220 kV變電站大型敞開式主接線改造方案及安全因素研究

茅偉杰，沈珉峰，榮 富，徐 璐，朱佩林，曹扣成

(國網(wǎng)上海市電力公司松江供電公司，上海 201600)

上海作為特大型城市，人口密度高，產(chǎn)業(yè)密集，是全國用電負(fù)荷密度較高的城市之一。上海某些地區(qū)內(nèi)220 kV變電站建設(shè)年代久，敞開式設(shè)備居多、占地面積大的變電站仍在運行。為了建設(shè)新的室內(nèi)型變電站[1]，老舊變電站改造選擇在原有站址內(nèi)進(jìn)行，在改造過程中要求不影響變電站正常供電，需要清理出敞開式設(shè)備場地，存在施工難度大、安全危險源多和新舊設(shè)備聯(lián)合使用等難題，控制危險因素的發(fā)生成為工程改造的重要因素[2]。在運行條件下，拆除母線的敞開式設(shè)備時，必須考慮負(fù)荷的轉(zhuǎn)移，這是變電站改造過程的重要安全因素[3-4]。

為220 kV老舊變電站改造工程提出合適的方法消除改造過程中的危險源至關(guān)重要，本文結(jié)合220 kV某變電站的前期改造工程方案，總結(jié)出220 kV變電站改造過程中的安全隱患與控制方法。

1 某220 kV變電站改造前后情況分析

1.1 改造前220 kV變電站情況

該站位于上海市松江區(qū)西部，是松江城區(qū)3個220 kV電源之一。

改造前一次電氣設(shè)備情況如表1所示。

表1 某220 kV變電站改造前一次電氣設(shè)備情況

現(xiàn)有規(guī)模主變(2×180+120) MVA，220 kV接線型式采用常規(guī)雙母線帶旁路[5]，有2回進(jìn)線，一次設(shè)備均為室外敞開式設(shè)備。110 kV接線型式為雙母線，有4回出線，一次設(shè)備均為室內(nèi)敞開式設(shè)備。35 kV接線型式為雙母線單分段，有22回出線(1回備用)，一次設(shè)備均為室內(nèi)敞開式設(shè)備。

某220 kV變電站平面布置圖如圖1所示。

圖1 某220 kV變電站平面布置圖

變電站的兩個入口(通道1和通道2)位于站址的南側(cè)，西側(cè)和東側(cè)分別為110 kV出線室和35 kV出線室，220 kV母線構(gòu)架在站址的北側(cè)，220母線構(gòu)架的南側(cè)依次分別為消防泵房，1號、2號和3號主變220 kV開關(guān)變壓器側(cè)閘刀。其中，220 kV母線構(gòu)架區(qū)，消防泵房，1號、2號和3號主變220 kV開關(guān)變壓器側(cè)閘刀的位置為后期改造過程中主控樓和設(shè)備樓，因此本期改造的主要目的為清理出該塊場地。

1.2 改造后220 kV變電站情況

某220 kV變電站改造后一次電氣設(shè)備情況如表2所示。

由表2可知，改造后的變電站110 kV和35 kV接線的出線顯著增加，為滿足容量的要求，220 kV進(jìn)線將從原有2回進(jìn)線的基礎(chǔ)上增加到3回進(jìn)線。同時，高中低三側(cè)的接線方式將簡便很多，110 kV和35 kV側(cè)配合自切裝置，在不降低供電可靠性的情況下，簡化站內(nèi)的接線方式，方便工作人員操作，有利于變電站的安全運行。

表2 某220 kV變電站改造后一次電氣設(shè)備情況

2 改造的必要性

某220 kV變電站為1986年投運的變電站，運行時間長，變電站建構(gòu)筑物健康水平差。隨著地區(qū)負(fù)荷的發(fā)展，夏季高峰時松江站主變負(fù)載率較高，已不能滿足“N-1”安全準(zhǔn)則的要求。

(1)滿足地區(qū)負(fù)荷增長需要，緩解供電壓力，地區(qū)內(nèi)3座220 kV變電站夏季最高負(fù)載率分別達(dá)到89%，91%和80%，均已不滿足“N-1”安全供電準(zhǔn)則。

(2)增加110 kV電源點，滿足地區(qū)變電站和用戶變電站接入需要。目前變電站110 kV側(cè)僅有4回出線間隔，且已無備用，通過變電站3號主變從雙卷變增容至三卷變，改造變電站110 kV配電裝置，增加110 kV出線間隔，為地區(qū)規(guī)劃110 kV變電站提供電源點。

(3)消除兩線帶三變運行方式，提高供電可靠性，變電站220 kV側(cè)采用兩線帶三變的運行方式，單線輸送容量已不能滿足“N-1”安全可靠供電要求。本期改造通過新增第三回電源進(jìn)線，提高供電可靠性。

