變電設(shè)備動態(tài)增容方案設(shè)計研究(華東電力)

1、第 39卷 第 11期 2011年 11 月Vol39No11 Nov2011變電設(shè)備動態(tài)增容方案設(shè)計研究凌 平 , 黃 華(華東電力試驗研究院有限公司 , 上海 200437摘 要 :根據(jù)國內(nèi)外行業(yè) 、 電網(wǎng)公司相關(guān)技術(shù)標準 、 規(guī)范 , 提出了變電設(shè)備動態(tài)增容方案制訂的通用要求 , 明確 了設(shè)備狀態(tài)評價 、 設(shè)備增容限值確定 、 變電回路增容限額確定 、 技術(shù)保障措施與方案評價等主要內(nèi)容 。 關(guān)鍵詞 :變電設(shè)備 ; 動態(tài)增容 ; 方案設(shè)計作者簡介 :凌 平 (1960- , 男 , 副總經(jīng)理 , 高級工程師 , 從事電力系統(tǒng)自動化研究及電力試驗研究管理工作 。 中圖分類號 :TM41; T

2、M5641; TM561; TM452文獻標志碼 :A 文章編號 :1001-9529(2011 11-1799-04基金項目 :國家電網(wǎng)公司科技項目Study of Dynamic Capacity-Enhancement Scheme Design for Substation Equipments LING Ping , HUANG Hua(East China Electric Power Test Research Institute Co, Ltd, Shanghai 200437, China Abstract :The technical principles of dynam

3、ic capacity-enhancement for substation equipments are proposed according to domestic and international standardsThe main concepts and issues involved in capacity-enhancement schemes are clarified , which include condition assessment , capacity-enhancement limit , capacity-enhancement rating for subs

4、ta-tion circuits , technical protection measures and schemes evaluationKey words :ubstation equipments ; dynamic capacity-enhancement ; scheme design隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展 , 部分地區(qū)供電能力的 發(fā)展與實際需求的增長之間的矛盾日漸顯現(xiàn) 。 為 積極應(yīng)對這一局面 , 電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)已廣泛應(yīng)用了提 高運行溫度 、 短時動態(tài)增容 、 新型耐熱線路等多項 技術(shù) 1-3, 極大地提高了線路的輸電能力 , 與之配 套的變電站內(nèi)設(shè)備則普遍采取技術(shù)改造 , 即通過 整體

5、更換的方式來與線路輸送能力相匹配 4, 5, 以最大限度滿足供電需求 。 在取得一定效果的同 時 , 大量變電設(shè)備未達到設(shè)計壽命年限而提前退 役 , 新增了改造工程的投資 , 造成了資產(chǎn)的利用效 率下降 , 同時運行變電站改造不可避免地影響到 供電可靠性 。 因此 , 如何合理充分利用變電設(shè)備 的潛力 , 達到設(shè)備動態(tài)增容的效果 , 不僅能夠提高 供電可靠性 、 緩解電力建設(shè)壓力 , 而且對提高設(shè)備 全壽命周期管理水平具有重大意義 。1變電設(shè)備動態(tài)增容方案通用要求本文所述的 “ 動態(tài)增容 ” , 是指遵循 “ 不改變 設(shè)備本身結(jié)構(gòu) 、 不突破設(shè)備安全限制 ” 的前提 , 通 過實時動態(tài)分析運行

6、條件 , 在某段時間內(nèi)設(shè)備超 過額定容量運行 。 實際增容工作中應(yīng)滿足以下通 用要求 。(1 動態(tài)增容工作應(yīng)遵循 “ 安全第一 ” 的原 則 , 方案設(shè)計與實施過程均不得影響設(shè)備與電網(wǎng) 的可靠運行 。(2 動態(tài)增容方案應(yīng)包含設(shè)備狀態(tài)評價 、 設(shè) 備增容限值確定 、 變電回路增容限額確定 、 技術(shù)保 障措施與方案評價等主要部分 。(3 設(shè)備的安全限制主要是指設(shè)備增容運行 導(dǎo)致的溫度升高是否達到設(shè)備或材料的溫升限 值 。 根據(jù)設(shè)備與材料的不同 , 一般依據(jù) GB10947 電力變壓器 第 7部分 :油浸式電力變壓器負載 導(dǎo)則 、 GB /T11022 高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標 準 的 共 同 技

