500kV變電站交流系統改造淺析

邱云志

【摘 要】500kV變電站交流系統改造工程過程跟蹤，根據變電站380V 站用交流開關優化配置專項整改措施的相關要求，分析當前變電站交流系統現狀及問題，根據改造施工內容，分析設計原理及跟進改造工作開展情況。

【關鍵詞】站用變;負荷;保護

中圖分類號： TM773文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）36-0284-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.36.133

1 現場站用電源配置

現場500kV變電站站用電源接線圖示意圖如圖1。

圖1 站用交流系統示意圖

站用工作電源為變電站內工作負荷提供長期交流電源，當站用工作電源停電時備用電源替代供電;同時，應急電源的配備為防止在有限時間內給停電帶來重大人身、設備安全或負荷大量減少，變電站常配有如快速自啟動柴油發電機、交流不停電電源（UPS）等以作應急。

站用交流電源從不同變壓器低壓側分別引接兩回容量相同工作電源#1、#2，從站外引接一回可靠站用變電源#0。配置的每回站用電源容量需滿足全站計算負荷用電需求。改造500kV變電站現有站用變3臺，容量均為800kVA，布置在380/220V中央配電室，#1站用變電源引自#3主變34.5kV側作為工作電源I，#2站用變電源引自#2主變34.5kV側作為工作電源II（500kV改造變電站內現有主變兩臺，分別為#2及#3主變），#0站用變電源引自站外10kV電源作為備用電源，對站外引接站用電源采用10kV電壓等級，是在滿足可靠性的前提下采用低電壓等級以節省成本。

多種站用電源涉及切換問題，站用電源切換時應先了解工作電源和備用電源的關系。以圖示站用變接線圖，站內電源優先使用工作電源#1、#2，檢測到任意一項電壓中斷，延時切至備用電源#0，工作電源恢復時，延時自動切回工作電源供電。500kV切換方案有ATS自投、帶分段備自投、不帶分段備自投。500kV改造變電站站用變接線圖中顯示采用的ATS自投方式，ATS自投以操作步驟少，操作過程簡單，自動投切、恢復供電速度快，無須設計電氣閉鎖等優點成為500kV變電站常選方案。

其次應急電源與正常電源之間應采用防并列運行的措施，當有特殊要求時，應急電源向正常電源轉換需短暫并列時，應采取安全運行的措施。應急及備用電源的選擇是根據運行中斷供電的時間進行切換：

1）當自投裝置的動作時間滿足允許的停電時間，可選自投裝置;

2）當允許停電時間為毫秒級設備，則選用蓄電池靜止型不間斷電源或柴油機UPS;

3）當允許停電時間大于等于15s時，可選用快速自啟動發電機組。

2 負荷分類及改造

站用電負荷宜由站用配電屏直配供電，對重要負荷應采用分別接在兩段母線上的雙回路供電方式，當前500kV改造變電站有三臺容量均為800kVA的站用變，根據規范要求，對大于50kVA的站用負荷應采用站用配電屏直接供電，小容量負荷宜采用集中供電就地分供。此次交流改造的變電站，380/220V中央配電室配有站用配電屏13面，其檢修，照明、動力等所有負荷均從380V交流母線直接取電，不符合負荷分配及交流開關配置要求。

對站用電負荷進行分析，對其進行分類及統計，現場站用變母線上主要負荷有供主控樓負荷，主變冷卻器負荷、動力電源箱、發電機車、生活用水及消防水泵、照明、試驗電源箱和檢修電源箱。

針對改造變電站站用負荷分類，通過對其負荷的特性進行分析并進行負荷計算。對負荷而言，對負荷進行統計計算時，常將負荷細分為經常、不經常和連續、短時及斷續的組合，計算原則一般為連續負荷及經常短時負荷計入負荷統計，不經常短時及斷續不計入負荷統計計算。站用電源負荷計算公式如下：

■

其中S為站用變壓器容量，K1為站用電力負荷換算系數，一般取值0.85，P1為站用動力負荷之和，P2為站用電熱負荷之和，P3為站用照明負荷之和。

負荷分析、統計計算驗證配置的每回站用電源容量需滿足全站計算負荷用電需求，同時500kV改造變電站投運年限較久，有新技術、新設備投運導致新增負荷如現代智能巡檢機器人等，判定此時站用變電源容量是否仍然滿足且裕度合理。驗算確認每臺800kVA站用變容量滿足站用變負荷運行要求。

