特高壓變電站站用電系統(tǒng)設計探討

1、第2期··特高壓變電站站用電系統(tǒng)設計探討李葦,盧銘(中南電力設計院,武漢市,430071摘要針對荊門1000kV 變電站一次接線特點,站用電系統(tǒng)采用2級降壓方式,通過110/10kV 、10/0.4kV 2級變壓器串聯(lián),中間經(jīng)電纜引接且不設任何開斷設備。對站用變回路電流互感器參數(shù)選擇、站用變保護范圍及其配置、備用電源投入等方面的設計進行分析,一期1號主變、0號備用變配設縱聯(lián)差動保護、高壓側電流速斷保護以及后備過流保護和低壓側零序電流保護、非電量保護,0號變110kV 側還裝設了零序電流保護。由于2級串聯(lián)變壓器之間不設開斷設備,電量保護動作時不區(qū)分故障元件。關鍵詞特高壓變電站

2、;站用電系統(tǒng);繼電保護中圖分類號:TM63文獻標志碼:B文章編號:1000-7229(200902-0025-03基金資助項目:國家電網(wǎng)公司重點工程項目(發(fā)改能源20061585號收稿日期:2008-08-14作者簡介:李葦(1961,女,正高工,從事變電電氣二次設計。0引言500kV 變電站初期僅建設1臺主變壓器時,站用電源通常只設1臺工作變和1臺備用變。但對于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高于常規(guī)500kV 變電站,其一次接線和二次保護配置等方面的設計與500kV 站亦有不同之處。本文針對正在建設中的荊門1000kV 變電

3、站站用電系統(tǒng)一次接線特點,對站用變回路電流互感器參數(shù)選擇、站用變保護范圍及其配置、備用電源投入等方面的設計進行分析比較,提出特高壓變電站站用變壓器繼電保護配置方案及相關運行方式。1站用電系統(tǒng)接線荊門1000kV 變電站站用電系統(tǒng)設置3組站用變壓器,其中1號工作變接至1號主變低壓側110kV 母線,0號備用變引接站外220kV 變電站110kV 配電裝置,2號工作變本期引接站外35kV變電站10kV 配電裝置,遠期接至2號主變低壓側110kV 母線。380V 系統(tǒng)采用中性點直接接地方式,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有聯(lián)絡斷路器。系統(tǒng)接線特點敘

4、述如下:1.1站用電系統(tǒng)采用二級降壓方式主變壓器低壓側電壓等級110kV ,因而站用工作變電源引接電壓即為110kV ,若采用一級降壓方式,通過110/0.4kV 變壓器直接對380V 站用負荷供電,雖具有接線簡單、可靠性高的優(yōu)點,但有2個問題: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,造成380V 設備的選用困難。故本工程站用電系統(tǒng)采用2級降壓方式,通過110/10kV 、10/0.4kV 2級變壓器串聯(lián)、中間經(jīng)電纜引接且不設任何開斷設備。站用電接線如圖1所示。1號工作變和0號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調壓變壓器,以適應主變低壓側無功補償裝置投切引起的電壓波動,10/0.4kV 變壓器額定容量2500kVA ,2級變壓器的短路阻抗電壓分別為10.5%和8%,以使380V 側短路電電流水平按31.5kA 考慮,因而380V 電氣設備的選擇沒有任何問題。1.22號站用工作變接線方式500kV 變電站2號站用變通常與第2臺主變壓器同步建設,在變電站初期只有1臺主變壓器運行時,站用電系統(tǒng)僅有1個工作電源和1個備用電源。對于1000kV 變電站,為提高站用電系統(tǒng)的供電可靠性,在變電站建設初期即考慮按2個工作電

6、源和1個備用電源的原則配置,這樣需要提前建設2號站用工作變。電力建設Electric Power Construction第30卷第2期2009年2月Vol .30No.2Feb.200925電力建設第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,相對較為可靠,因此施工電源采取永臨結合的方式,同時將2號站用變的10/ 0.4kV低壓變壓器及380V工作II段本期一次建成,待施工建設完成后施工電源即作為2號低壓站用變10/0.4kV低壓變壓器的工作電源。遠期建設2號主變時,2號低壓站用變10/0.4kV

7、低壓變壓器10kV側串接110/10kV高壓變壓器后,直接引接至2號主變低壓側110kV母線,從而形成站用電系統(tǒng)的最終接線。1.30號備用變低壓側接線與500kV變電站站用備用電源的配置原則基本一致,0號變?yōu)閷Ｓ脗溆米儔浩?其10/0.4kV低壓變380V側配設2個備用分支,分別引接至380 V工作I段、II段。同500kV站0號備用變低壓側接線不同的是,備用分支斷路器與變壓器之間還裝設了3DL斷路器,在正常運行時為合上狀態(tài),在站用變兩運一備正常運行方式下,3DL不進行任何操作。當0號站用備用變因故障檢修退出運行時,通過斷開3DL,將0號備用變與低壓側備用分支隔離開來,使兩備用分支斷路器4DL

