大容量變電站220kV配電裝置電氣接線的探討

  摘要:隨著電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展,配置1500MVA大容量變壓器的500kV變電站將會(huì)得到廣泛應(yīng)用,本文結(jié)合500kV水鄉(xiāng)變電站的情況,對(duì)此類變電站中220kV配電裝置的電氣接線進(jìn)行論述。

  關(guān)鍵詞:大容量變壓器,220kV配電裝置,電氣接線 

  隨著廣東省國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)、高速發(fā)展,廣東電網(wǎng)建設(shè)出現(xiàn)大容量、高密度供電需求的新形勢(shì),特別在“十五”期間,廣東電網(wǎng)的發(fā)展呈現(xiàn)超大變電容量的趨勢(shì)更加突出。根據(jù)廣東電網(wǎng)公司的“十一五”電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃,至2010年,廣東電網(wǎng)將出現(xiàn)多個(gè)配置1500MVA大容量變壓器的變電站。

  為適應(yīng)東莞西北部地區(qū)負(fù)荷增長(zhǎng),協(xié)調(diào)電網(wǎng)發(fā)展和城市建設(shè)的用地矛盾,500kV東莞水鄉(xiāng)變電站是廣東省首批安裝四組1500MVA變壓器的樞紐變電站,也是1500MVA變壓器首次在國(guó)內(nèi)500kV樞紐變電站中應(yīng)用,容量最終規(guī)模按6000MVA考慮,共建設(shè)4組1500MVA變壓器,這和國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的配置4組1000MVA變壓器的樞紐變電站應(yīng)用有區(qū)別,主要在于:

  1)變電容量大大增加。之前,國(guó)內(nèi)500kV樞紐變電站最大規(guī)模為4組1000MVA,500kV水鄉(xiāng)變電站的容量增大150%,達(dá)到6000MVA,如果不采取相應(yīng)措施,220kV側(cè)的短路電流將隨之同步增長(zhǎng)。目前,我國(guó)500kV變壓器中壓側(cè)電壓一般為230kV,短路電流水平為50kA。根據(jù)短路電流計(jì)算,500kV水鄉(xiāng)變電站在2臺(tái)主變并列時(shí)220kV母線短路電流約為43kA,在3臺(tái)主變并列時(shí),短路電流將達(dá)到約62kA,額定短時(shí)耐受電流50kA的設(shè)備將不能滿足短路電流的要求,因此正常運(yùn)行時(shí)220kV母線需分列運(yùn)行,并避免三臺(tái)主變并列的情況。

  2)根據(jù)系統(tǒng)要求,變壓器要滿足短時(shí)帶130%的過(guò)負(fù)荷要求。1500MVA變壓器的220kV側(cè)額定電流為3870A,當(dāng)變壓器帶130%過(guò)負(fù)荷運(yùn)行時(shí),主變220kV回路的工作電流將達(dá)到4790A。

  由于上述的原因,1500MVA變壓器在500kV樞紐變電站的應(yīng)用,220kV配電裝置在設(shè)計(jì)上需解決主變并列運(yùn)行時(shí)短路電流超標(biāo)以及回路大電流的問(wèn)題,以下就220kV配電裝置的電氣接線探討相關(guān)問(wèn)題。

  500kV水鄉(xiāng)變電站最終規(guī)模為4組1500MVA變壓器,220kV出線達(dá)到16回,規(guī)模大,出線元件多,要求接線可靠性高。因此,擬采用雙母線雙分段接線(主變單斷路器進(jìn)線)、雙母線雙分段接線(主變雙斷路器進(jìn)線)或3/2斷路器接線。

