某500 kV變電站站用電系統改造方案分析

侯國柱，費雪萍

(內蒙古電力勘測設計院有限責任公司，內蒙古 呼和浩特 010020)

0 引言

某500 kV變電站位于內蒙古自治區包頭市昆都侖區，于2004年1月建成投運。該站最初規劃750 MVA主變壓器3組，500 kV出線6回，220 kV出線14回。經過2號主變擴建及3號、4號主變擴建等工程后，目前已突破原規劃,建設750 MVA主變壓器4組。2018年包頭供電局啟動了該變電站5號變擴建工程的前期工作。經過設計核算，5號主變擴建后站內計算負荷超出了站用變壓器的額定容量，需要對該變站用電系統進行改造。保證變電站內站用電源安全可靠不間斷供電是站用電系統運行的首要任務，對站用電系統的改造要充分考慮實施過程中的安全性和可操作性[1]，這也是該500 kV變電站擴建工程的難點之一。

1 站用電系統現狀

1.1 設計規模及現狀

該500 kV變電站站用電系統額定電壓380/220 V ，接線形式為單母線分段，低壓系統采用三相四線制，中性點直接接地。站內共安裝3臺容量為1 000 kVA的站用變壓器，1號、2號站用工作變壓器，電源由1號、2號主變35 kV配電裝置母線引接；另一臺與站用工作變容量相同的0號站用備用變壓器，電源從附近變電站建設10 kV專用線路引接。站用電母線采用按工作變壓器劃分的單母線，相鄰兩段母線間設置2臺聯絡斷路器。任何1臺站用變均能承擔全站負荷。正常運行時，全站負荷由1號、2號兩臺工作變壓器供電，0號站用變作為備用變壓器，當工作變壓器故障退出運行或檢修時，投入0號備用變即可。站用電接線圖如圖1所示。

圖1 站用電接線現狀

1.2 站用變和站用配電室布置及現狀

該500 kV變電站站用電室布置在站區中部；35 kV站用變壓器采用油浸式變壓器，布置在站用電室外，高壓側采用電纜進線，低壓側采用母線橋和母線通道箱與站用電屏相連；10 kV站用變壓器采用干式，布置在站用電室內，高壓側采用電纜進線，低壓側采用硬母排與站用電屏相連。站用配電屏采用GCS型抽屜式配電屏，雙列布置于站用電室內，站用電屏初期規模為15面，后擴建為17面。#1饋線柜～#6饋線柜在Ⅰ段母線，#7饋線柜～#12饋線柜在Ⅱ段母線。站用電系統布置圖如圖2所示。

圖2 站用電室布置圖

2 擴建主變后站用電系統改造分析

2.1 擴建后新增負荷統計

本期5號變擴建工程新增負荷主要為設備操作電源及加熱電源，站內其他公用負荷沒有變化。新增負荷如表1所示。

表1 某500 kV變電站5號變擴建后新增負荷統計

2.2 站用變壓器增容方案

本站經過擴建，截至4號主變擴建工程實施完畢后，站用電負荷已達到站用變容量的臨界值970 kVA，本期5號變擴建工程新增的負荷容量約130 kVA，本站站用電負荷共計達1 100 kVA，已超過本站站用變壓器的額定容量，需要增容站用變。站用變增容的方案有兩個：①方案一是將現有3臺站用變全部更換為容量1 250 kVA的變壓器，同時更換站用變高壓進線的電纜；②方案二是新增1臺站用變(即3號站用變)，3號站變分擔一部分站用電負荷，使原有3臺站用變不再超出原額定容量。

2.3 站用電屏改造方案

針對上述站用變增容方案，站用電屏改造方案也有對應兩種方案[2]。針對站用變增容方案一，需要更換站用電進線屏、母聯屏開關、站用電饋線屏母線和母線通道箱，使之與更換后的站用電容量相匹配，本期新增的站用電負荷由站用電屏的備用回路接帶。針對站用變增容方案二， 需要新增Ⅲ段380 V母線，Ⅲ段380 V工作母線由3號站用變接帶，電源由本期新建的5號主變低壓側引接，Ⅲ段380 V母線接帶站內一部分Ⅲ類負荷，并與Ⅱ段380 V母線通過開關聯絡。

對于方案二中Ⅲ段母線的設置可以有不同方式。由新增負荷統計表可以看出，本期工程增加的負荷性質大部分為Ⅱ類負荷，需要雙回路供電。從便于管理角度考慮，新增負荷集中下放至5號變附近的保護小室或配電室較為合理，但5號變擴建工程不新建保護小室或配電室，5號變附近的小室內沒有多余的空間設置配電屏，小室內配電屏也沒有多余的回路，因此該方案不成立。Ⅲ段母線設置的另一種方式是通過改接負荷騰出兩面站用電屏，這兩面屏柜形成Ⅲ段380 V母線。考慮到站用電屏有一部分備用回路可供利用，騰出10號、11號站用電屏用于設置Ⅲ段380 V母線是可行的，從投資上考慮也是最經濟的，因此推薦采用后一種Ⅲ段母線設置方式。

