變電站電氣主接線中特殊問(wèn)題的探討

陳海焱

(電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京市，100120)

0 引言

進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)的變電站邁入了“緊湊型、大容量、特高壓、智能化”的時(shí)代。在變電站大力建設(shè)的同時(shí)，我國(guó)廣大電力工作者在變電站的工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域積累了豐富的研究成果，編制發(fā)行了各類(lèi)變電站的行業(yè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以及通用設(shè)計(jì)方案，如:DL/T 5218—2005《220kV～500kV變電所設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》、DL/T 5352—2006《高壓配電裝置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》、《國(guó)家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)計(jì)—110(66)～500kV變電站分冊(cè)》、《國(guó)家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)計(jì)—110(66)～750kV智能變電站部分》、《南方電網(wǎng)220kV和500kV變電站標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)》等［1-5］。這些研究成果對(duì)規(guī)范我國(guó)變電站的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、提高我國(guó)變電站的設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率、促進(jìn)我國(guó)電網(wǎng)又好又快地發(fā)展發(fā)揮了重要的作用。

電氣主接線作為變電工程設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，目前的研究成果相對(duì)較成熟［6-9］，相關(guān)規(guī)程、規(guī)范和電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)對(duì)各種常見(jiàn)的主接線方案及其應(yīng)用場(chǎng)合都作了規(guī)定［1，4］。但在實(shí)際工程中，有幾類(lèi)特殊問(wèn)題還是存在爭(zhēng)議，例如一個(gè)半斷路器接線初期采用2個(gè)完整串時(shí)元件出口的隔離開(kāi)關(guān)設(shè)置問(wèn)題、一個(gè)半斷路器接線在失掉雙母情況下仍要保持關(guān)鍵聯(lián)絡(luò)通道的問(wèn)題、高抗回路是否設(shè)置隔離開(kāi)關(guān)的問(wèn)題、高抗回路接地開(kāi)關(guān)是否可以取消的問(wèn)題等等。本文對(duì)上述歸納的幾類(lèi)問(wèn)題分別進(jìn)行了探討，并提出了建議。

1 關(guān)于初期2個(gè)完整串元件出口設(shè)置隔離開(kāi)關(guān)的探討

DL/T 5218—2005《220kV～500kV變電所設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定:“在一個(gè)半斷路器接線中，初期線路和變壓器為2個(gè)完整串時(shí)出口處應(yīng)裝設(shè)隔離開(kāi)關(guān)”。此條規(guī)定的初衷是:當(dāng)一個(gè)半斷路器接線只有2串時(shí)，屬于單環(huán)形，一旦某元件故障就成開(kāi)環(huán)運(yùn)行，從而降低其他3個(gè)元件的供電可靠性，若元件出口裝設(shè)隔離開(kāi)關(guān)則可以用隔離開(kāi)關(guān)隔離故障元件，然后再合上斷路器則仍可保持環(huán)狀運(yùn)行。

在實(shí)際變電工程中，一個(gè)半斷路器接線常常會(huì)遇到初期線路和變壓器共4個(gè)元件的情況，此時(shí)配串一般有3種方案:方案Ⅰ，組成2個(gè)完整串;方案Ⅱ，組成1個(gè)完整串和2個(gè)不完整串;方案Ⅲ，組成4個(gè)不完整串。其中，方案Ⅰ所用的斷路器數(shù)量最少，但按現(xiàn)行規(guī)程要求元件出口增加隔離開(kāi)關(guān)，這往往給電氣布置帶來(lái)不便(對(duì)GIS設(shè)備來(lái)說(shuō)元件出口增加隔離開(kāi)關(guān)有時(shí)實(shí)現(xiàn)起來(lái)較為困難)，所以實(shí)際工程中一般考慮后2種方案的居多。

考慮前提條件:4個(gè)元件為2線2變，出線為同名回路，且線路與變壓器采用對(duì)角布置。在此前提下，給出了方案Ⅰ、Ⅱ的接線簡(jiǎn)圖，分別如圖1、2所示。

