站用電系統設計中爭議問題的探討

劉 然, 張 濤, 顏士海

(電力規劃設計總院，北京 100120)

變電站站用電系統是保障變電站安全可靠運行的重要系統，一旦發生故障，將嚴重影響變電站的正常運行。隨著社會經濟發展，交、直流合建換流站越來越多，換流站和變電站消防設施的重要性逐漸提升，新版消防相關規程規范等都對站用電系統各方面的可靠性提出了更高的要求，而方案的可行性、合理性和經濟性也是工程設計中所必須考慮的問題，故而在工程設計中出現了一些難以預計或解決的問題。本文針對變電站站用電系統設計中幾個有爭議的問題，結合相關規程規范進行分析，并對措施進行探討。

1 關于交直流合建換流站站用電源的選擇

隨著社會經濟持續發展，土地資源日益緊張，站址選擇受用地條件和落點深入負荷中心等條件制約，很多換流站(包括背靠背換流站)采用交、直流站合建或相鄰建設的方案，以節約占地、節省投資，取得更好的社會、 經濟效益。根據我國電力行業標準DL/T 5460—2012《換流站站用電設計技術規定》中第3.1.1條的規定：“遠距離直流輸電換流站應設置三回站用電源，并應從站內、站外各引接一回，另一回引接點需根據技術經濟比較后確定”。這里“應從站內、站外各引一回”的要求，卻給一些交、直流站合建或相鄰建設的站用電源方案選擇帶來了不必要的困擾。

對于經系統計算不需配置低壓無功補償裝置的換流站，若考慮站用電源從換流站內部引接，則通常需要為此專門設置站用降壓變，從高壓交流配電裝置(例如500 kV或更高)引接電源并降壓至站用電電壓等級(通常為10 kV)。同時高壓交流配電裝置也會因站用降壓變的接入而增加接入元件數，從而增加高壓斷路器等設備數量。因此對于交、直流站合建或相鄰建設的換流站，站用電源方案兩回引自合建變電站或相鄰變電站的交流變壓器低壓側，第二回引自站外電源。這樣不僅對站用降壓變的絕緣要求大大降低，而且減少了高電壓斷路器的數量。另外，從換流站運維人員的角度來說，若從高壓交流配電裝置引接站用電源，則站用電系統的故障可能導致高壓交流配電裝置斷路器動作，考慮到故障范圍和考核要求，運維人員往往更傾向于從交流變壓器低壓側引接站用電源的方案。

上述從變電站的交流變壓器低壓側引接站用電源的方案，對于交、直流站合建或相鄰建設的換流站來說，其可靠性本是一致的，但卻因為行業標準DL/T 5460—2012中的上述規定(第3.1.1條)而在應用中產生了尷尬：對于同樣的相鄰而建的換流站和變電站，若定義為交、直流合建站，則滿足第3.1.1條關于站用電源應從站內、站外分別引接的要求；若由于各種原因換流站和變電站不能定義為同一個站，則會因缺少從站內引接的站用電源而違反了行業標準DL/T 5460—2012，故而影響更經濟合理方案的選擇。

而對于經系統計算需配置低壓無功補償裝置的換流站，因本站已有低壓配電裝置，故站用電源往往從本站引接兩回，第三回引自外引電源。若換流站和變電站定義為2個站，則可就近從相鄰而建的變電站變壓器低壓側引接；若換流站和變電站為合建站，則上述經濟合理的引接方案就不滿足行業標準DL/T 5460—2012中“應從站內、站外各引接一回”的要求。

以上情況，建議相關標準將此條規定中的“應”改為“宜”，即“遠距離直流輸電換流站應設置三回站用電源，并宜從站內、站外各引接一回，另一回引接點需根據技術經濟比較后確定”。以便給不同站址條件下的具體方案留下進行可靠性和經濟性具體分析的余地。

此外，行業標準DL/T 5460—2012中第3.1.1條的第2條：“背靠背換流站宜設置三回站用電源，并應從站內、站外各引接一回，另一回引接點需根據技術經濟比較后確定”。也存在同樣的問題。且在條文說明中已經解釋“對于聯網容量較小而電源取得又較困難的背靠背換流站，可按二回考慮，且宜采用站內、外各一回或全部從站外引接”。所以此條規定的“應”也建議改為“宜”，即“背靠背換流站宜設置三回站用電源，并宜從站內、站外各引接一回，另一回引接點需根據技術經濟比較后確定”。

