任愛(ài)平,劉麗花,王凱凱
(國(guó)網(wǎng)山西電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司, 山西太原 030001)
近年來(lái),隨著山西經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)型發(fā)展,以及電力行業(yè)的擴(kuò)容增容,各地電網(wǎng)的供電負(fù)荷不斷增加,尤其是山西中部的晉中地區(qū)供電負(fù)荷增長(zhǎng)迅速, 主要集中在焦化、 瑪鋼鑄造、 鋼鐵、 鋁業(yè)等產(chǎn)業(yè),2016 年—2019 年該地區(qū)負(fù)荷年均增速達(dá)到17%,2018 年、2019年負(fù)荷達(dá)到3 260 MW、3 310 MW, 晉中500 kV 變電站2 臺(tái)750 MVA 主變壓器(以下簡(jiǎn)稱“主變”)最大負(fù)荷分別為107 MW、86 MW, 最大負(fù)載率分別為71%、57.3%,主變不滿足N-1 運(yùn)行要求。 為滿足晉中及太原南部地區(qū)負(fù)荷迅速增長(zhǎng)的需求,提高區(qū)域電網(wǎng)的運(yùn)行可靠性, 急需擴(kuò)建晉中500 kV 變電站3 號(hào)主變,預(yù)計(jì)該工程將于2022 年投產(chǎn)。
晉中 500 kV 變電站現(xiàn)有 1 號(hào)、2 號(hào)主變 2×750 MVA,本期擴(kuò)建3 號(hào)主變1 000 MVA;遠(yuǎn)期晉中 1 號(hào)、2 號(hào)主變?cè)鋈轂?2×1 000 MVA, 晉中變電站終期規(guī)模為3×1 000 MVA。
晉中500 kV 變電站目前出線情況如下。
a) 500 kV 母線采用 3/2 接線, 最終出線規(guī)模8 回,分別向北南方向出線。 北出線從西至東依次為:備用、龍晉線、瑞晉I 線、瑞晉II 線;南出線從西至東依次為:晉霍II 線、晉霍I 線、晉榆I 線、晉榆II 線。 8 回出線與2 臺(tái)主變進(jìn)線最終組成5 個(gè)完整串,現(xiàn)已建成7 回出線,與1 號(hào)、2 號(hào)主變進(jìn)線組成4 個(gè)完整串和1 個(gè)不完整串。
b) 220 kV 采用雙母雙分段接線,終期出線規(guī)模12 回,現(xiàn)有出線9 回,備用3 回,由南向北依次排列為文水、平遙、東觀Ⅱ回、東觀Ⅰ回、貫家堡Ⅱ回、貫家堡Ⅰ回、備用2 回、西谷Ⅰ回、西谷Ⅱ回、新材料站、備用1 回。
3 號(hào)主變擴(kuò)建后,晉中變電站220 kV 母線短路電流超標(biāo),根據(jù)2020 年《山西“十四五”220 kV 電網(wǎng)規(guī)劃報(bào)告》及《山西中部電網(wǎng)解環(huán)措施專題報(bào)告》,采取晉中變電站220 kV 母線分母措施來(lái)降低該站短路電流,短路電流值如表1 所示。 分母措施實(shí)施后, 晉中變電站3 號(hào)主變與2 號(hào)主變并列運(yùn)行,共同接帶220 kV CD 母主供晉中負(fù)荷,1 號(hào)主變接帶220 kV AB 母主供太原負(fù)荷。
表1 晉中變電站3 號(hào)主變擴(kuò)建后短路電流 kA
根據(jù) DL/T 5218—2012《220 ~750 kV 變電站設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》中的規(guī)定:“采用一個(gè)半斷路器接線時(shí)……當(dāng)變壓器超過(guò)2 臺(tái)時(shí),其中2 臺(tái)進(jìn)串,其他變壓器可不進(jìn)串,直接經(jīng)斷路器接母線?!蹦壳皶x中變電站已有2 臺(tái)主變?nèi)氪?,綜合考慮3 號(hào)主變預(yù)留位置以及規(guī)程要求,3 號(hào)主變直接接入晉中500 kVⅡ母。 具體情況如圖1 所示。
圖1 3 號(hào)主變擴(kuò)建后晉中變電站500 kV電氣接線配串示意圖
根據(jù)《電力變壓器選用導(dǎo)則》(GB/T 17468—2008)6.1 規(guī)定,電力變壓器并聯(lián)(并列)運(yùn)行必須滿足以下要求:鐘時(shí)序數(shù)要嚴(yán)格相等;電壓和電壓比要相同,允許偏差也相同(盡量滿足電壓比在允許偏差范圍內(nèi)),調(diào)壓范圍與每級(jí)電壓要相同;短路阻抗相同,允許差值不得超過(guò)±10%,還應(yīng)注意極限正分接位置短路阻抗與極限負(fù)分接位置短路阻抗要分別相同;容量比在0.5~2 之間;頻率相同[1]。