  1)方案一:雙母線雙分段接線(主變單斷路器進(jìn)線),接線見圖1。

  采用雙母線雙分段接線,主變進(jìn)線采用單回路進(jìn)線,帶專用母聯(lián)和專用分段斷路器,每一元件通過(guò)一臺(tái)斷路器和兩組隔離開關(guān)連接到兩組母線上,兩段母線間通過(guò)母線聯(lián)絡(luò)斷路器連接,根據(jù)需要,每一元件可通過(guò)母線隔離開關(guān)連接到任一條母線上,雙母線的兩組母線同時(shí)工作,并通過(guò)母聯(lián)斷路器并列運(yùn)行,電源與負(fù)荷平均分配在每組母線上。主變N-1時(shí),可根據(jù)負(fù)荷情況,利用分段及母聯(lián)回路的倒換操作,避免3臺(tái)主變并列運(yùn)行短路電流過(guò)大的情況。為滿足主變過(guò)負(fù)荷運(yùn)行的要求,其中主變進(jìn)線、母聯(lián)間隔需要采用5000A的大電流設(shè)備。220kV配電裝置按最終規(guī)模需建設(shè)24組斷路器(出線16組,主變進(jìn)線4組,母聯(lián)2組,分段2組)。

  這種接線方式在廣東大量采用,具有供電可靠、調(diào)度操作靈活性、擴(kuò)建方便等特點(diǎn),并有豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

  2)方案二:雙母線雙分段接線(主變雙斷路器進(jìn)線),接線見圖2。

  采用雙母線雙分段接線,主變回路經(jīng)雙斷路器分別進(jìn)雙母線,兼作母聯(lián)回路,出線回路仍采用單斷路器接線,帶專用分段斷路器。其中主變進(jìn)線間隔利用雙回路的分流作用以滿足主變過(guò)負(fù)荷運(yùn)行的要求,采用4000A的設(shè)備,對(duì)比方案一,在4組主變時(shí)增加2組斷路器和2組電流互感器,運(yùn)行方式較多,二次接線較復(fù)雜,主變N-1時(shí),需根據(jù)負(fù)荷情況,利用分段回路及主變回路雙斷路器的倒換操作,避免3臺(tái)主變并列運(yùn)行短路電流過(guò)大的情況。220kV配電裝置按最終規(guī)模需建設(shè)26組斷路器(出線16組,主變進(jìn)線8組,分段2組)。

  這種接線方式在廣東增城、汕頭等變電站有應(yīng)用,具有較高的可靠性及豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

  3)方案三:3/2斷路器,母線分段接線,如圖3。                        

  圖33/2斷路器母線分段接線

  該接線方式具有高度的可靠性,每一回路由兩臺(tái)斷路器供電,運(yùn)行時(shí),兩組母線和全部斷路器均投入工作,從而形成多環(huán)形供電,運(yùn)行調(diào)度靈活。

  根據(jù)華東電力試驗(yàn)研究院做的《500kV變電站串內(nèi)電流分布特性研究》所做的試驗(yàn)和研究的結(jié)論:若能保證串內(nèi)的2個(gè)出線的潮流相反,其串內(nèi)設(shè)備的額定電流可以比串內(nèi)出線的最大額定電流小一個(gè)檔次。若潮流方向相同,建議串內(nèi)設(shè)備選取與線路相同的額定電流。如果將主變和負(fù)荷線配在同一串內(nèi),則兩出線的潮流方向相反,即使考慮主變過(guò)負(fù)荷1.3倍,串內(nèi)電流仍可以控制在4000A以內(nèi),串內(nèi)元件額定電流按4000A選取即可。當(dāng)線路的潮流方向改變,即主變回路和電源線在同一串時(shí),如主變過(guò)負(fù)荷1.3倍,串內(nèi)電流有超過(guò)4000A的可能,串內(nèi)元件電流將超過(guò)4000A,仍需滿足串內(nèi)電流“需考慮斷路器事故或檢修時(shí),一個(gè)回路加另一回路最大負(fù)荷電流的可能”的規(guī)定,因此應(yīng)避免將主變回路與電源線配在同一串。主變N-1時(shí),利用分段回路及串中斷路器的倒換操作,避免3臺(tái)主變并列運(yùn)行短路電流過(guò)大的情況。

  這種接線方式增加了設(shè)備數(shù)量,造價(jià)較高,同時(shí)運(yùn)行方式較多,二次接線較復(fù)雜,220kV配電裝置按最終規(guī)模需建設(shè)32組斷路器(10串30組,分段2組)。

  在廣東省內(nèi)220kV尚未使用3/2斷路器接線,但在華東地區(qū)的500kV變電站的220kV側(cè)已有采用,并也取得了良好的運(yùn)行效果。