2.4 推薦方案

由表2可以看出，經過技術經濟比較，方案二較方案一節省費用96.1萬元。同時，方案二實施過程只需要在10號、11號屏打斷和通過聯絡開關連接時需要Ⅱ段母線短時停電，而方案一在改造站用電屏母線和更換站用變壓器時均需要長時間停電。綜合各方面因素，方案二在實施方便性和安全性方面有較大優勢[3]。因此推薦方案二。

表2 站用電系統改造方案技術經濟比選

2.5 改造方案的實施

為滿足新增負荷供電需求，本期新建1臺專供生活負荷的站用變(即3號站用變)，容量為400 kVA(考慮遠期站內接帶其他負荷，預留一定容量)，電壓比35/0.4 kV。該站變單獨接帶Ⅲ段380 V站用電母線，Ⅲ段母線通過聯絡開關與Ⅱ段站用電母線連接，站用變電源由本期新建5號主變35 kV側引接。本期新建的Ⅲ段站用電母線只接帶站內Ⅲ類負荷。將原站內220 kV#1、#2保護小室電采暖，主變無功小室電采暖、500 kV屋外配電裝置區照明、道路照明燈負荷改接至Ⅲ段母線接帶，負荷容量共計139 kVA。正常運行時3號站用變只接帶這部分負荷。

本方案不需要新增站用電屏，只需將站內#10、#11屏內的負荷改接至#9、#12屏，騰出來的#10、#11屏用于本期新增的Ⅲ段380 V母線，#11屏和與其相鄰#12屏之間的母線斷開，并通過聯絡開關與#12屏相連。由于站用電屏的切改需抽出部分站用電室電纜溝內的電纜，存在擾動正常運行設施的可能性，因此實施過程可結合5號主變擴建的施工步驟，做好施工組織，避免造成全站停電的危險[4]。改造后站用電接線如圖3所示。

圖3 站用電系統改造后接線

2.6 改造方案可靠性分析

該500 kV變電站在蒙西的包頭地區電網中具有非常重要的地位，站用電系統改造后可靠性不能降低。改造后3臺站用工作變分別從站內1號、2號、5號500 kV變壓器第三繞組低壓側引接，站用電源具有可靠性高、投資省的優點。為了在事故時保證安全可靠地供電，第三臺站用變電源從站外10 kV低壓網絡中引接。供備用站用變壓器的供電線路為專用線且電源可靠，以保證在站內發生重大事故時該電源也不受波及且能持續供電，如圖3所示。正常運行方式為400、401、402、431斷路器熱備用，1號站用變帶380 V 1號母線負荷運行，2號站用變帶380 V 2號母線負荷運行，3號站用變帶380 VⅢ段母線負荷運行。當1號和2號任一臺站用變停電，由兩者中的另一臺帶380 V Ⅰ段、Ⅱ段母線負荷，當1號和2號站用變同時停電，0號站用變帶380 V Ⅰ段、Ⅱ段母線負荷。此種接線禁止1、2、0號站用變中任何兩臺站用變二次并列運行。當3號站用變故障或檢修時，2號母線在預量充足的情況下接帶Ⅲ段母線必要的負荷，因Ⅲ段母線所帶負荷均為Ⅲ類負荷，其長時間停電不會影響正常的生產運行，因此Ⅱ段母線可已不必專門為Ⅲ段母線負荷考慮備用容量。改造后原有3臺站用變超負荷的情況也得到了徹底解決，理由如下。

改造后站內1、2、0號站用變接帶負荷S1為：

S1=970+130-139=961 kVA通過改接轉帶負荷，原站用電系統站用電技術負荷 961 kVA，小于 1 000 kVA，滿足運行要求[5]。

3 結論

本工程可行性研究階段確定的改造方案是全部更換3臺站用變壓器，初設階段的推薦方案與之相比有以下優點：

1)新增3號站用變壓器較改造原來的3臺站用變大幅度節省了投資，經濟效益可觀。

2)推薦方案只需新建1臺站用變壓器，同時小范圍改造原來的站用電屏，工程量較更換3臺站用變的方案簡單易行，可明顯加快工程進度。

3)推薦方案避免了對站用電系統母線的大規模改造，減少了站內交流失電的風險，有利于提高施工安全。

4)推薦方案實施后，對原有站用電系統的改動不大，新增Ⅲ段站用電母線運行更靈活，便于后期運行維護。