大容量330kV降壓變的需求及對(duì)電網(wǎng)的影響

摘 要：對(duì)大容量降壓變應(yīng)用后對(duì)電網(wǎng)引起的各種影響進(jìn)行了深入分析，如短路電流水平計(jì)算、短路阻抗選擇分析、無(wú)功補(bǔ)償研究分析、導(dǎo)線截面選擇研究等方面，為今后大容量降壓變選擇提供了技術(shù)依據(jù)，研究結(jié)論可以在今后類似工程中嘗試應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：西安電網(wǎng)；變電站；大容量降壓變；短路電流；無(wú)功補(bǔ)償

引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)發(fā)展和電力系統(tǒng)規(guī)模的迅速擴(kuò)大，電網(wǎng)建設(shè)與城市用地之間的矛盾日趨突出。負(fù)荷密集地區(qū)，如西安地區(qū)，甚至出現(xiàn)難以按規(guī)劃選擇變電站站址的情況。解決電網(wǎng)建設(shè)與城市用地之間矛盾的措施之一是采用大容量降壓變，增加單座變電站建設(shè)規(guī)模，以減少變電站座數(shù)。但單臺(tái)變壓器額定容量的增加和單座變電站建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，可能對(duì)供電安全性和可靠性以及上下級(jí)電網(wǎng)之間結(jié)構(gòu)及匹配方式產(chǎn)生影響[1]。

文章主要對(duì)500MVA/330kV大容量降壓變應(yīng)用及大容量變電站的建設(shè)可能存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，并提出對(duì)策和解決方案。重點(diǎn)從短路電流、短路阻抗、無(wú)功補(bǔ)償?shù)确矫孢M(jìn)行了分析計(jì)算，提出了西安電網(wǎng)500MVA/330kV大容量降壓變短路阻抗、無(wú)功補(bǔ)償、導(dǎo)線截面等參數(shù)的推薦意見(jiàn)。

1 大容量330kV變壓器容量的需求

近年來(lái)，陜西電網(wǎng)330kV變電站布點(diǎn)較為困難，尤其是西安地區(qū)。有的330kV變電站選站工作持續(xù)多年，使得原有規(guī)劃變電站工程進(jìn)度嚴(yán)重滯后。在工程前期論證階段，多方專家提出了突破現(xiàn)有330kV變電站規(guī)模的方案。近兩年的330kV變電站工程中，提出了330kV變電站采用4×360MVA主變，或采用3×500MVA主變的方案。以下從主變壓器臺(tái)數(shù)和容量、參數(shù)要求等多方面具體比較4×360MVA主變和3×500MVA主變的優(yōu)缺點(diǎn)。

假定根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)及電力平衡結(jié)果，擬建的新變電站投運(yùn)時(shí)負(fù)荷為280MW，投運(yùn)中期預(yù)測(cè)值為470MW，根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)的水平，提出兩種主變配比方案，方案一：本期主變?nèi)萘繛?×500MVA，遠(yuǎn)期主變?nèi)萘繛?×500MVA；方案二：本期主變?nèi)萘繛?×360MVA，遠(yuǎn)期主變?nèi)萘繛?×360MVA。

（1）供電容量及可靠性比較。以上兩個(gè)方案的本遠(yuǎn)期規(guī)模比較，方案一的優(yōu)勢(shì)在本期N-1的方式下優(yōu)于方案二，方案二的優(yōu)勢(shì)在于遠(yuǎn)期N-2的情況下供電能力優(yōu)于方案一。結(jié)合目前西安電網(wǎng)實(shí)際情況，變電站站址都比較緊張，如果按遠(yuǎn)期4×360MVA主變規(guī)模考慮變電站布置，實(shí)施難度較大，因此選擇單臺(tái)主變?nèi)萘枯^大的方案具有供電能力強(qiáng)、占地面積小的優(yōu)點(diǎn)。

（2）損耗比較。從兩種主變配比的遠(yuǎn)期方案來(lái)看，方案一遠(yuǎn)期為3×500MVA，方案二遠(yuǎn)期為4×360MVA。從兩種主變配比方案的損耗比較來(lái)看，方案一比方案二每年節(jié)省電量為227.7萬(wàn)kW/h，方案一較優(yōu)。

