超高壓變電站一次主接線(xiàn)的運(yùn)行探討

張萌

【摘 要】在我國(guó)城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)的背景下，為滿(mǎn)足城市發(fā)展需求，高壓、超高壓輸電線(xiàn)路和變電站的數(shù)目不斷增加，使得環(huán)境保護(hù)問(wèn)題、景觀協(xié)調(diào)問(wèn)題等日益突出，尤其是變電站用地條件比較復(fù)雜，要求比較高，在一定程度限制了超高壓變電站事業(yè)的發(fā)展。選擇高壓電網(wǎng)是解決此類(lèi)問(wèn)題的主要途徑。基于此，本文結(jié)合案例，對(duì)超高壓變電站一次主接線(xiàn)的運(yùn)行進(jìn)行探討，具體如下。

【關(guān)鍵詞】超高壓變電站;一次主接線(xiàn);斷路器;配電裝置

中圖分類(lèi)號(hào)： TM645文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）14-0049-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.14.022

0 引言

我國(guó)城市電力系統(tǒng)主要應(yīng)力了中壓、高壓、超高壓三個(gè)發(fā)展階段，這是由我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展所決定的，目前我國(guó)特高壓交流輸變電技術(shù)愈發(fā)成熟，雖然也存在一些問(wèn)題亟待解決，但是從目前發(fā)展現(xiàn)狀而言，技術(shù)問(wèn)題已經(jīng)不再限制我國(guó)超高壓變電站發(fā)展的主要因素。發(fā)展至今已經(jīng)形成了跨省500kV電網(wǎng)，進(jìn)行500km遠(yuǎn)距離傳輸，大規(guī)模5GW左右的特高壓骨干電網(wǎng)，有效的滿(mǎn)足了城市發(fā)展的需求

1 案例分析

某城市電網(wǎng)供電面積為6435.8km2，在2018年夏季最大用電需求量為16.69GW，而實(shí)際最大發(fā)電量只有14GW，目前擁有8座500kV變電站，20臺(tái)變壓器，變電容量為15000MW。500kV雙環(huán)網(wǎng)是該城市主要核心網(wǎng)架。200kV電網(wǎng)是主要的供電網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)有變電站68座，變壓器170臺(tái)，變電容量為25600MW。電力系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，容易受到電力容量的限制，因此，在2016年開(kāi)始實(shí)施了分層和分區(qū)域運(yùn)行，形成了以500kV變電站和發(fā)電廠(chǎng)為核心，220kV分區(qū)電網(wǎng)，在具體運(yùn)行過(guò)程中，各分區(qū)電網(wǎng)之間進(jìn)行解環(huán)運(yùn)行。各個(gè)分區(qū)電網(wǎng)在必要時(shí)可實(shí)現(xiàn)支持，在夏季用電高峰期，可支援800MW～850MW的電力，為滿(mǎn)足實(shí)際需求，電壓等級(jí)對(duì)下一級(jí)電網(wǎng)運(yùn)行要滿(mǎn)足“N-1”準(zhǔn)則。

2 超高壓變電站對(duì)一次主接線(xiàn)的要求

在超高壓變電站一次主接線(xiàn)中，要根據(jù)變電站在電力系統(tǒng)中的地位和作用，按照相應(yīng)的規(guī)劃容量、供電負(fù)荷、電力容量、電氣設(shè)備等條件，需要在滿(mǎn)足電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上，提升調(diào)度的經(jīng)濟(jì)型和合理性，此外，還要充分考慮供電過(guò)程的可靠性、操作性、檢修方便等。就案例城市的超高壓變電站而言，輸送的容量比較大，一旦發(fā)生故障，就會(huì)對(duì)大范圍內(nèi)用戶(hù)的用電總成嚴(yán)重影響。超高壓變電站在城市電力系統(tǒng)中，具有舉足輕重的位置，任何一個(gè)環(huán)節(jié)控制不當(dāng)，都會(huì)對(duì)供電的質(zhì)量、安全性等造成嚴(yán)重的影響。因此，一次主接線(xiàn)設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)地區(qū)用電情況，合理優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，盡量使用較少的設(shè)備，提升運(yùn)行性能，取得最大的經(jīng)濟(jì)效益。

3 超高壓變電站一次主接線(xiàn)的運(yùn)行

3.1 一次主接線(xiàn)的組成和重要性

超高壓變電站一次主接線(xiàn)由變壓器、輸電線(xiàn)路、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、電流和電壓互感器、電容器、電抗器、避雷器等構(gòu)件按照一定的順序的組合而成。主要現(xiàn)實(shí)超高壓變電站和電力系統(tǒng)中電氣連接的關(guān)系，可真實(shí)有效地反映電力系統(tǒng)中輸電、變電、供電、配電的能力，也是衡量電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性的主要依據(jù)。

