王宇坤

(國(guó)網(wǎng)蕪湖供電公司， 安徽 蕪湖 241000)

0 引言

變電站電氣主接線要根據(jù)變電站在系統(tǒng)中的地位、作用、種類、負(fù)荷性質(zhì)、負(fù)荷容量、設(shè)備特點(diǎn)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等因素確定，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行安全、供電可靠、運(yùn)行靈活機(jī)動(dòng)、檢修方便、經(jīng)濟(jì)性等起著重要的作用，是電力系統(tǒng)的重要組成部分。

本文根據(jù)《220 kV～750 kV變電站設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》(DL/T 5218-2012)(以下簡(jiǎn)稱規(guī)程)對(duì)安徽蕪湖220 kV南二變電站的220 kV電氣主接線進(jìn)行比選和優(yōu)化，兼顧可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性，形成該變電站遠(yuǎn)景和本期電氣主接線方案。

1 工程概況

安徽蕪湖220kV南二變電站所在供電區(qū)域存在的主要問題是供電線路長(zhǎng)，供電可靠性差，供電質(zhì)量低。地區(qū)電網(wǎng)依賴外部電源已不能滿足區(qū)內(nèi)負(fù)荷需求。因此建設(shè)該220 kV變電站可以滿足當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)負(fù)荷增長(zhǎng)的需求、改善110 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

2 220kV電氣主接線遠(yuǎn)景方案

安徽蕪湖220 kV南二變電站220 kV出線本期1回，遠(yuǎn)景6回，各回線路均無T接線。根據(jù)《規(guī)程》第5.1.6條：“220 kV變電站中的220 kV配電裝置，當(dāng)在系統(tǒng)中居重要地位、出線回路數(shù)為4回及以上時(shí)，宜采用雙母線接線?！币虼烁鶕?jù)變電站在系統(tǒng)中的地位、遠(yuǎn)景出線規(guī)模等現(xiàn)狀，并與現(xiàn)有運(yùn)行模式相匹配，本文推薦遠(yuǎn)景220 kV采用雙母線接線形式，不考慮其他簡(jiǎn)單接線形式，如圖1所示。

圖1 220kV遠(yuǎn)景電氣主接線

2.1 可靠性分析

220 kV南二變電站為地區(qū)重要變電站，本期從220 kV盛橋變電站單線受電，遠(yuǎn)景有不少于兩回獨(dú)立電源，采用雙母線接線是一種可靠性高、運(yùn)行方式靈活的接線形式。

雙母線接線的主要優(yōu)點(diǎn)是可靠性高、任一組母線故障時(shí)所有回路均不中斷供電，220 kV南二變電站采用戶外GIS設(shè)備，當(dāng)單段母線故障或者故障時(shí)，雙母線接線可以通過倒閘操作將該段母線上的所有進(jìn)出線倒至另一段母線。也就是說，雙母線接線在一條母線故障或檢修時(shí)，需全站短時(shí)停電后恢復(fù)送電。表1給出了各種主要電氣元件故障(或檢修)時(shí)的運(yùn)行方式的變化情況。

表1 各種主要電氣元件故障(或檢修)時(shí)的運(yùn)行方式的變化

在二次設(shè)備方面，220 kV側(cè)遠(yuǎn)景主接線選用雙母線接線后，按主變配置一套雙重化的主變差動(dòng)、后備保護(hù)裝置，按母線配置一套雙重化的母線差動(dòng)保護(hù)，按線路配置一套雙重化的線路保護(hù)，按母聯(lián)配置一套雙重化的母聯(lián)保護(hù)，均采用微機(jī)保護(hù)裝置，保護(hù)單元配置獨(dú)立的CPU，可靠性高。

根據(jù)上述分析，雙母線接線的可靠性較高，220 kV南二變遠(yuǎn)景主接線采用雙母線接線形式是合適的。

2.2 靈活性分析

220 kV遠(yuǎn)景主接線主要考慮對(duì)調(diào)度、檢修的便利。

正常運(yùn)行時(shí)，雙母線接線各進(jìn)出線固定于一條母線運(yùn)行，以雙母線接線運(yùn)行。假定遠(yuǎn)景#1、#2主變、出線1、出線3、出線5固定接于1M母線；#3主變、出線2、出線4、出線6固定接于2M母線。

當(dāng)某條母線停運(yùn)(檢修或故障)時(shí)，可以通過母線隔離開關(guān)倒閘操作實(shí)現(xiàn)兩條母線出線的切換，相當(dāng)于以一條單母線接線運(yùn)行；

