10 kV 系統接線及運行方式對安全供電的影響

田中強，楊世杰，張 寧，周巍巖，高春杰

（國網山東省電力公司濟寧供電公司，山東 濟寧 272100）

0 引言

220 kV變電站10 kV系統在接線及運行方式上存在一些不足，在運行中出現了電容器無功流向不合理、消弧線圈不能發揮補償作用、TV高壓保險頻繁熔斷、所用變供電可靠性降低等問題，問題的查找和處理消耗了大量人力物力，且影響了電網的安全和經濟運行。

1 10 kV系統主接線及運行方式

變電站10 kV系統主接線如圖1所示，其為單母線分段接線，1號主變10 kV側經分裂電抗器分別接至10 kVⅠ、Ⅱ段母線，2號主變10 kV側經分裂電抗器分別接至10 kVⅢ、Ⅳ段母線。Ⅰ、Ⅲ段母線通過分段49001開關連接，Ⅱ、Ⅳ段母線通過分段49002開關連接。1、2號電容器接至Ⅰ段母線，3、4號電容器接至Ⅱ段母線。1、2號所用變壓器為接地變壓器，分別由Ⅰ、Ⅱ段母線供電，其10 kV側中性點分別接有1、2號消弧線圈。

圖1 變電站10 kV系統接線

正常運行時，1號主變壓器帶Ⅰ、Ⅱ段母線運行，2號主變壓器帶Ⅲ、Ⅳ段母線運行，分段開關49001和49002斷開熱備用，1、2號主變壓器10 kV側分裂運行。1、2號所用變壓器帶1、2號消弧線圈運行，其中一臺所用變壓器帶全站所用電負荷，另一臺低壓側開關斷開熱備用。1、2、3、4號電容器可根據10 kV母線電壓及無功需求情況進行投、停，以調節10 kV母線電壓，保證母線電壓質量并實現10 kV系統無功盡量就地平衡，降低損耗。

2 10 kV運行方式存在的問題

10 kV各分段負荷嚴重不平衡。Ⅲ、Ⅳ段各出線負荷約占總負荷80%，Ⅰ、Ⅱ段各出線負荷約占總負荷20%左右。當2號主變壓器發生故障停運或Ⅲ、Ⅳ段母線發生故障以及10 kVⅢ、Ⅳ段母線上出線開關拒動越級跳閘，都將短時甩掉大部分負荷，不能發揮2臺主變壓器各帶約50%負荷的優勢。

Ⅲ、Ⅳ段母線負荷分配不均勻，Ⅲ段母線負荷為Ⅳ段母線的一半左右。分裂電抗器的優勢在于正常運行時，兩分支負荷平衡，兩分支負荷電流產生的磁勢相互抵消，使得每個支路的有效電感很小，壓降也很小，電抗器對母線電壓影響較小。而在其中一分支所接母線或線路短路時，僅故障分支流過短路電流，故障分支的自感電抗比正常帶平衡負荷運行時高出很多，呈現高阻抗，大大限制了母線及出線的短路電流。該運行方式下兩分支負荷電流不平衡，Ⅲ、Ⅳ段母線負荷差別約1倍，Ⅲ段分支負荷電流較小，其電抗器上的壓降也較小，Ⅳ段分支高負荷就會在電抗器呈現較高的電抗，降低了該分支的母線電壓，使得Ⅲ、Ⅳ段母線電壓不相等，Ⅳ段母線電壓低于Ⅲ段母線電壓。因此，兩分支負荷分配差別較大，不能充分發揮分裂電抗器的優勢。另外Ⅲ、Ⅳ兩段母線沒有各自單獨的調壓措施（兩母線上均沒有電容器），若采用調整主變分接頭進行調壓，兩段母線電壓都必須同時調整（同時升高或降低），會給調壓造成一些困難，影響電壓質量。

兩臺所用變壓器分別在Ⅰ、Ⅱ段母線運行，均由1號主變壓器供電，若1號主變壓器故障跳閘，所用變壓器全部停電，全站失去了站用電源，對強油風冷主變壓器持續運行造成了嚴重威脅。

10 kV母線分段運行，系統分割為兩個10 kV電網，分別由1號、2號主變壓器供電。由于10 kVⅠ、Ⅱ段母線所帶負荷較小，無功負荷也較小，而電容器又集中連接在Ⅰ、Ⅱ段母線上，補償容量大大超出該兩段母線負荷需求。當Ⅲ、Ⅳ段母線電壓降低或無功負荷較大時，若投入Ⅰ、Ⅱ段母線上的電容器時，補償的無功大部分由10 kVⅠ、Ⅱ段母線通過1號電抗器→1號主變壓器10 kV側→1號主變壓器110 kV側（或220 kV側）→110 kV（或220 kV側）母線→2號主變壓器110 kV側（或220 kV側）→2號主變壓器10 kV側→2號電抗器進入10 kVⅢ、Ⅳ段母線。雖然減少了220 kV系統的無功供給，但由于變壓器短路阻抗和電抗器電抗較大，無功流經這些元件時不僅造成大量的無功功率損耗，大大降低了調壓效果，還在這些元件的電阻上產生大量的電能損耗，很不經濟。

