变电站电气主接线中特殊问题的探讨

陈海焱

(电力规划设计总院，北京市，100120)

0 引言

进入21世纪，我国的变电站迈入了“紧凑型、大容量、特高压、智能化”的时代。在变电站大力建设的同时，我国广大电力工作者在变电站的工程设计领域积累了丰富的研究成果，编制发行了各类变电站的行业设计标准以及通用设计方案，如:DL/T 5218—2005《220kV～500kV变电所设计技术规程》、DL/T 5352—2006《高压配电装置设计技术规程》、《国家电网公司输变电工程通用设计—110(66)～500kV变电站分册》、《国家电网公司输变电工程通用设计—110(66)～750kV智能变电站部分》、《南方电网220kV和500kV变电站标准设计》等［1-5］。这些研究成果对规范我国变电站的设计标准、提高我国变电站的设计质量和效率、促进我国电网又好又快地发展发挥了重要的作用。

电气主接线作为变电工程设计中的一项重要内容，目前的研究成果相对较成熟［6-9］，相关规程、规范和电气设计手册对各种常见的主接线方案及其应用场合都作了规定［1，4］。但在实际工程中，有几类特殊问题还是存在争议，例如一个半断路器接线初期采用2个完整串时元件出口的隔离开关设置问题、一个半断路器接线在失掉双母情况下仍要保持关键联络通道的问题、高抗回路是否设置隔离开关的问题、高抗回路接地开关是否可以取消的问题等等。本文对上述归纳的几类问题分别进行了探讨，并提出了建议。

1 关于初期2个完整串元件出口设置隔离开关的探讨

DL/T 5218—2005《220kV～500kV变电所设计技术规程》规定:“在一个半断路器接线中，初期线路和变压器为2个完整串时出口处应装设隔离开关”。此条规定的初衷是:当一个半断路器接线只有2串时，属于单环形，一旦某元件故障就成开环运行，从而降低其他3个元件的供电可靠性，若元件出口装设隔离开关则可以用隔离开关隔离故障元件，然后再合上断路器则仍可保持环状运行。

在实际变电工程中，一个半断路器接线常常会遇到初期线路和变压器共4个元件的情况，此时配串一般有3种方案:方案Ⅰ，组成2个完整串;方案Ⅱ，组成1个完整串和2个不完整串;方案Ⅲ，组成4个不完整串。其中，方案Ⅰ所用的断路器数量最少，但按现行规程要求元件出口增加隔离开关，这往往给电气布置带来不便(对GIS设备来说元件出口增加隔离开关有时实现起来较为困难)，所以实际工程中一般考虑后2种方案的居多。

考虑前提条件:4个元件为2线2变，出线为同名回路，且线路与变压器采用对角布置。在此前提下，给出了方案Ⅰ、Ⅱ的接线简图，分别如图1、2所示。

在设定的几种典型故障条件下，对方案Ⅰ和方案Ⅱ的供电可靠性进行了分析，结果如下:

(1)1个元件故障(N－1)。由图1可知，任一元件故障，跳开2台断路器后，其他3个元件均能正常运行;由图2也能得到相同结论。

(2)1个元件检修，另1个元件故障(N－2)。检修元件与故障元件若为同类型，即同为线路或同为变压器，那么无论采用方案Ⅰ还是方案Ⅱ，变电站均会全部停电。若检修元件与故障元件为不同类型，即1回线路检修、1台变压器故障或1台变压器检修、1回线路故障，那么图1或图2中另1回线路和另1台变压器仍可以正常运行。

(3)任一断路器拒动。图1中，当串中断路器拒动时，2台边断路器跳开，另1串中的1线1变仍可正常运行;当线路元件(或变压器元件)的边断路器拒动时，其余1线2变(或2线1变)能正常运行。图2中，当完整串内的中断路器拒动时，2个不完整串中的1线1变能保持正常运行;当不完整串内的1台断路器拒动时，其余1线2变或2线1变能正常运行。

(4)单母线故障。采用方案Ⅰ或Ⅱ，在单母线故障情况下，4个元件均可保持正常运行。

(5)1条母线检修，另1条母线故障。变电站同时失去2条母线是概率极低的严重故障。若采用方案Ⅰ时失去2条母线，通过中断断路器联络，仍可以保持2个独立的线－变组回路运行;若采用方案Ⅱ时失去2条母线，通过中断断路器联络，则只能保持1个线－变组回路运行。

综上，方案Ⅰ与Ⅱ的供电可靠性基本相当。特别是在失去双母线的极端故障情况下，方案Ⅰ的供电可靠性甚至高于方案Ⅱ。因此，实际工程若满足前述的条件，那么变电站初期4个元件采用方案Ⅰ也是可行的。该方案一般适合送端变电站或终端变电站，因为这些变电站易满足上述前提条件。当然，变电站初期的接线形式还要根据总平面布置、出线条件以及后期扩建情况综合权衡才能确定最优方案。

2 关于一个半断路器接线在失掉双母情况下仍要保持关键联络通道的探讨

2006年7月1日，华中电网发生了500kV变电站失掉双母线后引发的系列连锁故障［10］，最终导致了大停电事故。对于一个半断路器接线来说，问题的实质是要保证关键的联络线配在同1个完整串中，但实际工程中配串方案往往受限于线路出线条件、潮流分布、电气布置等因素，能否兼顾关键联络通道问题要具体工程具体分析。

常规配串方式无法将关键联络线顺畅地配在同一串时，解决办法一般有2种:方法Ⅰ，站内采用气体绝缘母线(gas insulated bus，GIB)实现;方法Ⅱ，站外通过线路转接。这2种方法虽然都不增加断路器数量，但是代价往往都很大。

