35kV電網(wǎng)工程設(shè)計(jì)誤區(qū)

蔣志敏，謝榮怡

1.廣西鑫盟工程咨詢有限公司，廣西南寧 530022

2.廣西西江開發(fā)投資集團(tuán)有限公司，廣西南寧 530022

自2012 年2 月29 日，廣西壯族自治區(qū)人民政府辦公廳印發(fā)《實(shí)施新一輪農(nóng)村電網(wǎng)改造升級工程工作方案》后，區(qū)內(nèi)各地掀起新一輪農(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)高潮。

目前廣西農(nóng)網(wǎng)改造工程承貸建設(shè)主體有兩家，分別是廣西電網(wǎng)公司和廣西水利電業(yè)集團(tuán)有限公司。本期廣西電網(wǎng)公司所轄有農(nóng)網(wǎng)改造任務(wù)的縣（市、區(qū)）共44 個，農(nóng)村人口2588 萬；廣西水利電業(yè)集團(tuán)有限公司所轄有農(nóng)網(wǎng)改造任務(wù)的縣（市、區(qū)）共43 個，農(nóng)村人口1718 萬。本輪農(nóng)網(wǎng)改造升級工程中35kV變電站及線路工程所占投資份額相當(dāng)大，在各縣區(qū)電網(wǎng)中的作用更是舉足輕重。做好35kV 電網(wǎng)工程的建設(shè)工作，也是好好利用國家資金造福人民的大事。

1 系統(tǒng)部分

1.1 N-1 原則的應(yīng)用

“N-1 原則”在可行性研究報(bào)告中經(jīng)常出現(xiàn)，但不少設(shè)計(jì)人員對N-1 原則的定義并不了解，只是簡單的認(rèn)為是設(shè)計(jì)工程某一相鄰的線路或所設(shè)計(jì)變電站的某一設(shè)備斷開時，電網(wǎng)的運(yùn)行情況分析。這個理解是不全面的，根據(jù)《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則DL755－2001》所述，“正常運(yùn)行方式下的電力系統(tǒng)中任一元件(如線路、發(fā)電機(jī)、變壓器等)無故障或因故障斷開，電力系統(tǒng)應(yīng)能保持穩(wěn)定運(yùn)行和正常供電，其他元件不過負(fù)荷，電壓和頻率均在允許范圍內(nèi)。這通常稱為N－l 原則。”由此可見，應(yīng)用N-1 原則，應(yīng)是對聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的任一元件逐一斷開的情況分別進(jìn)行分析，才能夠全面考慮到電網(wǎng)安全穩(wěn)定性，合理選擇設(shè)備型號，避免在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)瓶頸。

1.2 “W”與“VA”的區(qū)分

在進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測、主變?nèi)萘窟x擇、潮流計(jì)算等過程中，“MW”、“kW”、“MVA”、“kVA”這些單位是較常見的。“MW”與“kW”是有功功率的單位，而“MVA”與“kVA”是視在功率的單位，根據(jù)計(jì)算公式：P = S cos ?（其中：P 為有功功率，S 為視在功率， cos? 是功率因數(shù)）可知，有功功率與視在功率有區(qū)別也有聯(lián)系。以額定容量為5 000kVA 的變壓器為例，當(dāng)變壓器的功率因數(shù)為0.9 時，變壓器通過的有功功率為4 500kW。因此，在負(fù)荷計(jì)算及變壓器容量選擇的過程中應(yīng)注意單位的換算，合理選擇變壓器容量。

1.3 單相接地故障電流的計(jì)算

35kV 電力系統(tǒng)為中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)，與110kV 及以上中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)最本質(zhì)的區(qū)別就是變壓器中性點(diǎn)是否直接接地。110kV 及以上電力系統(tǒng)中性點(diǎn)是直接接地的，當(dāng)在相應(yīng)電壓等級的網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生單相接地故障時，故障電流通常高達(dá)幾十千安，相關(guān)繼電保護(hù)會即時動作，切除故障設(shè)備。以桂林220kV 擋村變電站為例，10kV 側(cè)分列運(yùn)行方式下，220kV 母線側(cè)發(fā)生單相接地故障電流達(dá)24kA，110kV 母線側(cè)發(fā)生單相接地故障電流高達(dá)30kA。而35kV 電力系統(tǒng)是中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)，發(fā)生單相接地故障時，故障電流為接地線路對應(yīng)電壓等級電網(wǎng)的全部對地電容電流，常用計(jì)算如下：

