陳建豐，張力強(qiáng)

（大同供電設(shè)計院，山西大同 037008）

一種110 kV變電站電氣主接線優(yōu)化方案的探討

陳建豐，張力強(qiáng)

（大同供電設(shè)計院，山西大同 037008）

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，作為城市電網(wǎng)主力供電電源的110 kV變電站的建設(shè)規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，變電站主變壓器容量由2×40MVA逐步增加至3×50MVA以至更多。針對這一變化趨勢，提出了單母線分段接線+中間變壓器可以切換到兩段母線的接線方案，該接線型式在任1條母線停電時，能夠保證全站2臺主變壓器同時供電，進(jìn)一步提高了供電可靠性，提升了供電能力。

電氣主接線；主變壓器；母線

0 引言

變電站的主接線型式應(yīng)根據(jù)變電站的規(guī)劃容量、進(jìn)出線回路，變壓器連接元件總數(shù)、設(shè)備特點(diǎn)等條件綜合考慮，并滿足供電可靠性、運(yùn)行靈活性，操作檢修方便，節(jié)省投資、便于過渡或擴(kuò)建等要求。

對于110 kV變電站，110進(jìn)出線回路數(shù)2～4回，主變壓器2～3臺時，通常采用單母分段接線，其缺點(diǎn)是I段母線檢修或故障時，1號、2號變壓器要同時失去，這樣就會損失較大的負(fù)荷，造成供電可靠性大幅度下降。

1 110 kV變電站電氣主接線優(yōu)化設(shè)計

1.1 變電站建設(shè)規(guī)模

某110 kV變電站按無人值班變電站設(shè)計，并以智能化變電站為建設(shè)目標(biāo)。根據(jù)工程招標(biāo)文件，變電站建設(shè)規(guī)模為：主變壓器3臺，本期2臺，110進(jìn)出線4回，本期2回。

1.2 電氣主接線型式

110 kV本期/遠(yuǎn)景均為單母線分段接線，采用戶外空氣絕緣開關(guān)AIS（Air Insulated Switchgear）設(shè)備；35 kV本期/遠(yuǎn)景為單母線分段接線，本期為單母線分段接線，戶內(nèi)開關(guān)柜單列布置；10 kV遠(yuǎn)景為單母線三分段接線，本期為單母分段接線，戶內(nèi)開關(guān)柜雙列布置。

1.3 電氣主接線設(shè)計原則

電氣主接線的確定需結(jié)合變電站在電網(wǎng)中的地位和作用、站址環(huán)境條件、出線條件、電氣設(shè)備選型、配電裝置布置、設(shè)備整合等條件綜合考慮。電氣主接線設(shè)計首先應(yīng)滿足可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性三項基本原則[1]。

a）可靠性。主接線可靠性的衡量標(biāo)準(zhǔn)是運(yùn)行實(shí)踐，任何設(shè)備檢修時，不應(yīng)影響對系統(tǒng)的供電，盡量避免變電站全部停運(yùn)的可能性。

b）靈活性。主接線應(yīng)滿足調(diào)度運(yùn)行、檢修及擴(kuò)建時的靈活性。調(diào)度運(yùn)行中應(yīng)可以靈活地投入和切除變壓器和線路，調(diào)配電源和負(fù)荷，滿足系統(tǒng)在事故、檢修以及特殊運(yùn)行方式下的系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行要求；檢修時，可以方便地停運(yùn)斷路器、母線及其繼電保護(hù)設(shè)備，進(jìn)行安全檢修而不致影響電網(wǎng)的運(yùn)行。擴(kuò)建時，可適應(yīng)從初期接線過渡到最終接線，在不影響連續(xù)供電或停電時間最短的情況下，投入主變壓器、線路而不互相干擾，并且使一次、二次部分的改建工作量最少。

c）經(jīng)濟(jì)性。主接線在滿足可靠性、靈活性前提下要做到經(jīng)濟(jì)合理。

在滿足可靠性、經(jīng)濟(jì)性的前提下，主接線方案應(yīng)力求簡單，以節(jié)省斷路器、隔離開關(guān)、電流和電壓互感器、避雷器等一次設(shè)備；主接線方案要力求繼電保護(hù)和二次回路不過于復(fù)雜，以節(jié)省二次設(shè)備和控制電纜；主接線方案要能限制短路電流，以降低電氣設(shè)備造價。主接線設(shè)計要為配電裝置布置創(chuàng)造條件，盡量減少占用土地。

1.4 電氣主接線優(yōu)化方案

常規(guī)110 kV進(jìn)出線間隔，在斷路器兩側(cè)各設(shè)置一組隔離開關(guān)，主要是為了斷路器現(xiàn)場檢修時，提供必要的安全距離，以保證在周圍設(shè)備帶電運(yùn)行的環(huán)境下，斷路器能正常檢修。

