220 kV變電站所用電外接電源方案及真空斷路器選型的探討

趙東輝，吳 昕，李功軍

（湖北金盛蘭冶金科技有限公司，湖北 嘉魚 437200）

0 引 言

220 kV變電站是各級地區重要的電力資源傳輸樞紐，對各領域生產經營建設的穩定開展具有重要意義。220 kV變電站內部由主變冷卻器電源、通信及火災預警裝置等構成。為保障電力資源的持續供應，防止大規模停電情況出現，在原有220 kV變電站電源設施基礎上，還需增設用電外接電源設備，確保220 kV變電站能夠在嚴重自然災害或電力系統高負荷運輸的情況下也能夠保持正常供電。

1 220 kV變電站用電外接電源改造要求

以某220 kV變電站為例，該站于2008年一次雷擊事件中，內部電源嚴重受損，發電車因外部原因無法及時達到事故現場，導致變電站內長時間停電，不僅嚴重威脅到變電站及電網的運行安全，還導致各用戶蒙受巨大經濟損失。因此為從根本上避免此類問題再度發生，變電站要求進行大規模用電外接電源的改革，在現有所有用電回路基礎上，增設保安電源系統，確保電源設備在各類因素影響下也能夠實現正常高效的供電。

目前，該220 kV變電站的用電來源于本站內的干式所用變。干式變壓器裝置主要采用熔斷器保護裝置，內部包括低壓空氣斷路器、低壓電力電纜、低壓所用屏、低壓側母線等設備[1]。在因各類應影響因素而出現電力供應中斷的情況下，需相關技術人員拆開進線電纜頭，外接移動發電電源等方式恢復供電。但在實際操作中，因此項作業頻率過低，技術人員對相關操作流程與操作內容掌握并不熟練，極易在操作期間發生問題，導致變電站停電時間進一步延長。因此，為確保220 kV變電站能夠為各用戶提供充足持續的電力，設計用電外接電源方案，增設用電外接電源裝置，加入戶外高壓交流真空斷路器已成為技術人員重點研究的對象。

2 高壓交流真空斷路器的理論研討

2.1 高壓交流真空斷路器結構

高壓交流真空斷路器主要由三相真空滅弧室、絕緣拉桿、永磁機構、絕緣子與箱體等結構組成[2]。其中，3個絕緣子與三相真空滅弧室內的靜觸座連接在一起，其他3個絕緣子與動觸頭連接在一起。永磁機的頂桿與3個絕緣拉桿相互連接，絕緣拉桿的另一端與三相真空滅弧室動觸頭連接，并在其內部結構中設有手動分閘裝置、分閘絕緣支架等。

2.2 高壓交流真空斷路器背景

高壓交流真空斷路器以永久磁鐵的分合閘狀態為運行原理。傳統永磁真空斷路裝置主要采用單獨一個永磁機構，實際運行期間需要運用機械拐臂來帶動三相滅室運行，因此合閘期間的能源消耗量巨大，內部結構的運行壽命被嚴重縮短，設備運行質量與可靠性下降，實際應用期間的經濟效益與安全效益無法更好滿足變電站改造需求[3]。因此，為確保變電站用電外接電源改造工作有序開展，相關工作人員開發出了戶外高壓交流真空斷路器，以期利用更加精密加工手段，提升戶外高壓交流真空斷路器各項運行性能。

2.3 高壓交流真空斷路器特征

高壓交流真空斷路器實際應用架構特征主要體現在如下4個方面：第一，高壓交流真空斷路器內部永磁機構內部包括動鐵芯、金屬皮、分閘線圈、合閘線圈以及磁軛等結構，動鐵芯沿著移動方向設有動鐵芯頂桿、金屬皮環繞在動鐵芯外部[4]；第二，高壓交流真空斷路器內部永磁機構還具有分閘彈簧等結構，動鐵芯為筒狀結構，分閘彈簧套在動鐵芯頂桿上；第三，高壓交流真空斷路器內部永久磁鐵含有鐵硼材料，可切實延長設備實際運行壽命，在變電站用電外接電源設置過程中發揮出應有的積極作用[5]；第四，高壓交流真空斷路器設有分閘接近開關與合閘接近開關。此種電子感應開關可更好處理振蕩信號，使電源系統的實際運行狀態能夠得到根本上控制。

