變電站所用電系統(tǒng)供電方案分析及改進

張 軍,張 澤

(1.江蘇省電力公司，江蘇南京210024；2.泰州供電公司，江蘇泰州225300)

變電站所用電系統(tǒng)主要為變電站的供電設(shè)備提供各種電源，如斷路器儲能電源、變壓器冷卻器電源、直流系統(tǒng)充電裝置電源、檢修及照明電源等，所用電系統(tǒng)供電方案的選擇、設(shè)備選型對變電站可靠運行、維護便利和操作安全有很大的影響，同時便于變電站擴建等工程實施。目前相關(guān)標準對所用電設(shè)計只是提出了原則性要求，各變電站工程所用電系統(tǒng)設(shè)計和設(shè)備選型方案較多，有的方案設(shè)計繁瑣，操作復雜；有的方案考慮不周全，運行維護不便；有的還存在誤操作的安全隱患。針對一些新建變電站所用電系統(tǒng)存在的問題，結(jié)合典型設(shè)計進行了分析，并提出改進方案。

1 2個新建變電站所用電系統(tǒng)設(shè)計分析

1.1 變電站甲的所用電系統(tǒng)設(shè)計

變電站甲為220 kV變電站，本期1臺220 kV主變，所用變?yōu)?臺室內(nèi)布置250 kV·A干式變壓器。1號所用變接35 kV I母，電源為1號主變；2號所變?yōu)橥鈦黼娫?5 kV灣清385線供電，采取開關(guān)柜內(nèi)一根聯(lián)絡(luò)電纜T接到2號所用變的設(shè)計。每臺所用變配置了一組負荷開關(guān)-熔斷器組合電器柜（簡稱組合電器柜），如圖1所示。

圖1 變電站甲所用電設(shè)備接線方式

1號所變的組合開關(guān)柜為FZRN21-40.5型，開關(guān)柜內(nèi)原先設(shè)有接地刀閘，但是現(xiàn)場由于安裝空間問題，將接地刀閘從開關(guān)柜中拆除。

從該變電站所用電的接線方式、運行維護安全、方便性、設(shè)備運行可靠性來看，該變電站所用變方案存在以下不足。

（1）功能重復。1號所用變306斷路器柜配置了手車式SF6斷路器，已具備開斷負荷電流及短路電流功能，在斷路器柜之下又設(shè)置了組合電器柜，功能重復，造成了投資浪費。

（2）操作復雜，可靠性低。為了防止運行人員帶電進入組合電器柜中更換熔斷器，該組合電器柜中設(shè)置了絕緣擋板隔離，通過操作機構(gòu)的閉鎖，在隔離開關(guān)打開時絕緣擋板將刀閘靜觸頭及電纜進線樁頭封閉隔離。該組合電器柜內(nèi)設(shè)備眾多，操作機構(gòu)復雜繁瑣，給運行人員帶來不便，同時導致了設(shè)備可靠性降低。

（3）“五防”閉鎖不全。該組合電器柜中原先安裝有接地刀閘，現(xiàn)場安裝時將接地刀閘從柜中拆除。但柜門的電磁鎖閉鎖條件未進行調(diào)整，該柜門沒有和所變進線停電接地進行閉鎖，在組合電器柜內(nèi)負荷開關(guān)上端頭帶電的情況下可以打開柜門，存在嚴重的觸電隱患。

（4）2號所用變T接灣清385線路設(shè)計方案為從組合電器柜下端進線，從上端出，進入相鄰2號所變網(wǎng)門內(nèi)。當熔絲熔斷時，可直接斷開負荷開關(guān)及隔離開關(guān)、合上柜內(nèi)接地刀閘（現(xiàn)場已被拆除），絕緣隔板隔離柜內(nèi)下部帶電部分，保證更換熔絲時的安全。但是實際施工時由于施工人員疏忽，電纜進線從組合電器柜上端進入，下端出線，如圖1所示。當隔離開關(guān)斷開時，如果進線電纜不停電，檢修人員不能進入柜子更換熔絲。該接線方案無法滿足進線線路不停電更換所變?nèi)劢z的要求，電網(wǎng)運行方式的靈活性降低。

（5）2臺所變均無接地刀閘，所變檢修時需要掛臨時接地線，所變要設(shè)臨時接地點，不便于運行人員操作，且臨時接地線與網(wǎng)門的“五防”閉鎖實現(xiàn)較復雜。

由于現(xiàn)場一次設(shè)備已無法更改，針對上述問題，在驗收后的整改方案中對該變電站所用電系統(tǒng)1號、2號所變的網(wǎng)門閉鎖進行了完善，增加了二次電纜，將柜門和所變進線斷路器柜的接地刀閘進行了聯(lián)鎖。