1號、2號消弧線圈均經1號、2號所用變壓器接在10 kVⅠ、Ⅱ段母線上同時運行，采用自動控制裝置調整消弧線圈分接頭方式。由于10 kV系統分割為兩個電網，且10 kVⅠ、Ⅱ段母線網絡較小，接地電容電流不大，而消弧線圈容量過大，自動調整分接頭時常常將其調至最高檔位（電感最大時，補償電流最小），但仍不能滿足系統要求，使得10 kVⅠ、Ⅱ段母線接地時過度補償太大，造成接地點感性電流過大，大大超過補償前的容性電流，結果是適得其反。而10 kVⅢ、Ⅳ段母線出線較多，接地電容電流較大，因為沒有消弧線圈，接地時接地電流得不到補償，故障點難以熄弧，而且熄弧后易于重燃，產生弧光接地過電壓，對系統和設備安全構成威脅。弧光接地過電壓數值較大，使TV（電壓互感器）激磁電流大增，造成10 kVⅢ、Ⅳ段母線TV高壓保險頻繁熔斷。母線TV高壓保險熔斷不僅影響繼電保護裝置的可靠性（如：使主變壓器復合電壓閉鎖開放）、計量的準確性（使出線電能表失壓），還增加了運維人員的工作量（更換保險），也造成了備品備件大量消耗，增加了運行成本，降低了效益（1支保險約100元）。

3 改進措施及方案

因10 kV系統裝有限流的分裂電抗器，經計算若1號、2號主變壓器10 kV側開關遮斷容量能夠滿足短路容量要求，10 kV母線應并列運行采用1號、2號主變壓器同時供電的方式。這樣，既滿足了供電可靠性，也可使電容器通過10 kV分段開關直接對Ⅲ、Ⅳ母線無功負荷就近補償，又避免了大量補償無功迂回傳輸，達到較好的調壓效果。再者由于1號、2號消弧線圈作用于整個10 kV系統網絡，在發生系統單相接地時得以補償，減小了接地點的電流，使故障點絕緣易于恢復，降低了由此而引發的弧光接地過電壓的概率，減少了對系統和設備的威脅，避免了因過電壓導致10 kVⅢ、Ⅳ母線TV高壓保險頻繁熔斷，保證了電網安全經濟運行。

若經計算1號、2號主變壓器10 kV側開關遮斷容量不能滿足短路容量要求，不得不采用分列運行方式時，應改變10 kV母線接線方式。一是將部分電容器改接至Ⅲ、Ⅳ段母線，使得電容器直接對Ⅲ、Ⅳ段母線無功負荷進行補償，提高經濟性和調壓效果。二是將1臺所用變改接至Ⅲ、Ⅳ段母線，使得Ⅲ、Ⅳ段系統至少有1臺消弧線圈運行，在發生系統單相接地時得以補償，既保證了安全經濟運行，又避免了10 kVⅠ、Ⅱ段母線因過度補償帶來的不良后果。同時當任一主變壓器故障跳閘導致部分母線停電時仍然有1臺所用變運行，所用電不間斷供電或比較容易快速恢復供電。

在不采取上述兩項措施的情況下，可以采用10 kV母線并列運行，一臺主變壓器帶10 kV負荷，另一臺主變壓器10 kV側熱備用，既不增加10 kV短路容量，又保證了電容器的補償效果及消弧線圈的補償效果，提高了安全性和經濟性。但考慮到主變故障時10 kV供電的可靠性，應裝設備自投裝置，當帶10 kV負荷運行的主變故障時，斷開故障主變壓器10 kV側開關，自動投入另一臺主變壓器10 kV側開關，恢復10 kV母線供電。

為充分發揮分裂電抗器的作用，10 kV系統應使兩分支負荷盡量平衡，使電抗器兩分支上產生的壓降盡可能小，且兩分支母線電壓相近，易于兼顧母線電壓調整和維持母線電壓水平。這樣既保證了母線電壓質量，又能在故障時限制短路電流，保證了系統及設備的安全。

綜上所述，經過論證，現在10 kV系統接線及運行方式如圖2所示。

1號主變壓器帶Ⅰ、Ⅱ段母線運行，2號主變壓器帶Ⅲ、Ⅳ段母線運行，10 kV系統分裂運行；將2號、4號電容器分別改接至Ⅲ、Ⅳ段母線運行，使得電容器直接對Ⅲ、Ⅳ段母線無功負荷進行補償；將2號所用變壓器改接至Ⅲ段母線運行，使得Ⅲ、Ⅳ段系統至少有1臺消弧線圈在系統單相接地時進行補償。

圖2 現高新變10 kV系統接線

4 結語

經過運行，采取上述措施，有效地提高了系統運行的安全性、可靠性，并達到了經濟運行的目的。充分發揮分裂電抗器的作用，既保證母線電壓質量，又能在故障時限制短路電流。電容器實現無功負荷就近補償，避免大量補償無功迂回傳輸，又使調壓效果甚好。解決了10 kV系統Ⅲ、Ⅳ段母線無消弧線圈補償的問題，在系統發生單相接地時，能使故障點絕緣易于恢復、減少由此引發的弧光接地過電壓的概率，避免因過電壓致使10 kV母線TV高壓保險頻繁熔斷，提高了保護裝置的安全性，計量的準確性，減少運維人員的工作量，降低材料消耗，提高經濟效益。