7、術(shù) 要 求 與 ANSI /IEEEC37010 IEEE Application Guide for AC High-Voltage Cir-cuit Breakers Rated on a Symmetrical Current Ba-sis 中相關(guān)要求 。(4 動態(tài)增容工作包括方案設(shè)計 、 工程實施 、 效果評估等三個階段 。 方案設(shè)計應(yīng)重點關(guān)注增容 方案的安全性 、 可行性與經(jīng)濟性 ; 工程實施側(cè)重于 增容前與增容期間設(shè)備狀態(tài)與電網(wǎng)運行特性的變 化的動態(tài)評價 , 以及風險管理措施的落實 ; 效果評18002011, 39(11 估側(cè)重于增容結(jié)束后對增容運行效果與風險管理措施的評估 。(

8、5 風險評估與風險管理是增容工作安全可靠的重要保障 ,應(yīng)貫穿于變電設(shè)備增容方案設(shè)計 、 運行實施與效果評估的全過程 。以下分別對增容方案的主要內(nèi)容進行討論 。2設(shè)備狀態(tài)評價21評價對象增容可能涉及的變電設(shè)備 , 一般包括變壓器 、斷路器 (HGIS 、 GIS 、 隔離開關(guān) 、 電流互感器 , 不包 括避雷器 、 電壓互感器 、 無功補償?shù)仍O(shè)備 。22評價依據(jù)設(shè)備狀態(tài)評價主要依據(jù)相關(guān)標準 , 如國家電 網(wǎng)公司 輸變電設(shè)備狀態(tài)評價系列導(dǎo)則 與國家 電網(wǎng)生變電 (2008 32號 輸變電設(shè)備風險評估導(dǎo) 則 (試行 。 23評價結(jié)果分析(1 當設(shè)備狀態(tài)為正?；蜃⒁鈺r , 排除下列情況外 , 可考慮開

9、展動態(tài)增容 。1 存在較嚴重的缺陷 (如冷卻系統(tǒng)不正常 、 絕緣系統(tǒng)劣化或嚴重老化 , 嚴重滲漏油 、 局部過 熱 、 振動異常 、 內(nèi)部有異常聲響 、 油中溶解氣體分 析結(jié)果異常 、 局部放電檢測結(jié)果異常 、 SF 6氣體成 分分析結(jié)果異常等 ;2 設(shè)備存在家族性缺陷 , 尚未完成整改或同 廠 、 同期 、 同型設(shè)備故障較多 ; 3 設(shè)備狀態(tài)存疑 , 可能涉及絕緣性能或?qū)е?局部過熱等 ;4 設(shè)備投運年限較長 (大于 15a ;5 設(shè)備對應(yīng)的用戶等級與設(shè)備地位非常重 要的 ;6 增容運行將影響到保護 、 自動化與計量等 裝置的正常工作 。(2 當設(shè)備狀態(tài)為異?；驀乐貢r , 原則上不 考慮開展

10、動態(tài)增容 。3設(shè)備增容限值確定(1 影響設(shè)備動態(tài)增容的環(huán)境條件包括環(huán)境 溫度 、 日照強度 、 風速 、 海拔高度等 。(2 設(shè)備增容限值的確定分為 2步 :1 利用制造廠提供的溫升試驗報告或溫升 設(shè)計計算書 、 及相關(guān)標準規(guī)范進行校核 , 確定限值初值 。 制造廠有規(guī)定的可參照制造廠規(guī)定 ;2 利用本設(shè)備或同型 、 同廠 、 同期設(shè)備已有 的高溫 、 高負荷或過負荷運行時的設(shè)備溫度 、 噪 聲 、壓力 、 油中溶解氣體分析結(jié)果等狀態(tài)信息 , 對 限額初值進行確認或修改 , 形成限值終值 。 31變壓器增容限值確定按制造廠提供的溫升試驗報告或溫升設(shè)計計 算書進行校核 , 考慮動態(tài)增容過程中的溫

