關于完善變電站標準設計和提高供電可靠性的研究

陳志偉

(廣東電網公司汕頭供電局，廣東汕頭515000)

0 引言

目前，有些變電站存在主接線設計缺陷導致某種運行或檢修方式下使用戶被迫中斷供電的問題，因此有必要進一步完善變電站的標準設計，以適應提高供電可靠性的需要。本文對目前變電站的設計中10 kV電壓等級接線采用3臺主變壓器、單母四分段接線方式而引發的一些影響供電可靠性問題進行探討，并提出了解決方案。

1 問題的提出

圖1 3臺主變壓器單母四分段接線圖

目前，110 kV或220 kV變電站10 kV電壓等級接線往往采用3臺主變壓器、單母四分段的接線方式［1］，如圖1所示。這種接線相對于單母三分段接線的優點:某臺主變壓器停電時，剩余的2臺主變壓器能平均分擔全站的負荷。當2號主變壓器停電時，可以讓10 kV IIA段母線轉由1號主變壓器供電，10 kV IIB段母線轉由3號主變壓器供電;當1號主變壓器停電時，可以讓10 kV I、IIA段母線轉由2號主變壓器供電，10 kV IIB、III段母線轉由3號主變壓器供電。這樣就避免了需要將停電主變壓器的負荷完全轉由另外1臺主變壓器供電的情況。但出于經濟性的考慮，變電站的建設一般隨著負荷的增長分期進行，一期工程只建1、2號2臺主變壓器和10 kV I、IIA、IIB段母線，這就造成了3號主變壓器沒有建成之前，存在10 kV IIB段母線在某些檢修運行方式下需要被迫停電的問題。下面就目前幾種不同接線存在的問題進行分析。

a.主變壓器高壓側斷路器與主變壓器間設有隔離開關，主變壓器需要停電時存在的問題。單母四分段不完全接線(主變壓器高壓側斷路器與主變壓器間設有隔離開關)如圖2所示。當2號主變壓器停電而10 kV IIB段母線又需繼續供電時，正常的操作順序:先合上500斷路器，斷開502A、502B (此時10 kV IIB段母線停電)、102斷路器，拉開5020隔離開關，重新合上502A、502B斷路器(此時10 kV IIB段母線恢復供電)，再繼續完成主變壓器停電的其它操作。在這個操作過程中，10 kV IIA段母線可以通過500斷路器一直由1號主變壓器供電，而10 kV IIB段母線則在502B斷路器斷開的過程中需要短時間停電，影響了對用戶的供電。

圖2 單母四分段不完全接線(主變壓器高壓側斷路器與主變壓器間設有隔離開關)圖

b.主變壓器高壓側斷路器與主變間未設壓器隔離開關，主變壓器高壓側斷路器需要停電時存在的問題。單母四分段不完全接線(主變壓器高壓側斷路器與主變壓器間未設隔離開關)如圖3所示。與圖2相比，圖3主變壓器高壓側斷路器與主變壓器間未設隔離開關，此時102T0既是主變壓器變高斷路器地刀，又是主變壓器變高側地刀。當2號主變壓器變高斷路器因故需要檢修、合上102T0時，2號主變壓器需要被迫停電，10 kV IIB段母線需要短時間停電，影響了對用戶供電。

c.主變壓器高壓側斷路器線路側隔離開關為雙工位隔離開關存在的問題。單母四分段不完全接線(主變壓器高壓側斷路器線路側隔離開關為雙工位隔離開關)如圖4所示。某站的主變壓器高壓側斷路器線路側隔離開關(如1024)為雙工位隔離開關，即隔離開關和接地開關組合成一個整體，公用1個動觸頭、1臺操動機構，實現合閘-接地2個工況位置。該種結構實現了隔離開關和接地開關的機械連鎖，省去了兩者的電氣聯鎖，避免了誤操作。但對于圖4的接線，由于主變壓器高壓側斷路器與主變壓器間未設隔離開關，因此當2號主變壓器110 kV進線需要停電時，在拉開2號主變壓器高壓側斷路器線路側隔離開關1024前，一定要先拉開2號主變壓器低壓側5020隔離開關。否則，當102斷路器斷開后隨即拉開1024隔離開關，此時在102斷路器斷口兩側將出現一側帶電、另一側接地的情況，沒有隔離開關作為明顯的斷開點，而且可能發生誤操作，這是不允許的。而該站主變壓器高壓側斷路器與主變壓器間未設隔離開關，必須拉開低壓側的5020隔離開關作為斷開點，與圖2的狀況一樣，影響了對用戶的供電。

