220kV变电站电气一次改造技术方案研究

李佳林

（广东电网有限责任公司潮州供电局）

0 引言

目前，全世界范围内的大多数国家都将电能作为主要能源，但是由于电能具有一定的特殊性，难以进行大量的储备[1]。变电站作为电力系统的关键组成，其建设、优化方案对变电站工程的质量有着较大影响，同样会使变电站的建设、改造投资得到最大化的利用，推动电力经济的持续稳定发展[2]。变电站作为发电站与电力用户间重要的中间环节，一旦发生故障则会对居民用电产生严重干扰。变电站电气一次改造是对构成变电站的主体进行改造，具有较高的现实意义[3-5]。

1 220kV变电站电气一次改造技术方案

在进行变电站电气一次改造时，需要根据遵循电气一次改造原则，根据间隔接入的要求，确定线路接入的位置，按照实施顺序进行回路的布置，防止线路出现角差跨越，在间隔位置确定时，完善电气主接线图以及相关的布置图[6-7]。在变电站一次电气的改造中，要尽可能降低停电事故的风险。

1.1 电气主接线设计

220kV变电站一次电气主接线中必不可少的环节，直接影响到变电站的整体布局与灵活性，以及后续配电器与继电保护装置的选择与设计。

采用双母线带旁路母线的接线形式替代变电站中原有的母线形式，并且拆除旁路母线以及相关电气设备，将单母线分段间隔改造为母联间隔。为了提高变电站的性能，此次改造设计中，将原来的2线2变扩增为4回线。但是，在此次改造设计过程中，并不取消旁路设置，提高原有线路配置的可利用率。双母线带旁路接线示意图如图1所示。

图1 双母线带旁路接线示意图

双母线接线形式的优势如表1所示。

表1 双母线接线优势

1.2 变压器改造设计

为了确保220kV变电站供电的稳定性，变压器的改造不仅需要满足负荷、供电条件的需求，还要满足用户用电容量储备的要求，因此在此次变压器改造技术方案中设计主变压器数量为2台。

为了满足未来5～10年变电站的发展需求，在变压器负荷运行正常的情况，要求变压器的额定容量要大于变电站的最大负荷，并且要求变压器的额外负载要在最大负荷的70%左右，因此变压器的容量计算公式可以表示为：

式中，PM表示最大负荷。

在满足上述容量要求下，变压器可以在未来的一段时间内有效满足变电站发展与稳定运行的要求。

最终变电站的1号、2号主变选择沈阳变压器集团有限公司生产的三相三线圈有载调压变压器，该变压器的型号为SSZ-180000/220。变压器的容量如表2所示。

表2 变压器容量参数

在变压器的安装过程中，要避免与强绝缘气体、蒸汽、灰尘等接触，避免产生剧烈的振动与颠簸，提高变压器内部的稳定性。

1.3 其他主要电气设备改造设计

在进行主要电气设备的改造前，需要对短路电流进行计算。短路电流是变电站内电气设备发生故障时的电流，可以根据短路电流对电气的运行状态进行分析与判断，可以有效提高变电站的运行稳定性。

220kV母线三相短路电流为：

式中，IJ-220表示220kV母线的基准电流；X表示220kV侧的正序阻抗。

220kV三相短路冲击电流的计算公式为：

式中，Km表示冲击波倍数。

220kV三相短路全电流的计算公式为：

针对其他电压的三相短路计算，只需要代入不同的数值即可完成获得计算结果，在此处不再一一给出。

完成短路电流的计算后，根据220kV变电站的设计参考，进行变电站主要电气设备的选择。

（1）主变压器

此次选择的主变压器为本体与冷却器一体式设备，型号为SZ11-240000/66，该型号变压器的短路阻抗为9.0%，额定电压比为220+8×1.25/10.5kV，以满足变压器调档、运行的要求。

（2）断路器

此次选择的断路器为六氟化硫断路器，其参数如表3所示。

表3 六氟化硫断路器参数

（3）其他设备

此次改造技术方案中变电站的其他电气设备参数如表4所示。

表4 其他电气设备参数

通过上述技术方案完成了220kV变电站电气一次改造，可以有效提升变电站的整体性能，为用户稳定、快速地提供服务。

2 改造技术方案性能测试

完成220kV变电站电气一次改造技术方案的理论研究后，为了验证改造技术方案的可行性，进行改造前后220kV变电站运行性能的测试。此次改造在原有的变电站场地上进行，将双母线分段带旁路母线改为双母线的形式，但220kV进线回路的数量保持原有数量。

为了对所设计的改造技术方案进行充分测试，以改造前后的线损率、继电保护装置投入率以及变电站运行成本变化率为指标，对改造技术方案进行测试。

2.1 改造前后的线损率

变电站在进行发电、输电以及配电过程中，会产生功率的额外流失或者电能的额外消耗，这种情况就称为线损率，因此线损率越低说明改造技术方案的有效性越强。线损率的计算公式为：

式中，QG表示变电站供电量；QS表示变电站的售电量。

多次实验下，改造前后220kV变电站的线损率对比结果如表5所示。

表5 改造前后线损率

从表5所示的改造前后变电站线损率变化情况可以看出，相较于改造前，经过设计技术方案的改造后，变电站的线损率出现了明显的降低，改造后的线损率始终保持在5.5%以下。因此，说明所设计技术方案的可用性较强。

2.2 继电保护装置投入率

继电保护装置作为变电站的重要组成部分，当继电保护装置被触发后，在故障完全解决之前，整个变电站都将陷入停工的状态，因此需要投入大量资金与时间成本，尤其是时间成本，对变电站运行效率与质量的影响十分关键。继电保护装置投入率是指继电保护投入的时间成本占总工作时间的比值。通过继电保护装置投入可以准确分析其可靠程度。继电保护装置投入率计算公式为：

式中，tg表示继电保护装置的停运时间；ty表示继电保护装置投入运行的时间。

改造技术方案使用前后变电站继电保护装置投入率结果如图2所示。

图2 继电保护装置投入率结果

观察图2所示的改造方案实施前后继电保护装置投入率结果可以看出，多项继电保护装置改造后的投入率得到明显的提升，尤其是母线保护装置与线路保护装置，投入率提升较为明显。因此，说明此次研究的改造方案实际应用效果较好。

2.3 运行维护成本变化率

效益最大化是变电站改造不可忽视的问题，因此在验证变电站电气一次改造技术方案性能时，需要对变电站运行维护成本的变化率进行分析。运行维护成本变化率计算公式为：

式中，Cb表示一次改造前变电站的运行维护成本；Ca表示一次改造后变电站的运行维护成本。

当变电站设备出现故障后，变电站的运行质量与性能会严重下降，因此还需要对变电站组件进行入场的保养。本文改造技术方案实施后变电站的运行维护成本变化率结果如表6所示。

表6 变电站运行维护成本变化率

表6中的结果显示出，多次实验测试下，本文改造技术方案下，变电站运行维护成本变化率在75%左右，因此说明改造方案的效果较为显著。

3 结束语

随着变电站功能的逐渐完善与供电需求的不断提升，变电站的改建已经较为普遍，为了满足日益增强的供配电需求，此次研究提出220kV变电站电气一次改造技术方案，根据变电站改造原则，对变电站中的主要电气接线与设备进行设计与选择，尽量减少改造的工程量并且降低成本。改造方案的测试结果表明，所研究的改造方案可以降低变电站的线损率，并且能够提升继电保护装置的投入率。