增大220kV 主變低壓側容量影響分析

高艷娜 郭 挺 董 紅 郭子軒 程 志 李文娟

（廣州供電局有限公司，廣東 廣州510600）

1 概述

近年，受限于土地資源的稀缺，廣州地區的高壓變電站選址十分困難，尤其高負荷密度地區，用戶密集，土地寸土寸金，建站更加困難。在部分高負荷密度地區，用戶對10kV 饋線的需求量大，而110kV 站點由于選址難度大，數量有限，10kV 負荷主要靠110kV 站解決的模式無法滿足需求，需要區域內220kV 站增加支援。而目前廣州地區已有和規劃220kV 變電站10kV 側容量和出線數量有限，無法有效支援10kV 的供電，有必要在部分地區增加10kV 側變電容量和饋線數量，并能充分發揮10kV 側供電能力，有效滿足部分高負荷密度地區的用電需求。由于變低容量增大、出線增多，對電網設計、運行都將帶來一定影響，本文從短路電流、無功補償裝置、主變N-1 情況下和變電站對110kV 電網供電能力四方面分析影響。

2 短路電流影響

10kV 母線短路電流受上級電網短路電流、變壓器短路阻抗、額定容量、一二次側電壓等級等多個因素影響。系統提供的短路電流計算公式如下：

主變高中并列，變低分裂運行

式中，SN為變壓器額定容量（MVA），I220為變壓器一次側的短路電流（kA），U%為變壓器短路電抗，n 為并列運行主變臺數。由公式可知，主變中低側短路電流水平與容量比無關，因此系統條件和主變參數和其它條件均相同情況下，增加主變低壓側容量對短路電流水平沒有影響。

3 無功補償問題

根據三繞組變壓器無功損耗公式：

主變參數一定，且不考慮限抗作用的情況下，變電站無功需求總量取決于主變負荷及各側繞組的分布情況。由表1 計算知，負載率較高時新主變的無功需求為原主變的1.2 倍左右。計及高壓電纜充電功率后，新主變每臺主變需配置不大于7 組的8Mvar 電容器組。低負載情況下，無功需求相差較小。

若考慮限抗的需求，由于變低負荷增大，無功需求總量總體上還會加大，實際工程計算需待負荷分布/大小、限抗大小、主變短路電抗參數等確定后進行核算。

4 主變N-1 情況下的風險

表1 220kV 變電站主變和負荷引起的無功需求計算表

表2 變電站向變低供電的最大容量測算表（遠景年，正常情況）

新主變相比原主變布置上增加較多饋線出線，若變電站1 臺主變故障或檢修，其負載的饋線負荷將面臨失電風險。嚴重影響電網供電可靠性，給運行部門造成巨大的壓力。因此有必要探討主變N-1 情況下的轉電問題。

4.1 主變失電下負荷轉電

目前廣州供電局變電站主變失電時，可以通過兩種方式轉電：4.1.1 站內轉電操作，將失電主變變低母線轉由其它正常主變供電，要求不超過正常主變、開關設備、限抗器的最大通流能力；4.1.2 通過中壓配電網轉電。這種轉電方案的特點是：要求所有饋線與其它饋線聯絡，中壓配電網必須十分堅強；轉電饋線多，操作時間長，停電用戶多，停電范圍大。在高負荷密度區，供電可靠性要求高，第2 種轉電方式有很大的局限性幾乎不可選，因此終期建議優先考慮第1 種轉電方式，第2 種轉電方式作為備用措施。

4.2 主變的過負荷能力

根據運行部門經驗：變壓器具備較強的過載能力，廣州地區現狀變壓器按照承受長期急救周期性負荷控制，基本不會縮短變壓器使用壽命或造成絕緣損壞。主變N-1 校核的標準是：主變可以過負荷1.2 倍運行1 小時（戶外為2 小時）。但變壓器過負荷運行時，必須注意開關等設備不要超過其額定工作電流。

遠景年，正常情況下主變負載率趨于合理水平（不輕載或重載），即主變年負荷曲線峰谷差縮小，為不縮短變壓器使用壽命，遠景年要求主變不過載。

4.3 正常情況下變電站的負荷控制

4.3.1 變電站負載率不超過67%：主變負荷能力按額定容量計算，為滿足主變N-1 校核條件，則至遠景年廣州地區變電站每臺主變正常運行時最大負載率不超過67%。主變N-1 時，變低負荷可通過母線轉由站內正常主變供電，理論上負荷的用電不會受到影響。4.3.2 變電站負載率為75%時：主變N-1 時，因正常主變無過負荷能力，則部分變低負荷通過母線轉由站內正常主變供電，其余約38MVA 負荷需由中壓配電網進行轉電。將造成配電網運行部門壓力巨大——需要轉電的饋線多、轉電耗時多，且高負荷密度區用戶對停電的容忍程度較低。

因此，建議遠景正常情況下主變負載率不超過67%。

5 變電站對110kV 電網供電能力

主變變低容量增加，會造成110kV 側容量減少。測算結果見表2。

終期規模為3 臺主變時：正常情況下，新主變比原主變供電的110kV 主變少3 臺，110kV 線路相應減少1 回，涉及調整接線高壓變電站3～4 座，其中110kV 變電站3 座，對側220kV 變電站0～1 座。

終期規模為4 臺主變時：正常情況下，新主變比原主變供電的110kV 主變少4～5 臺，110kV 線路相應減少2 回，涉及調整接線的110kV 變電站4～5 座，對側220kV 變電站約1 座。

根據廣州地區的特點，高負荷密度區域110kV 上網電源存在的可能性很小，因此新型主變變電站110kV 出線，設計上可以比原常規變電站合計減少2～4 個110kV 間隔。

6 結論

本文從短路電流、無功補償裝置、主變N-1 情況下和變電站對110kV 電網供電能力四方面分析增大220kV 主變低壓側容量影響，可知增大220kV 主變低壓側容量影響對短路電流和無功補償裝置沒有影響，遠景正常情況下主變負載率應控制在67%以下，設計上可以比原常規變電站合計減少2～4 個110kV間隔。