变电站所用电系统供电方案分析及改进

张 军,张 泽

(1.江苏省电力公司，江苏南京210024；2.泰州供电公司，江苏泰州225300)

变电站所用电系统主要为变电站的供电设备提供各种电源，如断路器储能电源、变压器冷却器电源、直流系统充电装置电源、检修及照明电源等，所用电系统供电方案的选择、设备选型对变电站可靠运行、维护便利和操作安全有很大的影响，同时便于变电站扩建等工程实施。目前相关标准对所用电设计只是提出了原则性要求，各变电站工程所用电系统设计和设备选型方案较多，有的方案设计繁琐，操作复杂；有的方案考虑不周全，运行维护不便；有的还存在误操作的安全隐患。针对一些新建变电站所用电系统存在的问题，结合典型设计进行了分析，并提出改进方案。

1 2个新建变电站所用电系统设计分析

1.1 变电站甲的所用电系统设计

变电站甲为220 kV变电站，本期1台220 kV主变，所用变为2台室内布置250 kV·A干式变压器。1号所用变接35 kV I母，电源为1号主变；2号所变为外来电源35 kV湾清385线供电，采取开关柜内一根联络电缆T接到2号所用变的设计。每台所用变配置了一组负荷开关-熔断器组合电器柜（简称组合电器柜），如图1所示。

图1 变电站甲所用电设备接线方式

1号所变的组合开关柜为FZRN21-40.5型，开关柜内原先设有接地刀闸，但是现场由于安装空间问题，将接地刀闸从开关柜中拆除。

从该变电站所用电的接线方式、运行维护安全、方便性、设备运行可靠性来看，该变电站所用变方案存在以下不足。

（1）功能重复。1号所用变306断路器柜配置了手车式SF6断路器，已具备开断负荷电流及短路电流功能，在断路器柜之下又设置了组合电器柜，功能重复，造成了投资浪费。

（2）操作复杂，可靠性低。为了防止运行人员带电进入组合电器柜中更换熔断器，该组合电器柜中设置了绝缘挡板隔离，通过操作机构的闭锁，在隔离开关打开时绝缘挡板将刀闸静触头及电缆进线桩头封闭隔离。该组合电器柜内设备众多，操作机构复杂繁琐，给运行人员带来不便，同时导致了设备可靠性降低。

（3）“五防”闭锁不全。该组合电器柜中原先安装有接地刀闸，现场安装时将接地刀闸从柜中拆除。但柜门的电磁锁闭锁条件未进行调整，该柜门没有和所变进线停电接地进行闭锁，在组合电器柜内负荷开关上端头带电的情况下可以打开柜门，存在严重的触电隐患。

（4）2号所用变T接湾清385线路设计方案为从组合电器柜下端进线，从上端出，进入相邻2号所变网门内。当熔丝熔断时，可直接断开负荷开关及隔离开关、合上柜内接地刀闸（现场已被拆除），绝缘隔板隔离柜内下部带电部分，保证更换熔丝时的安全。但是实际施工时由于施工人员疏忽，电缆进线从组合电器柜上端进入，下端出线，如图1所示。当隔离开关断开时，如果进线电缆不停电，检修人员不能进入柜子更换熔丝。该接线方案无法满足进线线路不停电更换所变熔丝的要求，电网运行方式的灵活性降低。

（5）2台所变均无接地刀闸，所变检修时需要挂临时接地线，所变要设临时接地点，不便于运行人员操作，且临时接地线与网门的“五防”闭锁实现较复杂。

由于现场一次设备已无法更改，针对上述问题，在验收后的整改方案中对该变电站所用电系统1号、2号所变的网门闭锁进行了完善，增加了二次电缆，将柜门和所变进线断路器柜的接地刀闸进行了联锁。

1.2 变电站乙的所用电系统设计

变电站乙为220 kV变电站，本期1台220 kV主变，所用电为2台315 kV·A干式变压器，每台所用变均为独立所用变室的布置，通过网门对所变进行隔离。1号所用变接35 kV I母，电源为1号主变，2号所变接35 kV II母，II母电源为外来电源联络线，2台所变均通过35 kV开关柜、电缆供电；开关柜配置手车熔断器，所用变室的每台所变均配置了负荷隔离开关。该变电站2台所用变设备接线如图2所示。

图2 变电站乙所用电设备接线方式

2台所用变均由负荷开关切断负荷电流、熔断器切断故障电流，并且通过隔离开关在现场设置明显隔离断开点，检修时可以拉出熔断器手车，合上出线接地刀闸，确保所变室无电。所变室的网门设置了机械闭锁，与负荷隔离开关中隔离刀闸的位置关联。

