南水北調中線35kV超長輸電線路節能與安全改造

楊鐵樹

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

南水北調中線總干渠全長1276.557km，一期工程年調水量95億m3。為滿足南水北調中線工程各用電負荷安全、可靠供電需要，在總干渠沿線建設一條35kV輸電線路供電專網，由35kV中心開關站、35kV輸電線路、各負荷點降壓變電站組成。中心開關站從所在地區的電力系統中引1~2回35kV電源，再由此引出2回35kV線路分別向總干渠的上下游兩側輻射，并在干渠負荷點處設35kV/0.4kV降壓變電站。南水北調中線工程共設35kV中心開關站13座，35kV輸電線路長1000km，35kV/0.4kV降壓變電站309座。35kV輸電線路（北沙河—唐河中心開關站區段）單鏈供電方式，在線路中間位置設有分段開關，正常運行時，分段開關處于“斷開”位置，兩中心開關站分別以輻射供電方式向各分段負荷點供電；當35kV輸電線路發生故障或中心開關站失去系統電源時，通過切除線路故障點，閉合分段開關等一系列的故障隔離、網絡重構、負荷轉移等倒閘操作，實現兩中心開關站間各負荷點供電的互為備用。

1 35kV輸電線路節能與安全改造的必要性

1.1 輸電線路節能改造（無功補償）

35kV輸電線路投運后，由于北沙河中心開關站的功率因數低至0.1左右，每月需向供電部門補交無功罰款額達10多萬元。這是由于35kV線路距離超長，又處于輕載運行狀態，并在交叉跨越處 （如穿越公路、鐵路、道橋、電力線及通信線等處）多以電纜穿越，導致大量使用電纜，造成35kV輸電線路對地及相間容性無功偏大，功率因數偏低；線路末端電壓偏高，遇到空載線路跳閘引起的操作過電壓時，對電氣設備安全造成威脅；開關設備熄弧困難，引起電弧重燃，特別是當發生單相接地故障時，潛供電流過大，電弧不易熄滅，引起故障擴大，故急需對35kV輸電線路實施節能改造（無功補償）。

1.2 輸電線路安全改造（線路調壓）

35kV輸電線路運行中，實測唐河中心開關站電源進線電壓達38.5kV，再加上線路末端受到容性效應疊加的影響，電壓超出額定電壓的10%，嚴重威脅電氣設備安全，造成35kV電纜終端頭及中間接頭擊穿，電氣設備加速絕緣老化，降低使用壽命；變壓器空載損耗增大；負荷站并聯電容器等無功補償設備不能投運（電容器長期過壓不得超過10%），降低經濟效益等，故急需對35kV輸電線路實施安全改造（線路調壓）。

2 北沙河中心開關站區段節能改造（無功補償）

35kV輸電線路北沙河中心開關站通過午河渡槽分段開關站和永安村分段開關站分別與南大郭中心站和唐河中心站構成單鏈供電方式。北沙河中心開關站由元氏泉村110kV變電站取得電源。正常情況下，北沙河中心開關站供電范圍為午河渡槽分段開關站至永安村分段開關站，35kV專用輸電線路全長101.35km，其中架空線路長78.98km，地埋電纜長22.37km。

2.1 北沙河中心開站區段無功補償平衡計算

35kV輸電線路無功平衡計算是要使系統的無功電源發出功率與無功負荷及網絡中的無功損耗相平衡。

（1）單位長度電纜容性無功計算。

Qc=3×Ux2/Xc=3×（35/1.732）2/19301≈65kVar/km式中 Xc為單相電纜容抗（Ω）；Xc=1/（ω×C0×L）=1/（314×0.165×10-6×1）=19301Ω/km；C0為交聯聚乙烯電力電纜YJV22-26/35kV-3×120mm2電容參數值（μf/km），取0.165μf/km；Ux為交聯聚乙烯電力電纜線路額定相電壓（kV），取35/1.732kV。

（2）單位長度架空線路容性無功計算。

Qc=3×Ux2/Xc=3×（35/1.732）2/408821≈3kVar/km式中 Xc為單相架空線容抗 （Ω），Xc=1/（ω×C0×L）=1/（314×0.00779×10-6×1）=408821Ω/km；C0為架空鋼芯鋁絞線LGJ-35kV-120/20mm2電容參數值（μf/km），取0.00779μf/km；Ux為架空線路額定相電壓 （kV），取35/1.732kV。

