超高壓變電站一次主接線的運行探討

張萌

【摘 要】在我國城市化進程不斷推進的背景下，為滿足城市發展需求，高壓、超高壓輸電線路和變電站的數目不斷增加，使得環境保護問題、景觀協調問題等日益突出，尤其是變電站用地條件比較復雜，要求比較高，在一定程度限制了超高壓變電站事業的發展。選擇高壓電網是解決此類問題的主要途徑?；诖?，本文結合案例，對超高壓變電站一次主接線的運行進行探討，具體如下。

【關鍵詞】超高壓變電站;一次主接線;斷路器;配電裝置

中圖分類號： TM645文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）14-0049-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.14.022

0 引言

我國城市電力系統主要應力了中壓、高壓、超高壓三個發展階段，這是由我國社會經濟發展所決定的，目前我國特高壓交流輸變電技術愈發成熟，雖然也存在一些問題亟待解決，但是從目前發展現狀而言，技術問題已經不再限制我國超高壓變電站發展的主要因素。發展至今已經形成了跨省500kV電網，進行500km遠距離傳輸，大規模5GW左右的特高壓骨干電網，有效的滿足了城市發展的需求

1 案例分析

某城市電網供電面積為6435.8km2，在2018年夏季最大用電需求量為16.69GW，而實際最大發電量只有14GW，目前擁有8座500kV變電站，20臺變壓器，變電容量為15000MW。500kV雙環網是該城市主要核心網架。200kV電網是主要的供電網絡?，F有變電站68座，變壓器170臺，變電容量為25600MW。電力系統在運行過程中，容易受到電力容量的限制，因此，在2016年開始實施了分層和分區域運行，形成了以500kV變電站和發電廠為核心，220kV分區電網，在具體運行過程中，各分區電網之間進行解環運行。各個分區電網在必要時可實現支持，在夏季用電高峰期，可支援800MW～850MW的電力，為滿足實際需求，電壓等級對下一級電網運行要滿足“N-1”準則。

2 超高壓變電站對一次主接線的要求

在超高壓變電站一次主接線中，要根據變電站在電力系統中的地位和作用，按照相應的規劃容量、供電負荷、電力容量、電氣設備等條件，需要在滿足電力系統安全運行的基礎上，提升調度的經濟型和合理性，此外，還要充分考慮供電過程的可靠性、操作性、檢修方便等。就案例城市的超高壓變電站而言，輸送的容量比較大，一旦發生故障，就會對大范圍內用戶的用電總成嚴重影響。超高壓變電站在城市電力系統中，具有舉足輕重的位置，任何一個環節控制不當，都會對供電的質量、安全性等造成嚴重的影響。因此，一次主接線設計時，要根據地區用電情況，合理優化設計方案，盡量使用較少的設備，提升運行性能，取得最大的經濟效益。

3 超高壓變電站一次主接線的運行

3.1 一次主接線的組成和重要性

超高壓變電站一次主接線由變壓器、輸電線路、斷路器、隔離開關、電流和電壓互感器、電容器、電抗器、避雷器等構件按照一定的順序的組合而成。主要現實超高壓變電站和電力系統中電氣連接的關系，可真實有效地反映電力系統中輸電、變電、供電、配電的能力，也是衡量電力系統運行穩定性和可靠性的主要依據。

最開始的超高壓變電站一次主接線方式為雙母線、雙母線分段、雙母線帶旁路母線。但在火力發電、水力發電、風力發電單機容量不斷增加的背景下，使得輸變電電壓快速提升，這些一次主接線具有投資價格昂貴、旁路帶出線比較復雜等缺點，逐漸被其他接線方式取代。在我國社會經濟不斷發展的背景下，為滿人們生活和生產的需求，出現了超高壓、大電網、大電力系統。各大城市的輸變電電壓多以500kV為主，此外，750kV網架逐漸向1MV的方向發展。既便是單回輸電線路的輸送功率也達到1.5GW～5.0GW，無論何種原因造成線路發生故障，都會造成巨大損失，甚至會破壞電力系統的動靜平衡，從而發生解網故障。比如：雖然母線發生故障的概率非常小，但一旦發生母線故障，就會停止輸送數百萬千瓦電力。

3.2 超高壓變電站一次主接線的接線方式

3.2.1 沒有母線的一次主接線

沒有母線的一次主接線主要的接線方式有以下幾種：（1）線路變壓器組，主要特點為不發展終端站，優點是電源比較少，出線少，設備少，接線方式比較簡單，后期維護檢修方便。缺點的是如果其中一臺主變站或者線路發生故障，則難以滿足實際供電的需求;（2）內橋，主要特點為同線變組，在運行過程中，主變站無需頻繁切換[1]。優點是屬于典型的同線變組，出線的投退都比較方便，在線路中發生故障時只是跳開線路開關，主變站并不陪停;缺點是一旦主變站發生故障，則線路陪停，投且主變操作比較復雜，任何一個開關檢修都會影響功率的傳輸;（3）外僑，主要特點為同線變組，短線路，主要需要進行頻繁切換。優點是主變投退便捷，缺點是難以滿足N-1的運行方式。