近年來，按照國家電網(wǎng)公司新技術(shù)應(yīng)用的相關(guān)要求，110 kV變電站110 kV配電裝置可采用集隔離開關(guān)、斷路器、電子式電流互感器一體的隔離斷路器DCB（Disconnecting CircuitBreak）[2]，其維護(hù)周期長達(dá)15 a以上，所以在主接線設(shè)計時更多地考慮架空線、變壓器、電抗器等的維護(hù)。由于隔離斷路器檢修長，遠(yuǎn)大于架空線路和變壓器的檢修周期，采取合理的檢修計劃，完全可以實(shí)現(xiàn)無線路側(cè)隔離開關(guān)的檢修，因此考慮進(jìn)出線側(cè)隔離開關(guān)與斷路器集成為隔離斷路器，采用DCB可進(jìn)一步簡化電氣主接線型式。

結(jié)合工程實(shí)際，本次電氣主接線設(shè)計研究還遵循以下原則。

a）按照國網(wǎng)公司“兩型一化”精神，采用隔離斷路器、氣體絕緣金屬封閉輸電線路GIL（Gas Insulated Metal Enclosed Transmission Line）等設(shè)備，設(shè)備集成度高、可靠性高，接線可適當(dāng)簡化。

本設(shè)計方案110 kV側(cè)采用隔離斷路器、GIL全封閉母線等新型設(shè)備，設(shè)備可靠性比常規(guī)設(shè)備大為提高，本文在此基礎(chǔ)之上對電氣主接線進(jìn)行優(yōu)化。

b）目前變電站設(shè)計、運(yùn)行等規(guī)程規(guī)范是基于常規(guī)設(shè)備制定的，對于智能變電站而言，在設(shè)備可靠性大為提高的前提下，一些具體的規(guī)定可以適當(dāng)放寬，在一定程度上可以突破原有設(shè)計理念。

本設(shè)計方案在常規(guī)主接線方案基礎(chǔ)上，結(jié)合智能變電站特點(diǎn)、要求及智能設(shè)備條件，在滿足安全、可靠性的前提下，對原有電氣主接線方案進(jìn)一步優(yōu)化，并與原有主接線進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等綜合比較，并對優(yōu)化后主接線方案可能給生產(chǎn)安全及運(yùn)行、檢修維護(hù)方面帶來的影響進(jìn)行分析。

本文將單母線分段接線（圖1所示）優(yōu)化為單母線分段接線+中間變壓器可以切換到兩段母線（圖2所示），以下主要圍繞上述兩種接線展開論述。L1—L4代表110 kV 4回進(jìn)出線，L1、L2位于I段母線，L3、L4位于II段母線。

圖1 單母線分段接線圖

圖2 單母分段+中間變壓器接線圖

1.4.1 運(yùn)行方式靈活性分析

單母線分段接線+中間變壓器可以切換到兩段母線較單母線分段而言，其優(yōu)點(diǎn)是工作可靠、靈活，擴(kuò)建或故障(檢修)時，2號主變壓器壓器可以切換到任一母線，組成單母接線方式，停電范圍小，優(yōu)化后提高了主接線可靠性，能保證安全供電要求。

很明顯，在運(yùn)行方式靈活性方面單母線分段接線+中間變壓器可以切換到兩段母線較單母線分段接線有優(yōu)勢。

1.4.2 可靠性分析

單母線分段接線通過分段開關(guān)操作，可實(shí)現(xiàn)任一回線路由本段母線電源或相鄰段母線聯(lián)接電源線路供電的運(yùn)行方式，即正常供電時，線路負(fù)荷由本段母線聯(lián)接的電源供電，本段母線電源線路故障或檢修時，可通過母線分段開關(guān)操作由相鄰母線電源帶本段負(fù)荷，滿足供電可靠性。

由圖1及圖2可知，單母線分段接線+中間變壓器可以切換到兩段母線的接線方式較單母線分段接線增加一組母線隔離開關(guān)。設(shè)備的增加，必然增加110 kV配電裝置的整體故障率，降低可靠性。由于本站母線隔離開關(guān)設(shè)置在GIL母線內(nèi)，其故障率非常低，幾乎與GIL母線一致，可以視為免維護(hù)的，因此，增設(shè)1臺母線隔離開關(guān)對本站供電可靠性影響不大。

2 110 kV電氣主接線可靠性計算

2.1 計算說明

關(guān)于電力系統(tǒng)主接線的研究，國際上大約已有30 a的歷史，我國的主接線可靠性研究有10多年的歷史，積累了大量的數(shù)據(jù)和豐富的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗。

本文應(yīng)用清華大學(xué)電機(jī)系開發(fā)的廠站電氣主接線軟件SSRE-TH（Station and Substation Reliability Evaluation-Tsinghua University） 對110 kV變電站110 kV側(cè)電氣主接線進(jìn)行可靠性計算。