2 關于站用電負荷計算原則

近年來，隨著變電站消防設施重要性的提升，在實際工程的站用電負荷計算中，消防水泵功率是否計入站用電負荷統計常常成為一個有爭議的問題。

根據我國電力行業標準DL/T 5155—2016《220 kV～1000 kV變電站站用電設計技術規程》4.1節負荷計算原則的規定：“4.1.1 連續運行及經常短時運行的設備應予計算。4.2.2 不經常短時及斷續運行的設備不予計算”。且其附錄A站用電主要負荷特性表中列出“消防水泵、變壓器水噴霧裝置的運行方式屬于不經常、短時”，所以一般消防水泵、變壓器水噴霧裝置在變電站站用電負荷計算中不計及。

然而，該行標的條文說明里又補充如下：“4.1.2 當變壓器水消防用電、檢修用電容量大到不能忽略時，負荷統計可考慮減除1臺事故變壓器的冷卻負荷。”但卻并沒有明確何為“容量大到不能忽略”，以及適用的電壓等級。考慮到220 kV主變壓器多為自然油循環冷卻型，沒有需減除的事故變壓器冷卻負荷，且較高電壓等級變電站選用的消防水泵功率也較大，故可以推測增加這項條文說明的初衷應該是針對更高電壓等級的。建議在規程修訂時能夠明確具體適用情況，以便設計應用時有據可依，而不會因各方站在不同立場的不同解讀而產生爭議。

工程計算站用變壓器容量，設計提資功率常常裕度；而從實際應用的情況來看，目前在運各電壓等級變電站的站用變壓器負載率普遍低，不利于變壓器經濟運行。所以，雖然變壓器容量增大對工程投資的影響微乎其微，也不推薦設計在選取站用變時過于傾向大容量。特別是在負荷計算值稍稍大于某一檔標準容量時，或是計入消防水泵負荷將導致超出某一檔容量時，不建議簡單選擇高一檔容量產品，而是可以先核算是否有可取消的裕度，綜合考慮環境溫度等實際情況確定站用變容量選取。

3 關于繼續工作應急照明連續供電時間

消防安全是變電站安全運行的重要組成部分。隨著新版防火標準的發布，部分新要求的應用也給站用電設計帶來了一些有爭議的問題。例如：GB 50229—2019《火力發電廠與變電站設計防火標準》第11.7.1 條中“4 消防應急照明、疏散指示標志應采用蓄電池直流系統供電，疏散通道應急照明、疏散指示標志的連續供電時間不應少于30 min，繼續工作應急照明連續供電時間不應少于3 h”。其中，要求繼續工作應急照明連續供電時間不應少于3 h，而控制、保護、監控系統等的事故放電計算時間要求僅為2 h。所以，即使蓄電池的容量計算時滿足簡單的安時數加和，而在實際操作中，事故2 h后，在蓄電池電量有剩余的情況下，一般是不會人為給控制保護系統斷電的，即控制保護系統等負荷將持續和繼續工作應急照明負荷一起消耗蓄電池電量。故若要繼續工作應急照明實際供電維持至3 h，將大大增加蓄電池的計算容量，且超過了規程對其他負荷事故持續時間的要求。

因此，建議該規程修訂時，可充分考慮事故后繼續工作應急照明的實際需要時間，并對繼續工作應急照明的范圍予以明確。DL/T 5390—2014《發電廠和變電站照明設計技術規定》對繼續工作應急照明規定如下：“第3.2.1條 當正常照明因故障熄滅后，需確保正常工作或活動繼續進行的場所應設置備用照明；第3.2.2條 火力發電廠、變電站宜在表3.2.2-1規定的工作場所裝設應急照明”。表1選取了其中變電站相關的部分。

表1 變電站裝設應急照明的工作場所

可見，該規程中對繼續工作應急照明的范圍規定比較籠統，而實際操作中事故后需要繼續工作的界面可能只是上述工作場所的局部或某些屏柜附近。為了減小對蓄電池組容量的要求，尤其是在要滿足繼續工作應急照明連續供電時間不應少于3 h的情況下，建議盡量根據實際需求適當控制繼續工作應急照明的范圍。

4 結論

a.建議DL/T 5460—2012《換流站站用電設計技術規定》修訂時，將原相關條文“遠距離直流輸電換流站應設置三回站用電源，并應從站內、站外各引接一回，另一回引接點需根據技術經濟比較后確定”中的“應”改為“宜”。

b.根據DL/T 5155—2016《220 kV～1000 kV變電站站用電設計技術規程》，消防水泵、變壓器水噴霧裝置的運行方式屬于不經常、短時，所以在站用電負荷計算中不計。建議該規程修訂時，明確條文說明中“當變壓器水消防用電、檢修用電容量大到不能忽略時，負荷統計可考慮減除1臺事故變壓器的冷卻負荷”的具體容量要求，以及適用的電壓等級。

c.建議GB 50229—2019《火力發電廠與變電站設計防火標準》修訂時，充分考慮事故后繼續工作應急照明的實際需要時間，并對繼續工作應急照明的范圍予以明確。