（电气工程专业论文）变电工程模块化设计与研究.pdf

山东大学硕士学位论文 进行的变电工程的设计进行再优化，并借助模块化软件开发与运用，使模块化 设计理念进一步提升，发挥其更重要的作用。 关键词变电工程；设计优化；模块化研究；应用实例 i l 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h es e t t i n g u pa n dr i p p i n go ft h ee l e c t r i ce n t e r p r i s e sr e f o r m ， m a r k e te c o n o m i cs y s t e m ，i no r d e rt od e v e l o pc o n t i n u o u s l y ，w ep r o p o s e d h i g h e rd e m a n dt oo u rd e s i g n ：t h r o u g ho p t i m i z i n gt h ed e s i g np l a n ，a d o p t i n g a d v a n c e dt e c h n o l o g y ，r e d u c i n gt h ec o s to ft h ep r o j e c t ，d e s i g nt h e u p m a r k e tp r o j e c tf o r t h eo w n e r ，a n dt h i sh a sb e c a m et h eg o a lt h a t e n t e r p r i s e sa r ep u r s u i n g e s p e c i a l l yw i t ht h ed e v e l o p m e n to fs o c i e t y ， t h ep r o g r e s so ft e c h n o l o g y ，t h ei m p r o v e m e n to fe q u i p m e n tm a n u f a c t u r e t e c h n 0 1 0 9 i c a ll e v e la n de q u i p m e n td e p e n d a b i l i t y ，t h es t r e n g t h e n i n go f e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nc o n s c i o u s n e s sa n dl a n dr e s o u r c ee c o n o m i z a t i o n c o n s c i o u s n e s s ，t h ed e s i g nr e v o l u t i o n ， m o d u l a r i z a t i o n d e s i g n a n d r e s e a r c ho fd e s i g nh a sb e c a m ei n e v i t a b l e i nt h i sp a p e rw ed i s c u s s e dt h e5 0 0 k v ，2 2 0 k v ，3 5 k vd i s t r i b u t i o nd e v i c e ， t h eo p t i m i z a t i o nd e s i g no fm a i nt r a n s f o r m e r sf i r e f i g h t i n gs y s t e ma n d p u t f o r w a r dt h em o d u l eg u i d e l i n e s ，o v e r a l lt h i n k i n ga n dw o r k i n g p r i n c i p l e a n dw ea l s os e tu ps o m em o d e l ，s u c ha s3 5 k vd i s t r i b u t i o nd e v i c e m o d u l e ，p r o t e c ti n gr o o mm o d u l e ，e t c i t se s s e n c ei st oa d o p ta d v a n c e dd e s i g np h i l o s o p h y ，d e s i g nm e t h o d a n dm e a n s ，f o r mt h ea l t e r n a t em o d u l ea n db u i l d i n gm o d u l ew h i c hw i l ln o t c h a n g ei no n ep e r i o d ，i no r d e rt ob e n e f i tt h ed e s i g n e rc a r r yo n o p t i m i z a t i o ng r o u p i n ga c c o r d i n gt os u c hc o n c r e t ep r o