增大220kV 主變低壓側(cè)容量影響分析

高艷娜 郭 挺 董 紅 郭子軒 程 志 李文娟

（廣州供電局有限公司，廣東 廣州510600）

1 概述

近年，受限于土地資源的稀缺，廣州地區(qū)的高壓變電站選址十分困難，尤其高負(fù)荷密度地區(qū)，用戶密集，土地寸土寸金，建站更加困難。在部分高負(fù)荷密度地區(qū)，用戶對(duì)10kV 饋線的需求量大，而110kV 站點(diǎn)由于選址難度大，數(shù)量有限，10kV 負(fù)荷主要靠110kV 站解決的模式無(wú)法滿足需求，需要區(qū)域內(nèi)220kV 站增加支援。而目前廣州地區(qū)已有和規(guī)劃220kV 變電站10kV 側(cè)容量和出線數(shù)量有限，無(wú)法有效支援10kV 的供電，有必要在部分地區(qū)增加10kV 側(cè)變電容量和饋線數(shù)量，并能充分發(fā)揮10kV 側(cè)供電能力，有效滿足部分高負(fù)荷密度地區(qū)的用電需求。由于變低容量增大、出線增多，對(duì)電網(wǎng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行都將帶來(lái)一定影響，本文從短路電流、無(wú)功補(bǔ)償裝置、主變N-1 情況下和變電站對(duì)110kV 電網(wǎng)供電能力四方面分析影響。

2 短路電流影響

10kV 母線短路電流受上級(jí)電網(wǎng)短路電流、變壓器短路阻抗、額定容量、一二次側(cè)電壓等級(jí)等多個(gè)因素影響。系統(tǒng)提供的短路電流計(jì)算公式如下：

主變高中并列，變低分裂運(yùn)行

式中，SN為變壓器額定容量（MVA），I220為變壓器一次側(cè)的短路電流（kA），U%為變壓器短路電抗，n 為并列運(yùn)行主變臺(tái)數(shù)。由公式可知，主變中低側(cè)短路電流水平與容量比無(wú)關(guān)，因此系統(tǒng)條件和主變參數(shù)和其它條件均相同情況下，增加主變低壓側(cè)容量對(duì)短路電流水平?jīng)]有影響。

3 無(wú)功補(bǔ)償問題

根據(jù)三繞組變壓器無(wú)功損耗公式：

主變參數(shù)一定，且不考慮限抗作用的情況下，變電站無(wú)功需求總量取決于主變負(fù)荷及各側(cè)繞組的分布情況。由表1 計(jì)算知，負(fù)載率較高時(shí)新主變的無(wú)功需求為原主變的1.2 倍左右。計(jì)及高壓電纜充電功率后，新主變每臺(tái)主變需配置不大于7 組的8Mvar 電容器組。低負(fù)載情況下，無(wú)功需求相差較小。

若考慮限抗的需求，由于變低負(fù)荷增大，無(wú)功需求總量總體上還會(huì)加大，實(shí)際工程計(jì)算需待負(fù)荷分布/大小、限抗大小、主變短路電抗參數(shù)等確定后進(jìn)行核算。

4 主變N-1 情況下的風(fēng)險(xiǎn)

表1 220kV 變電站主變和負(fù)荷引起的無(wú)功需求計(jì)算表

表2 變電站向變低供電的最大容量測(cè)算表（遠(yuǎn)景年，正常情況）

新主變相比原主變布置上增加較多饋線出線，若變電站1 臺(tái)主變故障或檢修，其負(fù)載的饋線負(fù)荷將面臨失電風(fēng)險(xiǎn)。嚴(yán)重影響電網(wǎng)供電可靠性，給運(yùn)行部門造成巨大的壓力。因此有必要探討主變N-1 情況下的轉(zhuǎn)電問題。

4.1 主變失電下負(fù)荷轉(zhuǎn)電

目前廣州供電局變電站主變失電時(shí)，可以通過(guò)兩種方式轉(zhuǎn)電：4.1.1 站內(nèi)轉(zhuǎn)電操作，將失電主變變低母線轉(zhuǎn)由其它正常主變供電，要求不超過(guò)正常主變、開關(guān)設(shè)備、限抗器的最大通流能力；4.1.2 通過(guò)中壓配電網(wǎng)轉(zhuǎn)電。這種轉(zhuǎn)電方案的特點(diǎn)是：要求所有饋線與其它饋線聯(lián)絡(luò)，中壓配電網(wǎng)必須十分堅(jiān)強(qiáng)；轉(zhuǎn)電饋線多，操作時(shí)間長(zhǎng)，停電用戶多，停電范圍大。在高負(fù)荷密度區(qū)，供電可靠性要求高，第2 種轉(zhuǎn)電方式有很大的局限性幾乎不可選，因此終期建議優(yōu)先考慮第1 種轉(zhuǎn)電方式，第2 種轉(zhuǎn)電方式作為備用措施。

