胡文華，王偉穎，陳 波，袁淑蓉，鄧 明

(中國電力工程顧問集團(tuán)華東電力設(shè)計院有限公司，上海 200001)

0 引言

黃渡500 kV變電站位于上海市嘉定區(qū)的黃渡鎮(zhèn)，是華東地區(qū)乃至全國第一批500 kV變電站，是上海電網(wǎng)的重要樞紐變電站，它通過500 kV蘇州特高壓站—黃渡線路與江蘇電網(wǎng)交換電力，通過500 kV華新—黃渡線路接納±500 kV宜華直流的三峽來電，對于上海電網(wǎng)乃至于華東電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行均非常重要。

該變電站已安全運(yùn)行了30多年，站內(nèi)500 kV母線及串內(nèi)設(shè)備通流容量、出線規(guī)模已經(jīng)無法滿足系統(tǒng)要求，500 kV構(gòu)架已經(jīng)達(dá)到設(shè)計使用年限，部分構(gòu)架柱和構(gòu)架梁變形超過規(guī)范限值，存在安全隱患。為了滿足系統(tǒng)輸送容量、特高壓接入和負(fù)荷增長的要求，提高電網(wǎng)運(yùn)行方式的靈活性和主變供電的可靠性、消除安全隱患，迫切需要對黃渡500 kV變電站進(jìn)行增容改造。

本文結(jié)合黃渡500 kV變電站增容改造工程，詳細(xì)介紹了500 kV主變和500 kV配電裝置“先新建再分步改接”的實施方案，達(dá)到了“邊改造邊運(yùn)行”的目的，避免了因長時間的停電改造而造成的損失。

增容改造后500 kV配電裝置將由目前的4個完整串、2個非完整串增加到7個完整串，主變?nèi)萘坑赡壳暗?×750 MVA增容到4×1 200 MVA。增容改造前、后的電氣主接線示意圖分別如圖1和圖2所示。

圖1 增容改造前的電氣主接線示意圖

圖2 增容改造后的電氣主接線示意圖

1 增容改造的思路和原則

1.1 改造思路

500 kV變電站一般可分為500 kV主變區(qū)域、500 kV配電裝置區(qū)域、220 kV配電裝置區(qū)域、無功補(bǔ)償區(qū)域以及二次控制保護(hù)系統(tǒng)等。我們增容改造思路是：留、改、拆。在工程可研設(shè)計階段就對上述區(qū)域逐一進(jìn)行深入的分析和評估，并開展針對性的設(shè)計[1]。

1) 留

線路走廊保留。變電站東南向為居民住宅區(qū)、東北向為居民住宅區(qū)、西面圍墻外就是1 000 kV線路走廊和安虹路、北面為曹安公路及500 kV出線，南面為500 kV和220 kV出線，如圖3所示。變電站所在區(qū)域內(nèi)沒有新增電力走廊資源，前期建設(shè)的1 000 kV東吳—練塘線路是利用了當(dāng)時在運(yùn)的500 kV線路(石牌—黃渡和黃渡—華新的線路)走廊，將它改造為混壓同塔四回路(2回1 000 kV線路+2回500 kV線路)的，所以不可能開辟新的線路走廊，只能利用已有的線路走廊。220 kV配電裝置為2007年投運(yùn)的，本工程不做大的改造，主要工作是對主變的220 kV GIS進(jìn)線回路設(shè)備進(jìn)行增容，與新主變的降壓容量相匹配。

圖3 黃渡500 kV變電站位置及進(jìn)出線走廊示意圖

2)改

指局部改造，主要工作是對主變的220 kV GIS進(jìn)線回路設(shè)備進(jìn)行增容，與新主變的降壓容量相匹配，并將套管出線改為通過GIS管道母線直接連接到主變的220 kV側(cè)。原主變220 kV進(jìn)線回路設(shè)備的額定電流為3 150 A，本期主變增容后容量為1 200 MVA，1.3倍和1.5倍過負(fù)荷下220 kV進(jìn)線回路設(shè)備額定電流分別選4 000 A和5 000 A。經(jīng)咨詢廠家，增容到4 000 A時只要更換GIS設(shè)備內(nèi)部導(dǎo)電回路的導(dǎo)體即可，不用更換整個GIS設(shè)備，改造工作相對容易實施。所以增容后主變220 kV進(jìn)線回路設(shè)備的額定電流按4 000 A選擇。

