变电设备动态增容方案设计研究(华东电力)

1、第 39卷 第 11期 2011年 11 月Vol39No11 Nov2011变电设备动态增容方案设计研究凌 平 , 黄 华(华东电力试验研究院有限公司 , 上海 200437摘 要 :根据国内外行业 、 电网公司相关技术标准 、 规范 , 提出了变电设备动态增容方案制订的通用要求 , 明确 了设备状态评价 、 设备增容限值确定 、 变电回路增容限额确定 、 技术保障措施与方案评价等主要内容 。 关键词 :变电设备 ; 动态增容 ; 方案设计作者简介 :凌 平 (1960- , 男 , 副总经理 , 高级工程师 , 从事电力系统自动化研究及电力试验研究管理工作 。 中图分类号 :TM41; T

2、M5641; TM561; TM452文献标志码 :A 文章编号 :1001-9529(2011 11-1799-04基金项目 :国家电网公司科技项目Study of Dynamic Capacity-Enhancement Scheme Design for Substation Equipments LING Ping , HUANG Hua(East China Electric Power Test Research Institute Co, Ltd, Shanghai 200437, China Abstract :The technical principles of dynam

3、ic capacity-enhancement for substation equipments are proposed according to domestic and international standardsThe main concepts and issues involved in capacity-enhancement schemes are clarified , which include condition assessment , capacity-enhancement limit , capacity-enhancement rating for subs

4、ta-tion circuits , technical protection measures and schemes evaluationKey words :ubstation equipments ; dynamic capacity-enhancement ; scheme design随着国民经济的发展 , 部分地区供电能力的 发展与实际需求的增长之间的矛盾日渐显现 。 为 积极应对这一局面 , 电网系统内已广泛应用了提 高运行温度 、 短时动态增容 、 新型耐热线路等多项 技术 1-3, 极大地提高了线路的输电能力 , 与之配 套的变电站内设备则普遍采取技术改造 , 即通过 整体

5、更换的方式来与线路输送能力相匹配 4, 5, 以最大限度满足供电需求 。 在取得一定效果的同 时 , 大量变电设备未达到设计寿命年限而提前退 役 , 新增了改造工程的投资 , 造成了资产的利用效 率下降 , 同时运行变电站改造不可避免地影响到 供电可靠性 。 因此 , 如何合理充分利用变电设备 的潜力 , 达到设备动态增容的效果 , 不仅能够提高 供电可靠性 、 缓解电力建设压力 , 而且对提高设备 全寿命周期管理水平具有重大意义 。1变电设备动态增容方案通用要求本文所述的 “ 动态增容 ” , 是指遵循 “ 不改变 设备本身结构 、 不突破设备安全限制 ” 的前提 , 通 过实时动态分析运行

6、条件 , 在某段时间内设备超 过额定容量运行 。 实际增容工作中应满足以下通 用要求 。(1 动态增容工作应遵循 “ 安全第一 ” 的原 则 , 方案设计与实施过程均不得影响设备与电网 的可靠运行 。(2 动态增容方案应包含设备状态评价 、 设 备增容限值确定 、 变电回路增容限额确定 、 技术保 障措施与方案评价等主要部分 。(3 设备的安全限制主要是指设备增容运行 导致的温度升高是否达到设备或材料的温升限 值 。 根据设备与材料的不同 , 一般依据 GB10947 电力变压器 第 7部分 :油浸式电力变压器负载 导则 、 GB /T11022 高压开关设备和控制设备标 准 的 共 同 技

7、术 要 求 与 ANSI /IEEEC37010 IEEE Application Guide for AC High-Voltage Cir-cuit Breakers Rated on a Symmetrical Current Ba-sis 中相关要求 。(4 动态增容工作包括方案设计 、 工程实施 、 效果评估等三个阶段 。 方案设计应重点关注增容 方案的安全性 、 可行性与经济性 ; 工程实施侧重于 增容前与增容期间设备状态与电网运行特性的变 化的动态评价 , 以及风险管理措施的落实 ; 效果评18002011, 39(11 估侧重于增容结束后对增容运行效果与风险管理措施的评估 。(

8、5 风险评估与风险管理是增容工作安全可靠的重要保障 ,应贯穿于变电设备增容方案设计 、 运行实施与效果评估的全过程 。以下分别对增容方案的主要内容进行讨论 。2设备状态评价21评价对象增容可能涉及的变电设备 , 一般包括变压器 、断路器 (HGIS 、 GIS 、 隔离开关 、 电流互感器 , 不包 括避雷器 、 电压互感器 、 无功补偿等设备 。22评价依据设备状态评价主要依据相关标准 , 如国家电 网公司 输变电设备状态评价系列导则 与国家 电网生变电 (2008 32号 输变电设备风险评估导 则 (试行 。 23评价结果分析(1 当设备状态为正常或注意时 , 排除下列情况外 , 可考虑开

