220kV變電站電氣一次改造技術方案研究

李佳林

（廣東電網有限責任公司潮州供電局）

0 引言

目前，全世界范圍內的大多數國家都將電能作為主要能源，但是由于電能具有一定的特殊性，難以進行大量的儲備[1]。變電站作為電力系統的關鍵組成，其建設、優化方案對變電站工程的質量有著較大影響，同樣會使變電站的建設、改造投資得到最大化的利用，推動電力經濟的持續穩定發展[2]。變電站作為發電站與電力用戶間重要的中間環節，一旦發生故障則會對居民用電產生嚴重干擾。變電站電氣一次改造是對構成變電站的主體進行改造，具有較高的現實意義[3-5]。

1 220kV變電站電氣一次改造技術方案

在進行變電站電氣一次改造時，需要根據遵循電氣一次改造原則，根據間隔接入的要求，確定線路接入的位置，按照實施順序進行回路的布置，防止線路出現角差跨越，在間隔位置確定時，完善電氣主接線圖以及相關的布置圖[6-7]。在變電站一次電氣的改造中，要盡可能降低停電事故的風險。

1.1 電氣主接線設計

220kV變電站一次電氣主接線中必不可少的環節，直接影響到變電站的整體布局與靈活性，以及后續配電器與繼電保護裝置的選擇與設計。

采用雙母線帶旁路母線的接線形式替代變電站中原有的母線形式，并且拆除旁路母線以及相關電氣設備，將單母線分段間隔改造為母聯間隔。為了提高變電站的性能，此次改造設計中，將原來的2線2變擴增為4回線。但是，在此次改造設計過程中，并不取消旁路設置，提高原有線路配置的可利用率。雙母線帶旁路接線示意圖如圖1所示。

圖1 雙母線帶旁路接線示意圖

雙母線接線形式的優勢如表1所示。

表1 雙母線接線優勢

1.2 變壓器改造設計

為了確保220kV變電站供電的穩定性，變壓器的改造不僅需要滿足負荷、供電條件的需求，還要滿足用戶用電容量儲備的要求，因此在此次變壓器改造技術方案中設計主變壓器數量為2臺。

為了滿足未來5～10年變電站的發展需求，在變壓器負荷運行正常的情況，要求變壓器的額定容量要大于變電站的最大負荷，并且要求變壓器的額外負載要在最大負荷的70%左右，因此變壓器的容量計算公式可以表示為：

式中，PM表示最大負荷。

在滿足上述容量要求下，變壓器可以在未來的一段時間內有效滿足變電站發展與穩定運行的要求。

最終變電站的1號、2號主變選擇沈陽變壓器集團有限公司生產的三相三線圈有載調壓變壓器，該變壓器的型號為SSZ-180000/220。變壓器的容量如表2所示。

表2 變壓器容量參數

在變壓器的安裝過程中，要避免與強絕緣氣體、蒸汽、灰塵等接觸，避免產生劇烈的振動與顛簸，提高變壓器內部的穩定性。

1.3 其他主要電氣設備改造設計

在進行主要電氣設備的改造前，需要對短路電流進行計算。短路電流是變電站內電氣設備發生故障時的電流，可以根據短路電流對電氣的運行狀態進行分析與判斷，可以有效提高變電站的運行穩定性。

220kV母線三相短路電流為：

式中，IJ-220表示220kV母線的基準電流；X表示220kV側的正序阻抗。

220kV三相短路沖擊電流的計算公式為：

式中，Km表示沖擊波倍數。

220kV三相短路全電流的計算公式為：

針對其他電壓的三相短路計算，只需要代入不同的數值即可完成獲得計算結果，在此處不再一一給出。

完成短路電流的計算后，根據220kV變電站的設計參考，進行變電站主要電氣設備的選擇。

（1）主變壓器

此次選擇的主變壓器為本體與冷卻器一體式設備，型號為SZ11-240000/66，該型號變壓器的短路阻抗為9.0%，額定電壓比為220+8×1.25/10.5kV，以滿足變壓器調檔、運行的要求。

