變電站電氣主接線中特殊問題的探討

陳海焱

(電力規劃設計總院，北京市，100120)

0 引言

進入21世紀，我國的變電站邁入了“緊湊型、大容量、特高壓、智能化”的時代。在變電站大力建設的同時，我國廣大電力工作者在變電站的工程設計領域積累了豐富的研究成果，編制發行了各類變電站的行業設計標準以及通用設計方案，如:DL/T 5218—2005《220kV～500kV變電所設計技術規程》、DL/T 5352—2006《高壓配電裝置設計技術規程》、《國家電網公司輸變電工程通用設計—110(66)～500kV變電站分冊》、《國家電網公司輸變電工程通用設計—110(66)～750kV智能變電站部分》、《南方電網220kV和500kV變電站標準設計》等［1-5］。這些研究成果對規范我國變電站的設計標準、提高我國變電站的設計質量和效率、促進我國電網又好又快地發展發揮了重要的作用。

電氣主接線作為變電工程設計中的一項重要內容，目前的研究成果相對較成熟［6-9］，相關規程、規范和電氣設計手冊對各種常見的主接線方案及其應用場合都作了規定［1，4］。但在實際工程中，有幾類特殊問題還是存在爭議，例如一個半斷路器接線初期采用2個完整串時元件出口的隔離開關設置問題、一個半斷路器接線在失掉雙母情況下仍要保持關鍵聯絡通道的問題、高抗回路是否設置隔離開關的問題、高抗回路接地開關是否可以取消的問題等等。本文對上述歸納的幾類問題分別進行了探討，并提出了建議。

1 關于初期2個完整串元件出口設置隔離開關的探討

DL/T 5218—2005《220kV～500kV變電所設計技術規程》規定:“在一個半斷路器接線中，初期線路和變壓器為2個完整串時出口處應裝設隔離開關”。此條規定的初衷是:當一個半斷路器接線只有2串時，屬于單環形，一旦某元件故障就成開環運行，從而降低其他3個元件的供電可靠性，若元件出口裝設隔離開關則可以用隔離開關隔離故障元件，然后再合上斷路器則仍可保持環狀運行。

在實際變電工程中，一個半斷路器接線常常會遇到初期線路和變壓器共4個元件的情況，此時配串一般有3種方案:方案Ⅰ，組成2個完整串;方案Ⅱ，組成1個完整串和2個不完整串;方案Ⅲ，組成4個不完整串。其中，方案Ⅰ所用的斷路器數量最少，但按現行規程要求元件出口增加隔離開關，這往往給電氣布置帶來不便(對GIS設備來說元件出口增加隔離開關有時實現起來較為困難)，所以實際工程中一般考慮后2種方案的居多。

考慮前提條件:4個元件為2線2變，出線為同名回路，且線路與變壓器采用對角布置。在此前提下，給出了方案Ⅰ、Ⅱ的接線簡圖，分別如圖1、2所示。

在設定的幾種典型故障條件下，對方案Ⅰ和方案Ⅱ的供電可靠性進行了分析，結果如下:

(1)1個元件故障(N－1)。由圖1可知，任一元件故障，跳開2臺斷路器后，其他3個元件均能正常運行;由圖2也能得到相同結論。

(2)1個元件檢修，另1個元件故障(N－2)。檢修元件與故障元件若為同類型，即同為線路或同為變壓器，那么無論采用方案Ⅰ還是方案Ⅱ，變電站均會全部停電。若檢修元件與故障元件為不同類型，即1回線路檢修、1臺變壓器故障或1臺變壓器檢修、1回線路故障，那么圖1或圖2中另1回線路和另1臺變壓器仍可以正常運行。

(3)任一斷路器拒動。圖1中，當串中斷路器拒動時，2臺邊斷路器跳開，另1串中的1線1變仍可正常運行;當線路元件(或變壓器元件)的邊斷路器拒動時，其余1線2變(或2線1變)能正常運行。圖2中，當完整串內的中斷路器拒動時，2個不完整串中的1線1變能保持正常運行;當不完整串內的1臺斷路器拒動時，其余1線2變或2線1變能正常運行。