1.2 變電站乙的所用電系統(tǒng)設(shè)計

變電站乙為220 kV變電站，本期1臺220 kV主變，所用電為2臺315 kV·A干式變壓器，每臺所用變均為獨立所用變室的布置，通過網(wǎng)門對所變進行隔離。1號所用變接35 kV I母，電源為1號主變，2號所變接35 kV II母，II母電源為外來電源聯(lián)絡(luò)線，2臺所變均通過35 kV開關(guān)柜、電纜供電；開關(guān)柜配置手車熔斷器，所用變室的每臺所變均配置了負荷隔離開關(guān)。該變電站2臺所用變設(shè)備接線如圖2所示。

圖2 變電站乙所用電設(shè)備接線方式

2臺所用變均由負荷開關(guān)切斷負荷電流、熔斷器切斷故障電流，并且通過隔離開關(guān)在現(xiàn)場設(shè)置明顯隔離斷開點，檢修時可以拉出熔斷器手車，合上出線接地刀閘，確保所變室無電。所變室的網(wǎng)門設(shè)置了機械閉鎖，與負荷隔離開關(guān)中隔離刀閘的位置關(guān)聯(lián)。

該設(shè)計和前一變電站相比減少了2組斷路器，節(jié)省投資，所變停送電操作簡單，所用變?nèi)劢z更換方便，而且擴建第2臺主變時，所用變接線部分無需做任何改造。不足是所變沒有接地刀閘，檢修時需要自行掛接地線（該站2臺所變室內(nèi)設(shè)了臨時接地點），不能實現(xiàn)先掛接地再打開所用變網(wǎng)門。同時主變壓器和35 kV 2 M不能同時停電，運行方式上有限制。

2 當前國網(wǎng)公司的典型設(shè)計分析

2.1 國家和行業(yè)標準設(shè)計的要求

關(guān)于所用變電源的設(shè)計，標準規(guī)定220 kV變電所宜從主變壓器低壓側(cè)分別引接2臺容量相同、可互為備用、分列運行的所用工作變壓器，每臺工作變壓器按全所計算負荷選擇。只有1臺主變壓器時，其中1臺所用變壓器宜從所外電源引接[1]。

關(guān)于所用電高壓側(cè)的設(shè)備接線方式及設(shè)備選型，標準規(guī)定所用變高壓側(cè)可采用高壓熔斷器或斷路器作為保護電器，保護電器開斷電流不能滿足要求時，可采用下列措施之一：裝設(shè)限流電抗器或裝設(shè)限流電阻器[1]。具體設(shè)備選型如何確定，該設(shè)計規(guī)程沒有明確。

2.2 國家電網(wǎng)公司典型設(shè)計對所用電的規(guī)定

參照國網(wǎng)公司典型設(shè)計 ，A-1，A-2，A-5，A-6，B-3 5種典型設(shè)計均采用35 kV供電，其中有代表性的A-1，A-6[2]典型設(shè)計方案介紹如下。

（1）A-1方案。所用變壓器采用干式戶內(nèi)布置，設(shè)置于35 kV開關(guān)室旁，2間所用變室并列布置，高低壓側(cè)均電纜進線，站外電源采用電纜進線，經(jīng)負荷開關(guān)接所用備用變壓器。A-1所用電供電方案如圖3所示，1號所用變采用本所電源，由35 kV I段母線供電，供電設(shè)備采用手車式開關(guān)柜，通過電纜直接連接至所用變高壓側(cè)。2號所用變在本期只上1臺220 kV主變壓器的情況下，采用獨立外來電源供電，2號所用變的供電設(shè)備采用熔斷器式負荷隔離開關(guān)組合電器，當擴建第2臺主變后，所用變改為另一段35 kV母線供電。

圖3 A-1所用電供電方案

A-1方案的特點：1號所用變直接通過手車式開關(guān)柜供電，使用35 kV SF6斷路器及相應(yīng)保護，所用變室使用網(wǎng)門隔離，網(wǎng)門通過電磁鎖和開關(guān)柜接地刀閘聯(lián)鎖。1號所變停送電直接通過手車柜操作。2號所用變通過外來電源供電，所變依靠熔斷器和負荷開關(guān)分別切斷故障及負荷電流，熔斷器式負荷隔離開關(guān)組合電器安裝在所用變室，所用變使用網(wǎng)門隔離，2號所變停送電操作在所變室進行。

