220 kV變電站站用電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化

王福泉

(云南電網(wǎng)公司西雙版納供電局，云南 西雙版納 666100)

220 kV變電站站用電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化

王福泉

(云南電網(wǎng)公司西雙版納供電局，云南 西雙版納 666100)

針對(duì)傳統(tǒng)變電站站用電系統(tǒng)存在的問(wèn)題，提出了220 kV變電站站用電系統(tǒng)的具體優(yōu)化方案。

變電站；站用電；接線方式；優(yōu)化

0 引言

在變電站中，站用電系統(tǒng)的好壞直接影響整個(gè)電網(wǎng)的安全性和可靠性。如果站用電系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，變電站將不能安全可靠地運(yùn)行，甚至?xí)斐芍卮笫鹿?。隨著社會(huì)的發(fā)展，以前的變電站站用電系統(tǒng)中存在的問(wèn)題也逐漸暴露出來(lái)。如站用變壓器的接線選擇、站用電負(fù)荷的供電方式、站用變壓器的選擇等都存在許多需要優(yōu)化改進(jìn)的地方。

當(dāng)前，220 kV變電站正朝著少人值班和無(wú)人值班的方向發(fā)展，所以站用電系統(tǒng)的改造相當(dāng)重要。

1 傳統(tǒng)站用電系統(tǒng)存在的問(wèn)題

目前，我國(guó)大多數(shù)地區(qū)220 kV變電站采用傳統(tǒng)的接線方式。站用變壓器主要有干式或油浸變壓器，現(xiàn)在的變電站采用油浸變壓器的偏多。為了避免站用變低壓以及反送電，多采用人工手動(dòng)控制刀閘開(kāi)關(guān)切換站用電的低壓供電。對(duì)于重要負(fù)荷，在其末端進(jìn)行自投。但是隨著變電站設(shè)備的不斷更新以及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)站用電系統(tǒng)中存在的問(wèn)題逐漸顯現(xiàn)。首先，站用電源的可靠轉(zhuǎn)換非常重要，采用雙投刀閘人為切換站用電低壓供電，根本不能對(duì)站用電實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控，而對(duì)于單相熔斷器保護(hù)的研究只是一個(gè)粗略概念，不能完整地獲得保護(hù)信息。對(duì)于一般的空氣斷路設(shè)備，不能有效避免站用變低壓并列及反送電。其次，斷相運(yùn)行問(wèn)題。由于站用變低、高壓側(cè)都是采用單相熔斷器，很有可能出現(xiàn)斷相運(yùn)行的現(xiàn)象。如果在低壓側(cè)發(fā)生一相斷線現(xiàn)象，將會(huì)造成過(guò)負(fù)荷發(fā)熱；如果在高壓側(cè)出現(xiàn)一相斷線現(xiàn)象，由于變壓器起到隔離的作用，將很有可能造成變壓器由本來(lái)的三相供電變成單相供電，與低壓側(cè)一相斷線相比，高壓側(cè)一相斷線的危害更大。當(dāng)電動(dòng)機(jī)正在運(yùn)行時(shí)，出現(xiàn)高壓斷相會(huì)使回路的電流逐漸增加，電壓降低，長(zhǎng)時(shí)間的不正常運(yùn)行會(huì)使電動(dòng)機(jī)等設(shè)備燒壞。最后，接線組別問(wèn)題。傳統(tǒng)的接線組別主要是采用Y，yn12接線組。采用此種接線組主要是考慮到其制造工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低。但是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用，發(fā)現(xiàn)這種接線組別存在諸多問(wèn)題，不適合站用電系統(tǒng)采用。

2 220 kV站用電系統(tǒng)的優(yōu)化

由于傳統(tǒng)站用電系統(tǒng)存在諸多缺點(diǎn)，因此需對(duì)其主要部分進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。