1）單回路架空線路：IC=（2.7～3.3）UeL×10-3

其中：IC--架空線路電容電流(A)；

Ue-電壓(kV)；

L—架空線路長度(km)；

2.7—系數(shù)，適用無架空地線線路；

3.3—系數(shù)，適用有架空地線線路。

2）同桿雙回路：電容電流IC 為單回路的1.3～1.6 倍。

3）電纜線路：IC=0.1 UeL

以上三類聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行線路的電容電流之和就是單相接地故障電流，一般情況下不超過10A，否則需考慮裝設(shè)消弧線圈限制故障電流。非直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地短路故障，相關(guān)繼電保護(hù)發(fā)出信號報(bào)警，通常允許繼續(xù)運(yùn)行1～2 個小時。

一些35kV 線路及變電站工程設(shè)計(jì)中，單相接地故障電流計(jì)算值超過10A 甚至高達(dá)上千安的，需重新進(jìn)行核算。以免影響設(shè)備的正確選型。

1.4 消弧線圈的合理配置

與消弧線圈的配置關(guān)系最大的是對應(yīng)電壓等級的線路的長度，而目前電力系統(tǒng)中消弧線圈的配置基本是在有新建變電站的情況下，由負(fù)責(zé)該變電站可行性研究的設(shè)計(jì)方考慮，“十二五”電網(wǎng)規(guī)劃中也未提及此項(xiàng)內(nèi)容。因此，在35kV 電力系統(tǒng)出現(xiàn)較多35kV 線路（尤其是電纜線路）新建、改造工程，而沒有新增消弧線圈補(bǔ)償?shù)那闆r下，35kV 線路投運(yùn)前，啟動試運(yùn)行方案應(yīng)充分考慮消弧線圈的合理補(bǔ)償，避免出現(xiàn)全補(bǔ)償。若補(bǔ)償容量不足，可考慮采用欠補(bǔ)償運(yùn)行方式，但長期運(yùn)行是有相當(dāng)?shù)奈ｋU(xiǎn)性的，對應(yīng)消弧線圈電壓等線的長線路或多條線路跳閘都可能導(dǎo)致全補(bǔ)償，危害電網(wǎng)的安全運(yùn)行。建議在電網(wǎng)規(guī)劃中，特別是35kV 電網(wǎng)應(yīng)考慮消弧線圈的影響。

2 變電站部分

2.1 低頻低壓減載

低頻減載的作用就是在電網(wǎng)受到較大擾動，發(fā)供功率嚴(yán)重不平衡時切除部分負(fù)荷；低壓減載則是在電網(wǎng)電壓過低情況下解列部分網(wǎng)區(qū)，低頻低壓減載維持主網(wǎng)架的安全運(yùn)行。目前變電站常配置的低頻減載與低壓減載功能是集成在同一個低頻低壓減載裝置中實(shí)現(xiàn)。1998 年興起的一期農(nóng)網(wǎng)改造工程，受資金的制約，當(dāng)時建成投產(chǎn)的35kV 變電站設(shè)備較為簡陋，已經(jīng)不適應(yīng)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。隨著電網(wǎng)架構(gòu)不斷完善，對電網(wǎng)供電可靠性的要求也越來越高，尤其是35kV 的樞紐變電站，配置低頻低壓減載裝置對提高地方電網(wǎng)的可靠性意義較大。在電網(wǎng)不穩(wěn)定情況下，切除部分負(fù)荷或網(wǎng)區(qū)，保障主要網(wǎng)架的正常運(yùn)行，避免出現(xiàn)長時間大面積停電對社會的穩(wěn)定造成的負(fù)面影響。對于35kV 終端變電站，無重要供電負(fù)荷的就沒有必要配置低頻低壓減載裝置。同時也建議地調(diào)對縣級電網(wǎng)低頻低壓減載裝置進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，在制訂年度低頻減載方案及低壓減載方案時一并考慮。