當(dāng)#3主變停運(yùn)(檢修或故障)時(shí)，#3主變高壓側(cè)斷路器退出運(yùn)行，母聯(lián)斷路器投入運(yùn)行，相當(dāng)于以一條單母線接線運(yùn)行；

當(dāng)線路或#1主變或#2主變停運(yùn)(檢修或故障)時(shí)，母線不退出運(yùn)行，仍然以雙母線接線運(yùn)行。

因此，220 kV南二變遠(yuǎn)景主接線采用雙母線接線有利于運(yùn)行單位開展調(diào)度、檢修等工作，該接線形式運(yùn)行靈活性較優(yōu)。

2.3 經(jīng)濟(jì)性分析

對(duì)雙母線接線方案相應(yīng)的220 kV配電裝置設(shè)備造價(jià)進(jìn)行分析，由于220 kV遠(yuǎn)景主接線無其他備選方案，因此僅與國(guó)網(wǎng)典設(shè)C-1方案進(jìn)行比較。

表2列出了主要一、二次設(shè)備項(xiàng)目。對(duì)于二次電纜、通訊光纜等材料，及其他費(fèi)用等參照同等工程或按標(biāo)準(zhǔn)計(jì)列。

表2 雙母線方案與國(guó)網(wǎng)典設(shè)C-1方案設(shè)備投資對(duì)比

與國(guó)網(wǎng)典設(shè)C-1方案相比，本工程220 kV遠(yuǎn)景主接線方案節(jié)省9組進(jìn)出線隔離開關(guān)，在保證主接線可靠性的條件下，簡(jiǎn)化電氣單元數(shù)量，在節(jié)省投資的同時(shí)，節(jié)省了占地，符合國(guó)網(wǎng)公司資源節(jié)約型、環(huán)境友好型變電站建設(shè)理念。

3 220 kV電氣主接線本期方案

根據(jù)《規(guī)程》第5.1.9條：“各級(jí)電壓配電裝置，初期回路數(shù)較少時(shí)，宜采用斷路器數(shù)量較少的簡(jiǎn)化接線，但在布置上應(yīng)滿足過渡到最終接線的可實(shí)施性?！?/p>

本節(jié)提出220 kV主接線本期三種備選方案，即線變組接線(方案一)、單母線接線(方案二)和雙母線接線(方案三)。其中，線變組接線線路側(cè)采用了電子式三相電流電壓互感器，本期可取消2M母線設(shè)備，節(jié)省本期設(shè)備投資。

表3 三種備選方案

圖2 220 kV電氣主接線比選方案

需要說明的是，三個(gè)備選方案均考慮遠(yuǎn)景向雙母線接線方式過渡，即遠(yuǎn)景的主接線形式相同。方案1～方案3三種備選方案主要設(shè)備見表4。

表4 方案主要設(shè)備數(shù)量表

3.1 可靠性分析

根據(jù)《評(píng)審意見》，本站本期220 kV出線1回，1×180 MVA主變壓器，采用戶外GIS雙列布置，架空出線?？紤]到本期建設(shè)規(guī)模，無論采用何種接線形式，任意一個(gè)元件(隔離開關(guān)、斷路器、母線)故障，都會(huì)造成變壓器失電，因此原則上應(yīng)選用盡可能少的電氣元件以提高接線形式的可靠性。

采用線變組接線，僅有架空線-斷路器-母線-#1主變4個(gè)電氣元件，元件數(shù)量最少；采取單母線接線相較線變組接線，需要增加一個(gè)斷路器；采取雙母線接線相較單母線接線，需要增加一個(gè)母線元件。因此，單從元件可靠性來看，線變組接線元件可靠性最高、單母線接線次之、雙母線接線最低。

3.2 靈活性分析

220 kV本期主接線靈活性主要考慮向遠(yuǎn)景擴(kuò)建的便利性。

在此重點(diǎn)討論方案1線變組接線、方案2單母線接線向終期雙母線接線過渡的施工及停電方案(注：方案3雙母線接線已按終期規(guī)模建成，在此不再討論)，主要從一次設(shè)備改接復(fù)雜性及停電時(shí)間長(zhǎng)短，以及繼電保護(hù)配置、二次接線改接復(fù)雜性兩個(gè)方面進(jìn)行論述。

根據(jù)系統(tǒng)規(guī)劃，假定擴(kuò)建雙母線后，本站的規(guī)模為3線2變，新上220 kV出線2、出線3、1M母線、#2主變并完善相應(yīng)間隔。方案1、方案2向雙母線過渡的擴(kuò)建內(nèi)容見表5。