j e c tc o n d i t i o n sa s i t ss c a l e ，t o p o g r a p h y ，e t c ，a n df o r mt h er a t i o n a lo v e r a l la r r a n g e m e n t t of i xu pv e r yf a s t i t sm e a n i n gp u r p o s el i e si n i tn o tm e r e l yh e l p st oi m p r o v ed e s i g n e f f i c i e n c yt h a tt h em o d u l ei sd e s i g n e d ，r e d u c et h em i s t a k eo fd e s i g n i n g ， s h o r t e nd e s i g nc y c l e ，a n di ti sf a v o r a b l et oo p t i m i z eo v e r a l la r r a n g e m e n t o ft h et r a n s f o r m e rs u b s t a t i o na c c o r d i n gt ot h et e c h n o l o g i c a lp r o c e s s ， i m p r o v et h el a n du t i l i z a t i o nr a t i oo ft h et r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n ，r e d u c e i t i 山东大学硕士学位论文 t h ec o n s t r u c t i o na r e ao ft h et r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n ，r e d u c et h ep r o j e c t e x p e n s e so ft h eb u i l d i n gc o n s t r u c t i o n ，c o n t r o lt h ef a b r i c a t i o nc o s to f t h ep r o j e c t a n di ta l s oh e l pt o i m p r o v et h ea u t o m a t i cl e v e lo ft h e t r a n s f o r m e rs u b s t a t i o na tt h es a m et i m e ，i m p l e m e n tt on o b o d yo nd u t y ， i m p r o v et h eo p e r a t i o ns a f er e l i a h i l i t y ，e c o n o m ya n df l e x i b i l i t yo ft h e e l e c t r i cw i r en e t t i n g t h ef i n a lg o a lo ft h em o d u l ed e s i g na n dr e s e a r c hi nt r a n s f o r m e r p r o j e c ti sd e v e l o p i n gas u i to fs o f t w a r eu s e di nt h ew h o l ed e s i g np r o c e s s o ft r a n s f o r m e rp r o j e c tb a s e do nt h em o d u l ed i v i d i n ga n df o r m i n g ，h e l p i n g t h ed e s i g n e rc o m p l e t et h ed e s i g nw i t hh i g he f f i c i e n c ya n dh i g hq u a l i t y t h r o u g hc a l c u l a t i n g ，a n a l y s i n g ，t r a n s f e r i n g ，m a k i n gd i f f e r e n td e s i g n m o d u l eu p t h i sp a p e rr e s e a r c h e st h em o d u l ed e s i g n ，o p t i m i z e st h ed e s i g n p l a nf u r t h e ri nt h eh o p eo fa c h i e v i n gt h ep u r p o s et h a tt h i sw i l lg u i d e t h et r a n s f o r m e rp r o j e c td e s i g ni nt h ef u t u r e t h r o u g ht h ed e s i g no p t i m