南水北调中线35kV超长输电线路节能与安全改造

杨铁树

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

南水北调中线总干渠全长1276.557km，一期工程年调水量95亿m3。为满足南水北调中线工程各用电负荷安全、可靠供电需要，在总干渠沿线建设一条35kV输电线路供电专网，由35kV中心开关站、35kV输电线路、各负荷点降压变电站组成。中心开关站从所在地区的电力系统中引1~2回35kV电源，再由此引出2回35kV线路分别向总干渠的上下游两侧辐射，并在干渠负荷点处设35kV/0.4kV降压变电站。南水北调中线工程共设35kV中心开关站13座，35kV输电线路长1000km，35kV/0.4kV降压变电站309座。35kV输电线路（北沙河—唐河中心开关站区段）单链供电方式，在线路中间位置设有分段开关，正常运行时，分段开关处于“断开”位置，两中心开关站分别以辐射供电方式向各分段负荷点供电；当35kV输电线路发生故障或中心开关站失去系统电源时，通过切除线路故障点，闭合分段开关等一系列的故障隔离、网络重构、负荷转移等倒闸操作，实现两中心开关站间各负荷点供电的互为备用。

1 35kV输电线路节能与安全改造的必要性

1.1 输电线路节能改造（无功补偿）

35kV输电线路投运后，由于北沙河中心开关站的功率因数低至0.1左右，每月需向供电部门补交无功罚款额达10多万元。这是由于35kV线路距离超长，又处于轻载运行状态，并在交叉跨越处 （如穿越公路、铁路、道桥、电力线及通信线等处）多以电缆穿越，导致大量使用电缆，造成35kV输电线路对地及相间容性无功偏大，功率因数偏低；线路末端电压偏高，遇到空载线路跳闸引起的操作过电压时，对电气设备安全造成威胁；开关设备熄弧困难，引起电弧重燃，特别是当发生单相接地故障时，潜供电流过大，电弧不易熄灭，引起故障扩大，故急需对35kV输电线路实施节能改造（无功补偿）。

1.2 输电线路安全改造（线路调压）

35kV输电线路运行中，实测唐河中心开关站电源进线电压达38.5kV，再加上线路末端受到容性效应叠加的影响，电压超出额定电压的10%，严重威胁电气设备安全，造成35kV电缆终端头及中间接头击穿，电气设备加速绝缘老化，降低使用寿命；变压器空载损耗增大；负荷站并联电容器等无功补偿设备不能投运（电容器长期过压不得超过10%），降低经济效益等，故急需对35kV输电线路实施安全改造（线路调压）。

2 北沙河中心开关站区段节能改造（无功补偿）

35kV输电线路北沙河中心开关站通过午河渡槽分段开关站和永安村分段开关站分别与南大郭中心站和唐河中心站构成单链供电方式。北沙河中心开关站由元氏泉村110kV变电站取得电源。正常情况下，北沙河中心开关站供电范围为午河渡槽分段开关站至永安村分段开关站，35kV专用输电线路全长101.35km，其中架空线路长78.98km，地埋电缆长22.37km。

2.1 北沙河中心开站区段无功补偿平衡计算

35kV输电线路无功平衡计算是要使系统的无功电源发出功率与无功负荷及网络中的无功损耗相平衡。

（1）单位长度电缆容性无功计算。

Qc=3×Ux2/Xc=3×（35/1.732）2/19301≈65kVar/km式中 Xc为单相电缆容抗（Ω）；Xc=1/（ω×C0×L）=1/（314×0.165×10-6×1）=19301Ω/km；C0为交联聚乙烯电力电缆YJV22-26/35kV-3×120mm2电容参数值（μf/km），取0.165μf/km；Ux为交联聚乙烯电力电缆线路额定相电压（kV），取35/1.732kV。

（2）单位长度架空线路容性无功计算。

Qc=3×Ux2/Xc=3×（35/1.732）2/408821≈3kVar/km式中 Xc为单相架空线容抗 （Ω），Xc=1/（ω×C0×L）=1/（314×0.00779×10-6×1）=408821Ω/km；C0为架空钢芯铝绞线LGJ-35kV-120/20mm2电容参数值（μf/km），取0.00779μf/km；Ux为架空线路额定相电压 （kV），取35/1.732kV。