2.4 高壓交流真空斷路器應用及優勢

湖北金盛蘭冶金科技有限公司從2012年建廠至今應用了真空斷路器大約800多臺以上，各級220 kV、35 kV、10 kV變電站使用最多的10～35 kV真空斷路器為VN1-40.5E及CVG-12E。包括在220 kV變電站使用COOPER-CES-40.5雙斷口切電容斷路器，該斷路器是為替代傳統六氟化硫方案，CES-40.5電容器投切專用真空斷路器是由庫柏托馬斯-愛迪生研發中心根據當前電網負荷需求精心研制的新一代專用型開關設備，可為500 kV、330 kV、220 kV變電站的35 kV電壓側無功補償電容器組的投切提供穩定可靠的解決方案。

產品特點：

（1）先進的EATON雙斷口真空滅弧技術；

（2）長壽命，高達30000次操作循環；

（3）高達1500A背靠背電容器組投切能力；

（4）帶有快速分閘功能的雙穩態永磁機構；

（5）美國COOPER多年經驗的戶外固封絕緣技術，免維護。

220 kV變電站設計時設計院依據系統短路容量需要選用了35 kV的COOPER--VN1-40.5E/3150-40型斷路器，該大電流容量國內生產廠家極少，COOPER公司提供類似問題的解決方案，同類型合資品牌產品中性價比高，使用后安全、穩定、維護方便。

截止目前，此斷路器在湖北金盛蘭鋼鐵項目中已經連續安全穩定運行近5年多的時間。

3 220 kV變電站用電外接電源方案的設計

3.1 戶外配變設計

在220 kV變電站用電電源外接期間，需運用當前成熟的配電裝置，如小型歐式箱變等。小型歐式箱變具有結構美觀、占地面積小、各項性能穩定等特征，通過進入高壓電纜，可更好實現220 kV變電站戶外配變功能。在歐式箱變內部配置31.5 kV配變裝置一臺，附有高壓負荷開關以及戶外高壓交流真空斷路器。在箱體進線部位增設過電壓保護裝置。由于設備的使用頻率低，因此取消低壓空氣開關裝置，注重對設備運行環境的控制，防止設備出現受潮或內部被污染等情況。

3.2 戶內所用屏的改造

在變電站用電外接電源改造過程中，還需對戶內所用屏進行改造，但應遵守少改原則，以維持現狀為主，控制改造成本。對所用屏的相關回路進行必要性改造，如在回路上增設雙投隔離開關等。同時，對低壓柜的各項尺寸規格進行規范性調整，替換其內部四級雙投隔離開關，確保電力資源的傳輸穩定性。在所用屏的下樁頭設置連接變電站內部低壓電纜裝置，中樁頭通過隔離開關等裝置連接到下樁頭。嚴格遵守與220 kV變電站用電外接電源改造工程相關的各國標、行規等，對所用屏的隔離開關安裝地點，與保障所用屏隔離開關運行狀態的相關操作流程進行不斷優化與完善，在實現220 kV變電站用電外接電源改造工作綜合效益最大化基礎上，對雙投隔離開關進行合理設置。

在出現220 kV變電站用戶外接電源無法正常運行或投入切換的情況下，借助高壓戶外真空斷路器及雙投隔離開關等設備對備用電源設置，確保備用電源能夠在220 kV變電站出現供電異常的情況下發揮出重要作用。

4 提升220 kV變電站用電外接電源設計水平具體措施

為切實提升220 kV變電站用電外接電源設計方案的可行性，需結合變電站運行特征與需求，對用電外接電源設計內部進行不斷完善。同時，加大戶外高壓交流真空斷路器開發力度，確保其能夠增強備用電源運行可靠性，促進電力穩供。同時，對用電外接電源改造過程進行全程監管，及時發現實際與方案中存在的差異，不斷改進設計。細化方案中關于戶外高壓交流真空斷路器的應用流程與要點，確保相關技術人員能夠深刻認知其重要性。

5 結 論

為確保220 kV變電站用電外接電源改造工作順利開展，相關部門不僅需要積極引進先進電力系統控制裝置，而且需加強相關技術人員的管理力度，針對戶外高壓交流真空斷路器的運行原理、確保戶外高壓交流真空斷路裝置能夠在220 kV變電站用電外接電源的改造過程中發揮出重要的作用。