(4)單母線故障。采用方案Ⅰ或Ⅱ，在單母線故障情況下，4個元件均可保持正常運行。

(5)1條母線檢修，另1條母線故障。變電站同時失去2條母線是概率極低的嚴重故障。若采用方案Ⅰ時失去2條母線，通過中斷斷路器聯絡，仍可以保持2個獨立的線－變組回路運行;若采用方案Ⅱ時失去2條母線，通過中斷斷路器聯絡，則只能保持1個線－變組回路運行。

綜上，方案Ⅰ與Ⅱ的供電可靠性基本相當。特別是在失去雙母線的極端故障情況下，方案Ⅰ的供電可靠性甚至高于方案Ⅱ。因此，實際工程若滿足前述的條件，那么變電站初期4個元件采用方案Ⅰ也是可行的。該方案一般適合送端變電站或終端變電站，因為這些變電站易滿足上述前提條件。當然，變電站初期的接線形式還要根據總平面布置、出線條件以及后期擴建情況綜合權衡才能確定最優方案。

2 關于一個半斷路器接線在失掉雙母情況下仍要保持關鍵聯絡通道的探討

2006年7月1日，華中電網發生了500kV變電站失掉雙母線后引發的系列連鎖故障［10］，最終導致了大停電事故。對于一個半斷路器接線來說，問題的實質是要保證關鍵的聯絡線配在同1個完整串中，但實際工程中配串方案往往受限于線路出線條件、潮流分布、電氣布置等因素，能否兼顧關鍵聯絡通道問題要具體工程具體分析。

常規配串方式無法將關鍵聯絡線順暢地配在同一串時，解決辦法一般有2種:方法Ⅰ，站內采用氣體絕緣母線(gas insulated bus，GIB)實現;方法Ⅱ，站外通過線路轉接。這2種方法雖然都不增加斷路器數量，但是代價往往都很大。

方法Ⅰ的優點是保持出線順序不變，不影響線路的設計方案;缺點是站內增加橫跨的GIB母線，需要額外增加投資，配電裝置的縱向尺寸也可能會增加，同時橫跨GIS母線使布置上不夠清晰，給運行和檢修帶來不便。

方法Ⅱ的優點是保持站內設計方案不變，布置清晰;缺點是遠期線路要改接，需要增加線路鐵塔和額外投資，特別是若線路帶有高抗，還存在高抗回路搬遷的問題，線路改接、拆除工作量較大。

3 關于高抗回路隔離開關設置的探討

高抗一般用于330kV及以上電壓等級的線路中。關于高抗回路的接線設計，DL/T 5218—2005《220kV～500kV變電所設計技術規程》和DL/T 5014—1992《330～500kV變電所無功補償裝置設計技術規定》作了相應規定，但均只對高抗回路裝設斷路器或負荷開關的條件進行了說明，而對是否裝設隔離開關未明確提及。

目前，實際工程中330、500和750kV線路的高抗回路大多按裝設隔離開關考慮。受限于系統運行方式和設備制造能力，2009年初投運的晉東南—南陽—荊門特高壓示范工程中1000kV線路高抗回路取消了隔離開關，后續的特高壓工程設計中延續了這一做法。

國內有些超高壓線路在高抗停運期間仍可保持運行［11］，在此情況下，高抗回路裝設隔離開關可以更好地適應系統要求。但是，由于隔離開關不具備投切高抗的能力，因此高抗必須在線路停電后才能通過打開隔離開關實現退出，2種運行方式之間的切換需要短暫停電。若高抗回路不裝設隔離開關，要實現高抗退出線路仍保持運行，需要在線路停電后拆除高抗與線路之間的引線，這樣運行工作量和停電時間相應會增加。