該典型設(shè)計方案簡潔，使用的設(shè)備少，經(jīng)濟性好，但也存在不足。一是1號所用變和進線電纜在所變室內(nèi)沒有明顯的隔離點，考慮到電纜、所變的預試及檢修，必須解開電纜頭，很不方便；二是2臺所用變沒有接地刀閘，當所用變檢修時，需要掛臨時接地，2臺所用變必須設(shè)臨時接地點，按照江蘇電網(wǎng)“五防”閉鎖要求，還要加裝臨時接地鎖，“五防”閉鎖復雜。

（2）A-6方案。所用變采用干式變壓器，經(jīng)開關(guān)柜接入35 kV母線，2臺所用變布置于同一房間內(nèi)。高低壓均采用電纜進線。2號所用變在全站失電時由35 kV線路倒送所用電源，采用一根電纜T接至備用電源的開關(guān)柜內(nèi)出線處。開關(guān)室設(shè)置了2號所用變輔柜，配置熔斷器式負荷開關(guān)及避雷器、帶電顯示等設(shè)備。接線方式如圖4所示。

圖4 A-6所用電供電方案

A-6方案的特點：1號和2號所用變供電設(shè)備采用熔斷器式負荷隔離開關(guān)組合電器，該組合電器安裝在開關(guān)柜中，所用變保護依靠熔斷器和負荷開關(guān)配合。2號所用變正常由35 kV II母供電，當35 kV II母失電時，可以通過操作2號所用變輔柜設(shè)備，將2號所用變切換至35 kV出線供電。該方案用熔斷器式負荷隔離開關(guān)組合電器代替了斷路器，比較經(jīng)濟。2號主變T接至外來電源，方式調(diào)整靈活，但是增加了輔柜設(shè)備，投資較多。

3 所用變設(shè)計的具體改進

目前國家標準對所用電設(shè)計只是提出了原則性要求，國網(wǎng)公司220 kV變電站所用電系統(tǒng)設(shè)計和設(shè)備選型方案較多，有的方案設(shè)計繁瑣，運行復雜，且造成投資浪費；有的方案盡管設(shè)計簡單，但是給運行維護帶來不便；有的只考慮到本期工程，對擴建時改造方式未詳細考慮；有的還存在誤操作的安全隱患。從變電站甲、乙所用電設(shè)計看，并沒有嚴格按照國網(wǎng)公司典型設(shè)計要求，均做了改進，改進的方案從安全性、經(jīng)濟性分析實際上并不理想。

綜合考慮設(shè)計方案的經(jīng)濟性及運行維護的靈活性、安全性，筆者提供了2個所用電改進供電方案典型共參考，具體如下。

改進方案一如圖5所示。

圖5 改進方案一

以國網(wǎng)典設(shè)方案A-1為基礎(chǔ)，對于通過本所電源供電的1號所變，和國網(wǎng)公司2005版典設(shè)A-1相比，在所用變室內(nèi)增加一組帶接地的隔離刀閘，雖然增加了投資，但是有以下優(yōu)點：一是便于進線電纜、所變的檢修預試，由于所變側(cè)增加了隔離刀閘，有了明顯隔離點，使檢修更方便；二是方便了運行人員操作，增加了所變接地刀閘，所變檢修時不用掛臨時接地線，所變不用設(shè)臨時接地點；三是所變網(wǎng)門的“五防”閉鎖實現(xiàn)簡單，只要網(wǎng)門的電磁鎖和所變室內(nèi)的接地刀閘實現(xiàn)閉鎖，方案簡單，所用二次電纜少，而且不用安裝臨時接地鎖，實現(xiàn)方便。

對于通過外來電源供電的2號所用變，在所用變室內(nèi)增加1組帶接地的熔斷器式負荷隔離開關(guān)，作為2號所變的停送電操作的隔離設(shè)備，安裝在所變進線處，便于運行維護，操作方便。使用熔斷器和負荷開關(guān)組合，作為2號所變的保護，保護靈敏度高。該組合電器設(shè)隔離開關(guān)，可實現(xiàn)外來電源不停電方式下，2號所變檢修，運行方式靈活。增加1組接地刀閘，檢修時免去掛臨時接地線工作，同時便于所變網(wǎng)門實現(xiàn)閉鎖。該方案也存在不足，當外來電源不停電時，2號所變進線電纜樁頭，即負荷隔離刀閘靜觸頭部分為帶電設(shè)備，更換熔絲或2號所變檢修時必須做好安全隔離措施，防止誤碰。如果增加投資，也可按照A-6典設(shè)方式，增設(shè)1組輔柜，將熔斷器式負荷隔離開關(guān)組合電器，放入到輔柜中，可以避免2號所變室內(nèi)存在裸露帶電部分，同時通過柜內(nèi)絕緣擋板的隔離，實現(xiàn)進線不停電更換所用變?nèi)劢z。