11、升過程 。 校核依據(jù)GB10947 電力變壓器 第 7部分 :油浸式電力變壓器負載導(dǎo)則 。 運行信息 本設(shè)備或同型 、 同廠 、 同期設(shè)備已有的高溫 、 高負荷或過負荷運行時的設(shè)備溫度 、 噪 聲 、 油位 、 油中溶解氣體分析 、 糠醛分析 、 直流偏磁 電流等信息 。同時需滿足 :(1 環(huán)境溫度 40 條件下 , 變壓器運行電流 一般不得超過 15倍額定電流 。(2 強迫油循環(huán)風冷變壓器的最高上層油溫 一般不得超過 85 ; 油浸風冷和自冷變壓器上層 油溫不宜經(jīng)常超過 85 , 最高一般不得超過 95 。 (3 增容期間 , 變壓器各繞組無明顯直流偏 磁電流或諧波電流 。 一般 , 單相變

12、壓器 、 三相變壓 器 (帶旁柱結(jié)構(gòu) 各繞組內(nèi)直流電流不大于 2A /每相 ; 三相變壓器 (三柱結(jié)構(gòu) 各繞組內(nèi)直流電流 不大于 10A /每相 ; 諧波電流不大于 GB /T14549 電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波 中相關(guān)規(guī)定 。 32斷路器 (HGIS 、GIS 增容限值確定 按制造廠提供的溫升試驗報告或溫升設(shè)計計 算書進行校核 , 考慮動態(tài)增容過程中的溫升過程 。 HGIS 與 GIS 設(shè)備增容限值時應(yīng)同時考慮其隔離 開關(guān) 、 電流互感器部分 。校核依據(jù) :DL /T593-2006 高壓開關(guān)設(shè)備和 控制 設(shè) 備 標 準 的 共 用 技 術(shù) 要 求 、 ANSI /IEEEC37010 IEE

13、E Application Guide for AC High-Voltage Circuit Breakers Rated on a Symmetrical Current Basis 。運行信息 :本設(shè)備或同型 、 同廠 、 同期設(shè)備已有的高溫 、高負荷或過負荷運行時的環(huán)境溫度 、 氣 候條件 、 SF 6氣體壓力 、 運行電流 、 外露部件表面溫度等信息 。同時需滿足 :(1 環(huán)境溫度 40 條件下 , 斷路器 (HGIS 、 GIS 運行電流一般不得超過 11倍額定電流 。凌 平 , 等 變電設(shè)備動態(tài)增容方案設(shè)計研究 1801(2 斷路器 (HGIS 、 GIS 的 SF6氣體壓力不

14、得超過設(shè)備允許的最高壓力 。(3 斷路器 (HGIS 、 GIS 各相導(dǎo)電回路外露 部分無明顯的過熱和不均勻熱點等現(xiàn)象 。 (4 對短時增容運行工作的電流限值不得超 過制造廠提供的設(shè)計值 。33隔離開關(guān)增容限值確定按制造廠提供的溫升試驗報告或溫升設(shè)計計 算書進行校核 , 不考慮動態(tài)增容過程中的溫升過 程 。校核依據(jù) GB /T11022 高壓開關(guān)設(shè)備和控 制設(shè)備標準的共同技術(shù)要求 、 DL /T593-2006 高 壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標準的共用技術(shù)要求 。 運行信息 本設(shè)備或同型 、 同廠 、 同期設(shè)備已 有的高溫 、 高負荷或過負荷運行時的環(huán)境溫度 、 氣 候條件 、 運行電流 、 外露部

15、件表面溫度等信息 。 同時需滿足 :(1 環(huán)境溫度 40 條件下 , 運行 10a 以上進 口隔離開關(guān)或國產(chǎn)隔離開關(guān)一般允許 11倍額定 電流短時運行 ;(2 運行 10a 以內(nèi)進口隔離開關(guān)一般允許 12倍額定電流短時運行 。(3 各相導(dǎo)電回路無明顯的過熱和不均勻熱 點等現(xiàn)象 。(4 對短時增容運行工作的電流限值不得超 過制造廠提供的設(shè)計值 。34電流互感器增容限值確定按制造廠提供的溫升試驗報告或溫升設(shè)計計 算書進行校核 , 不考慮動態(tài)增容過程中的溫升過 程 。 同時關(guān)注互感器的比差 、 角差 、 保護特性的變 化 。校核依據(jù) GB /T11022 高壓開關(guān)設(shè)備和控 制設(shè)備標準的共同技術(shù)要求