圖3 單母四分段不完全接線(主變壓器高壓側斷路器與主變壓器間未設隔離開關)圖

圖4 單母四分段不完全接線(主變壓器高壓側斷路器線路側隔離開關為雙工位隔離開關)圖

d.主變壓器低壓側未設置隔離開關存在的問題。圖5為110 kV變電站接線方式的又一種典型結構，與圖2相比，圖5的接線是2號主變壓器低壓側未設置隔離開關，2號主變壓器停電時1號主變壓器無法通過502A—502B斷路器對10 kV IIB段母線供電，10 kV IIB段母線只能被迫停止供電。圖6為某變電站標準設計方案的主接線示意圖，與圖5相比，圖6的主變壓器低壓側斷路器無法單獨進行檢修、試驗，必須和主變壓器一起停電，尤其是2號主變壓器問題更加突出，這勢必減少主變壓器的可用系數，影響供電可靠性。

圖5 單母四分段不完全接線(2號主變壓器低壓側未設置隔離開關)圖

圖6 單母四分段接線(主變壓器低壓側未設置隔離開關)圖

2 解決方案

圖2—圖6反映的問題都是110 kV變電站3臺主變壓器、單母四分段接線方式在3號主變壓器沒有建成之前存在的，必須采取措施加以解決。

2.1 擴建第三臺主變壓器

上面提到的問題均有一個共同的前提，即3號主變壓器沒有建成。因此，擴建3號主變壓器、完善變電站的最終接線是解決問題的最直接、有效的辦法。但該措施受制于該站的負荷發展情況(如負荷沒有增長到需要擴建第三臺主變壓器)。

2.2 斷路器設置主變壓器側隔離開關

由圖3—圖6反映的問題可以看出，在主變壓器高、低壓側斷路器、線路停電時，造成主變壓器被迫停電，間接導致10 kV IIB段母線也需要中斷供電。因此，在主變壓器高、低壓側斷路器設置主變壓器側隔離開關是避免不必要停電的重要措施，同時可以使運行方式靈活運用。

2.3 采取臨時措施

在主變壓器高、低壓側斷路器設置主變壓器側隔離開關仍然無法解決主變壓器需要停電時10 kV IIB段母線需要中斷供電。一種解決方案是在3號主變壓器沒有建成之前，將10 kV IIA、IIB兩段母線臨時連通(如圖7虛線框中所示)，待3號主變壓器擴建時再恢復斷開狀態。該措施已經在某些變電站得到實施，正常運行時502A斷路器供電10 kV IIA、IIB兩段母線，502B斷路器處于冷備用，該措施的缺點是臨時連通母排拆除時需要10 kV IIA、IIB段母線停電。

圖7 單母四分段不完全接線(10 kV IIA、IIB兩段母線通過臨時母排連通)圖

另一種解決方案是在10 kV IIA、IIB段母線上各設置1個備用柜，用1條電纜將2段10 kV母線連接起來，如圖8所示。該辦法可以避免上面提到的臨時連通母排拆除時需要10 kV IIA、IIB段母線停電的問題，但缺點是需要長期占用2個備用柜。廣東電網公司汕頭供電局近年來處理類似接線方式問題時就經常采用此種方案。

圖8 單母四分段不完全接線(10 kV IIA、IIB兩段母線通過臨時電纜連通)圖

2.4 改變主變壓器投產順序

單母四分段不完全接線(一期工程先建設1、3號主變壓器)如圖9所示，若變電站一期投產時緩建2號主變壓器，而是先建設1、3號主變壓器，并將10 kV設備一次性建成，也可以解決問題。此方案可以避免同一變電站不同期投產的10 kV設備因其廠家、型號不一致，從而造成運行管理、倒閘操作等方面諸多不便的問題，還可以解決饋線多、負荷低的問題，缺點是變電站第一期建設時投資增大。

圖9 單母四分段不完全接線(一期先建設1、3號主變壓器)圖

3 建議

通過上述對變電站主變壓器幾種不同接線存在問題的分析及提出相應解決方案在實際的應用情況，對提高供電可靠性提出以下幾點建議。

a.建議設計變電站時充分考慮投資的經濟性和供電可靠性。

b.要改變以往用高容載比支撐高供電可靠率的思路，改變長期重主網、輕配網的現象，即通過改善配網結構來提高供電可靠率。

c.實施帶電作業、設備在線監測和狀態檢修、10kV線路不停電合環倒閘操作對提高供電可靠率和客戶滿意度有積極意義。

d.提高供電可靠率需要從基礎管理、電網規劃、電網建設、生產運行管理、技術進步等方面開展大量的工作。

［1］ Q/GDW 156-2006，城市電力網規劃設計導則［S］.