田中強(qiáng)，楊世杰，張 寧，周巍巖，高春杰

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司濟(jì)寧供電公司，山東 濟(jì)寧 272100）

0 引言

220 kV變電站10 kV系統(tǒng)在接線及運(yùn)行方式上存在一些不足，在運(yùn)行中出現(xiàn)了電容器無(wú)功流向不合理、消弧線圈不能發(fā)揮補(bǔ)償作用、TV高壓保險(xiǎn)頻繁熔斷、所用變供電可靠性降低等問(wèn)題，問(wèn)題的查找和處理消耗了大量人力物力，且影響了電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1 10 kV系統(tǒng)主接線及運(yùn)行方式

變電站10 kV系統(tǒng)主接線如圖1所示，其為單母線分段接線，1號(hào)主變10 kV側(cè)經(jīng)分裂電抗器分別接至10 kVⅠ、Ⅱ段母線，2號(hào)主變10 kV側(cè)經(jīng)分裂電抗器分別接至10 kVⅢ、Ⅳ段母線。Ⅰ、Ⅲ段母線通過(guò)分段49001開(kāi)關(guān)連接，Ⅱ、Ⅳ段母線通過(guò)分段49002開(kāi)關(guān)連接。1、2號(hào)電容器接至Ⅰ段母線，3、4號(hào)電容器接至Ⅱ段母線。1、2號(hào)所用變壓器為接地變壓器，分別由Ⅰ、Ⅱ段母線供電，其10 kV側(cè)中性點(diǎn)分別接有1、2號(hào)消弧線圈。

圖1 變電站10 kV系統(tǒng)接線

正常運(yùn)行時(shí)，1號(hào)主變壓器帶Ⅰ、Ⅱ段母線運(yùn)行，2號(hào)主變壓器帶Ⅲ、Ⅳ段母線運(yùn)行，分段開(kāi)關(guān)49001和49002斷開(kāi)熱備用，1、2號(hào)主變壓器10 kV側(cè)分裂運(yùn)行。1、2號(hào)所用變壓器帶1、2號(hào)消弧線圈運(yùn)行，其中一臺(tái)所用變壓器帶全站所用電負(fù)荷，另一臺(tái)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)熱備用。1、2、3、4號(hào)電容器可根據(jù)10 kV母線電壓及無(wú)功需求情況進(jìn)行投、停，以調(diào)節(jié)10 kV母線電壓，保證母線電壓質(zhì)量并實(shí)現(xiàn)10 kV系統(tǒng)無(wú)功盡量就地平衡，降低損耗。

2 10 kV運(yùn)行方式存在的問(wèn)題

10 kV各分段負(fù)荷嚴(yán)重不平衡。Ⅲ、Ⅳ段各出線負(fù)荷約占總負(fù)荷80%，Ⅰ、Ⅱ段各出線負(fù)荷約占總負(fù)荷20%左右。當(dāng)2號(hào)主變壓器發(fā)生故障停運(yùn)或Ⅲ、Ⅳ段母線發(fā)生故障以及10 kVⅢ、Ⅳ段母線上出線開(kāi)關(guān)拒動(dòng)越級(jí)跳閘，都將短時(shí)甩掉大部分負(fù)荷，不能發(fā)揮2臺(tái)主變壓器各帶約50%負(fù)荷的優(yōu)勢(shì)。

Ⅲ、Ⅳ段母線負(fù)荷分配不均勻，Ⅲ段母線負(fù)荷為Ⅳ段母線的一半左右。分裂電抗器的優(yōu)勢(shì)在于正常運(yùn)行時(shí)，兩分支負(fù)荷平衡，兩分支負(fù)荷電流產(chǎn)生的磁勢(shì)相互抵消，使得每個(gè)支路的有效電感很小，壓降也很小，電抗器對(duì)母線電壓影響較小。而在其中一分支所接母線或線路短路時(shí)，僅故障分支流過(guò)短路電流，故障分支的自感電抗比正常帶平衡負(fù)荷運(yùn)行時(shí)高出很多，呈現(xiàn)高阻抗，大大限制了母線及出線的短路電流。該運(yùn)行方式下兩分支負(fù)荷電流不平衡，Ⅲ、Ⅳ段母線負(fù)荷差別約1倍，Ⅲ段分支負(fù)荷電流較小，其電抗器上的壓降也較小，Ⅳ段分支高負(fù)荷就會(huì)在電抗器呈現(xiàn)較高的電抗，降低了該分支的母線電壓，使得Ⅲ、Ⅳ段母線電壓不相等，Ⅳ段母線電壓低于Ⅲ段母線電壓。因此，兩分支負(fù)荷分配差別較大，不能充分發(fā)揮分裂電抗器的優(yōu)勢(shì)。另外Ⅲ、Ⅳ兩段母線沒(méi)有各自單獨(dú)的調(diào)壓措施（兩母線上均沒(méi)有電容器），若采用調(diào)整主變分接頭進(jìn)行調(diào)壓，兩段母線電壓都必須同時(shí)調(diào)整（同時(shí)升高或降低），會(huì)給調(diào)壓造成一些困難，影響電壓質(zhì)量。