控制保護(hù)系統(tǒng)的500 kV線路保護(hù)和主變保護(hù)：未到使用年限的設(shè)備不更換，隨線路或主變停電進(jìn)行搬遷。

3)拆

指拆除新建，先新建、再停電改接，改接完成后拆除，從而大大減少了停電時間。新建的一次部分包括500 kV主變、500 kV配電裝置、66 kV無功配電裝置，二次部分包括監(jiān)控系統(tǒng)、500 kV母線保護(hù)、500 kV斷路器保護(hù)、直流電源系統(tǒng)、時鐘同步對時系統(tǒng)、500 kV保護(hù)信息管理子站、相量測量系統(tǒng)等設(shè)備。500 kV配電裝置采取征地新建方案，500 kV主變和無功配電裝置利用站內(nèi)場地新建。結(jié)合500 kV GIS室和66 kV GIS室的建設(shè)，同步建設(shè)1個500 kV繼電器室和1個主變繼電器室，在繼電器室新配置二次公用設(shè)備。

1.2 增容改造的原則

考慮到黃渡變電站在上海電網(wǎng)中的重要性，改造的總體原則就是最大限度地減少停電時間，尤其是避免多臺主變同停和同一方向的兩回出線長時間同停的運(yùn)行工況。調(diào)度最終同意改造過程中可以短時間同停2臺主變，但不允許出現(xiàn)3臺及以上主變同停的工況。

按上述改造思路，500 kV主變和66 kV配電裝置、主變220 kV進(jìn)線GIS設(shè)備可以按主變單元逐臺進(jìn)行停電改造[2]。所以，工作的重點(diǎn)是500 kV出線的改接，原則如下：

1)新的500 kV GIS配電裝置建設(shè)完成后，利用其第7串的兩個邊開關(guān)作為分段開關(guān)，實現(xiàn)GIS母線(以下稱“新母線”)與老的500 kV配電裝置母線(以下稱“老母線”)的新老母線連通，從而給GIS母線充電。

2)老的500 kV配電裝置按現(xiàn)有配串逐串進(jìn)行停電改造和二次設(shè)備搬遷。

3) 4臺750 MVA的主變逐一停電改接，施工期間其它主變需要短時(1～3天)陪停時，一般安排在節(jié)假日等負(fù)荷較輕的時段。

4)同一方向的500 kV出線逐一進(jìn)行改接。

5)華新方向的出線安排在宜華直流年度檢修時進(jìn)行停電改接。

6) 500 kV線路或主變改接后，過渡階段新建配電裝置要考慮完整串運(yùn)行，需配置臨時短引線保護(hù)。

7)過渡階段，新老監(jiān)控系統(tǒng)同時運(yùn)行。為保證自動化系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行，兩套監(jiān)控系統(tǒng)間互不交換數(shù)據(jù)，保持相互獨(dú)立，遠(yuǎn)動通道也相互獨(dú)立。改造好的監(jiān)控信息通過新的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)傳送，還未改造的監(jiān)控信息仍通過老的D200遠(yuǎn)動裝置傳送。

8)改造過程中新、舊I/O測控裝置間無法相互交換數(shù)據(jù)，因此在施工過渡階段，將會退出部分I/O測控裝置邏輯閉鎖功能。新舊500 kV配電裝置母線地刀、母線隔離開關(guān)之間的聯(lián)閉鎖功能依靠一次設(shè)備操作回路的電氣硬接線閉鎖和獨(dú)立的微機(jī)五防系統(tǒng)實現(xiàn)。

按以上原則和思路進(jìn)行改造，施工作業(yè)風(fēng)險最小，對上海電網(wǎng)造成的影響也最小，能保證上海電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