在設(shè)定的幾種典型故障條件下，對(duì)方案Ⅰ和方案Ⅱ的供電可靠性進(jìn)行了分析，結(jié)果如下:

(1)1個(gè)元件故障(N－1)。由圖1可知，任一元件故障，跳開(kāi)2臺(tái)斷路器后，其他3個(gè)元件均能正常運(yùn)行;由圖2也能得到相同結(jié)論。

(2)1個(gè)元件檢修，另1個(gè)元件故障(N－2)。檢修元件與故障元件若為同類(lèi)型，即同為線路或同為變壓器，那么無(wú)論采用方案Ⅰ還是方案Ⅱ，變電站均會(huì)全部停電。若檢修元件與故障元件為不同類(lèi)型，即1回線路檢修、1臺(tái)變壓器故障或1臺(tái)變壓器檢修、1回線路故障，那么圖1或圖2中另1回線路和另1臺(tái)變壓器仍可以正常運(yùn)行。

(3)任一斷路器拒動(dòng)。圖1中，當(dāng)串中斷路器拒動(dòng)時(shí)，2臺(tái)邊斷路器跳開(kāi)，另1串中的1線1變?nèi)钥烧＿\(yùn)行;當(dāng)線路元件(或變壓器元件)的邊斷路器拒動(dòng)時(shí)，其余1線2變(或2線1變)能正常運(yùn)行。圖2中，當(dāng)完整串內(nèi)的中斷路器拒動(dòng)時(shí)，2個(gè)不完整串中的1線1變能保持正常運(yùn)行;當(dāng)不完整串內(nèi)的1臺(tái)斷路器拒動(dòng)時(shí)，其余1線2變或2線1變能正常運(yùn)行。

(4)單母線故障。采用方案Ⅰ或Ⅱ，在單母線故障情況下，4個(gè)元件均可保持正常運(yùn)行。

(5)1條母線檢修，另1條母線故障。變電站同時(shí)失去2條母線是概率極低的嚴(yán)重故障。若采用方案Ⅰ時(shí)失去2條母線，通過(guò)中斷斷路器聯(lián)絡(luò)，仍可以保持2個(gè)獨(dú)立的線－變組回路運(yùn)行;若采用方案Ⅱ時(shí)失去2條母線，通過(guò)中斷斷路器聯(lián)絡(luò)，則只能保持1個(gè)線－變組回路運(yùn)行。

綜上，方案Ⅰ與Ⅱ的供電可靠性基本相當(dāng)。特別是在失去雙母線的極端故障情況下，方案Ⅰ的供電可靠性甚至高于方案Ⅱ。因此，實(shí)際工程若滿足前述的條件，那么變電站初期4個(gè)元件采用方案Ⅰ也是可行的。該方案一般適合送端變電站或終端變電站，因?yàn)檫@些變電站易滿足上述前提條件。當(dāng)然，變電站初期的接線形式還要根據(jù)總平面布置、出線條件以及后期擴(kuò)建情況綜合權(quán)衡才能確定最優(yōu)方案。

2 關(guān)于一個(gè)半斷路器接線在失掉雙母情況下仍要保持關(guān)鍵聯(lián)絡(luò)通道的探討

2006年7月1日，華中電網(wǎng)發(fā)生了500kV變電站失掉雙母線后引發(fā)的系列連鎖故障［10］，最終導(dǎo)致了大停電事故。對(duì)于一個(gè)半斷路器接線來(lái)說(shuō)，問(wèn)題的實(shí)質(zhì)是要保證關(guān)鍵的聯(lián)絡(luò)線配在同1個(gè)完整串中，但實(shí)際工程中配串方案往往受限于線路出線條件、潮流分布、電氣布置等因素，能否兼顧關(guān)鍵聯(lián)絡(luò)通道問(wèn)題要具體工程具體分析。

