220 kV變電站大型敞開式主接線改造方案及安全因素研究

茅偉杰，沈珉峰，榮 富，徐 璐，朱佩林，曹扣成

(國網上海市電力公司松江供電公司，上海 201600)

上海作為特大型城市，人口密度高，產業密集，是全國用電負荷密度較高的城市之一。上海某些地區內220 kV變電站建設年代久，敞開式設備居多、占地面積大的變電站仍在運行。為了建設新的室內型變電站[1]，老舊變電站改造選擇在原有站址內進行，在改造過程中要求不影響變電站正常供電，需要清理出敞開式設備場地，存在施工難度大、安全危險源多和新舊設備聯合使用等難題，控制危險因素的發生成為工程改造的重要因素[2]。在運行條件下，拆除母線的敞開式設備時，必須考慮負荷的轉移，這是變電站改造過程的重要安全因素[3-4]。

為220 kV老舊變電站改造工程提出合適的方法消除改造過程中的危險源至關重要，本文結合220 kV某變電站的前期改造工程方案，總結出220 kV變電站改造過程中的安全隱患與控制方法。

1 某220 kV變電站改造前后情況分析

1.1 改造前220 kV變電站情況

該站位于上海市松江區西部，是松江城區3個220 kV電源之一。

改造前一次電氣設備情況如表1所示。

表1 某220 kV變電站改造前一次電氣設備情況

現有規模主變(2×180+120) MVA，220 kV接線型式采用常規雙母線帶旁路[5]，有2回進線，一次設備均為室外敞開式設備。110 kV接線型式為雙母線，有4回出線，一次設備均為室內敞開式設備。35 kV接線型式為雙母線單分段，有22回出線(1回備用)，一次設備均為室內敞開式設備。

某220 kV變電站平面布置圖如圖1所示。

圖1 某220 kV變電站平面布置圖

變電站的兩個入口(通道1和通道2)位于站址的南側，西側和東側分別為110 kV出線室和35 kV出線室，220 kV母線構架在站址的北側，220母線構架的南側依次分別為消防泵房，1號、2號和3號主變220 kV開關變壓器側閘刀。其中，220 kV母線構架區，消防泵房，1號、2號和3號主變220 kV開關變壓器側閘刀的位置為后期改造過程中主控樓和設備樓，因此本期改造的主要目的為清理出該塊場地。

1.2 改造后220 kV變電站情況

某220 kV變電站改造后一次電氣設備情況如表2所示。

由表2可知，改造后的變電站110 kV和35 kV接線的出線顯著增加，為滿足容量的要求，220 kV進線將從原有2回進線的基礎上增加到3回進線。同時，高中低三側的接線方式將簡便很多，110 kV和35 kV側配合自切裝置，在不降低供電可靠性的情況下，簡化站內的接線方式，方便工作人員操作，有利于變電站的安全運行。

表2 某220 kV變電站改造后一次電氣設備情況

2 改造的必要性

某220 kV變電站為1986年投運的變電站，運行時間長，變電站建構筑物健康水平差。隨著地區負荷的發展，夏季高峰時松江站主變負載率較高，已不能滿足“N-1”安全準則的要求。

(1)滿足地區負荷增長需要，緩解供電壓力，地區內3座220 kV變電站夏季最高負載率分別達到89%，91%和80%，均已不滿足“N-1”安全供電準則。

(2)增加110 kV電源點，滿足地區變電站和用戶變電站接入需要。目前變電站110 kV側僅有4回出線間隔，且已無備用，通過變電站3號主變從雙卷變增容至三卷變，改造變電站110 kV配電裝置，增加110 kV出線間隔，為地區規劃110 kV變電站提供電源點。

(3)消除兩線帶三變運行方式，提高供電可靠性，變電站220 kV側采用兩線帶三變的運行方式，單線輸送容量已不能滿足“N-1”安全可靠供電要求。本期改造通過新增第三回電源進線，提高供電可靠性。