i z a t i o na n dr e s e a r c hi nm a n yp r o j e c t s ，w e f i n i s h e dt h ed e s i g no f5 0 0 k vq i n g d a oa n d2 2 0 k vf e n g h u a n gt r a n s f o r m e r s u b s t a t i o n ss u c c e s s i v e l y ，a n dm a k et h er e m a r k a b l ee f f e c t n o ww ea r e c a r r y i n go nf u r t h e rr e s e a r c h k e y w o r dt r a n s f o r m e rp r o j e c t ；o p t i m i z et h ed e s i g n ：m o d u l a r i z a t i o n r e s e a r c h ：i n s t a n c eo fa p p l i c a t i o n 山东大学硕士学位论文 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本 文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：磴日 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他 复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：盟导师签名：随日期：竺鱼：! ：兰 山东大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 课题来源及研究的目的和意义 课题来源：实际变电工程设计 随着我国市场经济体制的不断完善，对电力企业的市场竞争能力和电力工 业的健康可持续发展提出了越来越高的要求。提高工作效率，降低工程造价， 减少运行维护费用，追求效益的最大化成为企业发展的最大目标。设计革命、 模块化设计和示范工程正是在这一大环境要求下出现提出的。这也是社会发展、 技术进步、设备制造工艺水平、设备可靠性提高以及环境保护意识和节约土地 资源意识增强的必然。 以往的设计，由于计算机技术、微机监控技术和微机型保护尚未成熟，变 电站一次设备的可靠性还不够高，导致变电站设计不仅占地面积大、建筑面积 大，而且变电站的自动化水平低，安全可靠性不高。随着变电设备质量和可靠 性的提高，特别是计算机技术、微机监控技术和微机型保护的成熟以及通信技 术的发展，变电站设备及控制方式已进入相对固定时期。采用先进设备和技术， 提高可靠性，减少占地面积和建筑面积，控制工程造价己成为共识。 模块化设计就是按照示范工程的设计思路，采用先进的设计思想、设计方 法和手段，采用新设备、新技术、新材料、新工艺，并形成在一定时间内相对 固定的间隔模块和建筑模块，便于变电站按照其规模、地形等具体工程条件进 行优化组合，较快地形成合理的总平面布置。模块化设计不仅有利于提高设计 效率，减少设计差错，缩短设计周期，而且有利于提高电网的运行安全可靠性、 经济性和灵活性，提高变电站的自动化水平，减人增效，实施无人值班。同时 也有利于按照工艺流程，优化变电站的总平面布置，提高变电站的土地利用率， 减少变电站建筑面积，降低土建工程费用，控制工程造价。 经过多年从事变电工程设计，特别是近些年对变电工程的设计优化，初步 形成模块化设计思路。通过示范工程设计和经验交流，又将示范工程的设计思 想和最新成果及时应用于模块化设计中，并在设计中不断对设计模块进行优化， 先后完成了5 0 0 k v 青岛、日照、2 2 0 k v 凤凰、天平店、泗水、田柳等变电站的 设计，同时对目前正在进行的5 0 0 k v 长清、泰安等变电站的设计进行再优化， 并借助模块化软件开发和运用，使模块化设计的理念得以进一步提升。 总之，变电工程模块化设计与研究的设计思路和设计方法，不仅对今后的 山东大学硕士学位论文 设计工作具有指导意义，而且对于电网的建设，特别是网厂分开后，形成安全、 可靠和高自动化水平的电网更具有重要的现实意义。 1 2 变电工程设计的现状 近年来，在全国电力设计行业，由于引进了计算机辅助设计( c a d ) ，并引 进、消化、开发了大量的设计软件，无论是工作效率还是设计质量都得到大幅 度提高，实现无图板设计。c a d 的应用从设计手段上是一次革命，发挥了应有 的作用。但是，就设计方法而言，基本上没有摆脱传统的设计思想，仅在某些 方面实现了智能化计算、比较与设计。而没有充分利用计算机技术使设计较全 面的实现模块化，在很大程度上存在着利用先进的设计工具，做着重复性劳动 的现象，从而限制了设计效率和设计质量的进一步提高。因此本研究课题是基 于这一设计现况提出的，旨在利用计算机辅助模块化设计手段进行优化设计， 减少设计中重复性劳动，最大限度减少人为影响设计质量的因素，从而进一步 提高设计效率和设计质量。 变电工程模块化设计与研究的最终目标是拟建立一个贯穿变电站设计全过 程的模块化辅助设计软件包，针对不同的设计原始条件，该软件通过计算、分 析、调用、组合不同的设计模块，辅助设计人员高效率、高质量的完成工程需 要图纸。 