特高壓變電站站用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

1、第2期··特高壓變電站站用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討李葦,盧銘(中南電力設(shè)計(jì)院,武漢市,430071摘要針對(duì)荊門1000kV 變電站一次接線特點(diǎn),站用電系統(tǒng)采用2級(jí)降壓方式,通過110/10kV 、10/0.4kV 2級(jí)變壓器串聯(lián),中間經(jīng)電纜引接且不設(shè)任何開斷設(shè)備。對(duì)站用變回路電流互感器參數(shù)選擇、站用變保護(hù)范圍及其配置、備用電源投入等方面的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析,一期1號(hào)主變、0號(hào)備用變配設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)、高壓側(cè)電流速斷保護(hù)以及后備過流保護(hù)和低壓側(cè)零序電流保護(hù)、非電量保護(hù),0號(hào)變110kV 側(cè)還裝設(shè)了零序電流保護(hù)。由于2級(jí)串聯(lián)變壓器之間不設(shè)開斷設(shè)備,電量保護(hù)動(dòng)作時(shí)不區(qū)分故障元件。關(guān)鍵詞特高壓變電站

2、;站用電系統(tǒng);繼電保護(hù)中圖分類號(hào):TM63文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B文章編號(hào):1000-7229(200902-0025-03基金資助項(xiàng)目:國(guó)家電網(wǎng)公司重點(diǎn)工程項(xiàng)目(發(fā)改能源20061585號(hào)收稿日期:2008-08-14作者簡(jiǎn)介:李葦(1961,女,正高工,從事變電電氣二次設(shè)計(jì)。0引言500kV 變電站初期僅建設(shè)1臺(tái)主變壓器時(shí),站用電源通常只設(shè)1臺(tái)工作變和1臺(tái)備用變。但對(duì)于1000kV 變電站,考慮到變電站在系統(tǒng)中的重要性以及站用變壓器輪換檢修的要求,其站用電源的配置應(yīng)高于常規(guī)500kV 變電站,其一次接線和二次保護(hù)配置等方面的設(shè)計(jì)與500kV 站亦有不同之處。本文針對(duì)正在建設(shè)中的荊門1000kV 變電

3、站站用電系統(tǒng)一次接線特點(diǎn),對(duì)站用變回路電流互感器參數(shù)選擇、站用變保護(hù)范圍及其配置、備用電源投入等方面的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析比較,提出特高壓變電站站用變壓器繼電保護(hù)配置方案及相關(guān)運(yùn)行方式。1站用電系統(tǒng)接線荊門1000kV 變電站站用電系統(tǒng)設(shè)置3組站用變壓器,其中1號(hào)工作變接至1號(hào)主變低壓側(cè)110kV 母線,0號(hào)備用變引接站外220kV 變電站110kV 配電裝置,2號(hào)工作變本期引接站外35kV變電站10kV 配電裝置,遠(yuǎn)期接至2號(hào)主變低壓側(cè)110kV 母線。380V 系統(tǒng)采用中性點(diǎn)直接接地方式,380V 母線按變壓器分為工作I 段、工作II 段和備用段,工作段與備用段之間均設(shè)有聯(lián)絡(luò)斷路器。系統(tǒng)接線特點(diǎn)敘

4、述如下:1.1站用電系統(tǒng)采用二級(jí)降壓方式主變壓器低壓側(cè)電壓等級(jí)110kV ,因而站用工作變電源引接電壓即為110kV ,若采用一級(jí)降壓方式,通過110/0.4kV 變壓器直接對(duì)380V 站用負(fù)荷供電,雖具有接線簡(jiǎn)單、可靠性高的優(yōu)點(diǎn),但有2個(gè)問題:一是目前尚無110kV 直接降壓至380V 變壓器的成熟產(chǎn)品;二是380V 系統(tǒng)的短路電流可能超過40kA (與站用變壓器阻抗電壓有關(guān),造成380V 設(shè)備的選用困難。故本工程站用電系統(tǒng)采用2級(jí)降壓方式,通過110/10kV 、10/0.4kV 2級(jí)變壓器串聯(lián)、中間經(jīng)電纜引接且不設(shè)任何開斷設(shè)備。站用電接線如圖1所示。1號(hào)工作變和0號(hào)備用變接線方式一致,1