2 改造場地選擇和總平面布置

220 kV設(shè)備為利舊，所以無需新增場地，但要考慮主變220 kV GIS進(jìn)線管道的布置。

由上文，500 kV配電裝置需拆除重建。若逐串停電改造不僅工期太長，而且在帶電場地內(nèi)改造施工難度大、安全風(fēng)險高[3]，所以考慮征地新建。由于需利用已有的500 kV出線走廊，新建的配電裝置布置在線路走廊下方比較好。北面圍墻離線路終端塔很近，不到20 m；南面圍墻到線路終端塔有90 m，線路走廊下方空地尺寸約為215 m×70 m，正好可以一次性建設(shè)500 kV戶內(nèi)GIS配電裝置。待500 kV GIS配電裝置建成后，南側(cè)的6回出線(渡泗5101、渡泗5108、華渡5115、新渡5116、預(yù)留2回)可直接接入500 kV GIS配電裝置，北側(cè)的四回線路(徐黃5113、徐渡5114、東黃5903、東渡5913)考慮先利用老構(gòu)架上方的跨線接入500 kV GIS配電裝置。之后在北側(cè)場地建設(shè)新的出線構(gòu)架，北側(cè)出線再通過新構(gòu)架接入500 kV GIS配電裝置，即南側(cè)出線是一次性接入，北側(cè)出線需通過老的串內(nèi)構(gòu)架和跨線過渡。

500 kV主變和66 kV無功設(shè)備區(qū)域為新建，可以考慮在原有的場地按主變單元逐臺改造，但改造周期太長、安全風(fēng)險太大[3]。經(jīng)多個方案比選后，最終確定在站內(nèi)220 kV GIS北面的空地上新建500 kV主變和66 kV無功設(shè)備，這樣4組主變(包括主變500 kV側(cè)和66 kV側(cè)GIS設(shè)備)及無功設(shè)備可以一次性建設(shè)，逐臺改接即可。該空地為早期的220 kV高型配電裝置(已拆除)，面積較小，約為197 m (長)×52 m(寬)，采用了以下創(chuàng)新設(shè)計技術(shù)能滿足要求：

1) 66 kV采用戶內(nèi)GIS設(shè)備，500 kV主變、66 kV電容器和電抗器戶外布置。主變緊挨66 kV配電裝置室，隔墻按防火墻設(shè)計。

2)主變?nèi)齻?cè)均采用油氣套管。主變的布置與相應(yīng)的220 kV GIS進(jìn)線回路相對應(yīng)。

3)主變500 kV側(cè)的GIS進(jìn)線管道布置在66 kV屋頂，以高度換取平面尺寸，并采用戶外布置，從而大大節(jié)省了占地和建筑物的高度。

黃渡站改造后的電氣總平面如圖4所示，圖中虛線為改造前500 kV配電裝置、500 kV主變及無功設(shè)備、主變220 kV進(jìn)線布置情況。

圖4 黃渡站改造后的電氣總平面

3 500kV配電裝置的改造實施方案

由上所述，黃渡變電站增容改造的難點(diǎn)是500 kV配電裝置的改造，所以下文對此做重點(diǎn)介紹。

500 kV配電裝置的改造分為四個階段：準(zhǔn)備階段、500 kV GIS配電裝置施工階段、500 kV主變和出線改接階段、北側(cè)新構(gòu)架施工和老構(gòu)架拆除階段。

3.1 準(zhǔn)備階段

準(zhǔn)備階段的主要工作是進(jìn)行500 kV GIS配電裝置區(qū)域的樁基施工、基礎(chǔ)施工、新建500 kV南側(cè)出線構(gòu)架，完成南面四回出線的升高工作。本階段完成后的典型斷面圖如圖5所示。

圖5 準(zhǔn)備階段完成后渡泗5101出線間隔斷面圖

南側(cè)泗涇方向出線的零檔線導(dǎo)線最低點(diǎn)對地高度約23 m。新建構(gòu)架和GIS采用鋼筋混凝土灌注樁，樁基施工機(jī)具高度約11 m，考慮安全距離8.5 m，總高小于20 m；灌注樁樁長約37 m，可分段焊接，所以樁基施工總高度可控制到23 m以內(nèi)，可以帶電進(jìn)行出線構(gòu)架和GIS的樁基施工、基礎(chǔ)施工，從而大大加快了施工進(jìn)度。500 kV GIS室的高度一般在15～18 m之間，所以不能滿足帶電安裝GIS室鋼結(jié)構(gòu)的要求，需要升高出線構(gòu)架。

