南水北調(diào)中線35kV超長(zhǎng)輸電線路節(jié)能與安全改造

楊鐵樹(shù)

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津 300250）

南水北調(diào)中線總干渠全長(zhǎng)1276.557km，一期工程年調(diào)水量95億m3。為滿足南水北調(diào)中線工程各用電負(fù)荷安全、可靠供電需要，在總干渠沿線建設(shè)一條35kV輸電線路供電專網(wǎng)，由35kV中心開(kāi)關(guān)站、35kV輸電線路、各負(fù)荷點(diǎn)降壓變電站組成。中心開(kāi)關(guān)站從所在地區(qū)的電力系統(tǒng)中引1~2回35kV電源，再由此引出2回35kV線路分別向總干渠的上下游兩側(cè)輻射，并在干渠負(fù)荷點(diǎn)處設(shè)35kV/0.4kV降壓變電站。南水北調(diào)中線工程共設(shè)35kV中心開(kāi)關(guān)站13座，35kV輸電線路長(zhǎng)1000km，35kV/0.4kV降壓變電站309座。35kV輸電線路（北沙河—唐河中心開(kāi)關(guān)站區(qū)段）單鏈供電方式，在線路中間位置設(shè)有分段開(kāi)關(guān)，正常運(yùn)行時(shí)，分段開(kāi)關(guān)處于“斷開(kāi)”位置，兩中心開(kāi)關(guān)站分別以輻射供電方式向各分段負(fù)荷點(diǎn)供電；當(dāng)35kV輸電線路發(fā)生故障或中心開(kāi)關(guān)站失去系統(tǒng)電源時(shí)，通過(guò)切除線路故障點(diǎn)，閉合分段開(kāi)關(guān)等一系列的故障隔離、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、負(fù)荷轉(zhuǎn)移等倒閘操作，實(shí)現(xiàn)兩中心開(kāi)關(guān)站間各負(fù)荷點(diǎn)供電的互為備用。

1 35kV輸電線路節(jié)能與安全改造的必要性

1.1 輸電線路節(jié)能改造（無(wú)功補(bǔ)償）

35kV輸電線路投運(yùn)后，由于北沙河中心開(kāi)關(guān)站的功率因數(shù)低至0.1左右，每月需向供電部門(mén)補(bǔ)交無(wú)功罰款額達(dá)10多萬(wàn)元。這是由于35kV線路距離超長(zhǎng)，又處于輕載運(yùn)行狀態(tài)，并在交叉跨越處 （如穿越公路、鐵路、道橋、電力線及通信線等處）多以電纜穿越，導(dǎo)致大量使用電纜，造成35kV輸電線路對(duì)地及相間容性無(wú)功偏大，功率因數(shù)偏低；線路末端電壓偏高，遇到空載線路跳閘引起的操作過(guò)電壓時(shí)，對(duì)電氣設(shè)備安全造成威脅；開(kāi)關(guān)設(shè)備熄弧困難，引起電弧重燃，特別是當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，潛供電流過(guò)大，電弧不易熄滅，引起故障擴(kuò)大，故急需對(duì)35kV輸電線路實(shí)施節(jié)能改造（無(wú)功補(bǔ)償）。

1.2 輸電線路安全改造（線路調(diào)壓）

35kV輸電線路運(yùn)行中，實(shí)測(cè)唐河中心開(kāi)關(guān)站電源進(jìn)線電壓達(dá)38.5kV，再加上線路末端受到容性效應(yīng)疊加的影響，電壓超出額定電壓的10%，嚴(yán)重威脅電氣設(shè)備安全，造成35kV電纜終端頭及中間接頭擊穿，電氣設(shè)備加速絕緣老化，降低使用壽命；變壓器空載損耗增大；負(fù)荷站并聯(lián)電容器等無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備不能投運(yùn)（電容器長(zhǎng)期過(guò)壓不得超過(guò)10%），降低經(jīng)濟(jì)效益等，故急需對(duì)35kV輸電線路實(shí)施安全改造（線路調(diào)壓）。