1 3 本文的主要工作 以上对变电工程设计现状进行了简要描述，对变电模块化设计与研究的目 的和意义进行了定性阐述，本文主要从以下几方面开展工作： 1 、按照示范工程的设计思路，采用先进的设计思想和理念，根据新设备、 新技术、新材料、新工艺的应用，在保证电网的运行安全可靠性、经济性前提 下，对配电装置、建筑物、主变等消防系统设计进行充分优化研究，从而更好 地提高设计效率，减少设计差错，缩短设计周期。 2 、在设计优化研究基础上，提出模块化设计研究的指导思想、总体思路和 工作原则。 3 、根据模块划分原则，系统地研究各模块的设计思路、手段及形成方式。 4 、在模块划分、形成基础上，进一步提出并建立一个贯穿变电工程设计全 过程的智能化、模块化辅助设计软件包，针对不同的设计原始条件，该软件通 过计算、分析、调用、组合成不同的设计模块，帮助设计人员高效率、高质量 山东大学硕士学位论文 地完成图纸设计。 5 、最后，通过实例( 已完成设计的变电工程) 来验证本研究课题的应用价 值。 山东大学硕士学位论文 第2 章设计优化研究 2 1 引言 设计优化研究一直是全国各设计行业所探索追求的，也是业主方时刻关注 的，尤其是随着厂网分开、主辅分离的政策落实，更是市场经济环境下的竞争 需要。在为业主设计精品，提高自身技术含量的同时，各设计单位更是将设计 优化研究作为企业生存的基础和市场竞争力提高的保障，因此，在变电工程设 计中追求技术先进、指标领先、工程造价低就成为个设计单位研究的重点。 根据目前已基本成型的变电工程设计型式及设备的制造水平，总平面布置、 各级配电装置的设计优化工作显得更为直接有效：减少占地面积，降低材料的 使用量，提高技术含量、方便运行和维护，因而也受到业主方的高度重视。 另外，为适应市场经济的发展和设计招投标的需要，也一直在探索快速、 高效的设计方法，更新传统设计理念。今后设计以模块为依托，可极大地提高 设计效率，减少设计差错。 2 25 0 0 k v 配电装置设计优化 5 0 0 k v 配电装置是5 0 0 k v 变电站的电源侧，担负着向2 2 0 k v 系统输送电力的 任务，5 0 0 k v 配电装置又是5 0 0 k v 系统的枢纽点，担负着5 0 0 k v 系统功率的交 换和分配的任务。由于5 0 0 k v 系统电压高、输送功率大，一旦出现故障对系统 的安全运行将造成重大影响，因而对5 0 0 k v 配电装置接线的可靠性、灵活性提 出更高的要求。另外5 0 0 k v 配电装置设备价格昂贵，占地面积大，在变电站总 投资和总占地面积中占有很大比例，因此5 0 0 k v 配电装置采用何种接线，如何 降低其造价和减少占地面积等问题受到各设计单位的普遍关注。 上世纪八、九十年代，山东省内先后建成投入运行的潍坊、济南、淄博、 临沂等四座5 0 0 k v 变电站，其5 0 0 k v 配电装置的接线方式和布置型式逐步改进， 技术经济指标不断提高，均达到同时期国内先进水平，并取得丰富设计经验。 2 2 15 0 0 k y 配电装置设计规模 目前多数5 0 0 k v 变电站，其5 0 0 k v 出线回路数一般在六至八回，变压器二 至四台，部分长线路带线路并联电抗器及中性点小电抗( 以限制系统工频过电 压和谐振过电压) 。 随着5 0 0 k v 系统的发展和变电站数量的增加，5 0 0 k v 线路总长增加较快， 但出现长线路的机率减少了，装设线路并联电抗器的功率也在逐渐减小，为了 山东大学硕士学位论文 吸收5 0 0 k v 系统的无功，可根据情况在5 0 0 k v 母线上装设并联电抗器。 2 2 25 0 0 k v 配电装置的接线 2 2 0 5 0 0 k v 变电所设计技术规程( s d j 2 8 8 ) 规定：3 3 0 5 0 0 k v 配电装置 的最终接线方式，当线路、变压器等连接元件总数为6 回及以上，且变电所在 系统中居有重要位置，宜通过技术经济比较确定采用一个半断路器或双母线带 旁路母线的接线。“” 主接线的技术经济比较主要从可靠性、灵活性、经济性三个方面比较。可 靠性是指断路器检修时不影响供电，断路器或母线故障及母线检修时，尽量减 少停运的回路数和停运时间，尽量避免全所停电。灵活性是指可以灵活的投切 线路和变压器，调配负荷，可以方便的停运断路器和母线检修而不影响供电。 经济性是指占地要小、投资要省。 对于一个半断路器接线与双母线分段带旁路母线接线的经济技术比较，已 有多篇文献进行了分析，普遍认为： l 、可靠性：两种接线型式都能满足可靠性的要求，但一个半断路器接线可 靠性更高。 2 、灵活性：在这方面一个半断路器接线充分显示了它的优越性，在双母线 分段带旁路接线中，隔离开关既作为隔离电器同时又作为操作电器：而在一个 半断路器接线中，隔离开关只作为隔离电器，因而操作简单、灵活，给运行带 来极大方便，减少了操作事故。 3 、占地面积：一个半断路器接线三列式布置的配电装置比双母线分段带旁 路的占地面积少。 4 、投资：1 个半断路器接线在四串时，其投资与双母线分段带旁路的相差 不大，当串数增加时，投资比双母线分段带旁路接线的高。 