（3）綜合比較結(jié)果。從可靠性來(lái)說(shuō)，4×360MVA優(yōu)于3×500MVA，但西安電網(wǎng)特別是用地緊張的地區(qū)330kV變電站落點(diǎn)較難，大容量降壓變的應(yīng)用，為節(jié)省變電站占地面積，解決大容量、高密度輸變電的問(wèn)題提供一個(gè)有效、可行的解決方案。故陜西330kV變電站整體容量有增大的趨勢(shì)，規(guī)劃變電站會(huì)采用4×360MVA主變，但在用地特別緊張地區(qū)如西安城區(qū)會(huì)采用3×500MVA主變。

2 大容量降壓變的應(yīng)用對(duì)電網(wǎng)的影響

2.1 大容量降壓變對(duì)短路阻抗的影響

2.2 大容量降壓變對(duì)短路電流的影響

2.2.1 不同容量變壓器低壓側(cè)短路電流比較

330kV變電站多臺(tái)變壓器運(yùn)行時(shí)，各臺(tái)變壓器的低壓側(cè)母線（35kV母線）是獨(dú)立的。變壓器容量不同，但高壓側(cè)、中壓側(cè)、低壓側(cè)之間阻抗電壓差別不大（均歸算到變壓器高壓繞組容量）。

結(jié)合陜西電網(wǎng)實(shí)際情況，按照330kV變電站主變高壓側(cè)開斷電流為50kA來(lái)校核35kV短路電流水平。通過(guò)計(jì)算可以看出，在相同的系統(tǒng)短路水平下，500MVA的變壓器與360MVA、240MVA變壓器比較，35kV母線短路電流分別增大8kA、14kA。

2.2.2 不同容量變壓器中壓側(cè)短路電流比較

變壓器中壓側(cè)短路電流增大的原因從各區(qū)域電網(wǎng)規(guī)劃看，負(fù)荷中心110kV電網(wǎng)的負(fù)荷主要由330kV電網(wǎng)供電，由于330kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)緊密，各地市110kV電網(wǎng)分網(wǎng)運(yùn)行，110kV電網(wǎng)功能發(fā)生變化，逐步由輸電轉(zhuǎn)化為配電，因此，330kV變電站中壓側(cè)（110kV母線）的短路電流主要受330kV電網(wǎng)短路水平所控制。以下分析330kV變電站采用不同容量變壓器對(duì)中壓側(cè)短路電流影響。

通過(guò)計(jì)算可知，在相同的系統(tǒng)短路水平下，3臺(tái)500MVA的變壓器（U1-2=10.5%、U1-3=26%、U2-3=12.5%），中壓側(cè)短路電流為48.5kA，與3臺(tái)360MVA、3臺(tái)240MVA比較，短路電流分別大了10kA、20kA。其原因是變壓器總?cè)萘坎煌儔浩鞯戎底杩瓜嗤萘看笞杩剐。搪冯娏鞔蟆?/p>

2.2.3 總?cè)萘肯嗤儔浩髦袎簜?cè)短路電流比較

當(dāng)變電站變壓器總?cè)萘肯嗤_(tái)數(shù)不同，則短路電流無(wú)數(shù)量級(jí)差別（例如3臺(tái)500MVA、4臺(tái)360MVA、6臺(tái)240MVA）。在相同的系統(tǒng)短路水平下，330kV變電站中壓側(cè)短路電流增大的原因不是變壓器單臺(tái)容量增大，而是變電站變壓器的總?cè)萘康脑龃蟆?/p>

3 大容量降壓變短路阻抗的選擇

選擇短路阻抗要兼顧短路電流水平和制造成本，在滿足短路電流水平的條件下，應(yīng)盡量取小一些的阻抗電壓。各側(cè)阻抗值的選擇必須從電力系統(tǒng)穩(wěn)定、潮流方向、無(wú)功分配、繼電保護(hù)、短路電流、系統(tǒng)內(nèi)的調(diào)壓手段和并聯(lián)運(yùn)行等各方面進(jìn)行綜合考慮，并以對(duì)工程起決定性作用的因素確定[2]。

