新能源領(lǐng)域中預(yù)裝式模塊化變電站的應(yīng)用研究

楊忠偉

摘要：文章針對(duì)新能源領(lǐng)域開(kāi)發(fā)預(yù)裝式模塊化變電站的具體優(yōu)勢(shì)，詳細(xì)闡述了預(yù)裝式變電站現(xiàn)場(chǎng)安裝的具體方法和策略，確保了預(yù)裝式變電站安裝管理效果和質(zhì)量水平。對(duì)于預(yù)裝模塊化變電站研究也在不斷深入發(fā)展，需要堅(jiān)持工廠化、預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和裝配式建設(shè)，提高變電站的發(fā)展水平，解決變電站運(yùn)行維護(hù)中存在的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：新能源;預(yù)裝式;模塊化;變電站

一、傳統(tǒng)新能源升壓站建設(shè)主要不足

在世界各國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化，保障能源資源安全的背景下需要高度重視對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的安全性與可靠性確保供電的質(zhì)量與水平全面提高同時(shí)要兼顧規(guī)劃效果確保電源建設(shè)質(zhì)量得到顯著提升。在當(dāng)前變電站建設(shè)中主要以傳統(tǒng)變電站為主要的形式，這種分散式的管理模式很難滿(mǎn)足新時(shí)代的發(fā)展需要。傳統(tǒng)新能源電站大部分都以建筑為主，在設(shè)備采購(gòu)中利用分散管理的形式，需要所有的生產(chǎn)廠家將設(shè)備交付到現(xiàn)場(chǎng)之后才能夠逐漸安裝，造成整個(gè)新能源電站建設(shè)效率十分低下，無(wú)法滿(mǎn)足于具體的應(yīng)用需要。一方面很多的風(fēng)電和光伏等新能源電站所處的環(huán)境十分偏僻復(fù)雜，存在嚴(yán)寒冰凍等問(wèn)題，施工非常艱難，甚至無(wú)法按時(shí)完工，給很多設(shè)備廠家安裝，調(diào)試的時(shí)間比較短缺，缺乏聯(lián)調(diào)運(yùn)行致使整個(gè)變電站的設(shè)計(jì)安裝質(zhì)量達(dá)不到預(yù)期要求，甚至給業(yè)主造成巨大的損失。而是各種設(shè)備類(lèi)型，體積龐大，占地面積復(fù)雜，長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)輸會(huì)造成部件受損嚴(yán)重。在設(shè)備安裝完成后，如果出現(xiàn)不匹配的問(wèn)題需要重復(fù)調(diào)試，這樣也就造成整個(gè)新能源變電站建設(shè)效果達(dá)不到預(yù)期，目前我國(guó)缺乏專(zhuān)業(yè)的施工人員，支持整個(gè)新能源升壓站的建設(shè)，質(zhì)量得不到保障，在投運(yùn)后也經(jīng)常出現(xiàn)各種問(wèn)題，影響整個(gè)發(fā)電站的運(yùn)行效果，由于整個(gè)電站采用分包的采購(gòu)形式很多設(shè)備供應(yīng)商無(wú)法及時(shí)交貨也會(huì)影響設(shè)備投運(yùn)管理的質(zhì)量一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題就會(huì)出現(xiàn)相互推諉等情況。目前大部分的傳統(tǒng)新能源電站依然采用粗放的管理方式，建設(shè)時(shí)間長(zhǎng)，缺乏對(duì)電站的合理維護(hù)，而且受到一、二次設(shè)備廠家不同的研發(fā)生產(chǎn)能力影響，致使對(duì)升壓站建設(shè)無(wú)法精準(zhǔn)投資，造成整個(gè)電站投資管理過(guò)于被動(dòng)。

二、預(yù)裝式模塊化變電站建設(shè)主要優(yōu)勢(shì)