（3）各降壓變壓器的感性無功按降壓變壓器容量5%計算。

（4）并聯補償電抗器容量按35kV無功計算值80%選擇，SVG無功補償裝置容量按35kV無功計算值100%選擇。

（5）北沙河中心開關站的SVG無功補償裝置，在正常情況下擔負午河渡槽至南新城段的無功補償，在事故情況下延伸至永安村段提供無功補償。

無功平衡計算成果如表1。

表1 北沙河中心站區段無功平衡計算成果

2.2 北沙河中心開站區段無功補償配置方案

2.2.1 采用變電站集中補償和分散就地補償相結合

SVG動態雙向連續補償和并聯電抗器單向分級補償相結合，35kV電網高壓補償和各負荷站點低壓補償相結合的方式。在北沙河中心開關站設置SVG集中無功補償裝置，在南新城分水閘站設置35kV電抗器分散補償裝置，在各負荷點降壓變站0.4kV側裝設用戶低壓無功補償裝置，從系統角度綜合配置無功補償裝置，避免35kV輸電線路遠距離輸送無功，避免各負荷點降壓變壓器穿越無功，避免中心開關站向電網反送無功或吸收無功，保證系統功率因數提高至0.95以上。

2.2.2 SVG集中補償

由1臺35kV高壓開關柜和1臺箱式SVG無功補償裝置組成。箱式SVG無功補償裝置內配置1臺35/10kV變壓器和1臺SVG靜止型動態無功補償裝置。2.2.3 南新城分水閘站35kV電抗器分散補償

由箱體、干式并聯電抗器、溫濕度控制裝置、保護和控制裝置、母線及電纜頭等組成如圖1。

圖1 南新城分水閘站電抗器分散補償接線

3 唐河中心開關站安全改造（線路調壓）

唐河中心開關站供電電源引自所在地區電力系統中的撥茄110kV變電站，電源引接距離11km，架設1回專用35kV電源線路接至中心開關站的母線上。因撥茄110kV變電站輸送的35kV電源電壓等級偏高，達38.5kV，僅通過調節各負荷點降壓變壓器分接頭并配置無功補償裝置進行電壓調節，但效果欠佳。

3.1 增設調壓器配置

在唐河中心開關站電源進線側增設線路調壓器，其變比為38.5±3×2.5%/35kV，經線路調壓變壓器將38.5kV電源電壓降至35kV后向各負荷點供電。35kV箱式調壓器由總進線柜、PT柜、變壓器進線柜及線路調壓器組成如圖2。

圖2 唐河中心開關站線路調壓器接線

3.2 線路調壓器容量選擇

線路調壓器串接于唐河中心開關站電源進線端，其容量選擇取決于唐河中心開關站的供電能力，即正常負荷供電容量（2235kW）、事故情況供電容量（5280kW，北沙河中心站故障時，唐河中心站延伸供電范圍——自永安村至北沙河），由于正常負荷供電容量與事故情況供電容量相差較大，如果按事故情況供電容量選擇線路調壓器，則會造成調壓器平時容量閑置，空載損耗加大；按正常負荷供電容量選擇調壓器，雖然不能滿足事故情況下的全部供電容量需求，但由于供電時間較短，且事故情況下只需滿足一類、二類重要用電負荷供電即可（僅包括節制閘、事故閘、監控系統、事故照明系統等用電負荷），故線路調壓器容量按正常負荷供電容量選擇，Se=3150kVA，計算成果如表2。

表2 唐河中心站增設線路調壓器容量計算成果

4 結語

（1）35kV輸電線路節能與安全改造設計對北沙河中心開關站區段采用無功平衡綜合補償技術，系統功率因數提高0.95以上，避免了大額罰款。

（2）采用唐河中心開關站增設線路調壓器，并優化其容量選擇設計，保證了各負荷點處的運行電壓小于GB12325—2008電能質量供電電壓允許偏差規定值，避免了設備過電壓，延長了設備使用壽命。

［1］Q/GDW212—2008，電力系統無功補償配置技術原則［S］.

［2］DL/T5729—2016，配電網規劃設計技術導則［S］.

［3］DL/T5249—2009，電力系統設計技術規程［S］.

［4］GB50060—2008，3～110kV高壓配電裝置設計規范［S］.

［5］GB 50052—2009，供配電系統設計規范［S］.

［6］GB 50062—2008，電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規范［S］.

［7］GB 50059—2011，35～110kV變電所設計規范［S］.

［8］DL/T5242—2010，35～220kV變電站無功補償裝置設計技術規定［S］.

［9］河北省水利水電勘測設計研究院.南水北調中線京石段應急供水工程（石家莊至北拒馬河段）可行性研究報告［R］.2003.

［10］長江勘測規劃設計研究院有限責任公司.南水北調中線一期工程總干渠沿渠35kV供電系統無功補償設計方案報告［R］.2015.

［11］河北省水利水電勘測設計研究院.南水北調中線一期工程總干渠邢石段35kV供電系統無功補償設計方案［R］.2015.

［12］河北省水利水電勘測設計研究院.南水北調中線唐河中心站供電段降壓設計方案［R］.2016.