張 娜　蔣 健　李巨澤　周劍君

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220kV大型敞開式變電站主接線型式改造方案研究

張 娜蔣 健李巨澤周劍君

（廣州供電局有限公司，廣州 510245）

本文提出在不新征土地的情況下實現(xiàn)主接線超可研規(guī)模改造。在基本不停電的情況下，實現(xiàn)改造目標(biāo)并確保施工安全，是220kV大型敞開式變電站主接線改造的難點，也是本文論述的重點。本文通過對某220kV樞紐站雙母線改雙母線雙分段工程設(shè)計實例的分析，提出通過利用現(xiàn)有空間，結(jié)合線路、母線間隔改造，采用HGIS與GIS相結(jié)合的多間隔帶母線組合電器，來突破改造難點，實現(xiàn)改造目標(biāo)。為220kV大型敞開式變電站在不征地少停電的情況下，變更主接線型式，淘汰老舊設(shè)備的大規(guī)模改造提供技術(shù)指導(dǎo)。

大型敞開式變電站；主接線；改造

征地費用高昂，拆遷難度巨大，擴容需求大，擴建難度高，設(shè)備老舊，安全風(fēng)險高，修修補補，疲于奔命等。這些都是城市老舊變電站面臨的改造難題。城市寸土寸金，負荷集中，變電站異地新建基本不可能[1]；采用“農(nóng)村包圍城市”的策略，在非中心區(qū)域新建變電站，雖然可以在遠期緩解負荷增長的壓力，但線路路徑、建設(shè)投產(chǎn)周期等問題，導(dǎo)致這些新站投產(chǎn)后往往只能用來供給新增負荷，替代老舊變電站的功能幾乎是不可能的。雖然老舊變電站的問題諸多，但這些變電站往往已經(jīng)成為事實上的電壓支撐點和負荷集中供應(yīng)點，運行人員仍需要保證這些變電站能夠運行的安全可靠，并且更加自動化智能化[2-3]，以滿足“減員增效”的大勢 所需。

運行中變電站的主接線改造往往超出原有設(shè)計規(guī)模，站內(nèi)無預(yù)留位置[4]，同時，改造涉及全站設(shè)備，施工工序復(fù)雜，安全風(fēng)險巨大。在不擴建土地的情況下實現(xiàn)主接線超可研規(guī)模改造；在基本不停電的情況下，實現(xiàn)改造目標(biāo)并確保施工安全，是改造的難點[5-6]，也是本文論述的重點。本文通過對某220kV樞紐站主接線改造設(shè)計實例的研究和總結(jié)，提出通過利用現(xiàn)有空間，結(jié)合線路、母線間隔改造，參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，采用HGIS與GIS組合成的帶母線多間隔組合電器，來實現(xiàn)變電站由雙母線到雙母雙分的主接線改造[7]。

1 某220kV大型變電站雙母線接線型式改造分析

1.1 改造前情況

該站位于廣州市海珠區(qū)西部，現(xiàn)有主變2×240+180MVA，220kV出線7回，主接線為雙母線帶旁路接線型式，一次設(shè)備為戶外敞開式設(shè)備。110kV出線8回，主接線為雙母線雙分段接線型式，一次設(shè)備為戶外GIS設(shè)備。該站是廣州市海珠區(qū)的3個主要220kV電源之一，供電負荷約占海珠區(qū)總負荷的40%，是廣州中部電網(wǎng)的重要樞紐站，中部電網(wǎng)的6回220kV供電通道中有4回通過該站。

1.2 改造的必要性

220kV樞紐變電站戶外AIS設(shè)備雙母線接線方式存在全站失壓風(fēng)險[8]，當(dāng)?shù)归l操作將雙母線變?yōu)閱文妇€運行時，若發(fā)生刀閘瓷瓶或母線支持瓷瓶斷裂、跌落，則將會造成全站失壓，構(gòu)成安全事件，南網(wǎng)反措確定今后重要的220kV變電站應(yīng)設(shè)母線分段開關(guān)。

根據(jù)系統(tǒng)計算，該樞紐站220kV側(cè)雙母線故障全站失壓時，嚴(yán)重情況下最大損失負荷約790MW，占廣州全網(wǎng)的6%，損失用戶數(shù)約460000戶，占廣州全網(wǎng)比例10.5%，構(gòu)成國務(wù)院599號令和南網(wǎng)事故事件調(diào)規(guī)的一級事件；同時，中部電網(wǎng)損失4回供電通道，嚴(yán)重削弱廣州電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，需大面積錯峰限電，并存在系統(tǒng)全黑和構(gòu)成較大電網(wǎng)事故的風(fēng)險。因此，為避免該站雙母線故障后全站失壓將導(dǎo)致的負荷損失，實現(xiàn)500kV穗西站投運后分區(qū)運行要求，加之該站LW6-220W型斷路器存在家族缺陷，需結(jié)合線路間隔改造工程，對該站的220kV主接線進行改造。