為了分析元件故障后的后果（即停運(yùn)時間），需要詳細(xì)分析各個元件故障后各個斷路器的操作過程，因此，需要知道故障判定時間和隔離開關(guān)操作時間兩個參數(shù)。在本工程計算中，故障判定時間為0.5 h，隔離開關(guān)倒閘操作時間為0.1 h/組。按此基本數(shù)據(jù)計算各個元件故障后的修復(fù)停運(yùn)時間和倒閘停運(yùn)時間。

用SSRE-TH軟件對變電站110 kV遠(yuǎn)景兩種電氣主接線方案進(jìn)行了詳細(xì)的可靠性計算，其主要可靠性判據(jù)有：任一個回路（進(jìn)、出）發(fā)生故障停電；全所發(fā)生故障停電。

所計算的可靠性指標(biāo)涵蓋了連續(xù)性和安全性兩個方面，具體包括以下幾方面。

a）連續(xù)性指標(biāo)。給出了任一回進(jìn)出線判據(jù)下的故障率（次/a）；年平均故障停電時間（h/a）；故障頻率；可用率；不可用率。

b）安全性指標(biāo)。給出了所有進(jìn)出線停運(yùn)的故障率（次/a）；年平均故障停電時間（h/a）；故障頻 率；可用率；不可用率。

采用的計算條件如下。

a）不考慮一次能源對可靠性結(jié)果的影響。

b）復(fù)雜斷路器模型,考慮開關(guān)動作次數(shù)及線路、機(jī)組故障率對其可靠性數(shù)據(jù)的影響。

c）斷路器故障判定時間：0.5 h。d）隔離開關(guān)重合閘時間：0.1 h。

e）斷路器拒動和繼電保護(hù)誤動概率：0.5%。f）高壓斷路器操作次數(shù)：24次/a。g）出線斷路器操作次數(shù)：24次/a。

2.2 可靠性計算結(jié)果及分析

表1 單母線分段接線方案可靠性計算結(jié)果

表2 單母線分段接線+中間變壓器可以切換到兩段母線的接線方案可靠性計算結(jié)果

110 kV采用單母線分段接線可靠性計算結(jié)果見表1，單母線分段接線+中間變壓器可以切換到兩段母線的接線方案的可靠性計算結(jié)果見表2。

根據(jù)表1至表2的數(shù)據(jù)，對可靠性指標(biāo)計算結(jié)果進(jìn)行整理。從表中可以看出，各進(jìn)出線故障頻率平均值，單母線分段接線+中間變壓器可以切換到兩段母線的接線方案比單母線分段接線低0.0316次/a。

比較兩種接線全所停電的概率，單母線分段接線+中間變壓器可以切換到兩段母線的接線方案比單母線分段接線低0.016次/年。從這方面看單母線分段接線+中間變壓器可以切換到兩段母線的接線方案全所停電幾率要小于單母線分段。

綜合兩方面因素看，單母線分段接線+中間變壓器可以切換到兩段母線的接線方案較單母線分段接線可靠性為優(yōu)。

3 結(jié)論

斷路器和獨(dú)立的隔離開關(guān)的接線方式，可以簡化變電站設(shè)計，減少變電站內(nèi)電力設(shè)備使用量、優(yōu)化斷路器和隔離開關(guān)的檢修策略。將典型110 kV變電站110 kV配置采用隔離斷路器方案，主接線取消出線側(cè)隔離開關(guān)，并由單母線分段接線優(yōu)化為單母線分段接線+中間變壓器可以切換到兩段母線的接線方案。110 kV電氣主接線優(yōu)化后,運(yùn)行方式靈活；擴(kuò)建或故障（檢修）時，停電范圍小。

[1]弋東方，應(yīng)震華，賀根續(xù)，等.電力工程電氣一次設(shè)計手冊[M].北京：中國電力出版社，1989：46-46.

[2]劉祖永，嚴(yán)啟明，王小波，等.隔離式斷路器在智能變電站的應(yīng)用[J].湖北電力，2013(6)：1-2.

On a 110 kV Substation M ain Electric W iring Optim ization Scheme

CHEN Jianfeng，ZHANG Liqiang
（Datong Power Supply Design Institute，Datong，Shanxi 037008，China）

With the rapid developmentofeconomy,the construction scale of110 kV substation which is themain power supply of urban power grid is extending.The capacity of themain transformer substation gradually increased from 2×40 MVA to 3×50 MVA or even larger.In view of the trend,the connectionmodeofsectionalized single busbarwith intermediate transformer can switch to themode of two section of thebus terminal,which can ensure the power supply of twomain transformersat the same timewhen either of the busbar is outofpower.Consequently,thepowersupply reliabilityand thepowersupply capacity can be further improved.

electricmainwiring；main transformer；busbar

TM645

A

1671-0320（2015）06-0040-04

2015-08-15，

2015-09-23

陳建豐（1971），男，山西清徐人，1998年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，高級工程師，從事電氣一次設(shè)計及管理工作；

張力強(qiáng)（1970），男，山西應(yīng)縣人，1992年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，高級工程師，從事電氣一次設(shè)計及管理工作。