在變電站建設(shè)中的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)全國(guó)通用，嚴(yán)格按照國(guó)網(wǎng)110千伏智能化變電站標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行優(yōu)化，而且整體的占地面積非常小，能夠滿(mǎn)足不同的建設(shè)環(huán)境需求，整個(gè)施工流程更加的高效，符合城市變電站小半徑，多布點(diǎn)的發(fā)展需要減少對(duì)土地資源的浪費(fèi)，也不受到建筑用地的影響，在模塊化生產(chǎn)中通過(guò)，在工廠提前預(yù)制并且運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)中，類(lèi)似于搭積木的方式就能快速組裝整個(gè)系統(tǒng)具有集成化模塊化組合的效果，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)，工廠化的生產(chǎn)與調(diào)試，也能夠增強(qiáng)整個(gè)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量，符合電站快速建設(shè)的實(shí)際需要。在預(yù)制變電站施工設(shè)計(jì)中具有安全可靠，機(jī)動(dòng)性，靈活的特點(diǎn)，而且對(duì)于部分預(yù)制結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)免維護(hù)，更好地滿(mǎn)足于不同運(yùn)行環(huán)境。在預(yù)裝飾模塊化變電站施工設(shè)計(jì)中，整體的建筑材料非常的堅(jiān)固，耐牢具有良好的防腐蝕效果，同時(shí)采用世界先進(jìn)的斷橋隔熱技術(shù)可以符合變電站主體建筑的實(shí)際使用壽命。而且裝預(yù)裝飾模塊化變電站整體具有環(huán)境友好，綠色環(huán)保節(jié)能降耗，避免對(duì)周?chē)鷳B(tài)環(huán)境造成影響的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還能夠減少周邊的噪聲污染問(wèn)題，符合人民群眾的具體生活需要。在全球能源資源不斷優(yōu)化調(diào)整的背景下，對(duì)清潔能源的開(kāi)發(fā)利用率顯著提高。我國(guó)作為世界上新能源開(kāi)發(fā)利用規(guī)模最大國(guó)家。在城市電力系統(tǒng)快速發(fā)展的背景下，必須要高度重視對(duì)變電站的運(yùn)行維護(hù)管理，確保變電站穩(wěn)定運(yùn)行，減少故障發(fā)生的機(jī)率。變電站中最主要的設(shè)備就是變壓器，如果沒(méi)有得到有效的防護(hù)會(huì)出現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)等運(yùn)行故障，不利于整個(gè)變電站的功能發(fā)揮。所以要加強(qiáng)對(duì)預(yù)裝式模塊化變電站差動(dòng)保護(hù)存在的運(yùn)行故障，進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷與分析，并采取科學(xué)高效的措施。加強(qiáng)對(duì)差動(dòng)保護(hù)故障產(chǎn)生的原因進(jìn)行判斷，提出相應(yīng)的解決對(duì)策，為變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行做出重要保障。

三、預(yù)裝式模塊化變電站故障

（一）新建預(yù)裝式模塊化變電站差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)

