500kV聊城变电站超规模扩建方案及综合效益研究

朱春萍 沙志成 朱子钊

山东电力工程咨询院有限公司 山东 济南 250013

0 引言

近年来伴随经济快速发展，山东全社会用电负荷持续增长，需要不断新增500kV 主变容量和地区电源来满足供电需求。 与此同时，随着电源和电网密集程度的增加，可用的土地资源逐步减少，电网建设的难度日益增大。 以聊城地区为例，2010 年片区全社会最高负荷达到2479MW，已出现电力不足现象，迫切需要新增500kV 变电容量或220kV 电源以增加供电能力。然而所在聊城地区土地资源较为稀缺，新建变电站面临征地困难、成本高昂等系列问题。 这种情况下，着眼于提高电网工程的综合效益、挖掘电网供电潜力，实现集约、高效的电网建设具有重要的现实意义。

为此，本文提出在合适的区域利用500kV 变电站超规模扩建以增强片区电网供电能力的方法，即在原有500kV 站已达到设计规模的基础上，利用站址旁边空余场地，进行500kV 主变扩建，新扩建主变与原有主变共用一组500kV 母线。考虑到目前山东省内500kV 站设计规模一般为4台主变， 超规模扩建主要是指对该站点进行第3～4 台主变扩建的工程。

500kV聊城变超规模扩建作为山东首个工程实例即将投运。本文将在介绍此工程方案和特点的基础上，对比分析超规模扩建与传统新建500kV 站点在技术合理性和综合经济效益的差异。由于超规模扩建还受网络结构、场地情况等条件限制，本文还进一步讨论了方案设计中需要关注的若干问题，以期为今后的推广应用提供参考和借鉴。

1 聊城电网情况及建设需求

聊城电网位于山东电网的西部，现已初步形成了以500kV聊城站为中心、 通过500kV聊城站向周围辐射220kV线路供电的辐射型电网结构。 截止2010年底，聊城电网内拥有500kV变电站1座，即聊城站，变电总容量1500MVA；220kV变电站12座，变电总容量3810MVA；220kV线路24条， 线路长度644km。

随着国民经济的快速发展，聊城市的用电量及用电负荷也随之较快增长。2010年全社会用电量达到229.42亿kWh，网供最大负荷达到1870MW，预计2015年全社会用电量达到390亿kWh， 网供最大负荷达到3700MW，“十二五”期间年平均递增分别为11.20%和14.62%。 随着网供负荷的持续增长，其220kV电网电力缺额逐年增加；预计2013年电力缺额1525W～2125MW，共需500kV变电容量3825MVA，电力供应明显不足，迫切需要新增500kV 变电容量或220kV 电源以增加片区供电能力。根据目前掌握的情况，聊城没有已核准及同意开展前期工作的电源建设项目，因此该片电网只能通过新增500kV 主变容量，从500kV 电网受电来满足供电需求［1］。

2 建设方案比较

2.1 500kV聊城站概况

聊城500kV 变电站位于山东省聊城市西北15km的梁水镇， 进站道路从站区西侧聊临公路引接，长度107m。 该变电站已于2004年6月建成投运。

聊城站规划主变容量2×750MVA，采用单相自耦无励磁调压变压器组；500kV规划出线8回（辛安2回、长清2回、闻韶2回、聊城电厂2回），采用一个半断路器接线型式，8线2变组成5个完整串，现已全部建成。 220kV规划出线16回，现有出线14回，双母线双分段接线。

500kV配电装置布置在站区北侧，向东、西两个方向出线；8回线路及2回主变进线均已建成；现主变与500kV 配电装置之间距离未考虑第3、4台主变经断路器接入母线的纵向空间；220kV配电装置布置在站区南侧，向南出线；220kV配电装置东、西两侧均具有扩建空间。 主控通信楼布置在站区西侧，从西侧进站。 该变电站工程已按最终规模一次征地，围墙内占地面积6.32公顷，全站总征地面积6.86公顷（103亩）。

2.2 供电方案选择

对于聊城地区这种单独成片的电网， 新增500kV 变电容量有两个途径：一是新建500kV 变电站，二是现有500kV 变电站扩建。

方案一：在聊城站东南部郝集乡东建设500kV郝集变电站， 规划由500kV聊城～长清双回线路开断接入实现与主网的联系。 220kV侧考虑将耿庄、华兴热电及茌平电网现有的部分机组 （信发希望、茌平热电）接至500kV郝集变电站，主要接带东阿县的负荷，且与聊城站220kV开环运行，届时聊城地区将由两座500kV 变电站分片独立供电。

方案二： 根据500kV聊城站的总平面布置，经方案优化， 聊城站打开围墙东西方向超规模扩建2台750MVA主变。 新建主变500kV侧经断路器架空接入现有的500kV母线，西侧扩建的主变需布置在主控楼以西；220kV配电装置东西两个方向各扩建1个主变进线间隔，扩建后220kV母线分段运行，仅通过外部220kV 电网相连［2］。

2.3 方案比较

从潮流上看，两个方案均能够满足各种运行方式下，各厂站的送受电需求。从短路计算结果看，方案一减少了并入聊城站220kV的装机容量，降低聊城站220kV侧三相接地短路电流2.8kA左右，聊城站220kV侧三相、单相接地短路电流分别为46.764kA、44.729kA。郝集站220kV侧三相、单相接地短路电流分别为39.423kA、42.679kA。 方案二为避免主变阻抗不匹配及限制聊城站东段母线短路水平，可结合聊城站扩建主变工程，在站内进行主变搬迁，最终形成西侧两台主变阻抗为12%、东侧两台主变阻抗为16%，可将聊城站短路电流限制在50kA以内。

