(中国能源建设集团浙江省电力设计院有限公司 浙江省杭州市 310012)
摘要：在500千伏主变低压侧加装总断路器可以有效提升超高压变电站的安全运行水平，提高供电可靠性，减少设备停电范围。本文通过对部分超高压变电站主变低压侧未加装总断路器的运维风险进行分析，提出有效的解决办法和改造方案，并对改造方案进行理论分析和方案比选。文章提出的方案对类似改造工程设计有一定的参考意义。
关键词：超高压；低压侧；总断路器；改造方案；比选
Study on the scheme of installing main circuit breakers on the low-voltage side of Zhejiang 500kV main transformers
Chen Ying
CEEG Zhejiang Electric Power Design Institute Co.,Ltd.,Hangzhou 310012
Abstract: the installation of a main circuit breaker on the low-voltage side of a 500 kV main transformer can effectively raise the level of safe operation of ultra-high voltage (UHV) substations, improve the reliability of power supply and reduce the scope of power failure. This paper analyzes the operation and maintenance risk in some of the UHV substations where no main circuit breaker is installed on the low-voltage side of the main transformer, puts forward several effective solutions and upgrading schemes, and carries out comparison and selection through theoretical analysis. The scheme proposed in this study is of certain reference significance to the design of similar renovation projects.
Key words: UHV;low-voltage side; main circuit breaker; upgrading scheme,;comparison
1概述
随着我国社会经济发展水平和人民生活水平的提高，国家对电力系统的供电可靠性提出了更高的要求。500千伏超高压变电站在电力系统中作为枢纽变电站，处于重要的地位，超高压变电站的运维可靠性要求也在不断地提升。500千伏变电站在不同时期的设计理念存在不同，可靠性与经济性的权衡也受不同发展时期的影响，主变低压侧是否加装总断路器是一个比较有代表性的问题。本文对超高压变电站主变低压侧未加装总断路器的运维风险进行分析，提出控制风险的有效措施和解决办法，旨在不断提升电力系统供电的安全性和可靠性。
2存在的问题和改造的必要性
目前国内已投运超高压变电站中主变低压侧总断路器存在装设和未装设两种情况，接线方式如图2-1,图2-2所示，未加装总断路器的主变压器35千伏侧接线采用单母线单元接线方式，这种接线方式（图2-1））具有接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建及采用成套配电装置等优点。
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图 2 1 35千伏侧接线单元（无总断路器）
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图 2 2 35千伏侧接线单元（装设总断路器）
但根据运行单位多年实际运行经验，主要存在以下两个问题：
1.从一次设备分析，由于35千伏隔离开关整体质量不尽人意，支路隔离开关经常出现异常发热缺陷，需主变陪停处理，影响电网的可靠运行。35千伏无功断路器投切频繁，当无功投切断路器发生故障，将导致主变被迫停运，扩大故障范围。
2. 从继电保护配置分析，不设总断路器时，主变差动保护接自高、中压级主变低压套管电流互感器，动作于主变高、中压侧进线断路器。主变低压侧套管引出线及低压Δ母线不在差动保护范围内，故需在低压侧增设一套限时速断保护，动作时限按照躲开分支回路速断动作时间整定,保护切除时间有延时;另因套管电流互感器内流过高、中压侧短路时的平衡电流，保护灵敏度会受影响。
基于上述原因，当低压侧母线、分支回路一次设备故障或需检修时，通过总断路器的动作，切除低压侧全部回路，将大大降低由于低压侧设备故障造成的主变临停概率，停电范围大大缩小，运行安全效益提高。
3方案分析
3.1方案说明
超高压变电站500千伏配电装置主要采用AIS、HGIS、GIS三种设备形式，220千伏配电装置主要采用AIS、GIS两种设备形式，而35千伏侧户外配电装置主要采用AIS一种设备形式，35千伏母线则存在软母线中型和管母线中型两种布置形式。主变低压侧不设置总断路器，每相变压器35千伏侧分别引出两个出线头经35千伏主母线完成“△”连接。