(4)解決構(gòu)架陳舊老化，土建整體健康水平差的問題。變電站為1986年投運，構(gòu)架未做過改造，構(gòu)架支柱擊避雷針銹蝕嚴(yán)重，部分高層橫梁及立柱水泥脫落，存在輕度傾斜及沉降現(xiàn)象，土建整體健康水平差，不滿足抗震及抗強(qiáng)臺風(fēng)要求，威脅設(shè)備的安全運行。

3 改造方案

3.1 220 kV主接線改造方案

本期改造的主要目的是清理出220 kV母線構(gòu)架，消防泵房，1號、2號和3號主變220 kV開關(guān)變壓器側(cè)閘刀的場地，用于后期建設(shè)主控樓和設(shè)備樓。

變電站220 kV一次設(shè)備接線的雙母線及旁路母線的電源由余松2B10和莊松4131提供，余松2B10和莊松4131均為架空線接到松江站，1號和2號變壓器的中壓側(cè)送電給110 kV正母和付母，35 kV正母一段、正母二段和付母的電源分別由1號、2號和3號主變輸送。為盡可能減少設(shè)備停役的時間，結(jié)合施工工況，做好設(shè)備的計劃停役顯得尤為重要。本次改造需要在場地內(nèi)的道路下先布置好電纜溝，以利于后期工程的順利開展。

結(jié)合現(xiàn)場實際情況，變電站的不停電改造按以下步驟進(jìn)行。

(1)停用3號主變，2號主變提供35 kV正母一段和付母電源，變電站改造的最終目的是220 kV有3回進(jìn)線。因此，利用3號主變是兩卷變的特點，首先引進(jìn)一路新的電源工松2B86，如圖2所示。站內(nèi)本期改造結(jié)束后，引進(jìn)的新電源采用電纜敷埋的方式直接連接到3號主變。

(2)停用2號主變，1號主變提供正母一段和正母二段電源，3號主變第一步改造結(jié)束后，繼續(xù)提供付母電源，而原接線方式為余松2B10電源送到變電站的母線，再由母線引出電源進(jìn)入主變。此處采取的方案為余松2B10架空線進(jìn)入松江站，然后引到新地下電纜溝，沿電纜溝將電源直接送到2號主變。

圖2 改造后220 kV側(cè)一次接線圖

(3)停用3號主變，2號主變提供正母一段和正母二段電源，3號主變提供付母電源，同樣莊松4131架空線進(jìn)入松江站接入電纜溝，電源由電纜溝進(jìn)入1號主變。

3.2 改造中消防安全危險點

220 kV變壓器的消防系統(tǒng)一般設(shè)置水噴淋裝置，減小變壓器發(fā)生火災(zāi)對站內(nèi)設(shè)備安全運行的影響，因此消防也是站內(nèi)改造防止誤動的重要安全因素之一。

本期改造涉及到原消防泵房的拆除，而1號、2號主變在后期土建施工中保持運行，兩主變的水噴淋裝置需接入新的消防裝置，本次改造選擇在1號主變的西側(cè)建臨時消防泵房，但臨時消防泵房依舊采用老的控制器。

改造過程中消防系統(tǒng)示意圖如圖3所示。2號主變改造期間，2號主變消防控制器接入臨時消防泵房消防系統(tǒng)，1號主變消防控制器依然接入舊的消防泵房系統(tǒng)，存在新舊系統(tǒng)交叉使用的風(fēng)險。消防系統(tǒng)的改造隨著主變220 kV側(cè)主接線改造同時進(jìn)行，按照原消防系統(tǒng)運行方式，松江站1號、2號主變消防系統(tǒng)運行方式投 “自動”，2號主變臨時泵房系統(tǒng)的參數(shù)在輸入消防系統(tǒng)控制器時，有可能會誤啟動1號主變消防造成1號主變短路跳閘，存在110 kV全停的電網(wǎng)事件，導(dǎo)致存在重大安全隱患。

因此，消防泵房的改造過程中特別是對裝置進(jìn)行試驗時，需要對另一主變消防系統(tǒng)運行方式投“手動”，并且臨時限時停用1號主變消防系統(tǒng)控制器。

圖3 改造過程中消防系統(tǒng)示意圖

3.3 改造中操作安全危險點

隨著改造過程220 kV側(cè)室外設(shè)備的逐步拆除，原有的“五防系統(tǒng)”220 kV側(cè)的閉鎖系統(tǒng)同樣拆除，原運行方式為220 kV部分由開關(guān)、閘刀、母線送至主變220 kV側(cè)，改為了直接由電纜至主變220 kV套管。

按照圖2所示改造后的方式進(jìn)行運行，則1號、2號主變 220 kV側(cè)“微機(jī)五防”的“防帶電掛接地線”存在安全漏洞，主變改檢修時，主變220 kV側(cè)無明顯的斷開點，造成主變側(cè)掛接地線時電腦鑰匙無法判斷線路是否帶電，存在可能帶電掛接地線的重大人身安全隱患。因此，改造過程采取在線路安裝帶電顯示器，通過線路帶電顯示器實現(xiàn)“五防”閉鎖回路，避免在線路掛接地線時沒有“五防”，確保了改造完成后操作時的人身安全。