目前預(yù)裝式模塊化變電站出現(xiàn)差動(dòng)運(yùn)行的問(wèn)題非常明顯，很有可能導(dǎo)致整個(gè)變電站在非正常狀態(tài)下停運(yùn)，使整個(gè)變電站的穩(wěn)定性受到干擾，不利于電力企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。為此要高度重視對(duì)預(yù)裝式模塊化變電站的差動(dòng)保護(hù)進(jìn)行全面檢測(cè)，及時(shí)針對(duì)產(chǎn)生差動(dòng)保護(hù)原因進(jìn)行分析與處理。并且提高對(duì)預(yù)裝式模塊化變電站的控制保護(hù)水平提高，整個(gè)變電站差動(dòng)保護(hù)運(yùn)行的整體質(zhì)量。變壓器的穩(wěn)定運(yùn)行還存在很多方面的不足，要及時(shí)有效解決這一問(wèn)題，確保變壓器差動(dòng)誤動(dòng)得到有效控制。變壓器繞組增加電流互感器和差動(dòng)繼電器。確保在故障發(fā)生時(shí)能夠立即發(fā)出動(dòng)作，并切除電流電壓，起到有效的變壓器保護(hù)功能。在單相變壓器中，如果繞組一側(cè)安裝了電流互感器，并且母線(xiàn)兩個(gè)極端極性相同。當(dāng)二端的極性不同時(shí)，若二端連接在一端，且繼電器為差動(dòng)時(shí)，工作線(xiàn)圈與電流交換器二端連接在一單相變壓器上，則高、低端額定電流有明顯的偏差。所以電流互感器選擇必須要充分考慮合適的辨別，確保電流互感器二次電流控制效果得到有效提升。三相變壓器中的差動(dòng)保護(hù)也可以增強(qiáng)對(duì)電路和繼電器的有效控制。并采取多樣化的措施加強(qiáng)對(duì)單相電源的差動(dòng)保護(hù)效果變壓器中的差動(dòng)保護(hù)能夠在發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，快速切斷變壓器的各側(cè)電路，加強(qiáng)斷路保護(hù)能力。一旦差動(dòng)保護(hù)出現(xiàn)運(yùn)行故障，必然會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題無(wú)法滿(mǎn)足變電站運(yùn)行的需要。

在新建變電站中，由于設(shè)計(jì)不合理會(huì)直接影響變壓器差動(dòng)，保護(hù)異常的問(wèn)題，由于比率差，動(dòng)值會(huì)有效應(yīng)對(duì)輕微故障，增強(qiáng)額定壓器的整體靈敏性，也能夠?qū)Ω鱾?cè)斷路器進(jìn)行合理控制，在發(fā)生輕微故障后，需要根據(jù)相應(yīng)的比例提高對(duì)變電器的保護(hù)質(zhì)量。差動(dòng)電流和額定電流在額度條件下通過(guò)計(jì)算獲得，但經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)在實(shí)際變壓器運(yùn)行中產(chǎn)生的差動(dòng)保護(hù)問(wèn)題。這是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)中沒(méi)有對(duì)二次電流互感器接線(xiàn)方式進(jìn)行正確設(shè)置。尤其是在新建變電站中，對(duì)于差動(dòng)保護(hù)的計(jì)算，需要通過(guò)計(jì)算軟件共同完成，對(duì)整個(gè)定值計(jì)算產(chǎn)生的差動(dòng)電流進(jìn)行嚴(yán)格控制，如果某個(gè)電流互感器出現(xiàn)明顯的問(wèn)題或者順序錯(cuò)亂也會(huì)引發(fā)差動(dòng)異常。電流對(duì)于變壓器的直接影響也會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)，針對(duì)這一現(xiàn)象需要重點(diǎn)針對(duì)電流擴(kuò)散器中的接地線(xiàn)，是否按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行連接，所以要保證對(duì)電流互感器二次回路接地網(wǎng)妥善設(shè)置與處理不對(duì)等問(wèn)題必然存在，如果發(fā)生故障很可能是因?yàn)殡娢徊钤斐呻娏髁魅耄拥鼐W(wǎng)引發(fā)誤動(dòng)，出現(xiàn)明顯誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，給整個(gè)系統(tǒng)安全穩(wěn)定造成不良影響。

（二）接線(xiàn)錯(cuò)誤引發(fā)誤動(dòng)

在變壓器變電運(yùn)行中，如果出現(xiàn)明顯的接線(xiàn)錯(cuò)誤或者無(wú)論是任何的接線(xiàn)方式都會(huì)導(dǎo)致差動(dòng)電流，當(dāng)一側(cè)電流互換器順序錯(cuò)亂就會(huì)產(chǎn)生插電流造成差動(dòng)誤動(dòng)。電流互感器具有顯著的暫態(tài)保護(hù)特性而保護(hù)特性也會(huì)引發(fā)互動(dòng)問(wèn)題電流互感器P類(lèi)和TP類(lèi)兩種形態(tài)，會(huì)根據(jù)不同類(lèi)型的電流互感器飽和狀態(tài)存在不同要求，P類(lèi)電流互感器需要保證在穩(wěn)定運(yùn)行條件下不飽和而TP類(lèi)電流互感器，則需要在狀態(tài)和穩(wěn)定情況下要求不飽和，如果外部出現(xiàn)故障排除后，也會(huì)引發(fā)保護(hù)互動(dòng)。