負荷改造工作，需對負荷供電方式進行分析，根據負荷停電影響將負荷分為I、II、III類，對部分重要負荷采用雙電源供電，在改造過程中，一段母線停電時，對有雙電源配置的負荷通過另一個母線供電，對部分單電源不允許停電負荷通過采用轉接方式供電，即在一段母線拆接點負荷側加延長線至另一帶電母線，低壓電可帶電操作轉接負荷，同時注意是否存在兩端合環開關，對合環開關確保斷電才能確保待停電母線停電安全。其中對檢修電源而言，因檢修電源網絡采用按功能區域單回路分支供電方式，且工作現場檢修電源箱無負荷，可直接停用。

根據大于50kVA的站用負荷應采用站用配電屏直接供電，小容量負荷宜采用集中供電就地分供原則，對負荷連接方式進行重新分配，首先對一段母線停電，此時#1及#0站用變停電轉檢修狀態，對大容量負荷連接母線的主饋線開關，其保持直接連接母線，可用原主饋線開關;對小容量負荷分供需新增大容量主饋線開關及分支小母線，其新增饋線開關計算電流滿足其下端分支負荷計算電流之和及級差配合要求，新增開關接入母線時配置相應的速斷、過流延時及接地保護功能。

兩段母線進行同樣的改造過程，先斷一段母線進行負荷調整，調整過程中一段母線停電時間較長，此時#1及#0站用變停電，#2站用變如發生故障，有可能造成站內站用電失電，提前檢查直流系統及UPS系統正常，站內發電機配置足夠柴油以備應急供電，同時也可申請應急發電車在站內應急備用。

500kV改造變電站站用變工作分期、分區進行，為保證安全對分期工作設備必須進行停電、驗電、接地、掛牌及裝設遮欄，對不工作區域進行隔離，針對裝設遮欄，實際圍網裝設過程中發現有展開圍網捋不順網，“止步高壓危險”朝向標識正反面區別不明顯，工作區域已圍好但有剩余圍網，收納擺放不便，工作完成后拆除，原剩下的圍網合并不便等問題。針對此問題，提請職創項目，并應用職創項目可拓展紅外對射告警圍欄成果，可有效提高工作效率。

3 保護改造

對站用電系統，500kV改造變電站正常運行方式為#1站用變對中央配電系統380/220V I段母線供電，#2站用變對中央配電系統380/220V II段母線供電，#1站用電進線、備自投屏站用電源智能控制單元的工作模式設置為“固定電源1”，#2站用電進線、備自投屏站用電源智能控制單元的工作模式設置為“固定電源2”，#0站用變空載。

根據負荷分類特性，I類負荷必須采用雙電源供電，其電源切換方式分明備用及暗備用，明備用也稱為專用備用，即為專設一臺平時不工作的變壓器，有變壓器退出時投入。暗備用為無專用備用變壓器，每臺廠用變壓器均投入工作，處于半負荷運行狀態。當任一臺廠用變壓器斷開時，該段母線由旁邊的另一臺廠用變壓器供電，它們互為備用。其中明備用一般采用電源自動切換模式，暗備用采用電源手動切換模式;II類負荷采用雙電源供電，采用電源手動切換方式;III類如照明、檢修等采用單電源供電方式。但自投有風險，帶故障自投會擴大故障，根據南方電網反措要求，同時根據改造變電站交流系統可知，#0站用變為明備用，設置為“固定電源模式”即手動切換模式，此處改造同時新增#1、#2站用變零序過流保護動作閉鎖ATS自投回路，同時新增#1、#2、#0站用變保護動作跳站用變低壓側斷路器回路。正常運行方式為#1、#2站用變供電，#0站用變為備用，#1、#2站用變零序過流保護動作閉鎖ATS自投，防止變低饋線發生故障時，ATS自投切換至#0站用變導致#0站用變跳閘，擴大事故范圍，此時只有#2站用變工作，若此時#2站用變失電則導致全站交流失電，兩臺站用變失電構成電力安全事件。故通過對保護改造實現增加閉鎖功能。

4 小結

通過對500kV改造變電站交流系統分析其配置現狀及問題，針對此次改造要求，對低壓母線負荷進行重新布置，與此同時對ATS備自投方式進行改造，為保證交流系統持續穩定安全運行。

【參考文獻】

[1]220kV～1000kV變電站站用電設計技術規程.2016.

[2]重要電力用戶供電電源及自備應急電源配置技術規范.2012.

[3]供配電系統設計規范.2009.

[4]火力發電廠用電設計技術規定.2014.

[5]220kV～1000kV變電站站用電設計技術規程.2016.

[6]220kV～750kV變電站設計技術規程.2012.