该设计和前一变电站相比减少了2组断路器，节省投资，所变停送电操作简单，所用变熔丝更换方便，而且扩建第2台主变时，所用变接线部分无需做任何改造。不足是所变没有接地刀闸，检修时需要自行挂接地线（该站2台所变室内设了临时接地点），不能实现先挂接地再打开所用变网门。同时主变压器和35 kV 2 M不能同时停电，运行方式上有限制。

2 当前国网公司的典型设计分析

2.1 国家和行业标准设计的要求

关于所用变电源的设计，标准规定220 kV变电所宜从主变压器低压侧分别引接2台容量相同、可互为备用、分列运行的所用工作变压器，每台工作变压器按全所计算负荷选择。只有1台主变压器时，其中1台所用变压器宜从所外电源引接[1]。

关于所用电高压侧的设备接线方式及设备选型，标准规定所用变高压侧可采用高压熔断器或断路器作为保护电器，保护电器开断电流不能满足要求时，可采用下列措施之一：装设限流电抗器或装设限流电阻器[1]。具体设备选型如何确定，该设计规程没有明确。

2.2 国家电网公司典型设计对所用电的规定

参照国网公司典型设计 ，A-1，A-2，A-5，A-6，B-3 5种典型设计均采用35 kV供电，其中有代表性的A-1，A-6[2]典型设计方案介绍如下。

（1）A-1方案。所用变压器采用干式户内布置，设置于35 kV开关室旁，2间所用变室并列布置，高低压侧均电缆进线，站外电源采用电缆进线，经负荷开关接所用备用变压器。A-1所用电供电方案如图3所示，1号所用变采用本所电源，由35 kV I段母线供电，供电设备采用手车式开关柜，通过电缆直接连接至所用变高压侧。2号所用变在本期只上1台220 kV主变压器的情况下，采用独立外来电源供电，2号所用变的供电设备采用熔断器式负荷隔离开关组合电器，当扩建第2台主变后，所用变改为另一段35 kV母线供电。

图3 A-1所用电供电方案

A-1方案的特点：1号所用变直接通过手车式开关柜供电，使用35 kV SF6断路器及相应保护，所用变室使用网门隔离，网门通过电磁锁和开关柜接地刀闸联锁。1号所变停送电直接通过手车柜操作。2号所用变通过外来电源供电，所变依靠熔断器和负荷开关分别切断故障及负荷电流，熔断器式负荷隔离开关组合电器安装在所用变室，所用变使用网门隔离，2号所变停送电操作在所变室进行。

该典型设计方案简洁，使用的设备少，经济性好，但也存在不足。一是1号所用变和进线电缆在所变室内没有明显的隔离点，考虑到电缆、所变的预试及检修，必须解开电缆头，很不方便；二是2台所用变没有接地刀闸，当所用变检修时，需要挂临时接地，2台所用变必须设临时接地点，按照江苏电网“五防”闭锁要求，还要加装临时接地锁，“五防”闭锁复杂。

（2）A-6方案。所用变采用干式变压器，经开关柜接入35 kV母线，2台所用变布置于同一房间内。高低压均采用电缆进线。2号所用变在全站失电时由35 kV线路倒送所用电源，采用一根电缆T接至备用电源的开关柜内出线处。开关室设置了2号所用变辅柜，配置熔断器式负荷开关及避雷器、带电显示等设备。接线方式如图4所示。

图4 A-6所用电供电方案

A-6方案的特点：1号和2号所用变供电设备采用熔断器式负荷隔离开关组合电器，该组合电器安装在开关柜中，所用变保护依靠熔断器和负荷开关配合。2号所用变正常由35 kV II母供电，当35 kV II母失电时，可以通过操作2号所用变辅柜设备，将2号所用变切换至35 kV出线供电。该方案用熔断器式负荷隔离开关组合电器代替了断路器，比较经济。2号主变T接至外来电源，方式调整灵活，但是增加了辅柜设备，投资较多。

3 所用变设计的具体改进

目前国家标准对所用电设计只是提出了原则性要求，国网公司220 kV变电站所用电系统设计和设备选型方案较多，有的方案设计繁琐，运行复杂，且造成投资浪费；有的方案尽管设计简单，但是给运行维护带来不便；有的只考虑到本期工程，对扩建时改造方式未详细考虑；有的还存在误操作的安全隐患。从变电站甲、乙所用电设计看，并没有严格按照国网公司典型设计要求，均做了改进，改进的方案从安全性、经济性分析实际上并不理想。