（三）設(shè)備更新引發(fā)的差動(dòng)

在變流互感器更新中，過(guò)去的電流互感器會(huì)出現(xiàn)與變壓器測(cè)電流不匹配的問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致協(xié)調(diào)多過(guò)暫態(tài)，保護(hù)特點(diǎn)無(wú)法實(shí)現(xiàn)各側(cè)電流匹配，而且更新改造中還有許多工作人員經(jīng)常忽略協(xié)調(diào)的要求，直接對(duì)電流互感器更換致使出現(xiàn)故障時(shí)變?yōu)椴顒?dòng)保護(hù)誤動(dòng)。

四、預(yù)裝式模塊化變電站差動(dòng)保護(hù)策略

（一）保護(hù)原理

為了能夠增強(qiáng)變電站電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要設(shè)置多套保護(hù)裝置，并且對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)互動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行深入剖析，從目前來(lái)看，信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)存在明顯的故障需要保證對(duì)故障排除，恢復(fù)供電。由于采用了一般的差動(dòng)保護(hù)，在信號(hào)不經(jīng)過(guò)檢測(cè)的情況下，一般的差動(dòng)保護(hù)在信號(hào)不經(jīng)過(guò)檢測(cè)的情況下，只能將相關(guān)信息傳遞到光譜儀，繼續(xù)傳輸兩個(gè)相同的光信號(hào)，從而證明信號(hào)狀態(tài)正常，表明差動(dòng)保護(hù)存在故障。110kV側(cè)為中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，主變壓器110kV側(cè)中性點(diǎn)經(jīng)隔離開(kāi)關(guān)和放電間隙后接地。直接接地系統(tǒng)產(chǎn)生短路故障時(shí)的單相短路電流很大，故障線(xiàn)路或設(shè)備要求以最快速度被切除，這不僅對(duì)斷路器提出來(lái)較高要求，也降低了供電連續(xù)性。但由于過(guò)電壓較低，對(duì)線(xiàn)路的絕緣水平要求不高，項(xiàng)目的設(shè)備造價(jià)較省，尤其在高壓電網(wǎng)和超高壓電網(wǎng)，經(jīng)濟(jì)性非常好。故中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)廣泛適用于110kV等級(jí)及以上的電網(wǎng)中。主變壓器電壓調(diào)整方式：變壓器的電壓調(diào)整是靠分接開(kāi)關(guān)切換變壓器的分接頭，從而改變變壓器的變比來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)壓的。分接開(kāi)關(guān)的切換方式有兩種：一種為無(wú)載調(diào)壓，也稱(chēng)為無(wú)激勵(lì)調(diào)壓，調(diào)整范圍通常在±5%以?xún)?nèi);另一種是帶負(fù)載切換，亦稱(chēng)為有載調(diào)壓，調(diào)整范圍可達(dá)30%。對(duì)于110kV及以下的變壓器，宜考慮至少有一級(jí)電壓的調(diào)壓方式，故主變壓器采用有載調(diào)壓方式。110kV側(cè)為中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，主變壓器110kV側(cè)中性點(diǎn)經(jīng)隔離開(kāi)關(guān)和放電間隙后接地。直接接地系統(tǒng)產(chǎn)生短路故障時(shí)的單相短路電流很大，故障線(xiàn)路或設(shè)備要求以最快速度被切除，這不僅對(duì)斷路器提出來(lái)較高要求，也降低了供電連續(xù)性。

（二）系統(tǒng)保護(hù)方案與實(shí)現(xiàn)