表5 方案1、方案2向雙母線過渡的擴(kuò)建內(nèi)容

如上表所述，兩個(gè)擴(kuò)建方案區(qū)別在于：方案1比方案2需要多上1臺(tái)主變進(jìn)線間隔斷路器、1組2M母線設(shè)備。

經(jīng)向施工單位收資，方案2完成上述擴(kuò)建內(nèi)容需全站停電1次，停電時(shí)間為4天；方案1比方案2需增加全站停電1次，停電時(shí)間為1天，因此下文在研究線變組接線向雙母線過渡的設(shè)計(jì)方案時(shí)，試圖通過優(yōu)化設(shè)備布置形式，優(yōu)化停電方式、盡最大可能地縮短停電時(shí)間。

(1)線變組接線向雙母線過渡擴(kuò)建內(nèi)容

1)一次設(shè)備改接及停電時(shí)間分析。方案1線變組接線本期只上一組母線，按照雙母線接線預(yù)留一組母線安裝位置，且按照遠(yuǎn)景進(jìn)出線預(yù)留間隔擴(kuò)建位置。由于本期#1主變進(jìn)線間隔斷路器不上，需要使用支柱絕緣子對(duì)2M母線和#1主變間的導(dǎo)線進(jìn)行過渡，采用這種設(shè)備引接方式在后期擴(kuò)建時(shí)需要全站停電，將支柱絕緣子及導(dǎo)線拆解，并制作斷路器基礎(chǔ)。為了減少擴(kuò)建工程時(shí)上述停電時(shí)間，本期工程將#1主變高壓側(cè)斷路器的基礎(chǔ)提前制作并就位，并將支柱絕緣子與斷路器基礎(chǔ)錯(cuò)開布置方式，從而減少一次為期1天的全站停電時(shí)間。通過上述設(shè)備布置方案，線變組向雙母線接線過渡時(shí)間的全站停電次數(shù)減少為1次，停電時(shí)間縮短為4天，停電期間的一次專業(yè)工作內(nèi)容見表6。

表6 停電期間的一次專業(yè)工作內(nèi)容

2)繼電保護(hù)配置及二次接線改接復(fù)雜性。從二次專業(yè)來看，線變組接線僅配置1套線路保護(hù)、1套主變保護(hù)，母線保護(hù)不上，擴(kuò)建時(shí)需新上1套母線保護(hù)，1套母聯(lián)保護(hù)，后期擴(kuò)建另一條母線時(shí)需要改接第一套母線保護(hù)，并新上第二套母線保護(hù)。該部分?jǐn)U建工作可伴隨一次設(shè)備停電在4天時(shí)間內(nèi)完成，停電期間的二次專業(yè)工作內(nèi)容見表7。

(2)單母線接線向雙母線過渡

單母線接線向雙母線過渡時(shí)需要停電1次，停電時(shí)間為3.5天，與線變組接線的過渡方案相比，在下表的一、二次設(shè)備安裝與調(diào)試階段節(jié)省了0.5天停電時(shí)間。

1)一次設(shè)備改接及停電時(shí)間分析。停電期間的一次專業(yè)較線變組接線節(jié)省如下工作內(nèi)容，節(jié)省停電時(shí)間0.5天：

序號(hào)電氣一次專業(yè)節(jié)省的工作內(nèi)容1220kV場(chǎng)區(qū)#1主變間隔斷路器安裝、2G至斷路器之間設(shè)備連線安裝制作。

2)繼電保護(hù)配置及二次接線改接復(fù)雜性。從二次專業(yè)來看，單母線接線配置1套線路保護(hù)、1套主變保護(hù)，1套母線保護(hù)，擴(kuò)建時(shí)需新上2套線路保護(hù)、1套母線保護(hù)，1套母聯(lián)保護(hù)，并改接第一套母線保護(hù)。該部分?jǐn)U建工作可伴隨一次設(shè)備停電在3.5天時(shí)間內(nèi)完成，停電期間的二次專業(yè)較線變組接線節(jié)省工作內(nèi)容如下：

(3)雙母線接線擴(kuò)建內(nèi)容

本期為雙母線接線時(shí)，擴(kuò)建220 kV出線2、出線3線路、1M母線、#2主變并完善相應(yīng)間隔需要全站停電1次，停電時(shí)間為2.5天。