最開(kāi)始的超高壓變電站一次主接線(xiàn)方式為雙母線(xiàn)、雙母線(xiàn)分段、雙母線(xiàn)帶旁路母線(xiàn)。但在火力發(fā)電、水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電單機(jī)容量不斷增加的背景下，使得輸變電電壓快速提升，這些一次主接線(xiàn)具有投資價(jià)格昂貴、旁路帶出線(xiàn)比較復(fù)雜等缺點(diǎn)，逐漸被其他接線(xiàn)方式取代。在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的背景下，為滿(mǎn)人們生活和生產(chǎn)的需求，出現(xiàn)了超高壓、大電網(wǎng)、大電力系統(tǒng)。各大城市的輸變電電壓多以500kV為主，此外，750kV網(wǎng)架逐漸向1MV的方向發(fā)展。既便是單回輸電線(xiàn)路的輸送功率也達(dá)到1.5GW～5.0GW，無(wú)論何種原因造成線(xiàn)路發(fā)生故障，都會(huì)造成巨大損失，甚至?xí)茐碾娏ο到y(tǒng)的動(dòng)靜平衡，從而發(fā)生解網(wǎng)故障。比如：雖然母線(xiàn)發(fā)生故障的概率非常小，但一旦發(fā)生母線(xiàn)故障，就會(huì)停止輸送數(shù)百萬(wàn)千瓦電力。

3.2 超高壓變電站一次主接線(xiàn)的接線(xiàn)方式

3.2.1 沒(méi)有母線(xiàn)的一次主接線(xiàn)

沒(méi)有母線(xiàn)的一次主接線(xiàn)主要的接線(xiàn)方式有以下幾種：（1）線(xiàn)路變壓器組，主要特點(diǎn)為不發(fā)展終端站，優(yōu)點(diǎn)是電源比較少，出線(xiàn)少，設(shè)備少，接線(xiàn)方式比較簡(jiǎn)單，后期維護(hù)檢修方便。缺點(diǎn)的是如果其中一臺(tái)主變站或者線(xiàn)路發(fā)生故障，則難以滿(mǎn)足實(shí)際供電的需求;（2）內(nèi)橋，主要特點(diǎn)為同線(xiàn)變組，在運(yùn)行過(guò)程中，主變站無(wú)需頻繁切換[1]。優(yōu)點(diǎn)是屬于典型的同線(xiàn)變組，出線(xiàn)的投退都比較方便，在線(xiàn)路中發(fā)生故障時(shí)只是跳開(kāi)線(xiàn)路開(kāi)關(guān)，主變站并不陪停;缺點(diǎn)是一旦主變站發(fā)生故障，則線(xiàn)路陪停，投且主變操作比較復(fù)雜，任何一個(gè)開(kāi)關(guān)檢修都會(huì)影響功率的傳輸;（3）外僑，主要特點(diǎn)為同線(xiàn)變組，短線(xiàn)路，主要需要進(jìn)行頻繁切換。優(yōu)點(diǎn)是主變投退便捷，缺點(diǎn)是難以滿(mǎn)足N-1的運(yùn)行方式。

3.2.2 有母線(xiàn)的一次主接線(xiàn)

有母線(xiàn)的一次主接線(xiàn)方式主要包括以下幾種：（1）單母線(xiàn)分段，主要特點(diǎn)是1站分2段或者分3段，為單電源，出線(xiàn)少，容量小。優(yōu)點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)同線(xiàn)變組，缺點(diǎn)是一旦母線(xiàn)發(fā)生故障或者需要檢修時(shí)，如果開(kāi)關(guān)柜發(fā)生誤動(dòng)，則會(huì)造成全站停電，可靠性相對(duì)比較低;（2）雙母線(xiàn)，主要特點(diǎn)是容量比較小，雙電源，多配線(xiàn)。優(yōu)點(diǎn)是母線(xiàn)故障可保留一半，將電力系統(tǒng)中的重要用戶(hù)和普通用戶(hù)分開(kāi)，降低短路容量，可實(shí)現(xiàn)分段自投，可靠性比較高。缺點(diǎn)是造價(jià)比較高，母線(xiàn)和出線(xiàn)故障開(kāi)關(guān)柜會(huì)引起全停現(xiàn)象;（3）雙母線(xiàn)單分段，主要特點(diǎn)是出線(xiàn)比較多，重要用戶(hù)可分開(kāi)，降低故障發(fā)生時(shí)造成的經(jīng)濟(jì)損失。優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行方式比較靈活。缺點(diǎn)是倒母線(xiàn)的操作比較復(fù)雜。

3.2.3 有母線(xiàn)的一個(gè)半斷路器一次主接線(xiàn)