根據(jù)差動(dòng)保護(hù)誤分析的系統(tǒng)，能夠?qū)ψ冸娮儔浩鞴收线M(jìn)行全面監(jiān)測(cè)，在復(fù)雜電網(wǎng)中會(huì)存在明顯的問(wèn)題。如果發(fā)生光纖差動(dòng)保護(hù)后，需要對(duì)整個(gè)故障的瞬間波形數(shù)據(jù)嚴(yán)格控制，并且確保所有故障波形準(zhǔn)確顯示利用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)根據(jù)不同的功能以及變電站數(shù)據(jù)快速比較從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常。在故障錄波數(shù)據(jù)中，為了增強(qiáng)對(duì)故障誤動(dòng)的分析效果，還需要對(duì)主變?cè)O(shè)備母線(xiàn)以及線(xiàn)路中所有的電流進(jìn)行全面分析與判斷。在電路發(fā)生故障后能夠快速準(zhǔn)確記錄，保證所有的數(shù)據(jù)分析結(jié)果更加科學(xué)準(zhǔn)確從而快速準(zhǔn)確定位故障，確保故障位置診斷結(jié)果在故障報(bào)告中體現(xiàn)，明確事故快速處理提供重要依據(jù)。對(duì)整個(gè)變壓器測(cè)量繞組進(jìn)行準(zhǔn)確連接，保證測(cè)得的數(shù)據(jù)差額小于4%。嚴(yán)格按照單臂電橋測(cè)量電阻值進(jìn)行分析，如果出現(xiàn)差值比較大，則應(yīng)該利用測(cè)量的數(shù)據(jù)減去電橋引線(xiàn)電阻值，當(dāng)變壓器直流電阻下降，則對(duì)出場(chǎng)的實(shí)測(cè)數(shù)值進(jìn)行嚴(yán)格控制，確保變化最大值不超過(guò)2%，還要根據(jù)不同溫度的繞組織頂流準(zhǔn)確核算。在對(duì)分接頭變壓比檢測(cè)中，需要在變壓器不同的分接頭位置上與廠商制造銘牌數(shù)據(jù)相比較，確保符合變比規(guī)律額定分接變壓比的最大誤差范圍在±0.5之間，與其他分階偏差需要控制在1/10之間，但不能超過(guò)1%，在對(duì)變壓器的接線(xiàn)組別和極性檢查時(shí)，要確保變壓器極性和組別分組進(jìn)行提高保護(hù)極性控制效果，目前最常見(jiàn)的測(cè)量方法主要以直流法為主。如果將絕緣電阻換算至同一溫度下，能夠?qū)⒆儔浩鬟M(jìn)行重新投入使用，最終的測(cè)量結(jié)果與前一次測(cè)量數(shù)值，如果相差比較大，則變壓器不能投入使用。

結(jié)束語(yǔ)：

在對(duì)整個(gè)差動(dòng)保護(hù)設(shè)計(jì)中，要盡量加強(qiáng)對(duì)差動(dòng)保護(hù)運(yùn)行故障問(wèn)題進(jìn)行嚴(yán)格控制，采用多樣的保護(hù)方案，提高對(duì)輸出回路的管理，并嚴(yán)格執(zhí)行各項(xiàng)規(guī)章制度與流程對(duì)差動(dòng)保護(hù)的向量進(jìn)行細(xì)致的監(jiān)測(cè)確保動(dòng)作設(shè)計(jì)每一個(gè)細(xì)節(jié)還要對(duì)工作人員以及變電人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，掌握相關(guān)的保護(hù)原理，提高工作人員的業(yè)務(wù)水平，為變壓器差動(dòng)保護(hù)故障解決提供有效幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]任善榮，儲(chǔ)海兵，李聰. 預(yù)裝式模塊化變電站在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用研究[J]. 贏未來(lái)，2017（33）：492-494.

[2]杜華珠，張倩，吳之奎，等. 預(yù)制艙式變電站在新能源產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用[J]. 微計(jì)算機(jī)信息，2018，000（021）：150-151，154-155.

江蘇泛能電力工程有限公司?江蘇南京?210000