由于山西中部電網(wǎng)結(jié)構(gòu)緊密、 短路電流較大,所以晉中變電站3 號(hào)主變選擇大容量高阻抗參數(shù)(詳見表 2)。 晉中 220 kV 分母措施實(shí)施后,2 號(hào)、3號(hào)主變并列運(yùn)行,高、中壓側(cè)并列運(yùn)行的2 臺(tái)主變,其阻抗電壓值Uk1-2分別為14%和20%,超過(guò)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“阻抗電壓值偏差小于10%”的要求范圍,不滿足《電力變壓器選用導(dǎo)則》(GB/T 17468—2008)6.1 規(guī)定。 因此,有必要對(duì)這2 臺(tái)變壓器并列運(yùn)行情況下的負(fù)荷分配以及循環(huán)電流進(jìn)行計(jì)算,核實(shí)是否滿足系統(tǒng)運(yùn)行要求。
表2 晉中變電站2 號(hào)與3 號(hào)主變參數(shù)對(duì)比
由于2 臺(tái)變壓器參數(shù)不同,因此并列運(yùn)行期間會(huì)存在以下問(wèn)題。
a) 負(fù)荷分配問(wèn)題。 由于2 臺(tái)變壓器均為降壓變壓器,低壓繞組按不允許并列運(yùn)行設(shè)計(jì),故僅校核高、中壓繞組并列運(yùn)行工況。 主變負(fù)載系數(shù)β 與阻抗電壓Uk1-2成反比,不同參數(shù)主變共同承擔(dān)負(fù)載時(shí),負(fù)載系數(shù)不相等;實(shí)際運(yùn)行時(shí),通常不允許變壓器長(zhǎng)期過(guò)載,如果以任一臺(tái)都不過(guò)載為前提來(lái)考慮主變總的承載能力, 在不使任一臺(tái)過(guò)載的情況下,阻抗電壓小的變壓器先滿載,阻抗電壓大的變壓器不滿載,其共同承擔(dān)的最大容量將小于額定容量之和[2]。 通過(guò)上述分析可知,晉中變電站 2 號(hào)、3 號(hào)主變并列運(yùn)行期間,3 號(hào)主變?nèi)萘坎荒艹浞职l(fā)揮作用,2 臺(tái)主變所能提供的最大負(fù)載為
在晉中站1 號(hào)、2 號(hào)主變?cè)鋈莨こ虒?shí)施后,3 臺(tái)主變?nèi)萘烤鶠? 000 MVA,且阻抗參數(shù)相同。 只有2 號(hào)、3 號(hào)主變滿足電力變壓器并聯(lián)(并列)運(yùn)行條件,主變?nèi)萘坎拍艹浞掷谩?/p>
b) 循環(huán)電流問(wèn)題。 并列運(yùn)行的變壓器由于其變比不同或接線組別不同,當(dāng)一次側(cè)接入同一電源上,二次側(cè)就會(huì)出現(xiàn)電壓差,如果二次側(cè)互相接通,在電壓差的作用下,就會(huì)有電流在2 臺(tái)變壓器之間流通,這個(gè)電流就稱為環(huán)流。 環(huán)流不僅占據(jù)變壓器部分容量,還將增加變壓器損耗,使變壓器輸出能力降低[3]。 2 臺(tái)并列運(yùn)行的變壓器,在變比接近、阻抗接近的情況下,其環(huán)流是比較微小的,不足以影響變壓器的正常運(yùn)行。
由于晉中變電站2 號(hào)、3 號(hào)主變?nèi)萘坎煌?、阻抗電壓不同,所以并列運(yùn)行期間2 臺(tái)主變之間會(huì)產(chǎn)生一定的環(huán)流。過(guò)渡期間2 臺(tái)主變之間的環(huán)流計(jì)算過(guò)程如下。
2 臺(tái)變壓器繞組的漏抗分別為
變壓器帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí),由于負(fù)載阻抗壓降(電壓調(diào)整率)的存在,二次側(cè)實(shí)際輸出電壓并非為名義的額定電壓,其減小的數(shù)值為負(fù)載阻抗壓降。 考慮主變滿載時(shí)功率因數(shù)cosφ=0.9,額定分接下變壓器二次側(cè)電壓調(diào)整率為
2 號(hào)、3 號(hào)主變二次側(cè)實(shí)際輸出電壓為
并列運(yùn)行主變間二次側(cè)環(huán)流為
從以上計(jì)算和分析可知,晉中變電站3 號(hào)主變與2 號(hào)主變短期并列運(yùn)行是可行的,雖然存在負(fù)荷分配不均和環(huán)流問(wèn)題,但環(huán)流不大,不會(huì)影響2 臺(tái)主變的正常運(yùn)行。 長(zhǎng)期來(lái)說(shuō),該運(yùn)行方式會(huì)導(dǎo)致主變損耗較大,不利于發(fā)揮大容量主變的優(yōu)勢(shì)。
綜上所述, 晉中500 kV 變電站3 號(hào)主變擴(kuò)建后,不同參數(shù)的主變并列運(yùn)行期間,雖然基本能夠滿足主變擴(kuò)建初期該區(qū)域的負(fù)荷需求,但會(huì)產(chǎn)生負(fù)荷分配不均勻及二次側(cè)循環(huán)電流問(wèn)題,增加主變的損耗,降低新擴(kuò)建主變的輸出能力。因此,建議加快推進(jìn)晉中變電站1 號(hào)、2 號(hào)主變?cè)鋈莨こ蹋M量與3號(hào)主變擴(kuò)建工程同步實(shí)施,這樣既能解決不同參數(shù)主變并列運(yùn)行引起的問(wèn)題,又能更好地滿足晉中及太原南部片區(qū)的負(fù)荷需求。