改進方案二如圖6所示。

圖6 改進方案二

相比改進方案一，改進方案二主要將斷路器更換為熔絲手車，節(jié)省了投資。對于通過本所電源供電的1號所變，在所用變室內(nèi)安裝1組帶接地刀閘的負荷隔離開關(guān)。具有以下優(yōu)點：一是便于進線電纜、所變的檢修預試，由于所變側(cè)負荷隔離開關(guān)有明顯隔離點，使檢修更方便；二是方便了運行人員操作，增加了所變接地刀閘，所變檢修時不用掛臨時接地線，不用設(shè)臨時接地點；三是所變的網(wǎng)門“五防”閉鎖實現(xiàn)簡單，只要網(wǎng)門的電磁鎖和所變室內(nèi)的負荷隔離開關(guān)的接地刀閘實現(xiàn)閉鎖，方案簡單，所用二次電纜少，而且不用安裝臨時接地鎖，實現(xiàn)方便。對于通過外來電源供電的2號所用變，在所用變室內(nèi)帶接地刀閘的負荷隔離開關(guān)之后增加1組熔斷器，作為2號所變的保護。具有以下優(yōu)點：一是便于所變的檢修預試及檢修人員在進線電源不停電的情況下更換所用變?nèi)劢z；二是所變有接地刀閘，方便了運行人員操作；三是所變的網(wǎng)門電磁鎖和所變室內(nèi)的負荷隔離開關(guān)的接地刀閘實現(xiàn)閉鎖，方案簡單；四是在擴建第2臺主變時，只需在35 kV 2 M設(shè)一熔斷器柜，拆除所變室內(nèi)單獨的熔斷器即可，改造工作量小，且改造后1號和2號所變的接線方式完全統(tǒng)一。

4 對目前變電站所用變設(shè)計的建議

依據(jù)國家行業(yè)標準對所用電系統(tǒng)設(shè)計要求和國網(wǎng)公司典型設(shè)計，結(jié)合生產(chǎn)運行的要求，筆者對所用電系統(tǒng)的設(shè)計、設(shè)備選型提出如下建議：

（1）所用電的設(shè)計方案不宜太多，例如室內(nèi)布置1～2種典型方案就可以。方案太多，對運行操作、檢修、備品準備都不利。

（2）設(shè)備選型盡量簡單，室內(nèi)統(tǒng)一采用干式變，設(shè)置獨立所變室，通過網(wǎng)門隔離。所變的供電設(shè)備統(tǒng)一采用手車柜，站內(nèi)電源供電統(tǒng)一選用斷路器手車＋隔離刀閘或者采用熔斷器手車＋負荷隔離開關(guān)組合。外來電源供電統(tǒng)一采用負荷隔離開關(guān)即熔斷器組合。例如本文推薦的2個改進方案。

（3）所用電設(shè)計應(yīng)充分考慮到運行維護的便利以及操作安全。如所變側(cè)增加接地刀閘，避免檢修掛接地線。所變的網(wǎng)門應(yīng)設(shè)計完善的“五防”閉鎖功能，防止運行人員誤操作。

5 結(jié)束語

所用電系統(tǒng)是變電站重要組成部分，目前部分所用電設(shè)計方案僅從功能實現(xiàn)角度考慮，并未能從系統(tǒng)全壽命周期、多角度考慮設(shè)計方案的優(yōu)缺點。在變電站一次、二次系統(tǒng)設(shè)計及設(shè)備選型均逐步典型化的情況下，所用電系統(tǒng)設(shè)計方案也應(yīng)優(yōu)化、簡化、典型化，充分考慮投資、運行、檢修及擴建實施等各方面要求。本文對新建變電站所用電系統(tǒng)驗收中發(fā)現(xiàn)的問題及現(xiàn)有的國網(wǎng)公司典型設(shè)計方案進行了分析，提出了2個所用電系統(tǒng)設(shè)計改進方案，在不增加大量投資的情況下，考慮運行及維護便利性，完善防誤功能，確保所用電系統(tǒng)運行安全、可靠。

[1]DL/T5155—2002，220～500 kV變電所所用電設(shè)計技術(shù)規(guī)程[S].

[2]劉振亞.國家電網(wǎng)公司輸變電工程典型設(shè)計[M].北京：中國電力出版社，2005.