新建500kV郝集变电站， 将聊城电网机组、负荷划分为两大供电区域，聊城电网的装机可分散接入聊城站、郝集站，有利于华兴热电6×300MW机组的安全稳定运行。考虑到华兴负荷项目在生产过程中会产生氯气等有害气体，郝集站同时为华兴负荷提供备用是必要的。 但该方案近期存在的问题是，近期变电站仅带耿庄站的负荷、负荷较轻，变压器利用率低，同时电网投资较大。

聊城站超规模扩建方案， 也将聊城电网机组、负荷划分为两大供电区域，聊城电网分散接入聊城站南北两侧的220kV配电装置，但最终仍是接入同一变电站。 这样，对聊城站的安全可靠运行要求较高。 由于两段母线通过蒋庄站存在电气联系，对220kV电网供电有一定保证， 且从建设规模上看，该方案不增加220kV出线间隔，投资较省。

3 综合经济效益分析

满足供电需求和技术可行性的前题下，应充分发掘电网工程在资源节约、施工复杂性、投资效益、网络优化等方面的潜力。相较新建500kV 变电站的供电模式，采用500kV 超规模扩建供电模式具有明显优势。

3.1 减少工程投资

超规模扩建模式可直接减少场地使用及建设费用， 节约新建500kV 配电装置及500kV 线路费用，显著降低了500kV 系统初投资。 以聊城超规模扩建为例，相较新建500kV 郝集变电站模式工程投资建设约3.3亿元， 折算成年费用每年节约3000 万元。

3.2 提升区域供电能力

通过超规模扩建， 该片电网增加1500MVA 500kV 主变容量，使得该片电网的最大供电能力由900MW 提高至2250MW， 最大供电能力提高了2.4倍，充分发挥了电网的规模效益。

3.3 土地集约利用

超规模扩建主变与原有主变共用现有的500kV 母线及间隔，且不需新建500kV 线路，节省了大量土地资源和建设费用，可以显著减少对社会资源的占用。

3.4 降低施工难度

在聊城市区附近新建500kV 线路的施工难度较大，新建500kV 线路通道不能跨房屋建设。 一旦涉及房屋拆迁，协调沟通过程繁琐，工期一般难以控制。采用500kV 超规模扩建方式降低了工程施工难度，有利于电网企业掌握主动，确保施工质量和进度。

4 超规模扩建需关注的若干问题

4.1 500kV 系统接入方案

超规模扩建须配套提升500kV 系统接入可靠性。 采用500kV 变电站超规模扩建方案后，该变电站将成为该片区内最大的220kV 电源点，4 台500kV 主变将降压约2000～2500MW， 因此该站点的500kV 系统接线方案对该片电网的供电可靠性至关重要。 为此， 建议对于实施超规模扩建的500kV 站点，应至少有4 回500kV 出线，且分布在不同的输电通道，确保500kV 接线能够满足“N-2”故障下能够可靠供电［3］。

4.2 过渡方案

为充分利用变压器降压容量，2台并列运行的变压器的短路阻抗百分比应保持一致，因此，本期工程需在站内进行主变搬迁，为聊城电网安全稳定运行考虑， 施工过程中聊城站应至少有2台主变在运行，建议采取如下过渡方案：首先新建最东侧的#4主变、短路阻抗为16%；然后将现有东侧12.1%的主变搬迁至最西侧新扩建位置即#1主变位置；最后在#3主变位置新建短路阻抗为16%的主变。

4.3 联络线设置

对实施超规模扩建的220kV 电网片区，须综合考虑片区内外联络线设置。在与外片区的联络线设置方面， 超规模扩建后片区供电能力得到了增强，具备了在外片区存在故障或检修状态时通过联络线向外片区提供支援的能力，此处联络线设置需通过整体电网分析加以确定；与片区内部的联络线设置方面，因超规模扩建主变和原有主变是通过片区内220kV 电网相连，因此片区内部必须保证足够的互联能力，能够保证在主变检修或故障的情况下互相进行功率支援， 故在超规模扩建方案确定后，需结合主变检修和故障条件下对片区内的联络线进行校核［4］。

5 结论

本文结合聊城变500kV 超规模扩建工程，比较分析了超规模扩建的技术可行性方案和综合经济效益，得出以下结论：

1）在以单个500kV 变电站为供电中心的220kV片区，实施500kV 超规模扩建可以显著增强片区供电能力，具备与新建500kV 变电站可比的技术性能，且经济优势明显。 在与聊城及类似的负荷密集、线路通道资源紧张地区，具有一定的应用前景。

2） 采用500kV 变超规模扩建模式需特别关注场地条件、500kV 网络可靠性、220kV 电网联络线设置等方面，以保证方案能够实施且具备较高的供电可靠性。

［1］山东电力工程咨询院有限公司.聊城电网存在问题及专题分析［R］.济南：山东电力工程咨询院有限公司，2008.

［2］山东电力工程咨询院有限公司.500kV聊城变电站扩建（第3、4台主变）工程可行性研究报告［R］.济南：山东电力工程咨询院有限公司，2010.

［3］祁万春，奚巍民，张谦等.应用500kV高阻抗变压器提高220kV片区供电能力［J］.电力系统自动化，2008，38（14）：96～98.

［4］杨东，刘玉田，牛新生.电网结构对短路水平及受电能力的影响分析［J］.电力系统保护与控制，2009，37（22）：62～67.