220 kV變電站站用電系統的設計優化

王福泉

(云南電網公司西雙版納供電局，云南 西雙版納 666100)

220 kV變電站站用電系統的設計優化

王福泉

(云南電網公司西雙版納供電局，云南 西雙版納 666100)

針對傳統變電站站用電系統存在的問題，提出了220 kV變電站站用電系統的具體優化方案。

變電站；站用電；接線方式；優化

0 引言

在變電站中，站用電系統的好壞直接影響整個電網的安全性和可靠性。如果站用電系統出現問題，變電站將不能安全可靠地運行，甚至會造成重大事故。隨著社會的發展，以前的變電站站用電系統中存在的問題也逐漸暴露出來。如站用變壓器的接線選擇、站用電負荷的供電方式、站用變壓器的選擇等都存在許多需要優化改進的地方。

當前，220 kV變電站正朝著少人值班和無人值班的方向發展，所以站用電系統的改造相當重要。

1 傳統站用電系統存在的問題

目前，我國大多數地區220 kV變電站采用傳統的接線方式。站用變壓器主要有干式或油浸變壓器，現在的變電站采用油浸變壓器的偏多。為了避免站用變低壓以及反送電，多采用人工手動控制刀閘開關切換站用電的低壓供電。對于重要負荷，在其末端進行自投。但是隨著變電站設備的不斷更新以及相關技術的發展，傳統站用電系統中存在的問題逐漸顯現。首先，站用電源的可靠轉換非常重要，采用雙投刀閘人為切換站用電低壓供電，根本不能對站用電實現遠程操控，而對于單相熔斷器保護的研究只是一個粗略概念，不能完整地獲得保護信息。對于一般的空氣斷路設備，不能有效避免站用變低壓并列及反送電。其次，斷相運行問題。由于站用變低、高壓側都是采用單相熔斷器，很有可能出現斷相運行的現象。如果在低壓側發生一相斷線現象，將會造成過負荷發熱；如果在高壓側出現一相斷線現象，由于變壓器起到隔離的作用，將很有可能造成變壓器由本來的三相供電變成單相供電，與低壓側一相斷線相比，高壓側一相斷線的危害更大。當電動機正在運行時，出現高壓斷相會使回路的電流逐漸增加，電壓降低，長時間的不正常運行會使電動機等設備燒壞。最后，接線組別問題。傳統的接線組別主要是采用Y，yn12接線組。采用此種接線組主要是考慮到其制造工藝簡單、生產成本低。但是經過長時間的使用，發現這種接線組別存在諸多問題，不適合站用電系統采用。

2 220 kV站用電系統的優化

由于傳統站用電系統存在諸多缺點，因此需對其主要部分進行設計優化。

2.1 站用變壓器接線方式的優化

目前，我國大多數220 kV變電站系統中的站用變壓器是采用Y，yn12的接線方式。然而，最新發行的《火力發電廠和變電站照明設計技術規定》中明確要求了在低壓廠的變壓器要采用D，yn11接線方式，并且在行業標準JB2426—92《發電廠和變電所總三相變壓器技術參數和要求》中也對干式D，yn11接線變壓器做了相關規定和要求。目前，國內的變壓器生產廠家所提供的低能耗、樹脂澆注干式變壓器及油浸變壓器都有D，yn11和Y，yn12兩種接線方式可以選擇。

D，yn11接線變壓器的優點：

(1) 減小零序阻抗。采用D，yn11接線方式的變壓器比傳統的Y，yn12接線變壓器零序阻抗小很多。D，yn11接線變壓器的零序阻抗值大約與其正序阻抗相等，因此可以使單相短路電流增大，從而使單相短路電流與三相短路電流之間的差異縮小；并且在發生短路時，采用D，yn11接線方式可以大大提高保護設備的靈敏度，還有利于各個保護設備之間的配合，使保護更加簡便可靠。

(2) 充分利用變壓器額定容量。D，yn11接線方式的變壓器可以充分利用變壓器的額定容量。對于傳統的Y，yn12接線變壓器，如果變壓器三相負荷不平衡，流過二次側中性線的電流為3I0，通過零序電流產生的零序磁通會通過鐵件形成渦流損失，產生大量熱能，導致變壓器發熱，影響其正常功用。而且，根據運行規程的要求，變壓器的中性線電流不能超過二次側額定電流的27%。對于D，yn11接線變壓器，因為零序電流在一次側和二次側都可以流通，這樣就使得零序磁通相互抵消，變壓器就不會有發熱的現象產生，保證了變壓器的使用壽命和使用安全。