2.1 站用變壓器接線方式的優(yōu)化

目前，我國(guó)大多數(shù)220 kV變電站系統(tǒng)中的站用變壓器是采用Y，yn12的接線方式。然而，最新發(fā)行的《火力發(fā)電廠和變電站照明設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》中明確要求了在低壓廠的變壓器要采用D，yn11接線方式，并且在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB2426—92《發(fā)電廠和變電所總?cè)嘧儔浩骷夹g(shù)參數(shù)和要求》中也對(duì)干式D，yn11接線變壓器做了相關(guān)規(guī)定和要求。目前，國(guó)內(nèi)的變壓器生產(chǎn)廠家所提供的低能耗、樹(shù)脂澆注干式變壓器及油浸變壓器都有D，yn11和Y，yn12兩種接線方式可以選擇。

D，yn11接線變壓器的優(yōu)點(diǎn)：

(1) 減小零序阻抗。采用D，yn11接線方式的變壓器比傳統(tǒng)的Y，yn12接線變壓器零序阻抗小很多。D，yn11接線變壓器的零序阻抗值大約與其正序阻抗相等，因此可以使單相短路電流增大，從而使單相短路電流與三相短路電流之間的差異縮??；并且在發(fā)生短路時(shí)，采用D，yn11接線方式可以大大提高保護(hù)設(shè)備的靈敏度，還有利于各個(gè)保護(hù)設(shè)備之間的配合，使保護(hù)更加簡(jiǎn)便可靠。

(2) 充分利用變壓器額定容量。D，yn11接線方式的變壓器可以充分利用變壓器的額定容量。對(duì)于傳統(tǒng)的Y，yn12接線變壓器，如果變壓器三相負(fù)荷不平衡，流過(guò)二次側(cè)中性線的電流為3I0，通過(guò)零序電流產(chǎn)生的零序磁通會(huì)通過(guò)鐵件形成渦流損失，產(chǎn)生大量熱能，導(dǎo)致變壓器發(fā)熱，影響其正常功用。而且，根據(jù)運(yùn)行規(guī)程的要求，變壓器的中性線電流不能超過(guò)二次側(cè)額定電流的27%。對(duì)于D，yn11接線變壓器，因?yàn)榱阈螂娏髟谝淮蝹?cè)和二次側(cè)都可以流通，這樣就使得零序磁通相互抵消，變壓器就不會(huì)有發(fā)熱的現(xiàn)象產(chǎn)生，保證了變壓器的使用壽命和使用安全。

(3) 提供零序電流通路或三次諧波電流。D，yn11接線變壓器可以為零序電流或者三次諧波電流提供通路。當(dāng)遇到低壓側(cè)三相負(fù)荷不平衡的情況時(shí)，傳統(tǒng)的Y，yn12接線變壓器會(huì)出現(xiàn)低壓側(cè)中性點(diǎn)浮動(dòng)位移的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響變電站供電的可靠性，但采用D，yn11接線方式的變壓器就不會(huì)出現(xiàn)低壓側(cè)中性點(diǎn)的浮動(dòng)位移，從而進(jìn)一步使供電電壓質(zhì)量得到保障。

綜上所述，D，yn11接線變壓器相比傳統(tǒng)的Y，yn12接線變壓器有許多優(yōu)點(diǎn)，在以后站用電系統(tǒng)中宜采用D，yn11接線變壓器。

2.2 站用變壓器的選擇

如今越來(lái)越多的220 kV變電站已經(jīng)進(jìn)入市區(qū)，為了使變電站和民用建筑更好地結(jié)合在一起，于是產(chǎn)生了許多地下變電站，其消防要求很高，這在一定程度上限制了變電站的整體布置，并且還要考慮變電站的噪聲對(duì)周圍環(huán)境的影響。

如今越來(lái)越多的變電站開(kāi)始采用干式變壓器，這種變壓器具有無(wú)油化、損耗低、維護(hù)工作量小、體積小、阻燃好、噪聲小等優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)大部分變壓器制造廠都可以生產(chǎn)這種干式變壓器，雖然干式變壓器的價(jià)格比油浸變壓器要高一些，但其性能可以很好地滿足當(dāng)今變電站站用電變壓器的要求。因此，在市區(qū)的220 kV變電站中宜采用干式站用變壓器。

2.3 站用電負(fù)荷供電方式的優(yōu)化

現(xiàn)在一般采用按區(qū)域分別設(shè)置環(huán)形供電網(wǎng)絡(luò)的方式為220 kV變電站站用重要負(fù)荷供電，并且用一組隔離開(kāi)關(guān)控制環(huán)網(wǎng)的運(yùn)行與斷開(kāi)。但隨著設(shè)備的更新、技術(shù)的發(fā)展，這種站用電負(fù)荷供電方式的一些弊端也逐漸暴露出來(lái)。