2 北沙河中心開(kāi)關(guān)站區(qū)段節(jié)能改造（無(wú)功補(bǔ)償）

35kV輸電線路北沙河中心開(kāi)關(guān)站通過(guò)午河渡槽分段開(kāi)關(guān)站和永安村分段開(kāi)關(guān)站分別與南大郭中心站和唐河中心站構(gòu)成單鏈供電方式。北沙河中心開(kāi)關(guān)站由元氏泉村110kV變電站取得電源。正常情況下，北沙河中心開(kāi)關(guān)站供電范圍為午河渡槽分段開(kāi)關(guān)站至永安村分段開(kāi)關(guān)站，35kV專用輸電線路全長(zhǎng)101.35km，其中架空線路長(zhǎng)78.98km，地埋電纜長(zhǎng)22.37km。

2.1 北沙河中心開(kāi)站區(qū)段無(wú)功補(bǔ)償平衡計(jì)算

35kV輸電線路無(wú)功平衡計(jì)算是要使系統(tǒng)的無(wú)功電源發(fā)出功率與無(wú)功負(fù)荷及網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)功損耗相平衡。

（1）單位長(zhǎng)度電纜容性無(wú)功計(jì)算。

Qc=3×Ux2/Xc=3×（35/1.732）2/19301≈65kVar/km式中 Xc為單相電纜容抗（Ω）；Xc=1/（ω×C0×L）=1/（314×0.165×10-6×1）=19301Ω/km；C0為交聯(lián)聚乙烯電力電纜YJV22-26/35kV-3×120mm2電容參數(shù)值（μf/km），取0.165μf/km；Ux為交聯(lián)聚乙烯電力電纜線路額定相電壓（kV），取35/1.732kV。

（2）單位長(zhǎng)度架空線路容性無(wú)功計(jì)算。

Qc=3×Ux2/Xc=3×（35/1.732）2/408821≈3kVar/km式中 Xc為單相架空線容抗 （Ω），Xc=1/（ω×C0×L）=1/（314×0.00779×10-6×1）=408821Ω/km；C0為架空鋼芯鋁絞線LGJ-35kV-120/20mm2電容參數(shù)值（μf/km），取0.00779μf/km；Ux為架空線路額定相電壓 （kV），取35/1.732kV。

（3）各降壓變壓器的感性無(wú)功按降壓變壓器容量5%計(jì)算。

（4）并聯(lián)補(bǔ)償電抗器容量按35kV無(wú)功計(jì)算值80%選擇，SVG無(wú)功補(bǔ)償裝置容量按35kV無(wú)功計(jì)算值100%選擇。

（5）北沙河中心開(kāi)關(guān)站的SVG無(wú)功補(bǔ)償裝置，在正常情況下?lián)?fù)午河渡槽至南新城段的無(wú)功補(bǔ)償，在事故情況下延伸至永安村段提供無(wú)功補(bǔ)償。

無(wú)功平衡計(jì)算成果如表1。

表1 北沙河中心站區(qū)段無(wú)功平衡計(jì)算成果

2.2 北沙河中心開(kāi)站區(qū)段無(wú)功補(bǔ)償配置方案

2.2.1 采用變電站集中補(bǔ)償和分散就地補(bǔ)償相結(jié)合

SVG動(dòng)態(tài)雙向連續(xù)補(bǔ)償和并聯(lián)電抗器單向分級(jí)補(bǔ)償相結(jié)合，35kV電網(wǎng)高壓補(bǔ)償和各負(fù)荷站點(diǎn)低壓補(bǔ)償相結(jié)合的方式。在北沙河中心開(kāi)關(guān)站設(shè)置SVG集中無(wú)功補(bǔ)償裝置，在南新城分水閘站設(shè)置35kV電抗器分散補(bǔ)償裝置，在各負(fù)荷點(diǎn)降壓變站0.4kV側(cè)裝設(shè)用戶低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置，從系統(tǒng)角度綜合配置無(wú)功補(bǔ)償裝置，避免35kV輸電線路遠(yuǎn)距離輸送無(wú)功，避免各負(fù)荷點(diǎn)降壓變壓器穿越無(wú)功，避免中心開(kāi)關(guān)站向電網(wǎng)反送無(wú)功或吸收無(wú)功，保證系統(tǒng)功率因數(shù)提高至0.95以上。