本工程500 kV GIS室高度約17 m(含室內(nèi)外高差)，最大起重構(gòu)件包括屋面梁和鋼柱，最大屋面梁由兩榀鋼梁組裝連接，總長約15.3 m，總重量約1.8 t；最大鋼柱長約15.95 m，總重量約3.1 t。根據(jù)計算，選用25 t汽車吊比較合適。為了控制吊車大臂高度，將吊車限位設(shè)置到臂長21.3 m檔，確保最高點(diǎn)控制在22 m以內(nèi)?？紤]安全距離8.5 m[4-5]+導(dǎo)線弧垂2.5 m，所以為滿足帶電安裝GIS室的要求，新構(gòu)架高度取34 m，該取值留有1 m的裕度。

主要施工步驟：先進(jìn)行出線構(gòu)架樁基和基礎(chǔ)施工，再逐回停電進(jìn)行南側(cè)出線構(gòu)架的升高工作。GIS配電裝置的樁基和基礎(chǔ)施工可從在本階段開始。

3.2 500 kV GIS配電裝置施工階段

本階段的主要工作是完成GIS配電裝置的樁基和基礎(chǔ)施工、吊裝500 kV GIS室鋼結(jié)構(gòu)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)、安裝500 kV GIS設(shè)備、在新建繼電器室布置新增的保護(hù)、監(jiān)控、直流電源等二次屏柜，并完成與500 kV新建GIS的二次電纜接線。

由上所述，該階段工作期間老的500 kV配電裝置不需要停電。

3.3 500 kV主變和出線改接階段

按照上述的改接原則，具體步驟如下：

第一步(511階段)：連接新老母線(1 M和3 M、2 M和4 M)，由老母線給新母線充電。500 kV GIS配電裝置第27串本期只有1回出線(東渡5913線)，安排在最后改接，這樣可以借用第27串的兩個邊斷路器用作500 kV新老母線的分段斷路器。

第二步(512階段)：改接#6主變和渡泗5108線。512階段實施后的電氣接線示意圖如圖6所示。

圖6 512階段完成后黃渡站500 kV電氣接線示意圖

第三步(513階段)：改接#4主變和徐黃5113線。

第四步(514階段)：改接#5主變、東黃5903線和渡泗5101線。

第五步(515階段)：改接華渡5115和新渡5116兩回線。

第六步(516階段)：改接#3主變和徐渡5114線。

第七步(517階段)：改接?xùn)|渡5913線，同時斷開500 kV新舊母線連接，27串恢復(fù)完整串運(yùn)行。517階段實施后所有500 kV回路接入GIS配電裝置，電氣接線示意圖如圖2所示。

改接過程中電氣一次主要工作是拆除原高跨引下線、施工北面四回出線的短跨線和高跨線的跳線。如上文所述，517階段實施后南側(cè)的四回出線直接接入500 kV GIS配電裝置，北側(cè)的出線在本階段先通過老的構(gòu)架和高跨線接入，5101和5903出線間隔的斷面如圖7所示。

圖7 517階段完成后出線間隔斷面圖

改接過程中電氣二次的主要工作內(nèi)容如下：

511階段：黃渡站老的500 kV母線保護(hù)接入分段間隔。

512階段：搬遷#6主變保護(hù)柜、操作箱柜、電度表、錄波裝置等至主變繼電器室；搬遷渡泗5108線電度表至500 kV繼電器室。第25串的臨時短引線保護(hù)暫時利用第27串配置的遠(yuǎn)景短引線保護(hù)；同時將老的RG43斷路器保護(hù)柜隨渡泗5108線搬遷，柜內(nèi)短引線保護(hù)作為第21串臨時短引線保護(hù)。

513階段：搬遷#4主變保護(hù)柜、電度表等至主變繼電器室；搬遷徐黃5113線線路保護(hù)柜及電度表至500 kV繼電器室。將老的RG53斷路器保護(hù)柜隨徐黃5113線搬遷，柜內(nèi)短引線保護(hù)作為第23串臨時短引線保護(hù)；將老的RG51斷路器保護(hù)柜隨#4主變搬遷，柜內(nèi)短引線保護(hù)作為第24串臨時短引線保護(hù)。

514階段：搬遷#5主變保護(hù)柜、操作箱柜、電度表、錄波裝置等至主變繼電器室；搬遷東黃5903線和渡泗5101線線路保護(hù)柜及電度表至500 kV繼電器室。