3.2.2 有母線的一次主接線

有母線的一次主接線方式主要包括以下幾種：（1）單母線分段，主要特點是1站分2段或者分3段，為單電源，出線少，容量小。優點可實現同線變組，缺點是一旦母線發生故障或者需要檢修時，如果開關柜發生誤動，則會造成全站停電，可靠性相對比較低;（2）雙母線，主要特點是容量比較小，雙電源，多配線。優點是母線故障可保留一半，將電力系統中的重要用戶和普通用戶分開，降低短路容量，可實現分段自投，可靠性比較高。缺點是造價比較高，母線和出線故障開關柜會引起全?，F象;（3）雙母線單分段，主要特點是出線比較多，重要用戶可分開，降低故障發生時造成的經濟損失。優點是運行方式比較靈活。缺點是倒母線的操作比較復雜。

3.2.3 有母線的一個半斷路器一次主接線

有母線的一個半斷路器一次主接線的主要特點：500kV或者220kV變電站的電源比較多，并且進出線也比較多，就500kV變電站而言，有6～10回進出線。因此，此種一次主接線可在4組變電中優先采用，具有較高的自動化程度。在案例城市500kV變電站和部分220kV系統中大規模采用了此種一次主接線方法。主要優點是母線故障或開關拒動影響面小，事故處理簡單。采用矩陣排列編號有規律，沒有倒母線和旁路代問題，操作相當簡單，主要缺點為：在相同線路條件下較雙母帶旁母線開關、閘刀基本相同但接地閘刀要增加1/3以上。線路檢修一定要成串閉環運行故開關到線刀處需有短線保護。

3.3 超高壓變電站一次主接線的配電裝置分析

目前超高壓變電站一次主接線中應用最廣泛的配電裝置有兩種，一種是AIS配電裝置，在戶外配電裝置中主要采用了大量的絕緣器件，從而把帶電部分和接地部分相互分離開來，從而達到空氣絕緣的目的。另一種是GIS配電裝置，主要工作原理是把電力系統中的母線、斷路器、隔離卡關、接地開關、互感器等原件相互組成，然后充入一定壓力SF6絕緣氣體，既可以在戶內應用，也可以在戶外應用[2]。超高壓變電站一次主接線的配電裝置在選擇和安裝時，要滿足如下要求：節約用地、保證運行的安全性和巡視的便捷性、便于檢修和安置、節約材料、降低造價的。

4 目前超高壓變電站一次主接線中存在的和解決措施

4.1 未裝設線路閘刀

該城市變電站自投入使用以來，一直采用的一只半開關接線，主要特點是在回路中未安裝線路閘刀，引發的問題主要體現在以下幾個問題：

第一，一旦遇到線路停役或者需要進行設備檢修，則需要把該線路上相關的兩只相鄰的開關重新更改為冷備用，再合上接地刀閘。由于聯閉鎖的限制，在此階段，兩側的開關刀閘無法進行遙控。主變也是同樣存在這一問題，在主變檢修過程中，為提升直流接觸電阻測量的精確性，就必須把高壓側套管的引線拆開。

第二，由于在系統中未設線路刀閘，缺乏短線保護，一旦發生故障就就會造成大面積的停電事故。

第三，在每個輸電單元中，采用了3組獨立式的開關電流互感器。

這些問題的存在在一定程度上限制了超高壓變電站一次主接線運行的穩定性和可靠性，因此，需要按照統一的規范和標準，合理裝設線路閘刀，并明確相關的規定，提升一次主接線的質量。

4.2 缺乏專用的500kV電壓等級的驗電器具

在該城市超高壓變電站一次主接線中，還缺乏一套專門應用在500kV電壓等級的驗電器具，嚴重影響接地線停電時驗電和檢修工作的安全性。為解決這一問題，可采用220kV電壓等級的接地線或者壓變次段驗電，并在相關規定中進行明確處理[3]。

5 結束語

綜上所述，本文結合實際案例，分析了超高壓變電站一次主接線的運行，分析結果表明，不同的一次主接線有其獨特的優缺點，相比而言，一只半開關接線在超高壓變電站中一次主接線具有的優勢更加明顯。在具體應用過程中，可先選擇一個半斷路器并以不大于5串一次主接線比較合理。既能保證超高壓變電站一次主接線運行的安全性和可靠性，也可以滿足后期擴建的需求。針對在實際運行中存在的問題，需要進行全面系統的分析，進行全面解決，在保證運行的安全性基礎上，滿足對功能和性能的需求。

【參考文獻】

[1]牛明莉.變電站接線對可靠性指標的影響[J].電子技術與軟件工程，2017（23）：211.

[2]馮晗，王俊有.鄭州城區電網110kV變電站接線方式分析[J].科技與企業，2015（24）：234.

[3]郭庭哲，李強仁.變電站接線形式和調度安全運行[J].通訊世界，2015（01）：92-93.