5、10/10kV 變壓器按110kV 變壓器最小制造容量選擇為5000kVA ,其中工作變?yōu)橛休d調(diào)壓變壓器,以適應(yīng)主變低壓側(cè)無功補(bǔ)償裝置投切引起的電壓波動(dòng),10/0.4kV 變壓器額定容量2500kVA ,2級(jí)變壓器的短路阻抗電壓分別為10.5%和8%,以使380V 側(cè)短路電電流水平按31.5kA 考慮,因而380V 電氣設(shè)備的選擇沒有任何問題。1.22號(hào)站用工作變接線方式500kV 變電站2號(hào)站用變通常與第2臺(tái)主變壓器同步建設(shè),在變電站初期只有1臺(tái)主變壓器運(yùn)行時(shí),站用電系統(tǒng)僅有1個(gè)工作電源和1個(gè)備用電源。對(duì)于1000kV 變電站,為提高站用電系統(tǒng)的供電可靠性,在變電站建設(shè)初期即考慮按2個(gè)工作電

6、源和1個(gè)備用電源的原則配置,這樣需要提前建設(shè)2號(hào)站用工作變。電力建設(shè)Electric Power Construction第30卷第2期2009年2月Vol .30No.2Feb.200925電力建設(shè)第30卷··圖1荊門1000kV變電站站用電系統(tǒng)接線圖考慮到本期變電站施工電源從臨近的35kV變電站10kV配電裝置引接,相對(duì)較為可靠,因此施工電源采取永臨結(jié)合的方式,同時(shí)將2號(hào)站用變的10/ 0.4kV低壓變壓器及380V工作II段本期一次建成,待施工建設(shè)完成后施工電源即作為2號(hào)低壓站用變10/0.4kV低壓變壓器的工作電源。遠(yuǎn)期建設(shè)2號(hào)主變時(shí),2號(hào)低壓站用變10/0.4kV

7、低壓變壓器10kV側(cè)串接110/10kV高壓變壓器后,直接引接至2號(hào)主變低壓側(cè)110kV母線,從而形成站用電系統(tǒng)的最終接線。1.30號(hào)備用變低壓側(cè)接線與500kV變電站站用備用電源的配置原則基本一致,0號(hào)變?yōu)閷Ｓ脗溆米儔浩?其10/0.4kV低壓變380V側(cè)配設(shè)2個(gè)備用分支,分別引接至380 V工作I段、II段。同500kV站0號(hào)備用變低壓側(cè)接線不同的是,備用分支斷路器與變壓器之間還裝設(shè)了3DL斷路器,在正常運(yùn)行時(shí)為合上狀態(tài),在站用變兩運(yùn)一備正常運(yùn)行方式下,3DL不進(jìn)行任何操作。當(dāng)0號(hào)站用備用變因故障檢修退出運(yùn)行時(shí),通過斷開3DL,將0號(hào)備用變與低壓側(cè)備用分支隔離開來,使兩備用分支斷路器4DL

8、、5DL等同于380V工作I 段、II段聯(lián)絡(luò)斷路器運(yùn)行,1號(hào)、2號(hào)站用變可考慮專用備用和互為備用2種運(yùn)行方式,進(jìn)一步提高站用電系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性。2站用變壓器保護(hù)配置1000kV變電站站用變壓器容量及引接電源電壓等級(jí)均高于常規(guī)500kV站,而且現(xiàn)行220500 kV變電所所用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程1和繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程2有關(guān)條文對(duì)特高壓站站用變壓器保護(hù)配置原則均針對(duì)性不強(qiáng)。在綜合考慮設(shè)計(jì)規(guī)程要求、站用電系統(tǒng)接線以及設(shè)備參數(shù)等因素條件下,為1號(hào)、0號(hào)站用變配設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)、高壓側(cè)電流速斷保護(hù)以及后備過流保護(hù)和低壓側(cè)零序電流保護(hù)、非電量保護(hù),0號(hào)變110kV側(cè)還裝設(shè)了零序電流保護(hù),其中差動(dòng)、過流