兩臺(tái)所用變壓器分別在Ⅰ、Ⅱ段母線運(yùn)行，均由1號(hào)主變壓器供電，若1號(hào)主變壓器故障跳閘，所用變壓器全部停電，全站失去了站用電源，對(duì)強(qiáng)油風(fēng)冷主變壓器持續(xù)運(yùn)行造成了嚴(yán)重威脅。

10 kV母線分段運(yùn)行，系統(tǒng)分割為兩個(gè)10 kV電網(wǎng)，分別由1號(hào)、2號(hào)主變壓器供電。由于10 kVⅠ、Ⅱ段母線所帶負(fù)荷較小，無(wú)功負(fù)荷也較小，而電容器又集中連接在Ⅰ、Ⅱ段母線上，補(bǔ)償容量大大超出該兩段母線負(fù)荷需求。當(dāng)Ⅲ、Ⅳ段母線電壓降低或無(wú)功負(fù)荷較大時(shí)，若投入Ⅰ、Ⅱ段母線上的電容器時(shí)，補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功大部分由10 kVⅠ、Ⅱ段母線通過(guò)1號(hào)電抗器→1號(hào)主變壓器10 kV側(cè)→1號(hào)主變壓器110 kV側(cè)（或220 kV側(cè)）→110 kV（或220 kV側(cè)）母線→2號(hào)主變壓器110 kV側(cè)（或220 kV側(cè)）→2號(hào)主變壓器10 kV側(cè)→2號(hào)電抗器進(jìn)入10 kVⅢ、Ⅳ段母線。雖然減少了220 kV系統(tǒng)的無(wú)功供給，但由于變壓器短路阻抗和電抗器電抗較大，無(wú)功流經(jīng)這些元件時(shí)不僅造成大量的無(wú)功功率損耗，大大降低了調(diào)壓效果，還在這些元件的電阻上產(chǎn)生大量的電能損耗，很不經(jīng)濟(jì)。

1號(hào)、2號(hào)消弧線圈均經(jīng)1號(hào)、2號(hào)所用變壓器接在10 kVⅠ、Ⅱ段母線上同時(shí)運(yùn)行，采用自動(dòng)控制裝置調(diào)整消弧線圈分接頭方式。由于10 kV系統(tǒng)分割為兩個(gè)電網(wǎng)，且10 kVⅠ、Ⅱ段母線網(wǎng)絡(luò)較小，接地電容電流不大，而消弧線圈容量過(guò)大，自動(dòng)調(diào)整分接頭時(shí)常常將其調(diào)至最高檔位（電感最大時(shí)，補(bǔ)償電流最小），但仍不能滿足系統(tǒng)要求，使得10 kVⅠ、Ⅱ段母線接地時(shí)過(guò)度補(bǔ)償太大，造成接地點(diǎn)感性電流過(guò)大，大大超過(guò)補(bǔ)償前的容性電流，結(jié)果是適得其反。而10 kVⅢ、Ⅳ段母線出線較多，接地電容電流較大，因?yàn)闆](méi)有消弧線圈，接地時(shí)接地電流得不到補(bǔ)償，故障點(diǎn)難以熄弧，而且熄弧后易于重燃，產(chǎn)生弧光接地過(guò)電壓，對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備安全構(gòu)成威脅?；」饨拥剡^(guò)電壓數(shù)值較大，使TV（電壓互感器）激磁電流大增，造成10 kVⅢ、Ⅳ段母線TV高壓保險(xiǎn)頻繁熔斷。母線TV高壓保險(xiǎn)熔斷不僅影響繼電保護(hù)裝置的可靠性（如：使主變壓器復(fù)合電壓閉鎖開(kāi)放）、計(jì)量的準(zhǔn)確性（使出線電能表失壓），還增加了運(yùn)維人員的工作量（更換保險(xiǎn)），也造成了備品備件大量消耗，增加了運(yùn)行成本，降低了效益（1支保險(xiǎn)約100元）。

3 改進(jìn)措施及方案

因10 kV系統(tǒng)裝有限流的分裂電抗器，經(jīng)計(jì)算若1號(hào)、2號(hào)主變壓器10 kV側(cè)開(kāi)關(guān)遮斷容量能夠滿足短路容量要求，10 kV母線應(yīng)并列運(yùn)行采用1號(hào)、2號(hào)主變壓器同時(shí)供電的方式。這樣，既滿足了供電可靠性，也可使電容器通過(guò)10 kV分段開(kāi)關(guān)直接對(duì)Ⅲ、Ⅳ母線無(wú)功負(fù)荷就近補(bǔ)償，又避免了大量補(bǔ)償無(wú)功迂回傳輸，達(dá)到較好的調(diào)壓效果。再者由于1號(hào)、2號(hào)消弧線圈作用于整個(gè)10 kV系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，在發(fā)生系統(tǒng)單相接地時(shí)得以補(bǔ)償，減小了接地點(diǎn)的電流，使故障點(diǎn)絕緣易于恢復(fù)，降低了由此而引發(fā)的弧光接地過(guò)電壓的概率，減少了對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備的威脅，避免了因過(guò)電壓導(dǎo)致10 kVⅢ、Ⅳ母線TV高壓保險(xiǎn)頻繁熔斷，保證了電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