1.3 改造的可行性

該站220kV雙母線帶旁路改為雙母雙分段帶旁路接線的改造工程，結(jié)合線路間隔LW6-220W型斷路器更換工作一起開展。

1）可行性分析

改造后需要新增6個間隔，設(shè)計中通過靈活采用HGIS設(shè)備或HGIS與GIS相結(jié)合的組合電器，在拆除兩個相鄰的敞開式線路間隔后，在原場地內(nèi)，布置了5個HGIS和GIS間隔，使得原場地的新增間隔得以實施。改造前后間隔數(shù)量的對比見表1。

表1 改造前后間隔數(shù)量表

2）安全性分析

改造設(shè)計遵循保證變電站雙母線運行方式、避免全站停電以及避免線路長時間停電的原則，在施工策略上確保新的1M、2M、5M、6M母線設(shè)備間隔均投運后，才拆除原有母線設(shè)備間隔，改造為分段間隔；在至少完成一個新的220kV母聯(lián)間隔后，才拆除原母聯(lián)間隔進行改造；在施工工序上通過利用原有旁路代路的方式，合理安排改造工序，避免了線路長時間停電或兩回線路同時停電的情況，從而避免了常規(guī)改造方案中的220kV單母運行時的安全風(fēng)險，確保改造期間電網(wǎng)運行的供電安全可靠。

3）經(jīng)濟性分析

變電站由雙母線帶旁路接線改造為雙母雙分帶旁路后，可以有效避免雙母線接線時的全站失壓風(fēng)險，保證廣州6%的用電負荷安全可靠。

改造工程結(jié)合線路斷路器退運同時進行，避免工程的反復(fù)性，更換后，線路間隔采用更加安全可靠免維護的組合電器設(shè)備，可以提高設(shè)備運行的安全性，減少維護成本。

改造工程新增了6個間隔但未征用一寸土地。節(jié)省了大量的征地費用，降低改造成本。

2 改造設(shè)計方案

改造工作涉及原有5個間隔設(shè)備的拆除和一、二次設(shè)備的改造、重建工作，具體如下。

1）將原1M分拆成1M、5M，分段設(shè)備采用HGIS設(shè)備。

2）將原2M分拆成2M、6M，分段設(shè)備采用HGIS設(shè)備。

3）旁路、5M-6M母聯(lián)、6M母線設(shè)備3個間隔的設(shè)備全部采用GIS設(shè)備并通過HGIS與敞開式母線駁接，布置在原旁路間隔，同時拆除原旁路間隔主要設(shè)備。

4）瑞伍甲線、5M母線設(shè)備兩個間隔的設(shè)備全部采用HGIS設(shè)備，布置在原瑞伍甲線間隔，同時拆除原瑞伍甲線間隔主要設(shè)備。

5）厚瑞甲線、1M、2M母聯(lián)、2M母線設(shè)備3個間隔的設(shè)備全部采用GIS設(shè)備并通過HGIS與敞開式母線駁接，布置在原厚瑞甲線間隔，同時拆除原厚瑞甲線間隔主要設(shè)備。

6）厚瑞乙線、1M母線設(shè)備兩個間隔的設(shè)備全部采用HGIS設(shè)備，布置在原厚瑞乙線間隔，同時拆除原厚瑞乙線間隔主要設(shè)備。

改造部分的主接線如圖1所示。改造新增的多間隔GIS布置及其與敞開式母線的駁接情況如圖2所示。

3 工程參考意義

3.1 改造原則

雖然各個變電站的運行情況、設(shè)備狀況等千差萬別，但是通過對改造實例的研究，可以發(fā)現(xiàn)變電站改造中的共性。本文結(jié)合該站的改造方案，總結(jié)列舉變電站改造設(shè)計需要遵循的原則如下。

1）設(shè)計方案應(yīng)充分考慮運行中變電站的安全生產(chǎn)要求，減少停電時間，避免全站停電。

2）設(shè)計方案應(yīng)充分考慮安裝及檢修的便利，在滿足設(shè)備安全凈距的要求時，還必須滿足巡視、檢修、吊裝、運輸?shù)纫蟆?/p>

3）設(shè)計方案應(yīng)因地制宜，巧用GIS和HGIS設(shè)備，利用變電站原有場地進行新增或設(shè)備升級改造。

4）設(shè)計方案應(yīng)充分考慮老舊變電站的設(shè)備設(shè)施使用情況，應(yīng)在方案中充分結(jié)合老舊設(shè)備和設(shè)施的更新?lián)Q代，避免改造工程修修補補重重復(fù)復(fù)。