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图3.1-1 主变35千伏侧平面布置图（改造前不装设总断路器）
如图3.1-1所示，在大量500千伏主变低压侧加装总断路器设计实践中，主变压器低压侧油坑边缘与35千伏管母之间距离（图中所示L）最小为5.5米，最大为7.3米，所有变电站主变低压侧油坑与35千伏管母之间都布置有电缆主沟（1100 mm X1400 mm）一条。加装的总断路器间隔需布置在此区域，35千伏母线安装位置需同时布置汇流母线、主母线，改造空间狭小，布置十分困难。
对此提出了两种布置方案并进行探讨。
方案一：总断路器GIS布置方式，利用原35千伏支撑式母线下方空间，总断路器回路采用GIS设备。在主变低压侧出口处新建35千伏气体绝缘母线作为汇流母线，新增的总断路器间隔也通过绝缘母线与原35千伏母线连接。
主变压器低压侧油坑边缘与35千伏管母之间距离受限，竖向布置低压侧总断路器间隔的场地不够，考虑35千伏汇流母线采用气体绝缘母线，和总断路器间隔都布置于35千伏母线下方。如图3.1-2所示，主变低压侧35千伏引线通过新增汇流母线完成“△”连接，汇流母线与35千伏母线之间增设总断路器间隔。
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图3.1-2 35千伏总断路器GIS平面图
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图3.1-3 35千伏总断路器GIS断面图
方案二：总断路器敞开式布置， 拆除原主变低压侧35千伏母线，更换为单柱双母线背靠背垂直布置方式的35千伏主母线和35千伏汇流母线，利用原35千伏母设间隔作为新增总断路器间隔，以空间换平面，使得在原有母线的布置场地能够布置汇流母线和主母线两条母线。
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图3.1-4 35千伏总断路器敞开式平面图
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图3.1-5 35千伏汇流母线，主母线及总断路器间隔示意图
3.2方案比选
近年来，根据国家电网公司输变电工程全寿命周期设计建设指导意见，在工程项目全过程的管理中，不应只是控制工程的建设成本，而应控制的是工程项目寿命周期成本（费用）的全部内容。从工程的前期策划、设计阶段、施工阶段和使用维护、设备回收等阶段出发去考虑成本（费用）问题。针对两种不同方案，在满足工程技术要求的条件下，通过对技术先进、安全可靠、经济合理、使用方便等方面进行比选，以期达到最佳的投入产出比。
3.2.1 安全方面比较
方案一：采用GIS设备方案，GIS设备基础避开主变配电装置场地电缆沟布置在35千伏主母线下方，设备布置紧凑占地面积小，工程量简单，方案实施灵活，设备成熟，满足站内巡视、操作、修试及消防等各项要求，安全可靠性相对较高。
方案二：采用单柱双母线背靠背垂直布置方案，此方式属于新技术、新方案，到目前为止没有工程应用经验可以参考。单柱双母线背靠背垂直布置方式相对复杂，且母线较高，不利于检修和维护，存在一定的风险。
3.2.2 效能方面比较
方案一：改造中不需改造原35千伏母线，新建GIS设备基础，工程量相对简单，GIS基础施工、设备安装及试验难度较小。扩建时停电时间短，对变电站正常运行影响较小。效能相对较高。
方案二：单柱双母线背靠背垂直布置方案需全部拆除原35千伏母线，在原场地上新建单柱双母线构架，工程量较大，在合理的施工组织配合下，该方案可在原有场地完成增设总断路器的工作。改造期间，主变停电时间较长，对变电站正常运行影响较大，效能相对较低。
3.2.3 全寿命周期成本比较
方案一：采用GIS设备，设备可靠性高，故障造成的停电损失相对较小，并能整合二次系统，优化防误闭锁功能。GIS设备属于全寿命周期内安全可靠，性能价格比高的设备。
方案二：采用敞开式设备，设备投资整体虽较低，但敞开式设备受环境影响大，可靠性一般，设备故障造成的停电损失较大，设备年运行维护成本较高，设备全寿命周期成本较高。
综上所述，总断路器GIS布置方案在安全可靠性、可维护性、可扩展性、可实施性与全寿命周期成本方面均优于总断路器敞开式布置方案。
3.3设备选型
经调研国内主流GIS设备厂家，110千伏及以下GIS设备只具备开断40千安短路电流能力，因此推荐在需具备开断50千安短路电流能力的变电站中采用220千伏电压等级GIS产品降压使用作为总开关回路设备。
继电保护方面根据具体变电站主变保护设备的配置情况具体分析，校验现有保护和控制回路能否满足总断路器间隔的接入。对于站内主变保护仍采用进口集成保护的，可结合加装总断路器改造工程进行主变保护国产化改造。
4结束语
本文通过对超高压变电站主变低压侧加装总断路器的两种不同改造方案的分析研究，以提高电网运维可靠性、安全施工的可行性为前提，推荐采用总断路器GIS布置方式。超高压变电站主变低压侧装设总断路器工作的推进将大大减少主变临停概率，有效地提升变电站的运维可靠性，从而提高电网的供电可靠性，具有重要的社会经济意义。
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作者简介：陈荧（1972-），女，高级工程师，电气注册工程师，长期从事变电电气设计工作。