方法Ⅰ的优点是保持出线顺序不变，不影响线路的设计方案;缺点是站内增加横跨的GIB母线，需要额外增加投资，配电装置的纵向尺寸也可能会增加，同时横跨GIS母线使布置上不够清晰，给运行和检修带来不便。

方法Ⅱ的优点是保持站内设计方案不变，布置清晰;缺点是远期线路要改接，需要增加线路铁塔和额外投资，特别是若线路带有高抗，还存在高抗回路搬迁的问题，线路改接、拆除工作量较大。

3 关于高抗回路隔离开关设置的探讨

高抗一般用于330kV及以上电压等级的线路中。关于高抗回路的接线设计，DL/T 5218—2005《220kV～500kV变电所设计技术规程》和DL/T 5014—1992《330～500kV变电所无功补偿装置设计技术规定》作了相应规定，但均只对高抗回路装设断路器或负荷开关的条件进行了说明，而对是否装设隔离开关未明确提及。

目前，实际工程中330、500和750kV线路的高抗回路大多按装设隔离开关考虑。受限于系统运行方式和设备制造能力，2009年初投运的晋东南—南阳—荆门特高压示范工程中1000kV线路高抗回路取消了隔离开关，后续的特高压工程设计中延续了这一做法。

国内有些超高压线路在高抗停运期间仍可保持运行［11］，在此情况下，高抗回路装设隔离开关可以更好地适应系统要求。但是，由于隔离开关不具备投切高抗的能力，因此高抗必须在线路停电后才能通过打开隔离开关实现退出，2种运行方式之间的切换需要短暂停电。若高抗回路不装设隔离开关，要实现高抗退出线路仍保持运行，需要在线路停电后拆除高抗与线路之间的引线，这样运行工作量和停电时间相应会增加。

综上，高抗回路是否装设隔离开关应根据系统运行方式确定。当系统要求高抗与线路必须“捆绑”运行时，高抗回路可以不装设隔离开关，否则应装设隔离开关。

4 关于高抗回路取消接地开关的探讨

高抗回路设置接地开关的目的，主要是保证高抗检修时工作人员的安全。接地开关在高抗正常运行时处于打开状态，仅在检修时才会闭合，因此接地开关不是经常性接入电网的设备，大部分时间其处于闲置状态。

在国内开展特高压项目研究过程中，有学者和工程人员对1000kV高抗回路取消接地开关进行了分析，得出:在利用线路侧接地开关接地，并配合高抗侧挂接地线的方式保证检修安全的前提下，取消1000kV高抗回路接地开关是可行的。这样，不仅简化了高抗回路的接线方式，还可以压缩配电装置的纵向尺寸以减少占地面积，同时也提高了回路的抗震性能。但是，目前该方案实施的最大阻力来自运行部门，运行单位提出在特高压工程中由于高抗回路管母线离地非常高，挂接地线的难度非常大，目前还缺乏有效的手段。

从变电站的发展历程看，简化接线应是发展趋势之一。高抗回路的接地开关作为一个大部分时间处于闲置状态的电气设备，是最有可能被取消而由挂接地线来取代的。当然，目前挂接地线应用在超、特高压工程中还有一定的困难，这需要广大电力工作者和设备制造部门共同努力找到应对措施，如果能够研发出新型的、简便的移动式升降接地装置来实现挂接地线功能，那么高抗回路取消接地开关必将成为现实。

5 结语

(1)在满足一定条件下，一个半断路器接线初期采用2个完整串时，其元件出口处可不加装隔离开关。建议DL/T 5218—2005《220kV～500kV变电所设计技术规程》修订时，将原相关条文“在一个半断路器接线中，初期线路和变压器为2完整串时出口处应装设隔离开关”中的“应”改为“宜”。

(2)在设计一个半断路器主接线的配串方案时，特别是对GIS变电站，建议不考虑同时失去双母线这种小概率事件。

(3)高抗回路是否设置隔离开关应由系统运行方式确定。建议DL/T 5218—2005《220kV～500kV变电所设计技术规程》修订时，将原相关条文改为“线路并联电抗器回路不宜装设断路器，可根据线路并联电抗器的运行方式确定是否装设隔离开关”。

(4)取消高抗回路的接地开关依赖于检修条件和设备情况，建议相关部门积极开展新型移动式升降接地装置的研究，为简化接线创造条件。

［1］DL/T 5218—2005 220kV～500kV变电所设计技术规程［S］.北京:中国电力出版社，2005.

［2］DL/T 5014—1992 330kV～500kV变电所无功补偿装置设计技术规定［S］.北京:中国电力出版社，1992.

［3］DL/T 5352—2006高压配电装置设计技术规程［S］.北京:中国电力出版社，2007.

［4］水利电力部西北电力设计院.电力工程电气设计手册:电气一次部分［M］.北京:中国电力出版社，1989:45-72.

［5］刘振亚.国家电网公司输变电工程通用设计［M］.北京:中国电力出版社，2011:25-49.

［6］褚农，卫银忠，赵本林.建设初期500kV主接线可靠性分析论证［J］.电力建设，2004，25(3):21-25.

［7］钟惠霞.南方电网500kV 3/2断路器主接线的特殊运行方式［J］.电网技术，1995，19(5):3-39.

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［9］赵丽华，郭相国，高进强.1000kV电气主接线设计［J］.电力建设，2010，31(4):13-16.

［10］周勇，陈震海.华中(河南)电网“7.1”事故分析与思考［J］.湖南电力，2008，28(3):28-30.

［11］刘晓瑞，彭开军，高进强，等.1000kV特高压变电站高抗回路隔离开关设置研究［J］.电网与水力发电进展，2007，23(8):14-17.