5）全站綜合改造設(shè)計應(yīng)充分考慮新建設(shè)備的集中布置，充分利用和節(jié)省站內(nèi)土地資源，提高土地利用率。

3.2 220kV變電站220kV側(cè)的接線型式

早期建設(shè)的220kV變電站的220kV側(cè)接線一般采用雙母帶旁路接線[9-10]。這是因為在大型變電站建設(shè)早期時，開關(guān)設(shè)備操作可靠性不高，由開關(guān)誤動或者拒動引起的故障次數(shù)較多，雙母線帶旁路的接線方式可以有效地做到不停電檢修，提高了供電的可靠性。但是，雙母線帶旁路的接線本身也存在著許多弊端，例如：占地面積大、占用設(shè)備間隔數(shù)較多、二次保護配置復(fù)雜、倒閘操作票步驟繁多，易發(fā)生誤操作[1]。隨著SF6斷路器和GIS設(shè)備技術(shù)的成熟和價格的下降，開關(guān)設(shè)備操作的可靠性和準(zhǔn)確性有了大幅度地提高，目前已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用。因此，為滿足負荷快速增長和電網(wǎng)快速發(fā)展的需要，淘汰老舊設(shè)備，避免全站失壓風(fēng)險，提高電網(wǎng)供電可靠性，大中城市新建或改造的變電站，其接線方式推薦采用雙母線雙分段接線。

3.3 采用HGIS或HGIS與GIS相結(jié)合的組合電器實現(xiàn)間隔新增和老舊配電裝置的淘汰

廣州地區(qū)20世紀(jì)80年代至90年代建設(shè)投產(chǎn)的220kV變電站基本采用戶外敞開式設(shè)備，采用中型布置。變電站運行時間久遠，一次設(shè)備接近壽命期，隱患缺陷多，高型構(gòu)架老化程度嚴(yán)重[11]，威脅到電網(wǎng)的安全。受場地限制、征地困難和施工現(xiàn)場風(fēng)險控制難度大，建議靈活采用HGIS設(shè)備或HGIS與GIS相結(jié)合的組合電器，以逐步實現(xiàn)改造目標(biāo)。采用HGIS改造單一間隔的工程較為常見，下面主要闡述采用HGIS與GIS相結(jié)合的組合電器對220kV配電裝置改造的優(yōu)點。

1）減少停電時間，避免全站停運。改造涉及雙母線改造為雙母雙分，還涉及線路間隔的改造，改造中通過合理安排施工工序，先利用旁路代路對線路間隔進行改造，同時安裝新增母線設(shè)備及母聯(lián)間隔，然后再進行母線分段改造，從而有效減少線路停電時間，避免了全站全停的情況發(fā)生。

2）保留原有敞開式的旁路母線及出線構(gòu)架，變電站內(nèi)改造不影響原有線路走廊及線路運行。無論是改造為HGIS還是GIS的線路間隔，都通過支柱絕緣子與旁路母線駁接，施工中也通過旁路代路的方式保證線路運行，將改造控制在變電站范圍內(nèi)。

3）改造前其中1回出線無獨立配電裝置，運行時需要由旁路間隔代路；改造后較改造前增加了6個電氣間隔，需由旁路代路的出線間隔已經(jīng)成為獨立間隔。

4）節(jié)約企業(yè)成本。改造新增了6個電氣間隔，但未征用一寸土地，大大降低了工程成本。

5）為日后220kV側(cè)原場地GIS改造奠定基礎(chǔ)。改造后，旁路、6M母線設(shè)備和5M-6M母聯(lián)布置為一組GIS設(shè)備；厚瑞甲線、1M-2M母聯(lián)、1M母線設(shè)備布置為一組GIS，GIS母線留有駁接位置，可以逐步實現(xiàn)全站GIS改造。

4 結(jié)論

隨著大中城市負荷的快速增長，電網(wǎng)企業(yè)“減員增效”需求的不斷增加，對老舊變電站的大規(guī)模就地改造將會大量涌現(xiàn)。本文通過實例分析，提出利用現(xiàn)有空間，采用HGIS分支母線與多間隔GIS相結(jié)合的組合電器，結(jié)合老舊設(shè)備的淘汰更換，實現(xiàn)雙母線改造為雙母雙分的主接線型式。本文分析了該方案的工程參考意義，為推進220kV大型變電站超規(guī)模不全停改造、實現(xiàn)老舊設(shè)備淘汰、避免全站失壓風(fēng)險以及提高電網(wǎng)運行可靠性提供技術(shù)指導(dǎo)。

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The Study of the Main Electrical Connection Betterment in a 220kV Large Open-type Substation

Zhang Na Jiang Jian Li Juze Zhou Jianjun

(Guangzhou Power Supply Co., Guangzhou 510245)

Achieving the betterment which exceeds the size of the feasibility study without land acquisition and realizing the goal with safety and without power cut, are the difficulties of the main electrical connection betterment of a 220kV large open-type substation. In this article, by analysis of the betterment of a 220kV key substation which changed double-bus type connection to sectionalized double-bus type connection, we provide technical guidance to solve the problems and realize the goal.

large open-type substation; electrical connection; betterment

張 娜（1986-），女，河北省廊坊市人，本科，工程師，主要從事變電站運維管理工作。