大型變壓器備用相快速切換系統的應用

國網寧夏電力有限公司檢修公司 王宏麗

一、概述

隨著國民經濟的發展，用電量隨之增大，加之我國能源分布與經濟中心分布嚴重不對稱，只能依靠不斷提高變壓器電壓等級和容量來解決上述突出問題。隨著變壓器電壓等級、容量的不斷提升，為提高大型變壓器的輸電容量和設備運輸便利性，一般采用單相變壓器，并就近配置備用相，以便在大型變壓器某相發生故障需進行停電檢修或返廠檢修時，使用備用相替換故障相變壓器運行，可大大減少變壓器停運時間，提高供電可靠性、減少用戶停電或減負荷的時間。

二、現場存在問題

按照固定接線方式，由于三相變壓器不能非全相運行，一旦在運變壓器的某一相發生故障后，三臺主變均停運，只能采用人工加機械的方式先將故障變壓器移出原位、再將變壓器備用相移出后推入故障相的位置，再進行一次引線安裝、二次設備接入及輔助冷卻器控制回路和電源回路的重新接線等工作，導致主變壓器停運至少15天，大大降低了電力系統的安全穩定性、增加了用戶停電或減負荷的時間。為解決以上問題，運維人員提出變壓器備用相與故障相之間的快速切換方法，可大大縮短變壓器停電時間，減少對電力系統和用戶的影響，提升供電可靠性及經濟性。

三、采取的措施

1.方法提出

本課題采用了一種變壓器備用相快速切換系統，在原有變壓器備用相的基礎上，增加一定的基礎設備，并將二次回路、動力回路及在線監測設備直接接入原二次裝置中以形成變壓器備用相快速切換系統，實現了單相變壓器故障時縮短變壓器停電時間的目的。

變壓器備用相快速切換系統，是基于變壓器備用相增加支柱絕緣子、構架，并將二次信號、在線監測裝置接入現有保護及監測裝置中實現的，其一次和二次部分原理分別如圖1、圖2所示。總體設計包括：

（1）采用支柱絕緣子和設備構架，將變壓器備用相各不同電壓側套管引接至在運變壓器所連接斷路器間隔附近，并與周圍帶電設備保持足夠的安全距離；如在運變壓器某相發生故障后，將其從斷路器間隔引線打掉后，可將備用相引線直接接入。

（2）將變壓器備用相的非電量保護直接引入變壓器非電量保護屏的空端子處，如在運變壓器某相發生故障時，可將快速進行二次設備改接線工作；

（3）變壓器備用相信號直接接入測控裝置，無論其是否投入運行，可時時檢測其運行狀態；

（4）變壓器備用相冷卻器動力回路直接接入，對其冷卻器進行定期試驗，已保證其隨時可用；

（5）變壓器備用相有色譜在線檢測直接接入油色譜在線監測裝置，可時時對其油質進行檢測。

圖1 變壓器備用相快速切換系統一次接線圖

圖2 變壓器備用相快速切換系統二次接線圖

2.關鍵技術點和難點

（1）750kV側改造方案

1）改造難點

主變壓器前期建設并未預留出足夠的擴建空間，導致需要新增加的750kV貫通母線無法保證安全距離。設計初期曾考慮使用GIS設備，因成本過高放棄此方案。后經項目組人員現場實地調研，提出將1號、2號主變750kV側進線6只PT南移至750kVⅠ、Ⅱ母線構架正下方的方式，成功的解決的750kV貫通母線安全距離的問題。

圖3 切換前示意圖

圖4 #1主變A相故障備用相接引示意圖

2）具體改造過程

將1號、2號主變750kV側進線6只PT南移至750kVⅠ、Ⅱ母線構架正下方，利用構架北側空余場地架設備用相750kV支撐管母，長度180m，管母安裝高度13.5m，用于1號，2號主變故障相與備用相主變替換連接。在備用相主變上方新建Π型構架，在750kVⅡ母構架外側增加備用相主變750kV引線絕緣子串掛點，安裝高度27m，備用相750kV側與本期新上備用相母線通過T接方式連接。

（2）330kV側改造方案

1）改造難點

本項目330kV側改造難點為330kV交流場與主變距離過遠，如按照750kV側進行設計，需要在66kV匯流母線北側空地新上兩組構架和兩組單桿，高度15米，在主變及66kV繼電器室北側架設一根單桿，高度25米，利用單相架空軟導線引接1號、2號主變及備用相330kV側。此方案導線跨距75米，導線弧垂按3.5米計算，構架間水平拉力達到4277N，對土建造成困難，并且增加了前期構架水平張力，對安全運行造成隱患。因此，項目組經過廣泛的調研并聽取意見后，創新性的提出了采用使用雙跨軟導線連接的方式，解決了這一難題。

2）具體改造過程

利用66kV匯流母線北側與無功補償設備間的空余場地架設330kV支撐母管，長度140m，母線安裝高度為11m，同時在備用相Π型構架18m高橫梁上架設兩跨軟導線，其中一跨用于引接330kV支撐管母，另一端由于引接備用相主變330kV側，兩跨導線通過架空導線“工”子型連接。

（3）66kV側改造方案

1）改造難點

66kV側的改造難點為此區域設備密集度大，如果還按照前期設計，使用4相母線，將造成母線間安全距離不夠的情況，針對這一情況，項目組人員提出使用三根母線，待需要更換時，只需要將切換母線按相別接入相應66kV匯流母線即可，保證了空間距離并節約了資金。

2）具體改造過程

備用相主變66kV側匯流母線采用支持管母，安裝高度8m，新上3根管母，單相長度約65m，相間距2m，分別用于引接主變故障相66kV側及N相。

3.實現原理

（1）切換前示意圖

以銀川東換流站備用相快速切換1號主變A相運行為例，示意一次引線更換過程。如圖3所示，圖中紅色線條為大型電力變壓器備用相快速切換設備，包括快速切換750kV母線，快速切換330kV母線，快速切換66kV母線，備用相三側引線接至三側快速切換母線上。

（2）將備用相三側分別引入運行間隔，備用相替換故障相運行

如圖4所示，從快速切換750kV母線，快速切換330kV母線，快速切換66kV母線分別加裝引線至相應電壓等級運行間隔，即可實現備用相快速替換故障相運行。

四、創新點

（1）創造性的提出了不用挪動變壓器完成備用相更換的方式，徹底解決了傳統方式替換備用相帶來的施工時間長、施工難度大、變壓器需要長時間停運、電網負荷降低、電網穩定性變差等種種弊。

（2）巧妙的在在運變壓器和備用相變壓器各側設計支柱絕緣子與構架，將變壓器備用相引線引至在運變壓器各側接入的斷路器間隔備用，一旦需要更換備用相只需要將相應電壓等級的引線替換掉故障相引線，即可實現一次設備的切換，無需移動變壓器，節約大量人力物力，極大的縮短檢修工期。

（3）一、二次設備同時切換，將備用相的CT回路及保護信號提前接入相應保護屏柜，需要時，短時間內可接入保護裝置內，實現二次設備的快速切換；風冷動力回路提前接入站用電系統，需要時只需合上相應開關，即可實現動力回路的快速切換。

五、推廣應用效果

變壓器備用相快速切換系統已在銀川東換流站現場實施，并于2014年成功進行1號主變A相的快速切換，較傳統備用相替換方式只花費了3天時間、近千萬的切換費用，減少外送電量損失1.69億千瓦時，極大地避免了銀東直流長時間限負荷運行，獲得了良好的經濟效益，可推廣至1000kV特高壓工程及其他大型變壓器現場應用。