500MVA變壓器的阻抗需綜合以下各方面考慮：（1）提高變壓器容量后，為了不增大短路電流，可以提高變壓器的阻抗。（2）變壓器的阻抗提高后，無(wú)功損耗的增幅。（3）對(duì)于某些變壓器廠，變壓器阻抗超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，常規(guī)單柱式結(jié)構(gòu)將存在困難，需采用雙柱帶旁柱的鐵心結(jié)構(gòu)，造價(jià)和損耗均會(huì)大幅增加。綜上所述，提高變壓器的高-中阻抗電壓，固然可以降低短路電流，但在提高到一定幅度后，會(huì)給變壓器的結(jié)構(gòu)、造價(jià)、電能損耗、無(wú)功損耗、電網(wǎng)運(yùn)行費(fèi)用等帶來(lái)更大幅度的增長(zhǎng)。因此，變壓器阻抗電壓的確定，應(yīng)綜合各方面因素，兼顧考慮。（4）通過(guò)“不同容量變壓器中壓側(cè)短路電流比較”分析看出，常規(guī)阻抗的3×360MVA主變或2×500MVA變壓器并列時(shí)，中壓側(cè)短路電流已經(jīng)接近110kV斷路器的開斷容量，故應(yīng)采用高阻抗變壓器，因此對(duì)于阻抗值進(jìn)行了分析計(jì)算。

通過(guò)分析計(jì)算可知，3×500MVA主變并列運(yùn)行時(shí)，綜合考慮系統(tǒng)穩(wěn)定條件、現(xiàn)有和規(guī)劃的330kV變電站的330kV設(shè)備的開斷電流、限制系統(tǒng)短路水平、設(shè)備制造能力和變壓器自身的經(jīng)濟(jì)性， 500MVA/330kV主變建議采用高阻抗變壓器，短路阻抗值按以下數(shù)值考慮：U1-2=16%、U1-3=40%、U2-3=20%。

4 大容量降壓變對(duì)母線通流容量的影響

330kV變電站110kV母線通過(guò)功率大小主要取決于變壓器進(jìn)線功率大小， 即取決于單臺(tái)變壓器容量大小，也取決于出線回路是否有輸入功率（系統(tǒng)電源線），同時(shí)與進(jìn)出線排列和運(yùn)行方式有關(guān)。如果采用500MVA的變壓器，110kV母線通過(guò)功率至少采用500MVA，母線電流近3000A。目前陜西大容量降壓變應(yīng)用的地區(qū)主要是西安電網(wǎng)，不再考慮系統(tǒng)電源線路。因此110kV配電裝置不論是采用常規(guī)形式還是HGIS，亦或是GIS型式，結(jié)合廠家的制造能力，主要設(shè)備的選擇都不會(huì)成為主要矛盾。

5 大容量降壓變對(duì)無(wú)功配置的影響

在目前完成和開展前期工作的工程中，應(yīng)用了500MVA主變的工程主要分布在西安城市電網(wǎng)，故在近幾年甚至相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間的，500MVA大容量降壓變會(huì)應(yīng)用在城市電網(wǎng)。而目前城市電網(wǎng)的發(fā)展，110kV采用了電纜線路，這樣與常規(guī)的330kV變電站相比，低壓側(cè)的無(wú)功補(bǔ)償有了很大的變化。因此，我們對(duì)低壓無(wú)功補(bǔ)償進(jìn)行了分析。

5.1 低壓電容器的配置

電力系統(tǒng)配置的無(wú)功補(bǔ)償裝置應(yīng)能保證在系統(tǒng)有功負(fù)荷高峰和負(fù)荷低谷運(yùn)行方式下，分（電壓）層和分（供電）區(qū)的無(wú)功平衡；無(wú)功補(bǔ)償配置應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)情況，實(shí)施分散就地補(bǔ)償與變電站集中補(bǔ)償相結(jié)合，電網(wǎng)補(bǔ)償和用戶補(bǔ)償相結(jié)合，高壓補(bǔ)償與低壓補(bǔ)償相結(jié)合，滿足降損和調(diào)壓的需要。500（330）kV變電站，容性無(wú)功補(bǔ)償容量應(yīng)按照主變壓器容量的10%～20%配置，或經(jīng)計(jì)算后確定。