1)一次設(shè)備改接及停電時(shí)間分析。停電期間電氣一次工作內(nèi)容如下：

序號(hào)電氣一次工作內(nèi)容1220 kV場(chǎng)區(qū)出線2、出線3、母聯(lián)間隔2G安裝(包括靜觸頭安裝)。2220 kV場(chǎng)區(qū)出線2、出線3間隔1G至2G、2G至斷路器之間設(shè)備連線安裝制作。3220 kV場(chǎng)區(qū)母聯(lián)間隔2G至斷路器之間設(shè)備連線安裝制作。4220 kV場(chǎng)區(qū)#2主變間隔,1G至2G、2G至斷路器之間設(shè)備連線安裝制作。5220 kV場(chǎng)區(qū)#2主變間隔1G靜觸頭安裝、1G至斷路器之間設(shè)備連線安裝制作。

2)繼電保護(hù)配置及二次接線改接復(fù)雜性。從二次專業(yè)來看，雙母線接線配置1套線路保護(hù)、1套主變保護(hù)、2套母線保護(hù)、1套母聯(lián)保護(hù)，擴(kuò)建時(shí)需新上2套線路保護(hù)，并改接2套母線保護(hù)。該部分?jǐn)U建工作可伴隨一次設(shè)備停電在2.5天時(shí)間內(nèi)完成，停電期間的二次專業(yè)工作內(nèi)容如下：

序號(hào)工作內(nèi)容1#2主變高壓側(cè)間隔I母刀閘位置,II母刀閘位置接入新母線保護(hù)并驗(yàn)證,電流接入新母線保護(hù)及通流試驗(yàn),失靈啟動(dòng)回路完善;兩套母差保護(hù)傳動(dòng)220 kV出線4線開關(guān)、#1主變開關(guān)。2220 kV出線2、出線3間隔I母刀閘位置、II母刀閘位置接入兩套母線保護(hù)并驗(yàn)證,2條線路、#2主變電流接入原母線保護(hù)及通流試驗(yàn),失靈啟動(dòng)回路完善;兩套母差保護(hù)傳動(dòng)220 kV出線2、出線3、#2主變開關(guān)。3220 kVI、II母電壓接入220 kV電壓并列屏,完善220 kV電壓回路,通壓試驗(yàn),電壓切換并列試驗(yàn)(涉及220 kV所有間隔刀閘)。

根據(jù)上述分析，220 kV本期電氣主接線采用方案1與方案2靈活性相近，方案3靈活性最優(yōu)。

3.3 經(jīng)濟(jì)性分析

三個(gè)備選方案遠(yuǎn)景主接線均為雙母線接線，故三個(gè)方案的主要區(qū)別在于本期投資不同。在此對(duì)各種接線方案相應(yīng)的220 kV配電裝置本期工程有差異的部分進(jìn)行比較。

表8列出了主要一、二次設(shè)備項(xiàng)目。對(duì)于二次電纜、通訊光纜等材料，及其他費(fèi)用等參照同等工程或按標(biāo)準(zhǔn)計(jì)列。

表8 三種備選主接線方案設(shè)備投資對(duì)比

由表8可知，方案1本期投資最為節(jié)省，方案2投資居中，方案3投資最多。

3.4 小結(jié)

(1)根據(jù)上述分析結(jié)果，220 kV遠(yuǎn)景主接線采用雙母線接線；

(2)根據(jù)《規(guī)范》以及本工程《評(píng)審意見》等相關(guān)材料，考慮到220 kV南二變電站主變擴(kuò)建及220 kV出線間隔沒有明確的時(shí)間表，綜合可靠性計(jì)算、靈活性分析和經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)結(jié)果，220 kV本期電氣主接線推薦線變組接線作為最優(yōu)方案。

220 kV本期主接線三種可選方案均為有匯流母線接線，遠(yuǎn)景均為雙母線接線方式。

方案1本期經(jīng)濟(jì)效益最省，方案2居中，方案3經(jīng)濟(jì)效益最差；

方案1和方案2相比，兩者可靠性相當(dāng)。對(duì)于本站負(fù)荷受電可靠性、出線送變電可靠性而言，兩者基本相同。方案3可靠性最高，但是本期投資較多。

從遠(yuǎn)景向雙母線接線擴(kuò)建的方便性和過渡方案的實(shí)施難度來看，方案3接線形式已按終期規(guī)模建設(shè)，后續(xù)擴(kuò)建最為簡(jiǎn)便；方案1擴(kuò)建復(fù)雜性與方案2基本相同。

4 結(jié)論

電氣主接線方案選型，需要根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行安全、可靠性，運(yùn)行方式機(jī)動(dòng)靈活性，建設(shè)投資經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)綜合評(píng)定。對(duì)于可靠性技術(shù)指標(biāo)合格的備選方案，需要根據(jù)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，同時(shí)兼顧靈活性、擴(kuò)建方便等因素，選擇最優(yōu)方案。