基于上述原因，现在国内5 0 0 k v 配电装已很少采用双母线分段带旁路，山 东省内的5 0 0 k v 变电站，除第一座潍坊变外，其余也都采用一个半断路器接线， 实际运行情况非常好，得到运行单位认可。前面提到5 0 0 k v 配电装置规模大都 在线路六至八回，变压器二至四台的范围内，非常适合采用一个半断路器接线， 可组成四至五串，因此在一般情况下应推荐采用一个半断路器接线。 随着设计经验的积累和技术的进步，对一个半断路器接线型式也在逐步地 改进，主要有以下几点： 山东大学硕士学位论文 1 、当变电站有西台主交压器时，其中两台变压器进串、两台主交压器不进 串，而接成母线变匝器组型式。这种接线与全进串相比可节省一台断路器，且 引线方便，节约占地、二次线设计相对简单。唯一不足是当母线故障时变压器 停电，但母线故障机率较低，且安装不进串变压器时，变电站至少已有了两台 变压器，有一定备用容量，故即使母线变压器停运，不会对供电造成很大影响。 更何况双母线接线型式，其母线故障时变压器也要停运。 2 、一个单断路器接线，应在各出线和变压器回路中配置三相电容式电压互 感器，在母线上配置单相电压互感器。当扩建到母线变压器组时，由于变压器 固定联接，不需在回路中装设电压互感器，只需将母线上的单相电压互感器增 加为三相即可，因而又节省一台互感器。 3 、国家电力公司“关于印发5 0 0 k v 送变电工程控制工程造价的若干措施的 通知”要求，“5 0 0 k v 采用一个半断路器接线时，当达到三串及以上，接线 时不装线路、变压器出口隔离开关，当过渡接线为2 个完整串时，应装设出口 隔离开关，过渡接线少于2 个完整串时，应根据系统发展情况研究是否需要预 留位置”。去掉出口隔离开关有很多优点，不但可节省一组隔离开关、省去小区 差动保护、节省占地，而且可以将阻波器由支持式改为悬挂式，使配电装置布 置清晰，进一步节省占地。初期工程当为一线一变时，采用线路变压器组过渡 接线，接成一个完整串和一个不完整串，正常环母线运行，而当停运一个元件 时，例如停一条线路，则形成母线变压器组接线，故也不需装出口隔离开关。 当发展成四个元件组成两个完整串时，停运一个元件如果不装出口隔离开关， 将不能实现环母线运行，可靠性将降低。这种情况可以采用下述两种方法解决， 一是组成一个完整串和两个不完整串，二是组成两个完整串加一个单断路器的 联络串。两种办法虽然提前投资了一台断路器，可从整体和长远的观点看还是 很值得的。因此分析认为，采取一定措旌取消出口隔离开关是完全可行的， 2 2 35 0 0 k v 配电装置的型式 对应于一个半断路器接线，5 0 0 k v 配电装置以三列式布置最为优越，它布 置清晰，引线方便，占地面积少，出线灵活( 可以从两个方向甚至三个方向出 线) ，因此得到广泛应用。目前设计的5 0 0 k v 变电站都是采用这种型式的配电装 置，并且在应用中又加以逐步完善和优化改进。 2 2 3 1 母线型式： 山东大学硕士学位论文 母线及其隔离开关占地面积大，对它们的选型和布置应引起充分重视，最 初设计的潍坊变电站是采用软母线剪刀式隔离开关( 双母线接线) ，间隔宽3 0 米，主要存在问题：一是要求母线弧垂小，因而导线张力大，母线架构耗钢材 多；二是耐张串长，安装剪刀隔离开关静触头困难。为了缩短耐张串的长度不 得不选用2 6 片4 8 0 r a m 爬距的耐张绝缘子，并且将剪刀隔离开关的相间距离由8 米改为7 5 米，不利于运行、维护和检修。后来工程将间隔宽度改为2 8 米，虽 然仍采用软母线，但母线隔离开关改为水平伸缩开启式，增加了占地，晟新工 程通过比较优化采用悬吊式管母配剪刀式隔离开关，使上述软母线存在的问题 得到解决，同时悬吊管母还具有载流量大，母线几乎没有弧垂、不存在微风振 动等优点。 2 2 3 2 进串变压器引接方式 进串变压器的引接有低架横穿和高架横跨两种方式，低架横穿最突出的特 点是能改变与其配串的线路的出线方向，使同名线路接到不同的母线上，提高 接线的可靠性，另外它还能降低架构的高度。其缺点是使配电装置的纵向尺寸 加长。高架横跨能使配电装置的纵向尺寸缩短，但要增加架构高度。根据这些 特点具体工程中可合理选择某种引接方式或它们的组合，以适应变电站的的总 布置需要。 2 2 3 3 线路并联电抗器的布置 线路高压并联电抗器一般都接在阻波器的母线上侧，这是为了防止电抗器 影响通讯信号的衰耗。早期的工程是在出线架外再立一门型架，将阻波器挂在 门型架上，门型架外装电压互感器和避雷器，门型架和出线架之间装电抗器。 后来对这种布置型式进行了改进，取消了门型架，将阻波器安装在出线架下， 阻波器外侧装电抗器、再外侧为电压互感器和避雷器。对于悬挂式阻波器，电 抗器可从阻波器的下端子引接，对于支持式阻波器，要求阻波器的下端子能向 两侧引接：向内进串、向外接电抗器。 最近省外一些工程将电抗器接在阻波器的线路侧，设计人员通过计算和检 测验证：如果控制好并联电抗器和耦合电容器等设备的对地分布电容，则不影 响通讯衰耗。这种接线型式非常有利于布置，使各线路侧的避雷器和电压互感 器布置统一，道路顺畅，同时电抗器的占地还可分期征用。今后应对这种接线 型式进行研究试验，取得经验，进一步优化设计。 