16、與 GB1208 電流互 感器 。運行信息 本設(shè)備或同型 、 同廠 、 同期設(shè)備已 有的高溫 、 高負荷或過負荷運行時的設(shè)備溫度 、 噪 聲 、 油位 、 壓力 (SF 6設(shè)備 、 油中溶解氣體分析 、 準 確度 、 保護特性等信息 。環(huán)境溫度 40 條件下 , 電流互感器一般可在 12倍額定電流下連續(xù)運行 。4變電回路增容限額確定(1 設(shè)備增容限值的梳理根據(jù)變電回路組成 , 逐項列出各設(shè)備動態(tài)增 容限值 , 考慮串內(nèi)電流分布 ; 根據(jù)電網(wǎng)實際需求 , 校核 “ N 1” 或 “ N 2” 等因素后比較取最小值 。 (2 保護 、 自動化與計量裝置的校核根據(jù)保護 、 自動化與計量裝置要求 ,

17、確定回路 增容限額值 , 與設(shè)備增容限值比較后取小值 。 (3 電網(wǎng)運行方式的校核結(jié)合系統(tǒng)運行方式要求 , 利用電力系統(tǒng)穩(wěn) 、 暫 態(tài)分析手段評估增容回路各預(yù)想事故的影響后 果 , 確定回路增容限額 。5技術(shù)保障措施針對增容設(shè)備運行 , 應(yīng)制訂一系列有針對性 的技術(shù)保障措施 , 一般包括 :(1 設(shè)備增容運行期間應(yīng)加強運行巡視 , 注 重帶電檢測與在線監(jiān)測手段的應(yīng)用 , 充分發(fā)揮狀 態(tài)評價在風險評估中的作用 。(2 針對不同增容設(shè)備 , 可采取部分技術(shù)改 造的措施以降低風險 , 如增加散熱能力 、 減少噪聲 排放 、 降低短路電流水平等 。(3 合理安排電網(wǎng)方式 , 開展電網(wǎng)運行特性 動態(tài)分析

18、 , 盡量避免設(shè)備進行增容 , 或減少設(shè)備增 容的程度與時間 。 制定電網(wǎng)低頻 、 低壓減載方案 , 配制足夠的減負荷容量 , 并定期開展實測工作 。 (4 根據(jù)增容方案 、 負荷信息 、 設(shè)備信息和電 網(wǎng)參數(shù) , 復(fù)核非電量保護與繼電保護的定值 。 (5 生產(chǎn)運行 、 調(diào)度 、 檢修等單位或部門均應(yīng) 制定針對性應(yīng)急預(yù)案 。(6 加強 SF6泄露 、 消防及火災(zāi)報警等輔助 系統(tǒng)管理 , 確?？煽窟\行 。51變壓器增容技術(shù)保障措施(1 增容運行前與增容期間 , 應(yīng)確保冷卻器 、 散熱器 、 風扇 、 油泵 、 油流繼電器 、 油溫計 、 油位計 、 吸濕器 、 帶電檢測及在線監(jiān)測裝置的狀態(tài)正常

19、。 必要時 , 可考慮配置一定數(shù)量的備品備件 , 開展帶 電水沖洗等 。(2 當有載調(diào)壓變壓器增容 12倍運行時 , 禁止分接開關(guān)變化操作并閉鎖 。(3 增容運行時 , 強油循環(huán)風冷變壓器應(yīng)投 入全部冷卻器 (包括備用冷卻器 。(4 增容運行時 , 應(yīng)加強對變壓器的溫度及 接頭的監(jiān)視 、 檢查和特巡 , 宜采用紅外熱像儀 。 發(fā) 現(xiàn)異常立即匯報調(diào)度 , 必要時采取減負荷措施 。18022011, 39(11 (5 條件許可時 , 盡可能利用有載分接開關(guān)調(diào)節(jié)電壓 , 減少無功補償設(shè)備產(chǎn)生的損耗 。 (6 部分可能需要的技術(shù)改造措施包括增加散熱能力 、減少噪聲排放 、 降低短路電流水平 、 加 裝