  4)220kV設(shè)備的選擇

  目前220kV配電裝置可選擇三類設(shè)備。

  1、敞開式常規(guī)開關(guān)設(shè)備(AIS):AIS設(shè)備價(jià)格便宜,但占地面積大,可靠性與封閉電器比相對(duì)較差。

  2、SF6復(fù)合型開關(guān)設(shè)備(HGIS):介于AIS和GIS之間的一種復(fù)合型氣體絕緣開關(guān)設(shè)備,它結(jié)構(gòu)與GIS基本相同,但不含母線,可按不同的主接線及平面布置的要求將有關(guān)元件聯(lián)成一體,構(gòu)成一種沒(méi)有母線的組合式高壓電器。它與GIS一樣具有小型化,可靠性高,安裝周期短,維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn),而且由于它母線敞開,比GIS擴(kuò)建更方便,設(shè)備造價(jià)也比GIS低,但由于母線需單獨(dú)設(shè)置,因此占地面積較GIS設(shè)備大。

  3、SF6全封閉組合電器(GIS):將包括母線、斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、快速接地開關(guān)、電流互感器、電壓互感器、避雷器、架空套管等,按電氣主接線的要求依次連接,經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)有機(jī)地組合成一個(gè)整體,并且全部封閉于接地的金屬管內(nèi),管內(nèi)充SF6氣體,作為絕緣和滅弧介質(zhì)。它具有占地面積小,運(yùn)行可靠性高,防污及抗震性能好,安裝周期短,維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)。

  500kV水鄉(xiāng)變電站占地面積狹小,220kV配電裝置無(wú)法采用AIS或HGIS設(shè)備,只能考慮采用GIS設(shè)備。根據(jù)調(diào)研收資,目前220kVGIS設(shè)備的額定電流一般為4000A,很少有超過(guò)4000A的產(chǎn)品。但國(guó)內(nèi)外多個(gè)生產(chǎn)廠家在更高電壓等級(jí)的設(shè)備中(如330kV、500kV)均有5000A以上的產(chǎn)品,部分廠家正在進(jìn)行220kV大額定電流設(shè)備的研制,并有計(jì)劃利用現(xiàn)有的更高電壓等級(jí)的設(shè)備進(jìn)行改造,可在短時(shí)間內(nèi)完成220kV大電流產(chǎn)品的開發(fā)。

  5)方案比較及結(jié)論

  方案一采用雙母線雙分段接線,主變單回路進(jìn)線,帶專用母聯(lián)和分段斷路器,運(yùn)行靈活,具有豐富運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

  方案二采用雙母線雙分段接線,主變回路經(jīng)雙斷路器分別進(jìn)雙母線,兼作母聯(lián)回路,運(yùn)行方式較多,二次接線較復(fù)雜。

  方案三利用3/2斷路器接線的特點(diǎn),當(dāng)線路潮流方向固定為負(fù)荷線時(shí),更容易解決回路大電流和母線大電流問(wèn)題,但220kV出線回路數(shù)多,會(huì)造成配串較多,布置復(fù)雜,設(shè)備數(shù)量多,造價(jià)高,而且220kV的3/2斷路器接線在廣東缺乏運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

  設(shè)備方面,受場(chǎng)地用地限制,只能考慮采用GIS設(shè)備,雖然設(shè)備廠家尚未有5000AGIS現(xiàn)成產(chǎn)品,但國(guó)內(nèi)外多個(gè)廠家均能在較短時(shí)間內(nèi)開發(fā)出該產(chǎn)品。

  因此,綜合設(shè)備的研發(fā)水平和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),500kV水鄉(xiāng)變電站采用1500MVA變壓器,220kV配電裝置的電氣接線推薦采用方案一,即采用雙母線雙分段接線,主變單回路進(jìn)線,帶專用母聯(lián)和分段斷路器,采用GIS設(shè)備,主變進(jìn)線、母聯(lián)回路選用額定電流5000A的設(shè)備! 

  參考文獻(xiàn):

  [1]祝瑞金,蔣躍強(qiáng),李建平.500kV變電站串內(nèi)電流分布特性研究.華東電力.2006.9