山东大学硕士学位论文 2 2 3 4 阻波器安装方法 取消出口隔离开关后，阻波器可由支持式改为悬挂式，安装、接线方便、 节省占地，又不增加串内跨线的跨距。 2 2 3 5 间隔宽度 山东省内已投入运行的5 0 0 k v 配电装置间隔宽度除潍坊变为3 0 米外，其余 均为2 8 米，相对相距离为8 米，相对边柱距离为6 米。目前已有其它设计院将 间隔宽度降为2 7 米，相对相7 5 米，相对边柱6 米。相对相距离降为7 5 米后 对检修作业和运行的影响还需观察研究，有待于与运行检修单位共同完成。 2 2 3 6 支架及架构的高度 5 0 0 k v 电压带电部分距地面的高度应大于c 值7 5 米。由于5 0 0 k v 配电装置 设有相间道路，运输车辆可以在设备带电的情况下通行，此时应保证运输车辆 与带电体的距离大于b 1 值4 5 5 米“，按此条件校验( 运输车辆的活动范围3 3 米宽、4 米高) 带电部分至地面的距离必须大于8 1 8 2 米，并按此条件确定 设备支架高度。 管型母线高度按剪刀隔离开关合闸动静触头相配合确定，经计算取1 5 5 米， 母线架高度则为1 9 9 米。 变压器低架横穿采用软导线，架构高度应满足下层设备检修要求，经校验 取1 8 5 米，导线弧垂1 8 米。 进出线架高度按进出线带电，下层低架横穿引线上人检修，或下层引线带 电、出线停电上人检修保证安全距离确定，经计算取2 7 米。 2 2 4 结论 通过以上已投入运行的变电工程设计总结和分析，对5 0 0 k v 配电装置的技 术原则提出如下建议： 1 、电气主接线采用一个半断路器接线，不带线路、变压器出1 ：3 隔离开关， 两台主变压器时从串内引接；四台主变压器时，两台进串，另两台接成母线变 压器组。 2 、5 0 0 k v 配电装置采用三列式布置，悬吊管母、剪刀式母线隔离开关，阻 波器悬挂安装，进串变压器引线采用低架横穿或一台低架横穿、一台高架横跨。 3 、5 0 0 k v 配电装置的尺寸采用：间隔宽度2 8 米，管型母线架1 9 9 米，低 架横穿架1 8 5 米，进出线架2 7 米。 山东大学硕士学位论文 4 、线路并联电抗器接在阻波器母线侧。 建议尽快开展2 7 米间隔宽度和电抗器接于阻波器线路侧的调研，以便进一 步优化5 0 0 k v 配电装置。 2 32 2 0 k v 配电装置设计优化 目前，2 2 0 k v 电压等级仍是电网的主网架，担负着系统功率的交换和分配 任务，在电网系统中具有十分重要的地位。同时2 2 0 k v 配电装置作为变电站中 最重要的配电装置之一，其设计方案直接关系到整个工程的技术方案的优劣。 因此2 2 0 k v 配电装置采用何种接线、如何减少占地面积和降低工程造价，越来 越受到人们的广泛关注。 2 2 0 k v 配电装置优化是按照“安全可靠、经济适用、符合国情”的电力建 设方针以及示范变电工程模块化设计研究的指导思想，针对2 2 0 k v 配电装置进 行多方面的设计研究、优化而形成的。 2 3 1 旁路母线设旋，优化接线型式 根据2 2 0 5 0 0 k v 变电所设计技术规程( s d j 2 8 8 ) 规定；“变电所的电气 主接线应根据该变电所在电力系统中的地位、变电所的规划容量、负荷性质、 线路、变压器连接元件总数、设备特点等条件确定。并应综合考虑供电可靠、 运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过渡或扩建等要求。”而主接线是由 几个电压等级的配电装置接线形式组成的，且配电装置接线形式的确定同电力 系统整体及变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关。 随着社会的发展，人口的不断增加，我国的土地资源变的越来越宝贵，这 就要求我们在选择配电装置的接线型式时做到经济合理，占地小，投资省。因 此必须正确处理好各种关系，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较确定 接线型式是非常重要的。 表2 12 2 0 k v 配电装置常用的4 种典型接线的一般评价分析 评价项目主接线型式 母戮双母线带旁双母线单分段一个半断路 双母线双分 公路( 专用旁带旁路( 母联兼 器( 不同名段( 不设旁 一 路断路器)旁路)接线) 路) 断路器故障率故障率及可故障率及可用故障翠及口j故障率及可 用率受影响率受影响均较用率受影响用率受影响 山东大学硕士学位论文 均较小大 最大最大 母线故障率( 计 故障率受影故障率受影响 故障率受影故障率受影 及隔离开关误操响最大、可 较大、可用率受响、可用率响、可用率 作和保护不正确 用率受影响影响较小不受影响受影响 动作等引起的母 线切除) 进出线回路数变故障率受影故障率受影响故障率受影故障率受影 化( 6 1 4 回)响大、可用较大、可用率受响、可用率响、可用率 率受影响小影响较小不受影响受影响 扩大化故障范围最大( 全所 较大( 3 4 所停最小( 2 回较小( 1 2 停电)电)停)所停) 整体可靠性差稍好最好 较好 设备投资小较大大较大 变电站占地面机大最大最小较小 表2 2 各种主接线形式线路可靠性指标 评价结果接线形式 故障停运范围可靠性指双母线带双母线单分一个半双母线双 标旁路( 