（3）各降压变压器的感性无功按降压变压器容量5%计算。

（4）并联补偿电抗器容量按35kV无功计算值80%选择，SVG无功补偿装置容量按35kV无功计算值100%选择。

（5）北沙河中心开关站的SVG无功补偿装置，在正常情况下担负午河渡槽至南新城段的无功补偿，在事故情况下延伸至永安村段提供无功补偿。

无功平衡计算成果如表1。

表1 北沙河中心站区段无功平衡计算成果

2.2 北沙河中心开站区段无功补偿配置方案

2.2.1 采用变电站集中补偿和分散就地补偿相结合

SVG动态双向连续补偿和并联电抗器单向分级补偿相结合，35kV电网高压补偿和各负荷站点低压补偿相结合的方式。在北沙河中心开关站设置SVG集中无功补偿装置，在南新城分水闸站设置35kV电抗器分散补偿装置，在各负荷点降压变站0.4kV侧装设用户低压无功补偿装置，从系统角度综合配置无功补偿装置，避免35kV输电线路远距离输送无功，避免各负荷点降压变压器穿越无功，避免中心开关站向电网反送无功或吸收无功，保证系统功率因数提高至0.95以上。

2.2.2 SVG集中补偿

由1台35kV高压开关柜和1台箱式SVG无功补偿装置组成。箱式SVG无功补偿装置内配置1台35/10kV变压器和1台SVG静止型动态无功补偿装置。2.2.3 南新城分水闸站35kV电抗器分散补偿

由箱体、干式并联电抗器、温湿度控制装置、保护和控制装置、母线及电缆头等组成如图1。

图1 南新城分水闸站电抗器分散补偿接线

3 唐河中心开关站安全改造（线路调压）

唐河中心开关站供电电源引自所在地区电力系统中的拨茄110kV变电站，电源引接距离11km，架设1回专用35kV电源线路接至中心开关站的母线上。因拨茄110kV变电站输送的35kV电源电压等级偏高，达38.5kV，仅通过调节各负荷点降压变压器分接头并配置无功补偿装置进行电压调节，但效果欠佳。

3.1 增设调压器配置

在唐河中心开关站电源进线侧增设线路调压器，其变比为38.5±3×2.5%/35kV，经线路调压变压器将38.5kV电源电压降至35kV后向各负荷点供电。35kV箱式调压器由总进线柜、PT柜、变压器进线柜及线路调压器组成如图2。

图2 唐河中心开关站线路调压器接线

3.2 线路调压器容量选择

线路调压器串接于唐河中心开关站电源进线端，其容量选择取决于唐河中心开关站的供电能力，即正常负荷供电容量（2235kW）、事故情况供电容量（5280kW，北沙河中心站故障时，唐河中心站延伸供电范围——自永安村至北沙河），由于正常负荷供电容量与事故情况供电容量相差较大，如果按事故情况供电容量选择线路调压器，则会造成调压器平时容量闲置，空载损耗加大；按正常负荷供电容量选择调压器，虽然不能满足事故情况下的全部供电容量需求，但由于供电时间较短，且事故情况下只需满足一类、二类重要用电负荷供电即可（仅包括节制闸、事故闸、监控系统、事故照明系统等用电负荷），故线路调压器容量按正常负荷供电容量选择，Se=3150kVA，计算成果如表2。

表2 唐河中心站增设线路调压器容量计算成果

4 结语

（1）35kV输电线路节能与安全改造设计对北沙河中心开关站区段采用无功平衡综合补偿技术，系统功率因数提高0.95以上，避免了大额罚款。

（2）采用唐河中心开关站增设线路调压器，并优化其容量选择设计，保证了各负荷点处的运行电压小于GB12325—2008电能质量供电电压允许偏差规定值，避免了设备过电压，延长了设备使用寿命。

［1］Q/GDW212—2008，电力系统无功补偿配置技术原则［S］.

［2］DL/T5729—2016，配电网规划设计技术导则［S］.

［3］DL/T5249—2009，电力系统设计技术规程［S］.

［4］GB50060—2008，3～110kV高压配电装置设计规范［S］.

［5］GB 50052—2009，供配电系统设计规范［S］.

［6］GB 50062—2008，电力装置的继电保护和自动装置设计规范［S］.

［7］GB 50059—2011，35～110kV变电所设计规范［S］.

［8］DL/T5242—2010，35～220kV变电站无功补偿装置设计技术规定［S］.

［9］河北省水利水电勘测设计研究院.南水北调中线京石段应急供水工程（石家庄至北拒马河段）可行性研究报告［R］.2003.

［10］长江勘测规划设计研究院有限责任公司.南水北调中线一期工程总干渠沿渠35kV供电系统无功补偿设计方案报告［R］.2015.

［11］河北省水利水电勘测设计研究院.南水北调中线一期工程总干渠邢石段35kV供电系统无功补偿设计方案［R］.2015.

［12］河北省水利水电勘测设计研究院.南水北调中线唐河中心站供电段降压设计方案［R］.2016.