(4)解決構架陳舊老化，土建整體健康水平差的問題。變電站為1986年投運，構架未做過改造，構架支柱擊避雷針銹蝕嚴重，部分高層橫梁及立柱水泥脫落，存在輕度傾斜及沉降現象，土建整體健康水平差，不滿足抗震及抗強臺風要求，威脅設備的安全運行。

3 改造方案

3.1 220 kV主接線改造方案

本期改造的主要目的是清理出220 kV母線構架，消防泵房，1號、2號和3號主變220 kV開關變壓器側閘刀的場地，用于后期建設主控樓和設備樓。

變電站220 kV一次設備接線的雙母線及旁路母線的電源由余松2B10和莊松4131提供，余松2B10和莊松4131均為架空線接到松江站，1號和2號變壓器的中壓側送電給110 kV正母和付母，35 kV正母一段、正母二段和付母的電源分別由1號、2號和3號主變輸送。為盡可能減少設備停役的時間，結合施工工況，做好設備的計劃停役顯得尤為重要。本次改造需要在場地內的道路下先布置好電纜溝，以利于后期工程的順利開展。

結合現場實際情況，變電站的不停電改造按以下步驟進行。

(1)停用3號主變，2號主變提供35 kV正母一段和付母電源，變電站改造的最終目的是220 kV有3回進線。因此，利用3號主變是兩卷變的特點，首先引進一路新的電源工松2B86，如圖2所示。站內本期改造結束后，引進的新電源采用電纜敷埋的方式直接連接到3號主變。

(2)停用2號主變，1號主變提供正母一段和正母二段電源，3號主變第一步改造結束后，繼續提供付母電源，而原接線方式為余松2B10電源送到變電站的母線，再由母線引出電源進入主變。此處采取的方案為余松2B10架空線進入松江站，然后引到新地下電纜溝，沿電纜溝將電源直接送到2號主變。

圖2 改造后220 kV側一次接線圖

(3)停用3號主變，2號主變提供正母一段和正母二段電源，3號主變提供付母電源，同樣莊松4131架空線進入松江站接入電纜溝，電源由電纜溝進入1號主變。

3.2 改造中消防安全危險點

220 kV變壓器的消防系統一般設置水噴淋裝置，減小變壓器發生火災對站內設備安全運行的影響，因此消防也是站內改造防止誤動的重要安全因素之一。

本期改造涉及到原消防泵房的拆除，而1號、2號主變在后期土建施工中保持運行，兩主變的水噴淋裝置需接入新的消防裝置，本次改造選擇在1號主變的西側建臨時消防泵房，但臨時消防泵房依舊采用老的控制器。

改造過程中消防系統示意圖如圖3所示。2號主變改造期間，2號主變消防控制器接入臨時消防泵房消防系統，1號主變消防控制器依然接入舊的消防泵房系統，存在新舊系統交叉使用的風險。消防系統的改造隨著主變220 kV側主接線改造同時進行，按照原消防系統運行方式，松江站1號、2號主變消防系統運行方式投 “自動”，2號主變臨時泵房系統的參數在輸入消防系統控制器時，有可能會誤啟動1號主變消防造成1號主變短路跳閘，存在110 kV全停的電網事件，導致存在重大安全隱患。

因此，消防泵房的改造過程中特別是對裝置進行試驗時，需要對另一主變消防系統運行方式投“手動”，并且臨時限時停用1號主變消防系統控制器。

圖3 改造過程中消防系統示意圖

3.3 改造中操作安全危險點

隨著改造過程220 kV側室外設備的逐步拆除，原有的“五防系統”220 kV側的閉鎖系統同樣拆除，原運行方式為220 kV部分由開關、閘刀、母線送至主變220 kV側，改為了直接由電纜至主變220 kV套管。

按照圖2所示改造后的方式進行運行，則1號、2號主變 220 kV側“微機五防”的“防帶電掛接地線”存在安全漏洞，主變改檢修時，主變220 kV側無明顯的斷開點，造成主變側掛接地線時電腦鑰匙無法判斷線路是否帶電，存在可能帶電掛接地線的重大人身安全隱患。因此，改造過程采取在線路安裝帶電顯示器，通過線路帶電顯示器實現“五防”閉鎖回路，避免在線路掛接地線時沒有“五防”，確保了改造完成后操作時的人身安全。