专 段带旁路母断路器分段( 不 用旁路断线( 母联兼( 不同名设旁路) 路器)旁路)接线) 切除单回路f ( 次年) 0 2 4 9 60 2 5 0 4 0 20 4 8 40 2 4 9 1 t ( h 年) 0 0 7 4 8 8o 1 5 0 9 9 10 1 9 l0 0 7 5 a ( ) 9 9 9 9 9 l9 9 9 9 8 3 9 9 9 9 7 89 9 9 9 9 1 同时切除两回 f ( 次年)无 无 0 1 2 7 9无 线路( 1 6 所停t ( h 年) 0 0 6 3 9 4 电) a ( )9 9 9 9 9 3 切除三或四回 f ( 次年)无o 1 5无 0 0 3 0 9 4 线路( 1 4 或 t ( h 年)0 0 7 6 o 6 7 1 3 所停电) a ( )9 9 9 9 9 9 9 9 9 8 1 同时切除六回f ( 次年) 0 2 7 9 6o 1 1 9 9 7无0 0 8 3 0 1 山东大学硕士学位论文 线路( 1 2 所停t ( h 年)0 1 3 6 80 0 6 7 50 0 4 2 电)a ( )9 9 9 9 8 49 9 9 9 9 29 9 9 9 9 5 切除六回线路f ( 次年) 0 0 2 0 80 0 2 9 9 3 3无 无 ( 3 4 或所停 t ( h 年) o 0 1 0 4 o 0 1 5 电) a ( )9 9 9 9 9 99 9 9 9 3 表2 2 中f - 线路故障切除频率( 次年) ，t 一线路故障停运时间，a 一馈线供 电可靠性。 由表2 1 、表2 2 分析知：如果断路器性能较好，故障率较低 o 0 3 次年 ， 则取消旁路后，完全能满足可靠性要求。 长期以来，我国在变电站2 2 0 k v 配电装置中广泛采用少油断路器。由于这 类开关设备检修周期短，检修时间长，加之过去电力系统网络结构薄弱，故现 行的( 2 2 0 5 0 0 k v 变电所设计技术规程( s d j 2 8 8 ) 做出了这样的条文规定：“采 用双母线2 2 0 k v 配电装置，当断路器为少油( 或压缩空气) 型时，除断路器有 条件停电检修外，应设置旁路母线。2 2 0 k v 出线为4 回及以上时，可装设专用 旁路断路器。“”3 山东省内的变电站2 2 0 k v 配电装置多数是双母线( 单母线分段) 带旁路接线，后来断路器尽管选用国产s f 6 型，但因当时其制造水平差，可靠 性低，检修机率高，加上电网网架薄弱，为保证2 2 0 k v 配电装置在进出线检修 断路器时，不中断对用户的供电，也必须设置旁路母线。 随着运行经验的积累，新设备新技术的普遍采用，国产s f 6 断路器质量的 不断提高，检修周期的加长( 一般国产s f 6 断路器检修周期为1 5 年，国外检修 周期为3 0 年，操作机构检修周期为7 年) ；由调查知，近几年山东省的高压开 关设备事故率有所下降，从1 9 9 8 年起，事故率从原来的每年0 5 台次百台 年，下降到0 3 台次百台年。同时保护又采用了可靠性较高的微机保护( 其 检修周期为6 年) ，电网网架的日益加强，旁路的利用率越来越低，因此取消 2 2 0 k y 配电装置旁路母线就成为一种趋势。本专题正是在这种形势下，结合已 投运变电站的运行实际，分析取消旁路的可行性。 下面对已投运的潍坊、济南、淄博三个5 0 0 k v 变电站2 2 0 k v 配电装置的运 行情况进行调查分析： 1 、5 0 0 k y 潍坊变电站和济南变电站2 2 0 k v 配电装置采用双母线单分段带旁 路型式。对其运行跟踪知：旁路母线不应该取消。原因是：断路器的故障率 山东大学硕士学位论文 比较高，特别是操作机构时常出现故障，常常有打压、泄气、漏油现象发生； 隔离开关机构卡涩、触头过热烧熔、接触不量等现象也常常发生；线路检 修时间短，且线路检修要看线路受盐雾污染情况而定，周期不固定，因此设备 及保护检修不能也难以与线路检修同步进行；负荷增加快，设备更新换代快， 更换设备及保护时需用旁路带线路，因此旁路带路比较高。根据现场运行记录， 5 0 0 k v 潍坊变电站正常时平均每年每条线路带旁路1 次，一次时间大约2 1 3 个 小时，年利用率为0 8 2 ( 按8 回出线计) ；换保护时一年1 0 次，一次1 5 天， 年利用率为4 1 1 。5 0 0 k v 济南变电站正常时平均每年旁路带路1 0 次，一次大 约需1 2 小时，旁路年利用率为2 7 4 ：更换保护及创一流时，每年旁路带线路 2 0 次，一次大约1 2 个小时，年利用率为5 4 8 。现以两变电站9 7 ，9 8 年的旁 路利用时间表进行分析。 