(3) 提供零序電流通路或三次諧波電流。D，yn11接線變壓器可以為零序電流或者三次諧波電流提供通路。當遇到低壓側三相負荷不平衡的情況時，傳統的Y，yn12接線變壓器會出現低壓側中性點浮動位移的現象，嚴重影響變電站供電的可靠性，但采用D，yn11接線方式的變壓器就不會出現低壓側中性點的浮動位移，從而進一步使供電電壓質量得到保障。

綜上所述，D，yn11接線變壓器相比傳統的Y，yn12接線變壓器有許多優點，在以后站用電系統中宜采用D，yn11接線變壓器。

2.2 站用變壓器的選擇

如今越來越多的220 kV變電站已經進入市區，為了使變電站和民用建筑更好地結合在一起，于是產生了許多地下變電站，其消防要求很高，這在一定程度上限制了變電站的整體布置，并且還要考慮變電站的噪聲對周圍環境的影響。

如今越來越多的變電站開始采用干式變壓器，這種變壓器具有無油化、損耗低、維護工作量小、體積小、阻燃好、噪聲小等優點。我國大部分變壓器制造廠都可以生產這種干式變壓器，雖然干式變壓器的價格比油浸變壓器要高一些，但其性能可以很好地滿足當今變電站站用電變壓器的要求。因此，在市區的220 kV變電站中宜采用干式站用變壓器。

2.3 站用電負荷供電方式的優化

現在一般采用按區域分別設置環形供電網絡的方式為220 kV變電站站用重要負荷供電，并且用一組隔離開關控制環網的運行與斷開。但隨著設備的更新、技術的發展，這種站用電負荷供電方式的一些弊端也逐漸暴露出來。

(1) 在對站用電系統進行設計時，明確規定了不能在兩段工作母線間設置站用電源自動投入裝置。并且我國大部分地區220 kV變電站正在逐漸向無人值班化的方向發展。所以，如果某個重要的負荷部位出現事故導致失電時，環形供電網的半個環網將出現失電現象，發生這種突發事故，只能是相關操作人員進行修復處理，合上隔離開關，才能保證再次供電，這樣就浪費了許多人力物力。

(2) 當220 kV變電站兩臺站用變壓器不滿足并聯運行條件時，必須保證兩臺站用變壓器不會出現并聯運行的情況，否則會燒壞變壓器。但是傳統的環形網絡供電系統的刀開關有可能造成失誤而在不必要的時候合上，從而使兩臺變壓器并聯運行，給供電系統帶來安全隱患。

針對上述問題，相關設計人員提出了按區域分別設置專用配電箱向各個間隔負荷輻射的供電方式，來保證變電站重要負荷的安全可靠供電。一路配電箱的電源進線正常運行，一路備用，并且將備用電源自動投入裝置裝在兩路進線電源之間，這樣就形成了互為備用的雙回路供電方式。采用這種供電方式，在發生突發電路故障時，可以大大縮小受影響的線路范圍，從而充分保證供電的安全性和可靠性。雖然這種供電方式比傳統的環網供電方式在設備投資上稍有增加，但是綜合考慮供電系統的安全性、靈活性、可靠性等因素，這種供電方式是優于慣用的環網供電方式的。

2.4 低壓電器的選擇

在選擇低壓電器時，首先要考慮其是否能夠滿足動熱穩定、周圍環境、分斷能力、工作電流、工作電壓等要求。通常是采用成套低壓柜作為站用電低壓系統的主要設備。將眾多的電氣設備都封閉密集在一個狹小的屏柜內部，當設備工作時，會產生大量的熱能，而且設備散熱條件差，很容易造成火災等危險情況。因此，對于封閉在設備柜中的電器額定電流的選擇可以考慮合適的裕度，一般情況下是按照電器額定電流乘以0.6～0.8的裕度系數對其進行修正。

3 結語

變電站站用電系統是保障變電站安全、可靠運行的重要環節。本文主要指出了傳統變電站站用電系統存在的一些問題，并且針對相關問題提出了具體優化方案，希望可以為相關部門對變電站站用電系統的優化設計提供幫助。

[1] 梁振升.變電站操作及照明電源在電網事故中的保障措施研究[J].廣東輸電與變電技術，2008(1)：45～47

[2] 王銳，陳延昌，許沛豐.變電站站用電源一體化方案的探討[J].供用電，2008(6)：44～45

2014-08-27

王福泉(1978—)，男，云南洱源人，助理工程師，副主任，研究方向：變電運行維護及管理。