20、在線監(jiān)測裝置等 。52斷路器 (HGIS 、 GIS 增容技術(shù)保障措施 (1 增容運行前與增容期間 , 應(yīng)確保斷路器回路電阻 、 分合閘動作 、 SF 6氣體壓力 、 SF 6濕度與 純度 、 外露導(dǎo)電回路發(fā)熱等的狀態(tài)正常 。(2 增容運行時 , 應(yīng)加強對 SF 6密度 、 外露導(dǎo) 電回路溫度和接頭的監(jiān)視 、 檢查和特巡 , 宜采用紅 外熱像儀 。 發(fā)現(xiàn)異常立即匯報調(diào)度 , 必要時采取 減負荷措施 。(3 部分可能需要的技術(shù)改造措施包括增加 散熱能力 (例如套管加裝散熱片 、降低短路電流 水平 、 加裝 SF 6密度 、 紅外在線監(jiān)測裝置等 。(4 增容結(jié)束后 , 應(yīng)對開關(guān)回路電阻 、 動作特

21、 性 、 SF 6分解物和壓力等進行全面檢查 , 防止出現(xiàn) 設(shè)備內(nèi)部損壞 。 53隔離開關(guān)增容技術(shù)保障措施 (1 增容運行前與增容期間 , 應(yīng)確保隔離開關(guān)回路電阻 、 分合閘動作 、 外露導(dǎo)電回路發(fā)熱等的狀態(tài)正常 。(2 增容運行時 , 應(yīng)加強對外露導(dǎo)電回路溫度和接頭的監(jiān)視 、檢查和特巡 , 宜采用紅外熱像 儀 。 發(fā)現(xiàn)異常立即匯報調(diào)度 , 必要時采取減負荷措施 。(3 部分可能需要的技術(shù)改造措施包括清潔 觸頭接觸部位 、 測量觸頭接觸壓力 、 降低短路電流 水平 、 加裝紅外在線監(jiān)測裝置等 。(4 增容結(jié)束后 , 應(yīng)對隔離開關(guān)回路電阻 、 觸 頭接觸情況 、 動作特性等進行全面檢查 , 防止

22、出現(xiàn) 設(shè)備內(nèi)部損壞 。 54電流互感器增容技術(shù)保障措施 增容運行時 , 應(yīng)加強對電流互感器的溫度及接頭的監(jiān)視 、 檢查和特巡 , 宜采用紅外熱像儀 。 發(fā) 現(xiàn)異常立即匯報調(diào)度 , 必要時采取減負荷措施 。6方案評價方案評價時綜合考慮增容風險與相應(yīng)收益等 因素 。風險評估應(yīng)包括以下方面 :(1 根據(jù)國家電網(wǎng)公司 輸變電設(shè)備狀態(tài)評價導(dǎo)則 與 輸變電設(shè)備風險評估導(dǎo)則 , 對增容 可能導(dǎo)致的設(shè)備狀態(tài)變化與故障率差異進行分析 ;(2 在設(shè)備風險評估的基礎(chǔ)上 , 利用電力系 統(tǒng)穩(wěn) 、 暫態(tài)分析手段進行電網(wǎng)運行性能評估 ; (3 根據(jù)設(shè)備風險 、 電網(wǎng)風險 、 用戶信息等 , 評估對環(huán)境影響的變化 。經(jīng)濟收益應(yīng)考慮供電量增加 、 備用供電量增 加 、 部分技改費用等部分 , 增容所產(chǎn)生的能耗損失 一般不計入 。風險與收益綜合比較 :當風險與收益之比或 (收益 風險 可接受水平 , 則認為增容的經(jīng)濟 性是合理的 ; 當風險與收益之比或 (收益 風險 可接受水平 , 則認為增容的經(jīng)濟性是不合理的 , 應(yīng)采取提高收益或降低風險的措施 , 以達到可接 受水平 。7結(jié)語變電設(shè)備實施動態(tài)增容不僅有利于提高供