综合考虑设计方案的经济性及运行维护的灵活性、安全性，笔者提供了2个所用电改进供电方案典型共参考，具体如下。

改进方案一如图5所示。

图5 改进方案一

以国网典设方案A-1为基础，对于通过本所电源供电的1号所变，和国网公司2005版典设A-1相比，在所用变室内增加一组带接地的隔离刀闸，虽然增加了投资，但是有以下优点：一是便于进线电缆、所变的检修预试，由于所变侧增加了隔离刀闸，有了明显隔离点，使检修更方便；二是方便了运行人员操作，增加了所变接地刀闸，所变检修时不用挂临时接地线，所变不用设临时接地点；三是所变网门的“五防”闭锁实现简单，只要网门的电磁锁和所变室内的接地刀闸实现闭锁，方案简单，所用二次电缆少，而且不用安装临时接地锁，实现方便。

对于通过外来电源供电的2号所用变，在所用变室内增加1组带接地的熔断器式负荷隔离开关，作为2号所变的停送电操作的隔离设备，安装在所变进线处，便于运行维护，操作方便。使用熔断器和负荷开关组合，作为2号所变的保护，保护灵敏度高。该组合电器设隔离开关，可实现外来电源不停电方式下，2号所变检修，运行方式灵活。增加1组接地刀闸，检修时免去挂临时接地线工作，同时便于所变网门实现闭锁。该方案也存在不足，当外来电源不停电时，2号所变进线电缆桩头，即负荷隔离刀闸静触头部分为带电设备，更换熔丝或2号所变检修时必须做好安全隔离措施，防止误碰。如果增加投资，也可按照A-6典设方式，增设1组辅柜，将熔断器式负荷隔离开关组合电器，放入到辅柜中，可以避免2号所变室内存在裸露带电部分，同时通过柜内绝缘挡板的隔离，实现进线不停电更换所用变熔丝。

改进方案二如图6所示。

图6 改进方案二

相比改进方案一，改进方案二主要将断路器更换为熔丝手车，节省了投资。对于通过本所电源供电的1号所变，在所用变室内安装1组带接地刀闸的负荷隔离开关。具有以下优点：一是便于进线电缆、所变的检修预试，由于所变侧负荷隔离开关有明显隔离点，使检修更方便；二是方便了运行人员操作，增加了所变接地刀闸，所变检修时不用挂临时接地线，不用设临时接地点；三是所变的网门“五防”闭锁实现简单，只要网门的电磁锁和所变室内的负荷隔离开关的接地刀闸实现闭锁，方案简单，所用二次电缆少，而且不用安装临时接地锁，实现方便。对于通过外来电源供电的2号所用变，在所用变室内带接地刀闸的负荷隔离开关之后增加1组熔断器，作为2号所变的保护。具有以下优点：一是便于所变的检修预试及检修人员在进线电源不停电的情况下更换所用变熔丝；二是所变有接地刀闸，方便了运行人员操作；三是所变的网门电磁锁和所变室内的负荷隔离开关的接地刀闸实现闭锁，方案简单；四是在扩建第2台主变时，只需在35 kV 2 M设一熔断器柜，拆除所变室内单独的熔断器即可，改造工作量小，且改造后1号和2号所变的接线方式完全统一。

4 对目前变电站所用变设计的建议

依据国家行业标准对所用电系统设计要求和国网公司典型设计，结合生产运行的要求，笔者对所用电系统的设计、设备选型提出如下建议：

（1）所用电的设计方案不宜太多，例如室内布置1～2种典型方案就可以。方案太多，对运行操作、检修、备品准备都不利。

（2）设备选型尽量简单，室内统一采用干式变，设置独立所变室，通过网门隔离。所变的供电设备统一采用手车柜，站内电源供电统一选用断路器手车＋隔离刀闸或者采用熔断器手车＋负荷隔离开关组合。外来电源供电统一采用负荷隔离开关即熔断器组合。例如本文推荐的2个改进方案。

（3）所用电设计应充分考虑到运行维护的便利以及操作安全。如所变侧增加接地刀闸，避免检修挂接地线。所变的网门应设计完善的“五防”闭锁功能，防止运行人员误操作。

5 结束语

所用电系统是变电站重要组成部分，目前部分所用电设计方案仅从功能实现角度考虑，并未能从系统全寿命周期、多角度考虑设计方案的优缺点。在变电站一次、二次系统设计及设备选型均逐步典型化的情况下，所用电系统设计方案也应优化、简化、典型化，充分考虑投资、运行、检修及扩建实施等各方面要求。本文对新建变电站所用电系统验收中发现的问题及现有的国网公司典型设计方案进行了分析，提出了2个所用电系统设计改进方案，在不增加大量投资的情况下，考虑运行及维护便利性，完善防误功能，确保所用电系统运行安全、可靠。

[1]DL/T5155—2002，220～500 kV变电所所用电设计技术规程[S].

[2]刘振亚.国家电网公司输变电工程典型设计[M].北京：中国电力出版社，2005.