2.2.2 SVG集中補(bǔ)償

由1臺(tái)35kV高壓開(kāi)關(guān)柜和1臺(tái)箱式SVG無(wú)功補(bǔ)償裝置組成。箱式SVG無(wú)功補(bǔ)償裝置內(nèi)配置1臺(tái)35/10kV變壓器和1臺(tái)SVG靜止型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置。2.2.3 南新城分水閘站35kV電抗器分散補(bǔ)償

由箱體、干式并聯(lián)電抗器、溫濕度控制裝置、保護(hù)和控制裝置、母線及電纜頭等組成如圖1。

圖1 南新城分水閘站電抗器分散補(bǔ)償接線

3 唐河中心開(kāi)關(guān)站安全改造（線路調(diào)壓）

唐河中心開(kāi)關(guān)站供電電源引自所在地區(qū)電力系統(tǒng)中的撥茄110kV變電站，電源引接距離11km，架設(shè)1回專用35kV電源線路接至中心開(kāi)關(guān)站的母線上。因撥茄110kV變電站輸送的35kV電源電壓等級(jí)偏高，達(dá)38.5kV，僅通過(guò)調(diào)節(jié)各負(fù)荷點(diǎn)降壓變壓器分接頭并配置無(wú)功補(bǔ)償裝置進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)，但效果欠佳。

3.1 增設(shè)調(diào)壓器配置

在唐河中心開(kāi)關(guān)站電源進(jìn)線側(cè)增設(shè)線路調(diào)壓器，其變比為38.5±3×2.5%/35kV，經(jīng)線路調(diào)壓變壓器將38.5kV電源電壓降至35kV后向各負(fù)荷點(diǎn)供電。35kV箱式調(diào)壓器由總進(jìn)線柜、PT柜、變壓器進(jìn)線柜及線路調(diào)壓器組成如圖2。

圖2 唐河中心開(kāi)關(guān)站線路調(diào)壓器接線

3.2 線路調(diào)壓器容量選擇

線路調(diào)壓器串接于唐河中心開(kāi)關(guān)站電源進(jìn)線端，其容量選擇取決于唐河中心開(kāi)關(guān)站的供電能力，即正常負(fù)荷供電容量（2235kW）、事故情況供電容量（5280kW，北沙河中心站故障時(shí)，唐河中心站延伸供電范圍——自永安村至北沙河），由于正常負(fù)荷供電容量與事故情況供電容量相差較大，如果按事故情況供電容量選擇線路調(diào)壓器，則會(huì)造成調(diào)壓器平時(shí)容量閑置，空載損耗加大；按正常負(fù)荷供電容量選擇調(diào)壓器，雖然不能滿足事故情況下的全部供電容量需求，但由于供電時(shí)間較短，且事故情況下只需滿足一類、二類重要用電負(fù)荷供電即可（僅包括節(jié)制閘、事故閘、監(jiān)控系統(tǒng)、事故照明系統(tǒng)等用電負(fù)荷），故線路調(diào)壓器容量按正常負(fù)荷供電容量選擇，Se=3150kVA，計(jì)算成果如表2。

表2 唐河中心站增設(shè)線路調(diào)壓器容量計(jì)算成果

4 結(jié)語(yǔ)

（1）35kV輸電線路節(jié)能與安全改造設(shè)計(jì)對(duì)北沙河中心開(kāi)關(guān)站區(qū)段采用無(wú)功平衡綜合補(bǔ)償技術(shù)，系統(tǒng)功率因數(shù)提高0.95以上，避免了大額罰款。

（2）采用唐河中心開(kāi)關(guān)站增設(shè)線路調(diào)壓器，并優(yōu)化其容量選擇設(shè)計(jì)，保證了各負(fù)荷點(diǎn)處的運(yùn)行電壓小于GB12325—2008電能質(zhì)量供電電壓允許偏差規(guī)定值，避免了設(shè)備過(guò)電壓，延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命。

［1］Q/GDW212—2008，電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償配置技術(shù)原則［S］.

［2］DL/T5729—2016，配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則［S］.

［3］DL/T5249—2009，電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程［S］.

［4］GB50060—2008，3～110kV高壓配電裝置設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［5］GB 50052—2009，供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［6］GB 50062—2008，電力裝置的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［7］GB 50059—2011，35～110kV變電所設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［8］DL/T5242—2010，35～220kV變電站無(wú)功補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定［S］.

［9］河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水工程（石家莊至北拒馬河段）可行性研究報(bào)告［R］.2003.

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