3.4 改造中通道安全危險點

某220 kV變電站作為運行30多年的老站，在當(dāng)時土建建設(shè)及后期改造中，未考慮大型車輛及機(jī)械進(jìn)出，因此存在進(jìn)出通道少，道路窄等問題，并且道路兩側(cè)距離設(shè)備距離近，松江站1號主變和3號主變與35 kV出線室之間有軟母線連接，懸于通道1上方，在改造過程中大型車輛的進(jìn)出和設(shè)備的吊裝，極有可能觸及到上方的軟母線，威脅站內(nèi)的設(shè)備運行。

本次改造中，為保證改造工程的順利進(jìn)行和后期變電站的建設(shè)，采取在通道1處建設(shè)硬隔離的方法，如圖4所示。

圖4 安全通道改造示意圖

使用事先焊接好的三面鋼構(gòu)架，在1號主變停役時，即1號主變220 kV側(cè)改造時，吊裝組合成鋼架構(gòu)，安裝在道路兩側(cè)預(yù)制樁墩上，提高鋼構(gòu)架的整體穩(wěn)定性，從而實現(xiàn)軟母線下方安全通道的全封閉，類似老站敞開式設(shè)備的線纜復(fù)雜，沿道路建設(shè)有電纜溝，因此大型車輛通行時存在破壞電纜溝，損壞電纜等風(fēng)險。本次改造中多采用通道、施工點與電纜溝遮欄硬隔離加標(biāo)識牌的方法提高工作人員的安全意識，確保整個改造過程的萬無一失。

4 改造工程的意義

4.1 改造原則

本期改造依然采用不停電的方式，通過3個主變之間負(fù)荷的轉(zhuǎn)移來實現(xiàn)。

在之前220 kV變電站改造過程中很少涉及到出線增加和220 kV接線全部一次性拆除的情況。變電站前期的改造內(nèi)容繁多，本工程巧妙地利用3回出線分別送3個變壓器的方案，避免了引入臨時電源而造成的建設(shè)浪費，同時設(shè)計好相應(yīng)的電纜溝，充分利用場地內(nèi)的通道，解決了場地內(nèi)敞開式架線方式對改造過程中人身和設(shè)備的威脅。

4.2 安全因素

220 kV變電站原址改造的難度要大于新建變電站，安全因素是整個改造質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)[6]。變電站作為運行近40年的老站，220 kV側(cè)敞開式設(shè)備改造過程是安全威脅最多的階段，涉及220 kV線路、消防和土建，且短時間內(nèi)施工場所與帶電部分沒有有效的硬隔離，容易忽略較多的安全因素。

消防改造在整個改造過程中也處于重要的位置，消防系統(tǒng)存在新舊消防泵房的同時使用，新的消防泵房接入老的控制系統(tǒng)，容易出現(xiàn)誤動和拒動的情況，因此在各個時間點需要把握消防系統(tǒng)投入“自動”或者“手動”，以及采取限時臨時停用對變壓器的安全穩(wěn)定運行起到關(guān)鍵作用。

改造過程中，拆除一次設(shè)備容易忽略原有的運行方式。在本工程220 kV主接線全部拆除的情況下，當(dāng)主變壓器檢修時，220 kV側(cè)為電纜直接接入變壓器，難以設(shè)置明顯的斷開點和接地裝置，因此需要保證主變壓器220 kV側(cè)停役時確實無電，且原“微機(jī)五防”可以繼續(xù)正常使用，合理地利用帶電顯示器的作用，安裝在220 kV套管側(cè)用于判斷線路是否帶電以及“微機(jī)五防”的正常操作，保證了工作人員的人身安全和設(shè)備的安全運行。

不停電改造是變電站改造的最大難點，需要充分考慮到施工通道區(qū)域和帶電部分的隔離，為杜絕安全隱患的發(fā)生，采取硬隔離的方式是最安全的有效方式。

5 結(jié)語

隨著供電可靠性的提高和負(fù)荷的增加，老舊變電站的改造已迫切需要。

本文通過分析運行超過30年的220 kV變電站大型敞開式設(shè)備的改造方案和改造過程中的安全因素，3個主變之間相互的負(fù)荷轉(zhuǎn)移實現(xiàn)改造工程的不停電，并利用增加220 kV出線和布置合理電纜溝的方式解決了電源與變壓器之間連接的問題。

本期改造中涉及到新舊系統(tǒng)和操作系統(tǒng)的并用，是改造工程需要考慮重要安全因素，采取消防運行系統(tǒng)運行方式的切換和“五防系統(tǒng)“接入帶電顯示器裝置，有效地解決了后期工程人員的操作安全和設(shè)備的安全運行，采取通道硬隔離的方式杜絕安全隱患的發(fā)生。