綜上，高抗回路是否裝設隔離開關應根據系統運行方式確定。當系統要求高抗與線路必須“捆綁”運行時，高抗回路可以不裝設隔離開關，否則應裝設隔離開關。

4 關于高抗回路取消接地開關的探討

高抗回路設置接地開關的目的，主要是保證高抗檢修時工作人員的安全。接地開關在高抗正常運行時處于打開狀態，僅在檢修時才會閉合，因此接地開關不是經常性接入電網的設備，大部分時間其處于閑置狀態。

在國內開展特高壓項目研究過程中，有學者和工程人員對1000kV高抗回路取消接地開關進行了分析，得出:在利用線路側接地開關接地，并配合高抗側掛接地線的方式保證檢修安全的前提下，取消1000kV高抗回路接地開關是可行的。這樣，不僅簡化了高抗回路的接線方式，還可以壓縮配電裝置的縱向尺寸以減少占地面積，同時也提高了回路的抗震性能。但是，目前該方案實施的最大阻力來自運行部門，運行單位提出在特高壓工程中由于高抗回路管母線離地非常高，掛接地線的難度非常大，目前還缺乏有效的手段。

從變電站的發展歷程看，簡化接線應是發展趨勢之一。高抗回路的接地開關作為一個大部分時間處于閑置狀態的電氣設備，是最有可能被取消而由掛接地線來取代的。當然，目前掛接地線應用在超、特高壓工程中還有一定的困難，這需要廣大電力工作者和設備制造部門共同努力找到應對措施，如果能夠研發出新型的、簡便的移動式升降接地裝置來實現掛接地線功能，那么高抗回路取消接地開關必將成為現實。

5 結語

(1)在滿足一定條件下，一個半斷路器接線初期采用2個完整串時，其元件出口處可不加裝隔離開關。建議DL/T 5218—2005《220kV～500kV變電所設計技術規程》修訂時，將原相關條文“在一個半斷路器接線中，初期線路和變壓器為2完整串時出口處應裝設隔離開關”中的“應”改為“宜”。

(2)在設計一個半斷路器主接線的配串方案時，特別是對GIS變電站，建議不考慮同時失去雙母線這種小概率事件。

(3)高抗回路是否設置隔離開關應由系統運行方式確定。建議DL/T 5218—2005《220kV～500kV變電所設計技術規程》修訂時，將原相關條文改為“線路并聯電抗器回路不宜裝設斷路器，可根據線路并聯電抗器的運行方式確定是否裝設隔離開關”。

(4)取消高抗回路的接地開關依賴于檢修條件和設備情況，建議相關部門積極開展新型移動式升降接地裝置的研究，為簡化接線創造條件。

［1］DL/T 5218—2005 220kV～500kV變電所設計技術規程［S］.北京:中國電力出版社，2005.

［2］DL/T 5014—1992 330kV～500kV變電所無功補償裝置設計技術規定［S］.北京:中國電力出版社，1992.

［3］DL/T 5352—2006高壓配電裝置設計技術規程［S］.北京:中國電力出版社，2007.

［4］水利電力部西北電力設計院.電力工程電氣設計手冊:電氣一次部分［M］.北京:中國電力出版社，1989:45-72.

［5］劉振亞.國家電網公司輸變電工程通用設計［M］.北京:中國電力出版社，2011:25-49.

［6］褚農，衛銀忠，趙本林.建設初期500kV主接線可靠性分析論證［J］.電力建設，2004，25(3):21-25.

［7］鐘惠霞.南方電網500kV 3/2斷路器主接線的特殊運行方式［J］.電網技術，1995，19(5):3-39.

［8］陳尚發.大型發電廠電氣主接線優化方案的研究［J］.電力建設，2006，27(8):23-26.

［9］趙麗華，郭相國，高進強.1000kV電氣主接線設計［J］.電力建設，2010，31(4):13-16.

［10］周勇，陳震海.華中(河南)電網“7.1”事故分析與思考［J］.湖南電力，2008，28(3):28-30.

［11］劉曉瑞，彭開軍，高進強，等.1000kV特高壓變電站高抗回路隔離開關設置研究［J］.電網與水力發電進展，2007，23(8):14-17.