220kV变电站内20kV母线接地方式改造设计

岳 璐 芦 颖

（南京国联电力工程设计有限公司）

0 引言

该220kV变电站于2013年5月建成投运，为无人值守全户内站。本站远景规划主变容量为3×240MVA，目前已建设三相三绕组有载调压自耦变压器2台，每台容量为180MVA；220kV进线2回，远景4回，采用双母线接线；110kV出线11回，远景12回，采用双母线接线；20kV出线20回，远景30回，采用单母线四分段环形接线，远景为单母线六分段环形接线。

在2017年的电容电流实测工作中，该变电站20kVⅣ段母线电容电流实测结果为169.3A。目前2号主变20kV母线已配置一套接地变消弧线圈成套装置，消弧线圈型号为XHDCZ-1200／20，最大能够补偿电容电流为100A，于2016年4月投运。现有消弧线圈容量已不能满足电容电流补偿所需，处于欠补偿状态，无法有效消除单相接地短路时的间歇性电弧，给系统的安全性带来了严重的影响。

随着将来市区内用电负荷的递增以及变电站电缆化率的提高，同一区域内将逐步统一中性点接地方式，以利于负荷转供。综合考虑该地区近期、远期的用电负荷以及电容电流的增长趋势，将该站中性点接地方式改为小电阻接地方式是必要和可行的，同时应逐步将该站所有接地变消弧线圈成套装置改为接地变小电阻成套装置，以避免同一个站内出现不同的接地方式，并考虑零序电流互感器及继电保护装置功能的完善［1］。

1 改造依据及原则

对于中性点不直接接地变电站，当电容电流过大时，应采用加装消弧线圈或小电阻接地进行改造。对于中性点经消弧线圈接地的变电站，可结合实际情况将原手动调节装置更换为具有自动调节功能的装置；当现有消弧线圈容量不能满足补偿要求时，应对消弧线圈装置进行增容改造或小电阻改造。

按照省电力公司企业标准Q／GDW-10-375-2008《中压系统中性点接地方式选用技术导则》第4.3条a）款：变电站每段母线单相接地故障电容电流大于100A（20kV系统为50A）时，宜采用小电阻接地方式。

根据电网发展需求，随着当地用电负荷不断增加，市区变电站内大量出线改为全电缆或电缆+架空出线，变电站电容电流急剧增加，电容电流远远大于10A。该变电站通过更换大容量接地变小电阻成套装置，可以有效补偿系统发生单相接地短路时的电容电流，减小弧光过电压影响，使电容电流控制在10A以下，从而消除设备安全隐患，有效保证电缆线路的安全稳定运行，提高供电可靠性［2］。

若继续采用更大容量的20kV接地变消弧线圈成套装置，此类设备为不常用设备，存在设备采购周期长、配件供应不方便、规格标准不成熟等问题，已接近消弧线圈补偿电容电流的最大极限，且造价高昂，后期检修维护难度大，成本高；而采用接地变小电阻成套装置，此类设备为成熟定型设备，具有消弧线圈所不具备的优点，将使20kV母线电容电流小于10A，设备供电可靠性增加，故障停电风险降低，设备等效利用率达到95%以上，减少设备检修维护次数，降低了检修维护成本，电网运行稳定性进一步加强。

2 改造范围及规模

该220kV变电站本期拟拆除原20kV4号接地变消弧线圈成套装置，新增20kV接地变小电阻成套装置一套，接于20kVⅣ段母线。其中接地变容量为1200kVA，小电阻装置额定发热电流为600A，最大通流时间为10s，小电阻额定阻值20Ω，为户内组合柜式成套装置，安装于户内原20kV4号接地变消弧线圈成套装置位置。配套更换相应的一次、二次电缆、接地变小电阻保护控制屏1面，完善相关保护测控、防误闭锁、设备接地、电缆封堵及相应的土建工作。

3 技术方案详细内容

3.1 电气主接线

该220kV变电站主变规模2×180MVA，电压等级220／110／20kV，本期不变；220kV系统为双母线接线，出线2回，本期不变；110kV系统为双母线接线，出线11回，本期不变；20kV系统为单母线四分段环形接线，出线20回，本期不变。