有母線(xiàn)的一個(gè)半斷路器一次主接線(xiàn)的主要特點(diǎn)：500kV或者220kV變電站的電源比較多，并且進(jìn)出線(xiàn)也比較多，就500kV變電站而言，有6～10回進(jìn)出線(xiàn)。因此，此種一次主接線(xiàn)可在4組變電中優(yōu)先采用，具有較高的自動(dòng)化程度。在案例城市500kV變電站和部分220kV系統(tǒng)中大規(guī)模采用了此種一次主接線(xiàn)方法。主要優(yōu)點(diǎn)是母線(xiàn)故障或開(kāi)關(guān)拒動(dòng)影響面小，事故處理簡(jiǎn)單。采用矩陣排列編號(hào)有規(guī)律，沒(méi)有倒母線(xiàn)和旁路代問(wèn)題，操作相當(dāng)簡(jiǎn)單，主要缺點(diǎn)為：在相同線(xiàn)路條件下較雙母帶旁母線(xiàn)開(kāi)關(guān)、閘刀基本相同但接地閘刀要增加1/3以上。線(xiàn)路檢修一定要成串閉環(huán)運(yùn)行故開(kāi)關(guān)到線(xiàn)刀處需有短線(xiàn)保護(hù)。

3.3 超高壓變電站一次主接線(xiàn)的配電裝置分析

目前超高壓變電站一次主接線(xiàn)中應(yīng)用最廣泛的配電裝置有兩種，一種是AIS配電裝置，在戶(hù)外配電裝置中主要采用了大量的絕緣器件，從而把帶電部分和接地部分相互分離開(kāi)來(lái)，從而達(dá)到空氣絕緣的目的。另一種是GIS配電裝置，主要工作原理是把電力系統(tǒng)中的母線(xiàn)、斷路器、隔離卡關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、互感器等原件相互組成，然后充入一定壓力SF6絕緣氣體，既可以在戶(hù)內(nèi)應(yīng)用，也可以在戶(hù)外應(yīng)用[2]。超高壓變電站一次主接線(xiàn)的配電裝置在選擇和安裝時(shí)，要滿(mǎn)足如下要求：節(jié)約用地、保證運(yùn)行的安全性和巡視的便捷性、便于檢修和安置、節(jié)約材料、降低造價(jià)的。

4 目前超高壓變電站一次主接線(xiàn)中存在的和解決措施

4.1 未裝設(shè)線(xiàn)路閘刀

該城市變電站自投入使用以來(lái)，一直采用的一只半開(kāi)關(guān)接線(xiàn)，主要特點(diǎn)是在回路中未安裝線(xiàn)路閘刀，引發(fā)的問(wèn)題主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)問(wèn)題：

第一，一旦遇到線(xiàn)路停役或者需要進(jìn)行設(shè)備檢修，則需要把該線(xiàn)路上相關(guān)的兩只相鄰的開(kāi)關(guān)重新更改為冷備用，再合上接地刀閘。由于聯(lián)閉鎖的限制，在此階段，兩側(cè)的開(kāi)關(guān)刀閘無(wú)法進(jìn)行遙控。主變也是同樣存在這一問(wèn)題，在主變檢修過(guò)程中，為提升直流接觸電阻測(cè)量的精確性，就必須把高壓側(cè)套管的引線(xiàn)拆開(kāi)。

第二，由于在系統(tǒng)中未設(shè)線(xiàn)路刀閘，缺乏短線(xiàn)保護(hù)，一旦發(fā)生故障就就會(huì)造成大面積的停電事故。

第三，在每個(gè)輸電單元中，采用了3組獨(dú)立式的開(kāi)關(guān)電流互感器。

這些問(wèn)題的存在在一定程度上限制了超高壓變電站一次主接線(xiàn)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，因此，需要按照統(tǒng)一的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，合理裝設(shè)線(xiàn)路閘刀，并明確相關(guān)的規(guī)定，提升一次主接線(xiàn)的質(zhì)量。

4.2 缺乏專(zhuān)用的500kV電壓等級(jí)的驗(yàn)電器具

在該城市超高壓變電站一次主接線(xiàn)中，還缺乏一套專(zhuān)門(mén)應(yīng)用在500kV電壓等級(jí)的驗(yàn)電器具，嚴(yán)重影響接地線(xiàn)停電時(shí)驗(yàn)電和檢修工作的安全性。為解決這一問(wèn)題，可采用220kV電壓等級(jí)的接地線(xiàn)或者壓變次段驗(yàn)電，并在相關(guān)規(guī)定中進(jìn)行明確處理[3]。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文結(jié)合實(shí)際案例，分析了超高壓變電站一次主接線(xiàn)的運(yùn)行，分析結(jié)果表明，不同的一次主接線(xiàn)有其獨(dú)特的優(yōu)缺點(diǎn)，相比而言，一只半開(kāi)關(guān)接線(xiàn)在超高壓變電站中一次主接線(xiàn)具有的優(yōu)勢(shì)更加明顯。在具體應(yīng)用過(guò)程中，可先選擇一個(gè)半斷路器并以不大于5串一次主接線(xiàn)比較合理。既能保證超高壓變電站一次主接線(xiàn)運(yùn)行的安全性和可靠性，也可以滿(mǎn)足后期擴(kuò)建的需求。針對(duì)在實(shí)際運(yùn)行中存在的問(wèn)題，需要進(jìn)行全面系統(tǒng)的分析，進(jìn)行全面解決，在保證運(yùn)行的安全性基礎(chǔ)上，滿(mǎn)足對(duì)功能和性能的需求。

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