主變損耗校驗(yàn)

（1）經(jīng)驗(yàn)值校驗(yàn)

（2）綜合程序計(jì)算

某330kV變本期裝設(shè)2臺(tái)500MVA主變，按照主變負(fù)載率為65%考慮，主變110kV母線側(cè)最大負(fù)荷約為585MW，功率因數(shù)0.9計(jì)算，每臺(tái)主變的無(wú)功損耗86Mvar。按照主變負(fù)載率為80%考慮，主變110kV母線側(cè)最大負(fù)荷約為720MW，功率因數(shù)0.9計(jì)算，每臺(tái)主變的無(wú)功損耗140Mvar。

建議每臺(tái)主變低壓側(cè)裝設(shè)電容器容量本期為1×（30～40）Mvar，遠(yuǎn)期為2×（30～40）Mvar，比典型性設(shè)計(jì)中的電容器減少了組數(shù)。

5.2 低壓電抗器

高低壓并聯(lián)電抗器的配置需要結(jié)合具體的330kV出線規(guī)模，線路長(zhǎng)度和110kV出線規(guī)模，線路長(zhǎng)度等，每個(gè)變電站的配置方案不盡相同。例如城南330kV變電站，本期為1×45Mvar，遠(yuǎn)期為2×45Mvar電抗器。

6 導(dǎo)線截面的校核和選取

對(duì)于500MVA/330kV變電站，330kV電源進(jìn)線方案較多，至少2回進(jìn)線，對(duì)于3回進(jìn)線以上的方案，330kV線路選擇壓力不大，但對(duì)于2回進(jìn)線考慮N-1方式時(shí)，邊界條件較為苛刻，故文章僅對(duì)2回進(jìn)線，末端站進(jìn)行分析，其他形式的進(jìn)線方式，在工程中可具體研究分析。

330kV導(dǎo)線截面采用雙回2×LGJ-300導(dǎo)線或者單回4×LGJ-300導(dǎo)線。2×500MVA時(shí)，電纜考慮2500mm2；3×500MVA時(shí)，暫考慮2×（1000～1200）mm2并列運(yùn)行。

7 110kV送出規(guī)模和導(dǎo)線截面

考慮500MVA主變主要應(yīng)用于城市電網(wǎng)，負(fù)荷密集區(qū)單回送出線路容量較大，且總回路數(shù)不應(yīng)太多，綜合考慮3×500MVA變電站110kV出線最終規(guī)模為22回。

雙回鏈?zhǔn)浇泳€示意圖如下：

（1）雙回鏈?zhǔn)浇泳€，3座110kV變電站主變規(guī)模均為3×50MVA，架空線路采用LGJ-2×400，電纜1000mm2。

（2）雙回鏈?zhǔn)浇泳€，3座110kV變電站，其中1座（3×50MVA）、2座規(guī)劃變（2×50MVA）架空線路采用LGJ-2×240，電纜800mm2。

（3）雙回鏈?zhǔn)浇泳€，2座110kV變電站主變規(guī)模均為3×50MVA，架空線路采用LGJ-2×240，電纜630-800mm2。

（4）雙回鏈?zhǔn)浇泳€2座110kV主變規(guī)模，其中1座（3×50MVA）、1座規(guī)劃變（2×50MVA），架空線路采用LGJ-2×240，電纜630mm2。

8 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，大容量變電站的建設(shè)更適應(yīng)主變?nèi)萘看笮突l(fā)展的趨勢(shì)，它將節(jié)約大量站址資源和線路通道資源，更能滿足電網(wǎng)建設(shè)可持續(xù)發(fā)展要求。

考慮電網(wǎng)的現(xiàn)狀及將來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，為解決西安等負(fù)荷密集地區(qū)用電需求增長(zhǎng)與變電站建設(shè)用地缺乏的矛盾，陜西電網(wǎng)將出現(xiàn)多個(gè)配置330kV、500MVA 變壓器的變電站。西安城區(qū)變電站將采用大容量降壓變是大勢(shì)所趨，是陜西大容量變電站應(yīng)用的前沿陣地。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：黃媛芳（1983-），女，碩士，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)規(guī)劃。

王艷（1979-），女，工程師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)規(guī)劃。