9、保護(hù)用電流從變壓器110kV側(cè)套管CT引接,速斷保護(hù)用電流從變壓器110kV側(cè)開關(guān)CT引接。由于2級(jí)串聯(lián)變壓器之間不設(shè)開斷設(shè)備,因此其中任一臺(tái)變壓器故障均動(dòng)作于高、低壓側(cè)斷路器跳閘,即電量保護(hù)動(dòng)作時(shí)不區(qū)分故障元件。2.1差動(dòng)保護(hù)配置要求由于1號(hào)、0號(hào)站用變采用110/10kV、10/0.4 kV2級(jí)變壓器串聯(lián),且中間不設(shè)任何開斷設(shè)備,故保護(hù)配置將2臺(tái)串聯(lián)變壓器按1個(gè)被保護(hù)元件考慮。根據(jù)2級(jí)變壓器容量及其短路阻抗電壓數(shù)值進(jìn)行估算,380V側(cè)三相短路電流約為29.6kA,折算至110kV側(cè)為103A。若變壓器電源測(cè)配設(shè)限時(shí)速斷作為主保護(hù),其整定值按躲過380V母線三相短路電流計(jì)算為144A,或躲過

10、變壓器勵(lì)磁涌流計(jì)算為165A,按保護(hù)安裝處兩相短路校驗(yàn)靈敏度,則表明110/10kV變壓器內(nèi)部或出口相間故障速斷保護(hù)可靠動(dòng)作,10/0.4kV變壓器內(nèi)部故障速斷保護(hù)則不能動(dòng)作,因此應(yīng)配置差動(dòng)保護(hù)作為主保護(hù)。2.2電流互感器變比的選取2級(jí)串聯(lián)變壓器的差動(dòng)保護(hù)需引接110kV和380V側(cè)CT電流,由于兩側(cè)電流數(shù)值相差較大,110 kV側(cè)電流互感器變比的選擇首先應(yīng)考慮保護(hù)定值的整定要求。由于設(shè)備制造原因110/10kV變壓器額定容量為5000kVA,但實(shí)際負(fù)荷容量應(yīng)按2500kVA考慮,最大負(fù)荷電流約為13A,同時(shí)考慮到110kV側(cè)31.5kA的短路容量要求,該側(cè)CT變比按1600/1A、380V側(cè)

11、CT變比4000/1A時(shí),兩側(cè)CT二次電流相差100倍以上,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過繼電保護(hù)制造商的允許倍數(shù),因此不能滿足差動(dòng)保護(hù)整定要求。若將110kV 側(cè)CT變比降至400/1A,兩側(cè)CT二次電流相差約28倍,在允許倍數(shù)范圍之內(nèi),但差動(dòng)保護(hù)最小動(dòng)作電流整定值按躲過變壓器最大負(fù)載時(shí)的不平衡電流計(jì)算,后備過流保護(hù)按躲過最大負(fù)荷電流計(jì)算,均小于保護(hù)裝置的整定范圍下限值,不能滿足保護(hù)整定要求。根據(jù)比較計(jì)算,變壓器110kV側(cè)套管CT變比需按100/1A選取,以滿足站用變壓器差動(dòng)保護(hù)和后備過流保護(hù)的整定要求。26第2期··Discussion on UHV Substation Auxiliar

12、y Power System DesignLI Wei,LU Ming(Central Southern China Electric Power Design Institute,Wuhan 430071,ChinaAbstract Because of the characters of primary connection of Jingmen 1000kV Substation,two-stage voltage step-down approach,which connects110/10kV and 10/0.4kV transformers in series through c

13、ables without any switching devices,is used.Through analyzing current transformer parameter selection for auxiliary transformer circuit,protection range and configuration of auxiliary transformer,and backup power in,etc.,the No.1main transformer and No.0backup transformer are equipped with series co

14、nnected differential protection,high voltage side current trip protection,backup over-current protection,low voltage side zero sequence current protection,and non-electricity protection,and the 110kV side of No.0transformer is equipped with zero sequence current protection.Because there is no switch