515階段：搬遷華渡5115線和新渡5116線線路保護(hù)柜及電度表至500 kV繼電器室；第23串臨時短引線保護(hù)退出運(yùn)行，第25串臨時短引線保護(hù)退出運(yùn)行。

516階段：搬遷#3主變保護(hù)柜、電度表等至主變繼電器室；搬遷徐渡5114線線路保護(hù)柜及電度表至500 kV繼電器室。第21串臨時短引線保護(hù)退出運(yùn)行，第24串臨時短引線保護(hù)退出運(yùn)行。

517階段：搬遷東渡5913線線路保護(hù)柜、電度表及錄波裝置至500 kV繼電器室；拆除500 kV分段與老母差之間的電纜接線；第27串配置的遠(yuǎn)景短引線保護(hù)接入第27串備用間隔。

上述改接工作完成后，所有500 kV出線已經(jīng)接入500 kV GIS配電裝置，北側(cè)構(gòu)架除28.5m高跨線外，其余母線、設(shè)備及導(dǎo)線已經(jīng)不帶電，具備拆除條件，場地也具備清理條件。

本階段完成后的500 kV配電裝置平面如圖8所示。

圖8 517階段完成后500 kV配電裝置平面布置圖

3.4 北側(cè)線路改接到新構(gòu)架

包括北側(cè)場地清理、新構(gòu)架樁基和基礎(chǔ)施工、新構(gòu)架安裝、北側(cè)線路改接到新構(gòu)架和老構(gòu)架拆除等工作。

改接完成后即開展老的500 kV配電裝置場地清理，拆除母線、串內(nèi)設(shè)備及基礎(chǔ)、清理電纜和電纜溝等工作。之后開始施工新構(gòu)架的樁基和基礎(chǔ)。新構(gòu)架定位避開老構(gòu)架。由于跨線較高，新構(gòu)架樁基和基礎(chǔ)施工不需要停電。

老構(gòu)架共有六跨，兩頭均有端撐，構(gòu)架布置如圖4所示，老構(gòu)架拆除的原則是先拆除中間構(gòu)架(東黃5903和徐渡5114出線)，最后拆除兩側(cè)構(gòu)架(東渡5913和徐黃5113出線)。東黃5903和徐渡5114兩回出線位于配電裝置中間，而且是到不同方向的出線，可以同時停電拆除改接。圖4中先拆除03串的構(gòu)架，5913線短時陪停拆除02串構(gòu)架，之后5113線短時陪停拆除04串構(gòu)架，然后安裝5903和5114出線的新構(gòu)架和高跨線，改接5903和5114出線。之后再依次進(jìn)行徐黃5113線和東渡5913線的改接工作。

4 結(jié)語

1)本工程更換了監(jiān)控系統(tǒng)、500 kV主變及其無功設(shè)備和500 kV開關(guān)設(shè)備，拆除了存在安全隱患的老構(gòu)架，是黃渡變電站有史以來改造規(guī)模和難度最大的一次改造。

2)本次改造新增用地1.44 hm2，占黃渡站總用地面積(13.28 hm2)的10.5%。增容改造后主變?nèi)萘坑?×750 MVA提高到4×1 200 MVA，遠(yuǎn)景可提高到8×1 200 MVA，以較小的土地資源實現(xiàn)了供電能力的大幅提升?！耙恢冯p站”的實施將不僅能滿足黃渡分區(qū)近期和遠(yuǎn)景負(fù)荷增長的需要，也能提高電網(wǎng)供電的可靠性。

3)為充分利用站內(nèi)已有場地布置主變和無功配電裝置，本工程采用了500 kV主變?nèi)齻?cè)采用油氣套管連接、500 kVGIS管道布置到建筑物屋頂、66 kV采用戶內(nèi)GIS設(shè)備等創(chuàng)新設(shè)計技術(shù)，達(dá)到了節(jié)省土地資源的目的。

4)利用第27串的兩個邊開關(guān)作為新老母線的分段開關(guān)，保證了改接過程中其它回路的正常運(yùn)行，減少了線路的停電時間，達(dá)到了“邊改接邊運(yùn)行”的目的。

黃渡變電站是華東地區(qū)第一批500 kV變電站，也是上海電網(wǎng)重要的樞紐變電站。本工程成功實施為其它類似變電站的增容改造提供了借鑒。