8、、5DL等同于380V工作I 段、II段聯(lián)絡斷路器運行,1號、2號站用變可考慮專用備用和互為備用2種運行方式,進一步提高站用電系統(tǒng)運行的靈活性。2站用變壓器保護配置1000kV變電站站用變壓器容量及引接電源電壓等級均高于常規(guī)500kV站,而且現(xiàn)行220500 kV變電所所用電設計技術規(guī)程1和繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程2有關條文對特高壓站站用變壓器保護配置原則均針對性不強。在綜合考慮設計規(guī)程要求、站用電系統(tǒng)接線以及設備參數(shù)等因素條件下,為1號、0號站用變配設縱聯(lián)差動保護、高壓側電流速斷保護以及后備過流保護和低壓側零序電流保護、非電量保護,0號變110kV側還裝設了零序電流保護,其中差動、過流

9、保護用電流從變壓器110kV側套管CT引接,速斷保護用電流從變壓器110kV側開關CT引接。由于2級串聯(lián)變壓器之間不設開斷設備,因此其中任一臺變壓器故障均動作于高、低壓側斷路器跳閘,即電量保護動作時不區(qū)分故障元件。2.1差動保護配置要求由于1號、0號站用變采用110/10kV、10/0.4 kV2級變壓器串聯(lián),且中間不設任何開斷設備,故保護配置將2臺串聯(lián)變壓器按1個被保護元件考慮。根據(jù)2級變壓器容量及其短路阻抗電壓數(shù)值進行估算,380V側三相短路電流約為29.6kA,折算至110kV側為103A。若變壓器電源測配設限時速斷作為主保護,其整定值按躲過380V母線三相短路電流計算為144A,或躲過

10、變壓器勵磁涌流計算為165A,按保護安裝處兩相短路校驗靈敏度,則表明110/10kV變壓器內部或出口相間故障速斷保護可靠動作,10/0.4kV變壓器內部故障速斷保護則不能動作,因此應配置差動保護作為主保護。2.2電流互感器變比的選取2級串聯(lián)變壓器的差動保護需引接110kV和380V側CT電流,由于兩側電流數(shù)值相差較大,110 kV側電流互感器變比的選擇首先應考慮保護定值的整定要求。由于設備制造原因110/10kV變壓器額定容量為5000kVA,但實際負荷容量應按2500kVA考慮,最大負荷電流約為13A,同時考慮到110kV側31.5kA的短路容量要求,該側CT變比按1600/1A、380V側

11、CT變比4000/1A時,兩側CT二次電流相差100倍以上,遠遠超過繼電保護制造商的允許倍數(shù),因此不能滿足差動保護整定要求。若將110kV 側CT變比降至400/1A,兩側CT二次電流相差約28倍,在允許倍數(shù)范圍之內,但差動保護最小動作電流整定值按躲過變壓器最大負載時的不平衡電流計算,后備過流保護按躲過最大負荷電流計算,均小于保護裝置的整定范圍下限值,不能滿足保護整定要求。根據(jù)比較計算,變壓器110kV側套管CT變比需按100/1A選取,以滿足站用變壓器差動保護和后備過流保護的整定要求。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(責任編輯:劉同舉特高壓變電站站用電系統(tǒng)設計探討2.3110kV 側速斷保護的配置1號、0號站用變110kV 側短路電流容量均為40kA,在變壓器出口短路故障時,用于差動保護的100/1A 電流互感器將嚴重飽和,導致差動保護不能瞬時

16、動作。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,由變壓器110kV 側開關CT 引接,其變比按1600/1A 、準確等級按5P25選取,其保護范圍除變壓器110kV 側引線外,還將重疊差動保護的一部分范圍,大大提高保護動作可靠性。3站用備用電源投入方式備用電源自動投入裝置的配置與500kV 變電站基本一致,按380V 段工作電源進線與備用電源進線成對配置,同時為每段母線裝設1套限時速斷保護,當母線故障時閉鎖備自投。備用電源根據(jù)站用電系統(tǒng)的運行方式可實現(xiàn)自動投入或手動投入。3.1自動投入方式1號、2號工作變分別帶380V I 、II 段站用負荷,0號變?yōu)閷Ｓ脗溆秒娫?/p>

17、,根據(jù)運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,則自動投入斷路器4DL 或5DL ,冷備用方式下還需同時投入0號變110kV 側斷路器。3.2手動投入方式1當0號變因故退出運行,2臺站用工作變可采用一運一備運行方式。以1號站用變?yōu)槔f明,1號站用變同時帶380V I 段、II 段母線,4DL 、5DL 均合上,2號站用變按備用電源運行。當1號站用變故障或I 段母線故障時,保護動作跳開1號站用變高低壓側斷路器和聯(lián)絡斷路器4DL 、5DL ,手動投入2號站用工作變,由2號站用變單獨帶II 段負荷運行。當380V II 段母線故障時,II 段限時速斷保護動作跳開斷路

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