15、ing device between 2series connected transformers,fault elements will not be identified when electricity protection acts.Keywords UHV substation;auxiliary power system;relay protection(責(zé)任編輯:劉同舉特高壓變電站站用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討2.3110kV 側(cè)速斷保護(hù)的配置1號(hào)、0號(hào)站用變110kV 側(cè)短路電流容量均為40kA,在變壓器出口短路故障時(shí),用于差動(dòng)保護(hù)的100/1A 電流互感器將嚴(yán)重飽和,導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)不能瞬時(shí)

16、動(dòng)作。為確保變壓器任何一處繞組及引出線故障的快速切除,另配置1套電流速斷保護(hù),由變壓器110kV 側(cè)開關(guān)CT 引接,其變比按1600/1A 、準(zhǔn)確等級(jí)按5P25選取,其保護(hù)范圍除變壓器110kV 側(cè)引線外,還將重疊差動(dòng)保護(hù)的一部分范圍,大大提高保護(hù)動(dòng)作可靠性。3站用備用電源投入方式備用電源自動(dòng)投入裝置的配置與500kV 變電站基本一致,按380V 段工作電源進(jìn)線與備用電源進(jìn)線成對(duì)配置,同時(shí)為每段母線裝設(shè)1套限時(shí)速斷保護(hù),當(dāng)母線故障時(shí)閉鎖備自投。備用電源根據(jù)站用電系統(tǒng)的運(yùn)行方式可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)投入或手動(dòng)投入。3.1自動(dòng)投入方式1號(hào)、2號(hào)工作變分別帶380V I 、II 段站用負(fù)荷,0號(hào)變?yōu)閷Ｓ脗溆秒娫?/p>

17、,根據(jù)運(yùn)行要求采用熱備用或冷備用方式,一旦380V I 段或II 段工作母線失電,則自動(dòng)投入斷路器4DL 或5DL ,冷備用方式下還需同時(shí)投入0號(hào)變110kV 側(cè)斷路器。3.2手動(dòng)投入方式1當(dāng)0號(hào)變因故退出運(yùn)行,2臺(tái)站用工作變可采用一運(yùn)一備運(yùn)行方式。以1號(hào)站用變?yōu)槔f明,1號(hào)站用變同時(shí)帶380V I 段、II 段母線,4DL 、5DL 均合上,2號(hào)站用變按備用電源運(yùn)行。當(dāng)1號(hào)站用變故障或I 段母線故障時(shí),保護(hù)動(dòng)作跳開1號(hào)站用變高低壓側(cè)斷路器和聯(lián)絡(luò)斷路器4DL 、5DL ,手動(dòng)投入2號(hào)站用工作變,由2號(hào)站用變單獨(dú)帶II 段負(fù)荷運(yùn)行。當(dāng)380V II 段母線故障時(shí),II 段限時(shí)速斷保護(hù)動(dòng)作跳開斷路

18、器4DL 和5DL ,1號(hào)站用變繼續(xù)帶I 段負(fù)荷運(yùn)行。3.3手動(dòng)投入方式2當(dāng)0號(hào)變因故退出運(yùn)行,2臺(tái)站用可采用互為備用運(yùn)行方式。2臺(tái)站用工作變同時(shí)運(yùn)行,斷路器4DL 、5DL 均為斷開,在這種運(yùn)行方式下1號(hào)、2號(hào)站用變分別帶380V I 、II 段負(fù)荷。若任一臺(tái)站用變故障,手動(dòng)合上斷路器4DL 、5DL ,由另一臺(tái)站用變同時(shí)帶380V I 、II 段負(fù)荷運(yùn)行,保證全站站用負(fù)荷的正常供電。3.4手動(dòng)投入方式3當(dāng)2臺(tái)站用工作變中任一變壓器因故退出運(yùn)行,如1號(hào)站用變檢修,2號(hào)變與0號(hào)變也可采用互為備用運(yùn)行方式,即0號(hào)變通過合上斷路器4DL 帶380V I 段負(fù)荷,2號(hào)變帶380V II 段負(fù)荷。若任