若經(jīng)計(jì)算1號(hào)、2號(hào)主變壓器10 kV側(cè)開(kāi)關(guān)遮斷容量不能滿足短路容量要求，不得不采用分列運(yùn)行方式時(shí)，應(yīng)改變10 kV母線接線方式。一是將部分電容器改接至Ⅲ、Ⅳ段母線，使得電容器直接對(duì)Ⅲ、Ⅳ段母線無(wú)功負(fù)荷進(jìn)行補(bǔ)償，提高經(jīng)濟(jì)性和調(diào)壓效果。二是將1臺(tái)所用變改接至Ⅲ、Ⅳ段母線，使得Ⅲ、Ⅳ段系統(tǒng)至少有1臺(tái)消弧線圈運(yùn)行，在發(fā)生系統(tǒng)單相接地時(shí)得以補(bǔ)償，既保證了安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，又避免了10 kVⅠ、Ⅱ段母線因過(guò)度補(bǔ)償帶來(lái)的不良后果。同時(shí)當(dāng)任一主變壓器故障跳閘導(dǎo)致部分母線停電時(shí)仍然有1臺(tái)所用變運(yùn)行，所用電不間斷供電或比較容易快速恢復(fù)供電。

在不采取上述兩項(xiàng)措施的情況下，可以采用10 kV母線并列運(yùn)行，一臺(tái)主變壓器帶10 kV負(fù)荷，另一臺(tái)主變壓器10 kV側(cè)熱備用，既不增加10 kV短路容量，又保證了電容器的補(bǔ)償效果及消弧線圈的補(bǔ)償效果，提高了安全性和經(jīng)濟(jì)性。但考慮到主變故障時(shí)10 kV供電的可靠性，應(yīng)裝設(shè)備自投裝置，當(dāng)帶10 kV負(fù)荷運(yùn)行的主變故障時(shí)，斷開(kāi)故障主變壓器10 kV側(cè)開(kāi)關(guān)，自動(dòng)投入另一臺(tái)主變壓器10 kV側(cè)開(kāi)關(guān)，恢復(fù)10 kV母線供電。

為充分發(fā)揮分裂電抗器的作用，10 kV系統(tǒng)應(yīng)使兩分支負(fù)荷盡量平衡，使電抗器兩分支上產(chǎn)生的壓降盡可能小，且兩分支母線電壓相近，易于兼顧母線電壓調(diào)整和維持母線電壓水平。這樣既保證了母線電壓質(zhì)量，又能在故障時(shí)限制短路電流，保證了系統(tǒng)及設(shè)備的安全。

綜上所述，經(jīng)過(guò)論證，現(xiàn)在10 kV系統(tǒng)接線及運(yùn)行方式如圖2所示。

1號(hào)主變壓器帶Ⅰ、Ⅱ段母線運(yùn)行，2號(hào)主變壓器帶Ⅲ、Ⅳ段母線運(yùn)行，10 kV系統(tǒng)分裂運(yùn)行；將2號(hào)、4號(hào)電容器分別改接至Ⅲ、Ⅳ段母線運(yùn)行，使得電容器直接對(duì)Ⅲ、Ⅳ段母線無(wú)功負(fù)荷進(jìn)行補(bǔ)償；將2號(hào)所用變壓器改接至Ⅲ段母線運(yùn)行，使得Ⅲ、Ⅳ段系統(tǒng)至少有1臺(tái)消弧線圈在系統(tǒng)單相接地時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償。

圖2 現(xiàn)高新變10 kV系統(tǒng)接線

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)運(yùn)行，采取上述措施，有效地提高了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性，并達(dá)到了經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。充分發(fā)揮分裂電抗器的作用，既保證母線電壓質(zhì)量，又能在故障時(shí)限制短路電流。電容器實(shí)現(xiàn)無(wú)功負(fù)荷就近補(bǔ)償，避免大量補(bǔ)償無(wú)功迂回傳輸，又使調(diào)壓效果甚好。解決了10 kV系統(tǒng)Ⅲ、Ⅳ段母線無(wú)消弧線圈補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題，在系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，能使故障點(diǎn)絕緣易于恢復(fù)、減少由此引發(fā)的弧光接地過(guò)電壓的概率，避免因過(guò)電壓致使10 kV母線TV高壓保險(xiǎn)頻繁熔斷，提高了保護(hù)裝置的安全性，計(jì)量的準(zhǔn)確性，減少運(yùn)維人員的工作量，降低材料消耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。