表2 39 7 年旁路利用时间表 变电站名称带旁路原因次数平均每次带路时间 潍坊变电站断路器操作机构压力低 3 3 小时 开关，刀闸，互感器等检修消缺 4 1 天 保护改定值 2 1 5 天 济南变电站 断路器操作机构压力低 2 3 小时 断路器漏油 1 3 小时 开关，刀闸，互感器等检修消缺 61 5 天 换计量c t 1 3 小时 保护加过流装置 l 6 个半小时 表2 49 8 年旁路利用时间表 变电站名称带旁路原因次数平均每次带路时间 潍坊变电站断路器操作机构压力低 2 3 小时 开关，刀闸，互感器等检修消缺 11 3 天 保护改定值 4 1 5 天 换保护装置 4 4 天 济南变电站断路器操作机构压力低 7 3 小时 断路器漏油 13 小时 保护改定值 5 1 5 天 山东大学硕士学位论文 换保护装置44 天 保护反措开关检修 4 3 小时 由表2 3 、表2 4 知，这两个变电站旁路母线利用率均较高，主要原因是： 济南变电站( 9 0 年投运) 和潍坊变电站( 8 6 年投运) 投运时间早，生产厂 家对s f 6 断路器的研制不完善，高压断路器操作机构类型单调，液压操动机构 在高压开关中的应用经验不丰富，使断路器所配液压机构起动过于频繁( 一般每 年数次) 。经分析，其主要是液压机构的压力高达3 0 m p a 左右，在如此高的压力 下，对材质和金属的选用、加工均有严格要求。而国产设备的密封、材料质量 欠佳，元件加工及球阀加工精度不良，致使液压机构质量不过关。 早期保护是集成电路型，调试和定值整定都需停断路器，改定值时间长， 故障率商。 设备更新换代快，老保护已不能满足无人值班变电站的要求。 目前山东电网5 0 0 k v 主网架不成熟，5 0 0 k v 与2 2 0 k v 电压存在电磁环网 结构运行，2 2 0 k v 网络仍为主要送电电网，送电距离长，输送功率大，分布不 均衡，受端网络不坚强，设备检修几率高、时间长。 对重要用户虽有双回路供电，但由于负荷逐年增长，往往一回线停电检 修，另一回不能真正起到互为备用的作用。 目前，随着电网系统的发展，装机容量增加，系统的备用储备容量相应增 多，再加上近几年来，山东省加大了电网的建设和改造得力度，中高压配电网 的互供能力大大增强，用户的供电可靠性大大增加，对一般用户做到了( n 一1 ) 不停电，重要用户达到( n 一2 ) 不停电。增强了供电区之间互为备用的能力，减 弱了对某一条线路可靠性的依赖。随着分层分区供电的落实，2 2 0 k v 线路供电 范围将逐步缩少，供电线路减短后，事故率低，跳闸机会少，断路器的检修周 期相应加长。因此取消旁路设施不影响供电可靠性。 2 、5 0 0 k v 淄博变电站2 2 0 k v 配电装置采用一个半接线。断路器数量比较多， 自9 5 年投运以来，断路器只出现事故一次，修复时间为3 天；断路器小修每年 一次，检修时与每年一次的线路检修同步进行。而保护双重化，一套保护运行 时，另一套保护可进行检修，保护的传动试验可与线路检修同步进行。当运行 方式改变而保护定值改变时，无需停断路器，只需在工作站微机上投退即可。 由该站运行情况知：断路器故障率很低，保护检修及定值改变很方便，无需停 山东大学硕士学位论文 线路断路器。 因此，取消旁路设施是可行的，其优越性还体现在： 缩小占地面积。我国人口多，耕地少，“十分珍惜和合理利用每寸土地， 切实保护耕地。”是我国的基本国策。因此，选择配电装置的接线型式时，应力 求简化接线，节约用地。如5 0 0 k v 青岛变电站2 2 0k v 配电装置出线1 4 回，进 线4 回，双母线双分段接线，2 2 0 k v 配电装置不设旁路与2 2 0 k v 带旁路相比， 节约用地9 7 8 亩。按每亩8 万元计，可节约投资7 8 2 4 万元。 方便运行及维护，减少事故的发生。简化接线方式，保证供电可靠性， 缩短建设周期，减小维护量。前面已叙，旁路母线使线路及变压器断路器检修 时仍能满足继续供电的要求，给运行带来方便。但凡事都是一分为二的，旁路 的设置也带来不利一面：当旁路带线路或变压器时，运行人员倒闸操作次数较 多，极易发生误操作、误爬柱等事故。虽然在设计和运行上采取了一些闭锁或 防范措施，但统计数据表明误操作事故仍时有发生。 节约投资。以青岛5 0 0 k v 变电站为例，2 2 0 k v 配电装置不设旁路，电气少 用隔离开关1 8 组、管母9 0 0 米、保护一套，并简化了二次接线，节省二次电缆， 从而减小设备购置费约3 6 0 万元；土建节约母线支架、设备支架及基础费用约 7 0 万元，土地费用7 8 2 4 万元，安装费用4 0 万元，共计节约费用约5 4 8 万元。 总之，随着社会的发展、改革开放的深入和市场经济的建立、完善，国产 s f 6 断路器本体制造质量的不断改进和提高，与其配套的液压机构也相应不断 完善，更加可靠的气动机构和弹簧机构的研制应用。微机保护双重化的完善及 应用，保护可靠性的提高，加上电力系统网架结构的日益完善，在2 2 0 k v 满足 ( n - 1 ) 要求时，可以取消旁路母线。 综合以上各点，在技术保证和客观条件允许下，取消2 2 0 k y 配电装置旁路 母线是可行的，也符合设计技术规定要求。取消旁路不仅使接线更加简化和清 晰，优化了设计，而且能满足运行的灵活和可靠性要求，也是今后发展趋势。 另外，多数发达国家变电站的2 2 0 k v 配电装置均采用双母线不再设置旁路 母线接线形式，并且视其发展趋势还在进步简化中。所以取消旁路母线的意 义不仅在于节省占地，降低工程造价，更体现在电气设备质量和自动化水平的 提高，体现在技术进步和向国际水平靠拢。 2 3 2 对配电装置进行多方面优化 山东大学硕士学位论文 2 3 2 1 取消出线侧围墙环形道路 2 2 0 k v 配电装置接线型式为双母线( 单母线分段)