備全壽命周期長(zhǎng)；擴(kuò)建時(shí)不存在全站停電的可能性。與常規(guī)雙母線接線相比主接線簡(jiǎn)化后220 kV GIS減少母線隔離開關(guān)18組，接地開關(guān)9組，出線間隔斷路器側(cè)隔離開關(guān)6組，接地開關(guān)6組，增加1個(gè)分段間隔和1個(gè)母線設(shè)備間隔，全壽命周期費(fèi)用小。

GIS設(shè)備的結(jié)構(gòu)特殊，取消220 kV變電站110 kV配電裝置母線側(cè)隔離開關(guān)、接地開關(guān)及出線側(cè)隔離開關(guān)，本期上齊兩個(gè)分段間隔。其優(yōu)點(diǎn)是：元件數(shù)量減少，故障點(diǎn)少，可靠性高；遠(yuǎn)景擴(kuò)建第三段母線時(shí)，不需要停電，停電范圍小。主接線簡(jiǎn)化后110 kV隔離開關(guān)減少33組，接地開關(guān)減少33組，經(jīng)濟(jì)性好。

［1］ 王正風(fēng).智能變電站安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行實(shí)用技術(shù)［M］.北京：水利水電出版社.2011：50-74.