常規(guī)配串方式無(wú)法將關(guān)鍵聯(lián)絡(luò)線順暢地配在同一串時(shí)，解決辦法一般有2種:方法Ⅰ，站內(nèi)采用氣體絕緣母線(gas insulated bus，GIB)實(shí)現(xiàn);方法Ⅱ，站外通過(guò)線路轉(zhuǎn)接。這2種方法雖然都不增加斷路器數(shù)量，但是代價(jià)往往都很大。

方法Ⅰ的優(yōu)點(diǎn)是保持出線順序不變，不影響線路的設(shè)計(jì)方案;缺點(diǎn)是站內(nèi)增加橫跨的GIB母線，需要額外增加投資，配電裝置的縱向尺寸也可能會(huì)增加，同時(shí)橫跨GIS母線使布置上不夠清晰，給運(yùn)行和檢修帶來(lái)不便。

方法Ⅱ的優(yōu)點(diǎn)是保持站內(nèi)設(shè)計(jì)方案不變，布置清晰;缺點(diǎn)是遠(yuǎn)期線路要改接，需要增加線路鐵塔和額外投資，特別是若線路帶有高抗，還存在高抗回路搬遷的問(wèn)題，線路改接、拆除工作量較大。

3 關(guān)于高抗回路隔離開(kāi)關(guān)設(shè)置的探討

高抗一般用于330kV及以上電壓等級(jí)的線路中。關(guān)于高抗回路的接線設(shè)計(jì)，DL/T 5218—2005《220kV～500kV變電所設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》和DL/T 5014—1992《330～500kV變電所無(wú)功補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》作了相應(yīng)規(guī)定，但均只對(duì)高抗回路裝設(shè)斷路器或負(fù)荷開(kāi)關(guān)的條件進(jìn)行了說(shuō)明，而對(duì)是否裝設(shè)隔離開(kāi)關(guān)未明確提及。

目前，實(shí)際工程中330、500和750kV線路的高抗回路大多按裝設(shè)隔離開(kāi)關(guān)考慮。受限于系統(tǒng)運(yùn)行方式和設(shè)備制造能力，2009年初投運(yùn)的晉東南—南陽(yáng)—荊門(mén)特高壓示范工程中1000kV線路高抗回路取消了隔離開(kāi)關(guān)，后續(xù)的特高壓工程設(shè)計(jì)中延續(xù)了這一做法。

國(guó)內(nèi)有些超高壓線路在高抗停運(yùn)期間仍可保持運(yùn)行［11］，在此情況下，高抗回路裝設(shè)隔離開(kāi)關(guān)可以更好地適應(yīng)系統(tǒng)要求。但是，由于隔離開(kāi)關(guān)不具備投切高抗的能力，因此高抗必須在線路停電后才能通過(guò)打開(kāi)隔離開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)退出，2種運(yùn)行方式之間的切換需要短暫停電。若高抗回路不裝設(shè)隔離開(kāi)關(guān)，要實(shí)現(xiàn)高抗退出線路仍保持運(yùn)行，需要在線路停電后拆除高抗與線路之間的引線，這樣運(yùn)行工作量和停電時(shí)間相應(yīng)會(huì)增加。

綜上，高抗回路是否裝設(shè)隔離開(kāi)關(guān)應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行方式確定。當(dāng)系統(tǒng)要求高抗與線路必須“捆綁”運(yùn)行時(shí)，高抗回路可以不裝設(shè)隔離開(kāi)關(guān)，否則應(yīng)裝設(shè)隔離開(kāi)關(guān)。

4 關(guān)于高抗回路取消接地開(kāi)關(guān)的探討

高抗回路設(shè)置接地開(kāi)關(guān)的目的，主要是保證高抗檢修時(shí)工作人員的安全。接地開(kāi)關(guān)在高抗正常運(yùn)行時(shí)處于打開(kāi)狀態(tài)，僅在檢修時(shí)才會(huì)閉合，因此接地開(kāi)關(guān)不是經(jīng)常性接入電網(wǎng)的設(shè)備，大部分時(shí)間其處于閑置狀態(tài)。