（2）斷路器

此次選擇的斷路器為六氟化硫斷路器，其參數如表3所示。

表3 六氟化硫斷路器參數

（3）其他設備

此次改造技術方案中變電站的其他電氣設備參數如表4所示。

表4 其他電氣設備參數

通過上述技術方案完成了220kV變電站電氣一次改造，可以有效提升變電站的整體性能，為用戶穩定、快速地提供服務。

2 改造技術方案性能測試

完成220kV變電站電氣一次改造技術方案的理論研究后，為了驗證改造技術方案的可行性，進行改造前后220kV變電站運行性能的測試。此次改造在原有的變電站場地上進行，將雙母線分段帶旁路母線改為雙母線的形式，但220kV進線回路的數量保持原有數量。

為了對所設計的改造技術方案進行充分測試，以改造前后的線損率、繼電保護裝置投入率以及變電站運行成本變化率為指標，對改造技術方案進行測試。

2.1 改造前后的線損率

變電站在進行發電、輸電以及配電過程中，會產生功率的額外流失或者電能的額外消耗，這種情況就稱為線損率，因此線損率越低說明改造技術方案的有效性越強。線損率的計算公式為：

式中，QG表示變電站供電量；QS表示變電站的售電量。

多次實驗下，改造前后220kV變電站的線損率對比結果如表5所示。

表5 改造前后線損率

從表5所示的改造前后變電站線損率變化情況可以看出，相較于改造前，經過設計技術方案的改造后，變電站的線損率出現了明顯的降低，改造后的線損率始終保持在5.5%以下。因此，說明所設計技術方案的可用性較強。

2.2 繼電保護裝置投入率

繼電保護裝置作為變電站的重要組成部分，當繼電保護裝置被觸發后，在故障完全解決之前，整個變電站都將陷入停工的狀態，因此需要投入大量資金與時間成本，尤其是時間成本，對變電站運行效率與質量的影響十分關鍵。繼電保護裝置投入率是指繼電保護投入的時間成本占總工作時間的比值。通過繼電保護裝置投入可以準確分析其可靠程度。繼電保護裝置投入率計算公式為：

式中，tg表示繼電保護裝置的停運時間；ty表示繼電保護裝置投入運行的時間。

改造技術方案使用前后變電站繼電保護裝置投入率結果如圖2所示。

圖2 繼電保護裝置投入率結果

觀察圖2所示的改造方案實施前后繼電保護裝置投入率結果可以看出，多項繼電保護裝置改造后的投入率得到明顯的提升，尤其是母線保護裝置與線路保護裝置，投入率提升較為明顯。因此，說明此次研究的改造方案實際應用效果較好。

2.3 運行維護成本變化率

效益最大化是變電站改造不可忽視的問題，因此在驗證變電站電氣一次改造技術方案性能時，需要對變電站運行維護成本的變化率進行分析。運行維護成本變化率計算公式為：

式中，Cb表示一次改造前變電站的運行維護成本；Ca表示一次改造后變電站的運行維護成本。

當變電站設備出現故障后，變電站的運行質量與性能會嚴重下降，因此還需要對變電站組件進行入場的保養。本文改造技術方案實施后變電站的運行維護成本變化率結果如表6所示。

表6 變電站運行維護成本變化率

表6中的結果顯示出，多次實驗測試下，本文改造技術方案下，變電站運行維護成本變化率在75%左右，因此說明改造方案的效果較為顯著。

3 結束語

隨著變電站功能的逐漸完善與供電需求的不斷提升，變電站的改建已經較為普遍，為了滿足日益增強的供配電需求，此次研究提出220kV變電站電氣一次改造技術方案，根據變電站改造原則，對變電站中的主要電氣接線與設備進行設計與選擇，盡量減少改造的工程量并且降低成本。改造方案的測試結果表明，所研究的改造方案可以降低變電站的線損率，并且能夠提升繼電保護裝置的投入率。