4.2 主變的過(guò)負(fù)荷能力

根據(jù)運(yùn)行部門經(jīng)驗(yàn)：變壓器具備較強(qiáng)的過(guò)載能力，廣州地區(qū)現(xiàn)狀變壓器按照承受長(zhǎng)期急救周期性負(fù)荷控制，基本不會(huì)縮短變壓器使用壽命或造成絕緣損壞。主變N-1 校核的標(biāo)準(zhǔn)是：主變可以過(guò)負(fù)荷1.2 倍運(yùn)行1 小時(shí)（戶外為2 小時(shí)）。但變壓器過(guò)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，必須注意開關(guān)等設(shè)備不要超過(guò)其額定工作電流。

遠(yuǎn)景年，正常情況下主變負(fù)載率趨于合理水平（不輕載或重載），即主變年負(fù)荷曲線峰谷差縮小，為不縮短變壓器使用壽命，遠(yuǎn)景年要求主變不過(guò)載。

4.3 正常情況下變電站的負(fù)荷控制

4.3.1 變電站負(fù)載率不超過(guò)67%：主變負(fù)荷能力按額定容量計(jì)算，為滿足主變N-1 校核條件，則至遠(yuǎn)景年廣州地區(qū)變電站每臺(tái)主變正常運(yùn)行時(shí)最大負(fù)載率不超過(guò)67%。主變N-1 時(shí)，變低負(fù)荷可通過(guò)母線轉(zhuǎn)由站內(nèi)正常主變供電，理論上負(fù)荷的用電不會(huì)受到影響。4.3.2 變電站負(fù)載率為75%時(shí)：主變N-1 時(shí)，因正常主變無(wú)過(guò)負(fù)荷能力，則部分變低負(fù)荷通過(guò)母線轉(zhuǎn)由站內(nèi)正常主變供電，其余約38MVA 負(fù)荷需由中壓配電網(wǎng)進(jìn)行轉(zhuǎn)電。將造成配電網(wǎng)運(yùn)行部門壓力巨大——需要轉(zhuǎn)電的饋線多、轉(zhuǎn)電耗時(shí)多，且高負(fù)荷密度區(qū)用戶對(duì)停電的容忍程度較低。

因此，建議遠(yuǎn)景正常情況下主變負(fù)載率不超過(guò)67%。

5 變電站對(duì)110kV 電網(wǎng)供電能力

主變變低容量增加，會(huì)造成110kV 側(cè)容量減少。測(cè)算結(jié)果見表2。

終期規(guī)模為3 臺(tái)主變時(shí)：正常情況下，新主變比原主變供電的110kV 主變少3 臺(tái)，110kV 線路相應(yīng)減少1 回，涉及調(diào)整接線高壓變電站3～4 座，其中110kV 變電站3 座，對(duì)側(cè)220kV 變電站0～1 座。

終期規(guī)模為4 臺(tái)主變時(shí)：正常情況下，新主變比原主變供電的110kV 主變少4～5 臺(tái)，110kV 線路相應(yīng)減少2 回，涉及調(diào)整接線的110kV 變電站4～5 座，對(duì)側(cè)220kV 變電站約1 座。

根據(jù)廣州地區(qū)的特點(diǎn)，高負(fù)荷密度區(qū)域110kV 上網(wǎng)電源存在的可能性很小，因此新型主變變電站110kV 出線，設(shè)計(jì)上可以比原常規(guī)變電站合計(jì)減少2～4 個(gè)110kV 間隔。

6 結(jié)論

本文從短路電流、無(wú)功補(bǔ)償裝置、主變N-1 情況下和變電站對(duì)110kV 電網(wǎng)供電能力四方面分析增大220kV 主變低壓側(cè)容量影響，可知增大220kV 主變低壓側(cè)容量影響對(duì)短路電流和無(wú)功補(bǔ)償裝置沒有影響，遠(yuǎn)景正常情況下主變負(fù)載率應(yīng)控制在67%以下，設(shè)計(jì)上可以比原常規(guī)變電站合計(jì)減少2～4 個(gè)110kV間隔。