3.2 主要设备参数选择

由于本期主变未作调整，根据省电力公司 《电网输变电工程主要电气设备选型导则》规定220kV（20kV）变电站20kV侧电气设备额定短路开断电流按不低于25kA选择。

3.3 2017年该220kV变电站内20kV母线电容电流实测结果为Ic＝169.3A

（1）额定发热电流

额定发热电流Ir取3倍的单相接地电容电流Ic，

即 Ir＝3×Ic＝3×169.3＝507.9A

配合标准化物资选型，故小电阻额定发热电流取600A。

（2）接地变压器容量选择

式中：S——接地变压器容量，kVA；

S1——系统电容电流对应的容量，kVA；S2——变电站站用电负荷容量，kVA。

配合标准化物资选型，故接地变压器容量取1200kVA。

根据上述计算结果，确定该220kV变电站新增20kV4号接地变小电阻成套设备1套，干式接地变容量1200kVA，附带站用变容量315kVA，接线组别为ZN，yn11；小电阻装置额定发热电流选600A，最大通流时间为10s，小电阻额定阻值20Ω。为户内组合柜式成套装置［3］。

（3）导体选择

本期220kV变电站内20kV母线与接地变小电阻成套装置间的连接电缆选用三芯交联聚乙烯绝缘铠装铜芯电力电缆YJV22-18／20-3×150mm2，在最高环境温度+40℃时，允许载流459A，大于最大工作电流41.2A。并配置相应20kV户内冷缩电力电缆终端2套。

3.4 总平面布置

本期工程该220kV变电站内新增户内20kV4号接地变小电阻成套装置一组，拆除原户内20kV4号接地变消弧线圈成套装置，在原20kV4号接地变消弧线圈成套装置场地进行安装，不改变原有总平面布置及配电装置布置形式。

3.5 电气二次部分

本期工程在二次设备室新增接地变保护控制装置1套，组屏1面，配套更换出线柜线路保护。拆除原4号消弧线圈控制柜1面，转为备用。

本期工程新增3只临时接地电磁锁；新增相应的电力电缆及控制电缆，完善接地变小电阻电气闭锁回路。

3.6 土建部分

本期新增户内接地变小电阻成套装置一套，由于前期接地变消弧线圈成套装置基础无法满足本期需求，故本期拆除原有基础钢材量200kg，新建基础一座，新增钢材量350kg，钢材采用Q235B。楼面需开孔，2个D200孔及4个D80孔。因本期改造破坏的25m2室内环氧砂浆地坪后期需恢复，所有外露铁件均需热镀锌防腐。

3.7 电缆敷设及电缆防火

本工程户内电缆采用电缆夹层及埋管敷设方式。电缆防火与阻燃的措施是在柜屏下方开孔处、电缆竖井进出口、电缆贯穿墙壁及楼板的孔洞处等处进行防火封堵，并在电缆局部采用防火涂料涂刷。封堵材料采用防火包、防火堵料、防火隔板、难燃槽盒等［4］。

3.8 防雷及接地部分

本次新增设备及基础埋件采用-80×8的热镀锌接地扁钢与现有主接地网相连。土建基础施工开挖时，不能破坏原有主接地网。

4 实施计划

由于本期工程主接线及总平面基本不变，因此本期工程需结合站用变停电大修，设备更换需分步进行，有计划停电施工安装。小电阻接地系统中各架空线路应采用绝缘导线，以减少瞬时性接地故障，并应采取相应的防雷击断线措施，如装设带外间隙的避雷器、防弧线夹或架设架空屏蔽线等措施。

5 结束语

通过新增接地变小电阻成套装置，将极大地提高设备安全运行水平，有效补偿20kV系统电容电流，消除设备安全隐患，保证电缆线路的安全稳定运行，提高供电可靠性，减少停电时间和电量损失，同时设备的检修维护成本大大减少，每年节省资金约16.5万元。