(1) 在對(duì)站用電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，明確規(guī)定了不能在兩段工作母線間設(shè)置站用電源自動(dòng)投入裝置。并且我國(guó)大部分地區(qū)220 kV變電站正在逐漸向無(wú)人值班化的方向發(fā)展。所以，如果某個(gè)重要的負(fù)荷部位出現(xiàn)事故導(dǎo)致失電時(shí)，環(huán)形供電網(wǎng)的半個(gè)環(huán)網(wǎng)將出現(xiàn)失電現(xiàn)象，發(fā)生這種突發(fā)事故，只能是相關(guān)操作人員進(jìn)行修復(fù)處理，合上隔離開(kāi)關(guān)，才能保證再次供電，這樣就浪費(fèi)了許多人力物力。

(2) 當(dāng)220 kV變電站兩臺(tái)站用變壓器不滿足并聯(lián)運(yùn)行條件時(shí)，必須保證兩臺(tái)站用變壓器不會(huì)出現(xiàn)并聯(lián)運(yùn)行的情況，否則會(huì)燒壞變壓器。但是傳統(tǒng)的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)供電系統(tǒng)的刀開(kāi)關(guān)有可能造成失誤而在不必要的時(shí)候合上，從而使兩臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行，給供電系統(tǒng)帶來(lái)安全隱患。

針對(duì)上述問(wèn)題，相關(guān)設(shè)計(jì)人員提出了按區(qū)域分別設(shè)置專用配電箱向各個(gè)間隔負(fù)荷輻射的供電方式，來(lái)保證變電站重要負(fù)荷的安全可靠供電。一路配電箱的電源進(jìn)線正常運(yùn)行，一路備用，并且將備用電源自動(dòng)投入裝置裝在兩路進(jìn)線電源之間，這樣就形成了互為備用的雙回路供電方式。采用這種供電方式，在發(fā)生突發(fā)電路故障時(shí)，可以大大縮小受影響的線路范圍，從而充分保證供電的安全性和可靠性。雖然這種供電方式比傳統(tǒng)的環(huán)網(wǎng)供電方式在設(shè)備投資上稍有增加，但是綜合考慮供電系統(tǒng)的安全性、靈活性、可靠性等因素，這種供電方式是優(yōu)于慣用的環(huán)網(wǎng)供電方式的。

2.4 低壓電器的選擇

在選擇低壓電器時(shí)，首先要考慮其是否能夠滿足動(dòng)熱穩(wěn)定、周圍環(huán)境、分?jǐn)嗄芰?、工作電流、工作電壓等要求。通常是采用成套低壓柜作為站用電低壓系統(tǒng)的主要設(shè)備。將眾多的電氣設(shè)備都封閉密集在一個(gè)狹小的屏柜內(nèi)部，當(dāng)設(shè)備工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的熱能，而且設(shè)備散熱條件差，很容易造成火災(zāi)等危險(xiǎn)情況。因此，對(duì)于封閉在設(shè)備柜中的電器額定電流的選擇可以考慮合適的裕度，一般情況下是按照電器額定電流乘以0.6～0.8的裕度系數(shù)對(duì)其進(jìn)行修正。

3 結(jié)語(yǔ)

變電站站用電系統(tǒng)是保障變電站安全、可靠運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。本文主要指出了傳統(tǒng)變電站站用電系統(tǒng)存在的一些問(wèn)題，并且針對(duì)相關(guān)問(wèn)題提出了具體優(yōu)化方案，希望可以為相關(guān)部門對(duì)變電站站用電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供幫助。

[1] 梁振升.變電站操作及照明電源在電網(wǎng)事故中的保障措施研究[J].廣東輸電與變電技術(shù)，2008(1)：45～47

[2] 王銳，陳延昌，許沛豐.變電站站用電源一體化方案的探討[J].供用電，2008(6)：44～45

2014-08-27

王福泉(1978—)，男，云南洱源人，助理工程師，副主任，研究方向：變電運(yùn)行維護(hù)及管理。