2.2 小電流接地選線用的零序電流互感器

35kV 變電站常配置小電流接地選線裝置，對系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障的線路及時報(bào)警或切除故障。不少設(shè)計(jì)人員對小電流接地選線的用的零序電流互感器配置及容量選擇還不是很清楚。小電流接地選線用的零序電流互感器的作用是采集監(jiān)控點(diǎn)零序電流，出現(xiàn)單相接線故障時，零序電流達(dá)到整定值就報(bào)警或跳閘。因此，極有可能出現(xiàn)單相接地故障的出線都應(yīng)當(dāng)配置零序互感器，僅在線路出線配置是不全面的，像電容器、站用變等需經(jīng)較長的電纜接入開關(guān)柜的，也應(yīng)配置零序互感器。根據(jù)多年經(jīng)驗(yàn)，二次電流為5A 時，小電流接地選線用的零序電流互感器容量選用5VA；二次電流為1A 時，小電流接地選線用的零序電流互感器容量選用2.5VA。

3 線路部分

通信光纜的危險(xiǎn)影響計(jì)算：

隨著電網(wǎng)的不斷升級完善，對網(wǎng)內(nèi)通信的要求也越來越高，光纖通信越來越多的在35kV 網(wǎng)架中應(yīng)用。與110kV 及以上線路一樣，通常光纜也是沿35kV 電力線路同桿架設(shè)，掛于桿塔的一側(cè)地線支架。對通信光纜選型時，必須考慮送電線路的影響，對通信線路進(jìn)行危險(xiǎn)影響計(jì)算。

中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，對通信光纜進(jìn)行危險(xiǎn)性計(jì)算所采用的不平衡電流為單相接地故障電流。由前面系統(tǒng)部分里單相接地電流的計(jì)算可知，中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)單相接地故障電流高達(dá)幾十千安，與送電線路同塔架設(shè)的通信光纜上感應(yīng)的縱電動勢成正比，單相接線故障電流越大，光纜上感應(yīng)的縱電動勢就越大，危險(xiǎn)性也越大。

而35kV 系統(tǒng)為中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)，對35kV 線路同塔架設(shè)的通信光纜進(jìn)行危險(xiǎn)影響計(jì)算時，采用單相接地故障電流是錯誤的。在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，對通信光纜影響最大的，是送電線路兩相在不同地點(diǎn)同時接地短路時產(chǎn)生的不平衡電流，通常可達(dá)幾千安。目前很多短路電流的計(jì)算軟件尚未能對35kV 系統(tǒng)中送電線路兩相在不同地點(diǎn)同時接地短路這一故障進(jìn)行直接計(jì)算，還需根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際接線方式進(jìn)行分析，作出阻抗圖后計(jì)算。

4 結(jié)論

在國家政策的推動下，農(nóng)網(wǎng)建設(shè)蓬勃發(fā)展，大大小小的設(shè)計(jì)公司如雨后春筍般涌現(xiàn)，設(shè)計(jì)隊(duì)伍是良莠不齊。廣西農(nóng)網(wǎng)改造工程承貸建設(shè)主體應(yīng)嚴(yán)格把好審查關(guān)，各設(shè)計(jì)單位也應(yīng)不斷的在工作中進(jìn)行總結(jié)，提高設(shè)計(jì)水平，造福于民。

[1]電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊（電氣一次部分）.北京：中國電力出版社，1996.

[2]電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊（電氣二次部分）.北京：中國電力出版社，1996.

[3]電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊（第二版）.北京：中國電力出版社，1996.

[4]電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則DL755－2001.北京：中國電力出版社，2001.