在國(guó)內(nèi)開(kāi)展特高壓項(xiàng)目研究過(guò)程中，有學(xué)者和工程人員對(duì)1000kV高抗回路取消接地開(kāi)關(guān)進(jìn)行了分析，得出:在利用線路側(cè)接地開(kāi)關(guān)接地，并配合高抗側(cè)掛接地線的方式保證檢修安全的前提下，取消1000kV高抗回路接地開(kāi)關(guān)是可行的。這樣，不僅簡(jiǎn)化了高抗回路的接線方式，還可以壓縮配電裝置的縱向尺寸以減少占地面積，同時(shí)也提高了回路的抗震性能。但是，目前該方案實(shí)施的最大阻力來(lái)自運(yùn)行部門(mén)，運(yùn)行單位提出在特高壓工程中由于高抗回路管母線離地非常高，掛接地線的難度非常大，目前還缺乏有效的手段。

從變電站的發(fā)展歷程看，簡(jiǎn)化接線應(yīng)是發(fā)展趨勢(shì)之一。高抗回路的接地開(kāi)關(guān)作為一個(gè)大部分時(shí)間處于閑置狀態(tài)的電氣設(shè)備，是最有可能被取消而由掛接地線來(lái)取代的。當(dāng)然，目前掛接地線應(yīng)用在超、特高壓工程中還有一定的困難，這需要廣大電力工作者和設(shè)備制造部門(mén)共同努力找到應(yīng)對(duì)措施，如果能夠研發(fā)出新型的、簡(jiǎn)便的移動(dòng)式升降接地裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)掛接地線功能，那么高抗回路取消接地開(kāi)關(guān)必將成為現(xiàn)實(shí)。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)在滿足一定條件下，一個(gè)半斷路器接線初期采用2個(gè)完整串時(shí)，其元件出口處可不加裝隔離開(kāi)關(guān)。建議DL/T 5218—2005《220kV～500kV變電所設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》修訂時(shí)，將原相關(guān)條文“在一個(gè)半斷路器接線中，初期線路和變壓器為2完整串時(shí)出口處應(yīng)裝設(shè)隔離開(kāi)關(guān)”中的“應(yīng)”改為“宜”。

(2)在設(shè)計(jì)一個(gè)半斷路器主接線的配串方案時(shí)，特別是對(duì)GIS變電站，建議不考慮同時(shí)失去雙母線這種小概率事件。

(3)高抗回路是否設(shè)置隔離開(kāi)關(guān)應(yīng)由系統(tǒng)運(yùn)行方式確定。建議DL/T 5218—2005《220kV～500kV變電所設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》修訂時(shí)，將原相關(guān)條文改為“線路并聯(lián)電抗器回路不宜裝設(shè)斷路器，可根據(jù)線路并聯(lián)電抗器的運(yùn)行方式確定是否裝設(shè)隔離開(kāi)關(guān)”。

(4)取消高抗回路的接地開(kāi)關(guān)依賴于檢修條件和設(shè)備情況，建議相關(guān)部門(mén)積極開(kāi)展新型移動(dòng)式升降接地裝置的研究，為簡(jiǎn)化接線創(chuàng)造條件。

［1］DL/T 5218—2005 220kV～500kV變電所設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程［S］.北京:中國(guó)電力出版社，2005.

［2］DL/T 5014—1992 330kV～500kV變電所無(wú)功補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定［S］.北京:中國(guó)電力出版社，1992.

［3］DL/T 5352—2006高壓配電裝置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程［S］.北京:中國(guó)電力出版社，2007.

［4］水利電力部西北電力設(shè)計(jì)院.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè):電氣一次部分［M］.北京:中國(guó)電力出版社，1989:45-72.

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