3.4 改造中通道安全危險點

某220 kV變電站作為運行30多年的老站，在當時土建建設及后期改造中，未考慮大型車輛及機械進出，因此存在進出通道少，道路窄等問題，并且道路兩側距離設備距離近，松江站1號主變和3號主變與35 kV出線室之間有軟母線連接，懸于通道1上方，在改造過程中大型車輛的進出和設備的吊裝，極有可能觸及到上方的軟母線，威脅站內的設備運行。

本次改造中，為保證改造工程的順利進行和后期變電站的建設，采取在通道1處建設硬隔離的方法，如圖4所示。

圖4 安全通道改造示意圖

使用事先焊接好的三面鋼構架，在1號主變停役時，即1號主變220 kV側改造時，吊裝組合成鋼架構，安裝在道路兩側預制樁墩上，提高鋼構架的整體穩定性，從而實現軟母線下方安全通道的全封閉，類似老站敞開式設備的線纜復雜，沿道路建設有電纜溝，因此大型車輛通行時存在破壞電纜溝，損壞電纜等風險。本次改造中多采用通道、施工點與電纜溝遮欄硬隔離加標識牌的方法提高工作人員的安全意識，確保整個改造過程的萬無一失。

4 改造工程的意義

4.1 改造原則

本期改造依然采用不停電的方式，通過3個主變之間負荷的轉移來實現。

在之前220 kV變電站改造過程中很少涉及到出線增加和220 kV接線全部一次性拆除的情況。變電站前期的改造內容繁多，本工程巧妙地利用3回出線分別送3個變壓器的方案，避免了引入臨時電源而造成的建設浪費，同時設計好相應的電纜溝，充分利用場地內的通道，解決了場地內敞開式架線方式對改造過程中人身和設備的威脅。

4.2 安全因素

220 kV變電站原址改造的難度要大于新建變電站，安全因素是整個改造質量的重要環節[6]。變電站作為運行近40年的老站，220 kV側敞開式設備改造過程是安全威脅最多的階段，涉及220 kV線路、消防和土建，且短時間內施工場所與帶電部分沒有有效的硬隔離，容易忽略較多的安全因素。

消防改造在整個改造過程中也處于重要的位置，消防系統存在新舊消防泵房的同時使用，新的消防泵房接入老的控制系統，容易出現誤動和拒動的情況，因此在各個時間點需要把握消防系統投入“自動”或者“手動”，以及采取限時臨時停用對變壓器的安全穩定運行起到關鍵作用。

改造過程中，拆除一次設備容易忽略原有的運行方式。在本工程220 kV主接線全部拆除的情況下，當主變壓器檢修時，220 kV側為電纜直接接入變壓器，難以設置明顯的斷開點和接地裝置，因此需要保證主變壓器220 kV側停役時確實無電，且原“微機五防”可以繼續正常使用，合理地利用帶電顯示器的作用，安裝在220 kV套管側用于判斷線路是否帶電以及“微機五防”的正常操作，保證了工作人員的人身安全和設備的安全運行。

不停電改造是變電站改造的最大難點，需要充分考慮到施工通道區域和帶電部分的隔離，為杜絕安全隱患的發生，采取硬隔離的方式是最安全的有效方式。

5 結語

隨著供電可靠性的提高和負荷的增加，老舊變電站的改造已迫切需要。

本文通過分析運行超過30年的220 kV變電站大型敞開式設備的改造方案和改造過程中的安全因素，3個主變之間相互的負荷轉移實現改造工程的不停電，并利用增加220 kV出線和布置合理電纜溝的方式解決了電源與變壓器之間連接的問題。

本期改造中涉及到新舊系統和操作系統的并用，是改造工程需要考慮重要安全因素，采取消防運行系統運行方式的切換和“五防系統“接入帶電顯示器裝置，有效地解決了后期工程人員的操作安全和設備的安全運行，采取通道硬隔離的方式杜絕安全隱患的發生。