特高压变电站站用电系统设计探讨

1、第2期··特高压变电站站用电系统设计探讨李苇,卢铭(中南电力设计院,武汉市,430071摘要针对荆门1000kV 变电站一次接线特点,站用电系统采用2级降压方式,通过110/10kV 、10/0.4kV 2级变压器串联,中间经电缆引接且不设任何开断设备。对站用变回路电流互感器参数选择、站用变保护范围及其配置、备用电源投入等方面的设计进行分析,一期1号主变、0号备用变配设纵联差动保护、高压侧电流速断保护以及后备过流保护和低压侧零序电流保护、非电量保护,0号变110kV 侧还装设了零序电流保护。由于2级串联变压器之间不设开断设备,电量保护动作时不区分故障元件。关键词特高压变电站

2、;站用电系统;继电保护中图分类号:TM63文献标志码:B文章编号:1000-7229(200902-0025-03基金资助项目:国家电网公司重点工程项目(发改能源20061585号收稿日期:2008-08-14作者简介:李苇(1961,女,正高工,从事变电电气二次设计。0引言500kV 变电站初期仅建设1台主变压器时,站用电源通常只设1台工作变和1台备用变。但对于1000kV 变电站,考虑到变电站在系统中的重要性以及站用变压器轮换检修的要求,其站用电源的配置应高于常规500kV 变电站,其一次接线和二次保护配置等方面的设计与500kV 站亦有不同之处。本文针对正在建设中的荆门1000kV 变电

3、站站用电系统一次接线特点,对站用变回路电流互感器参数选择、站用变保护范围及其配置、备用电源投入等方面的设计进行分析比较,提出特高压变电站站用变压器继电保护配置方案及相关运行方式。1站用电系统接线荆门1000kV 变电站站用电系统设置3组站用变压器,其中1号工作变接至1号主变低压侧110kV 母线,0号备用变引接站外220kV 变电站110kV 配电装置,2号工作变本期引接站外35kV变电站10kV 配电装置,远期接至2号主变低压侧110kV 母线。380V 系统采用中性点直接接地方式,380V 母线按变压器分为工作I 段、工作II 段和备用段,工作段与备用段之间均设有联络断路器。系统接线特点叙

4、述如下:1.1站用电系统采用二级降压方式主变压器低压侧电压等级110kV ,因而站用工作变电源引接电压即为110kV ,若采用一级降压方式,通过110/0.4kV 变压器直接对380V 站用负荷供电,虽具有接线简单、可靠性高的优点,但有2个问题:一是目前尚无110kV 直接降压至380V 变压器的成熟产品;二是380V 系统的短路电流可能超过40kA (与站用变压器阻抗电压有关,造成380V 设备的选用困难。故本工程站用电系统采用2级降压方式,通过110/10kV 、10/0.4kV 2级变压器串联、中间经电缆引接且不设任何开断设备。站用电接线如图1所示。1号工作变和0号备用变接线方式一致,1

5、10/10kV 变压器按110kV 变压器最小制造容量选择为5000kVA ,其中工作变为有载调压变压器,以适应主变低压侧无功补偿装置投切引起的电压波动,10/0.4kV 变压器额定容量2500kVA ,2级变压器的短路阻抗电压分别为10.5%和8%,以使380V 侧短路电电流水平按31.5kA 考虑,因而380V 电气设备的选择没有任何问题。1.22号站用工作变接线方式500kV 变电站2号站用变通常与第2台主变压器同步建设,在变电站初期只有1台主变压器运行时,站用电系统仅有1个工作电源和1个备用电源。对于1000kV 变电站,为提高站用电系统的供电可靠性,在变电站建设初期即考虑按2个工作电

6、源和1个备用电源的原则配置,这样需要提前建设2号站用工作变。电力建设Electric Power Construction第30卷第2期2009年2月Vol .30No.2Feb.200925电力建设第30卷··图1荆门1000kV变电站站用电系统接线图考虑到本期变电站施工电源从临近的35kV变电站10kV配电装置引接,相对较为可靠,因此施工电源采取永临结合的方式,同时将2号站用变的10/ 0.4kV低压变压器及380V工作II段本期一次建成,待施工建设完成后施工电源即作为2号低压站用变10/0.4kV低压变压器的工作电源。远期建设2号主变时,2号低压站用变10/0.4kV

7、低压变压器10kV侧串接110/10kV高压变压器后,直接引接至2号主变低压侧110kV母线,从而形成站用电系统的最终接线。1.30号备用变低压侧接线与500kV变电站站用备用电源的配置原则基本一致,0号变为专用备用变压器,其10/0.4kV低压变380V侧配设2个备用分支,分别引接至380 V工作I段、II段。同500kV站0号备用变低压侧接线不同的是,备用分支断路器与变压器之间还装设了3DL断路器,在正常运行时为合上状态,在站用变两运一备正常运行方式下,3DL不进行任何操作。当0号站用备用变因故障检修退出运行时,通过断开3DL,将0号备用变与低压侧备用分支隔离开来,使两备用分支断路器4DL

8、、5DL等同于380V工作I 段、II段联络断路器运行,1号、2号站用变可考虑专用备用和互为备用2种运行方式,进一步提高站用电系统运行的灵活性。2站用变压器保护配置1000kV变电站站用变压器容量及引接电源电压等级均高于常规500kV站,而且现行220500 kV变电所所用电设计技术规程1和继电保护和安全自动装置技术规程2有关条文对特高压站站用变压器保护配置原则均针对性不强。在综合考虑设计规程要求、站用电系统接线以及设备参数等因素条件下,为1号、0号站用变配设纵联差动保护、高压侧电流速断保护以及后备过流保护和低压侧零序电流保护、非电量保护,0号变110kV侧还装设了零序电流保护,其中差动、过流

9、保护用电流从变压器110kV侧套管CT引接,速断保护用电流从变压器110kV侧开关CT引接。由于2级串联变压器之间不设开断设备,因此其中任一台变压器故障均动作于高、低压侧断路器跳闸,即电量保护动作时不区分故障元件。2.1差动保护配置要求由于1号、0号站用变采用110/10kV、10/0.4 kV2级变压器串联,且中间不设任何开断设备,故保护配置将2台串联变压器按1个被保护元件考虑。根据2级变压器容量及其短路阻抗电压数值进行估算,380V侧三相短路电流约为29.6kA,折算至110kV侧为103A。若变压器电源测配设限时速断作为主保护,其整定值按躲过380V母线三相短路电流计算为144A,或躲过

10、变压器励磁涌流计算为165A,按保护安装处两相短路校验灵敏度,则表明110/10kV变压器内部或出口相间故障速断保护可靠动作,10/0.4kV变压器内部故障速断保护则不能动作,因此应配置差动保护作为主保护。2.2电流互感器变比的选取2级串联变压器的差动保护需引接110kV和380V侧CT电流,由于两侧电流数值相差较大,110 kV侧电流互感器变比的选择首先应考虑保护定值的整定要求。由于设备制造原因110/10kV变压器额定容量为5000kVA,但实际负荷容量应按2500kVA考虑,最大负荷电流约为13A,同时考虑到110kV侧31.5kA的短路容量要求,该侧CT变比按1600/1A、380V侧

11、CT变比4000/1A时,两侧CT二次电流相差100倍以上,远远超过继电保护制造商的允许倍数,因此不能满足差动保护整定要求。若将110kV 侧CT变比降至400/1A,两侧CT二次电流相差约28倍,在允许倍数范围之内,但差动保护最小动作电流整定值按躲过变压器最大负载时的不平衡电流计算,后备过流保护按躲过最大负荷电流计算,均小于保护装置的整定范围下限值,不能满足保护整定要求。根据比较计算,变压器110kV侧套管CT变比需按100/1A选取,以满足站用变压器差动保护和后备过流保护的整定要求。26第2期··Discussion on UHV Substation Auxiliar

12、y Power System DesignLI Wei,LU Ming(Central Southern China Electric Power Design Institute,Wuhan 430071,ChinaAbstract Because of the characters of primary connection of Jingmen 1000kV Substation,two-stage voltage step-down approach,which connects110/10kV and 10/0.4kV transformers in series through c

13、ables without any switching devices,is used.Through analyzing current transformer parameter selection for auxiliary transformer circuit,protection range and configuration of auxiliary transformer,and backup power in,etc.,the No.1main transformer and No.0backup transformer are equipped with series co

14、nnected differential protection,high voltage side current trip protection,backup over-current protection,low voltage side zero sequence current protection,and non-electricity protection,and the 110kV side of No.0transformer is equipped with zero sequence current protection.Because there is no switch

15、ing device between 2series connected transformers,fault elements will not be identified when electricity protection acts.Keywords UHV substation;auxiliary power system;relay protection(责任编辑:刘同举特高压变电站站用电系统设计探讨2.3110kV 侧速断保护的配置1号、0号站用变110kV 侧短路电流容量均为40kA,在变压器出口短路故障时,用于差动保护的100/1A 电流互感器将严重饱和,导致差动保护不能瞬时

16、动作。为确保变压器任何一处绕组及引出线故障的快速切除,另配置1套电流速断保护,由变压器110kV 侧开关CT 引接,其变比按1600/1A 、准确等级按5P25选取,其保护范围除变压器110kV 侧引线外,还将重叠差动保护的一部分范围,大大提高保护动作可靠性。3站用备用电源投入方式备用电源自动投入装置的配置与500kV 变电站基本一致,按380V 段工作电源进线与备用电源进线成对配置,同时为每段母线装设1套限时速断保护,当母线故障时闭锁备自投。备用电源根据站用电系统的运行方式可实现自动投入或手动投入。3.1自动投入方式1号、2号工作变分别带380V I 、II 段站用负荷,0号变为专用备用电源

17、,根据运行要求采用热备用或冷备用方式,一旦380V I 段或II 段工作母线失电,则自动投入断路器4DL 或5DL ,冷备用方式下还需同时投入0号变110kV 侧断路器。3.2手动投入方式1当0号变因故退出运行,2台站用工作变可采用一运一备运行方式。以1号站用变为例说明,1号站用变同时带380V I 段、II 段母线,4DL 、5DL 均合上,2号站用变按备用电源运行。当1号站用变故障或I 段母线故障时,保护动作跳开1号站用变高低压侧断路器和联络断路器4DL 、5DL ,手动投入2号站用工作变,由2号站用变单独带II 段负荷运行。当380V II 段母线故障时,II 段限时速断保护动作跳开断路

18、器4DL 和5DL ,1号站用变继续带I 段负荷运行。3.3手动投入方式2当0号变因故退出运行,2台站用可采用互为备用运行方式。2台站用工作变同时运行,断路器4DL 、5DL 均为断开,在这种运行方式下1号、2号站用变分别带380V I 、II 段负荷。若任一台站用变故障,手动合上断路器4DL 、5DL ,由另一台站用变同时带380V I 、II 段负荷运行,保证全站站用负荷的正常供电。3.4手动投入方式3当2台站用工作变中任一变压器因故退出运行,如1号站用变检修,2号变与0号变也可采用互为备用运行方式,即0号变通过合上断路器4DL 带380V I 段负荷,2号变带380V II 段负荷。若任