9、展动态增容 。1 存在较严重的缺陷 (如冷却系统不正常 、 绝缘系统劣化或严重老化 , 严重渗漏油 、 局部过 热 、 振动异常 、 内部有异常声响 、 油中溶解气体分 析结果异常 、 局部放电检测结果异常 、 SF 6气体成 分分析结果异常等 ;2 设备存在家族性缺陷 , 尚未完成整改或同 厂 、 同期 、 同型设备故障较多 ; 3 设备状态存疑 , 可能涉及绝缘性能或导致 局部过热等 ;4 设备投运年限较长 (大于 15a ;5 设备对应的用户等级与设备地位非常重 要的 ;6 增容运行将影响到保护 、 自动化与计量等 装置的正常工作 。(2 当设备状态为异常或严重时 , 原则上不 考虑开展

10、动态增容 。3设备增容限值确定(1 影响设备动态增容的环境条件包括环境 温度 、 日照强度 、 风速 、 海拔高度等 。(2 设备增容限值的确定分为 2步 :1 利用制造厂提供的温升试验报告或温升 设计计算书 、 及相关标准规范进行校核 , 确定限值初值 。 制造厂有规定的可参照制造厂规定 ;2 利用本设备或同型 、 同厂 、 同期设备已有 的高温 、 高负荷或过负荷运行时的设备温度 、 噪 声 、压力 、 油中溶解气体分析结果等状态信息 , 对 限额初值进行确认或修改 , 形成限值终值 。 31变压器增容限值确定按制造厂提供的温升试验报告或温升设计计 算书进行校核 , 考虑动态增容过程中的温

11、升过程 。 校核依据GB10947 电力变压器 第 7部分 :油浸式电力变压器负载导则 。 运行信息 本设备或同型 、 同厂 、 同期设备已有的高温 、 高负荷或过负荷运行时的设备温度 、 噪 声 、 油位 、 油中溶解气体分析 、 糠醛分析 、 直流偏磁 电流等信息 。同时需满足 :(1 环境温度 40 条件下 , 变压器运行电流 一般不得超过 15倍额定电流 。(2 强迫油循环风冷变压器的最高上层油温 一般不得超过 85 ; 油浸风冷和自冷变压器上层 油温不宜经常超过 85 , 最高一般不得超过 95 。 (3 增容期间 , 变压器各绕组无明显直流偏 磁电流或谐波电流 。 一般 , 单相变

12、压器 、 三相变压 器 (带旁柱结构 各绕组内直流电流不大于 2A /每相 ; 三相变压器 (三柱结构 各绕组内直流电流 不大于 10A /每相 ; 谐波电流不大于 GB /T14549 电能质量 公用电网谐波 中相关规定 。 32断路器 (HGIS 、GIS 增容限值确定 按制造厂提供的温升试验报告或温升设计计 算书进行校核 , 考虑动态增容过程中的温升过程 。 HGIS 与 GIS 设备增容限值时应同时考虑其隔离 开关 、 电流互感器部分 。校核依据 :DL /T593-2006 高压开关设备和 控制 设 备 标 准 的 共 用 技 术 要 求 、 ANSI /IEEEC37010 IEE

13、E Application Guide for AC High-Voltage Circuit Breakers Rated on a Symmetrical Current Basis 。运行信息 :本设备或同型 、 同厂 、 同期设备已有的高温 、高负荷或过负荷运行时的环境温度 、 气 候条件 、 SF 6气体压力 、 运行电流 、 外露部件表面温度等信息 。同时需满足 :(1 环境温度 40 条件下 , 断路器 (HGIS 、 GIS 运行电流一般不得超过 11倍额定电流 。凌 平 , 等 变电设备动态增容方案设计研究 1801(2 断路器 (HGIS 、 GIS 的 SF6气体压力不

14、得超过设备允许的最高压力 。(3 断路器 (HGIS 、 GIS 各相导电回路外露 部分无明显的过热和不均匀热点等现象 。 (4 对短时增容运行工作的电流限值不得超 过制造厂提供的设计值 。33隔离开关增容限值确定按制造厂提供的温升试验报告或温升设计计 算书进行校核 , 不考虑动态增容过程中的温升过 程 。校核依据 GB /T11022 高压开关设备和控 制设备标准的共同技术要求 、 DL /T593-2006 高 压开关设备和控制设备标准的共用技术要求 。 运行信息 本设备或同型 、 同厂 、 同期设备已 有的高温 、 高负荷或过负荷运行时的环境温度 、 气 候条件 、 运行电流 、 外露部

15、件表面温度等信息 。 同时需满足 :(1 环境温度 40 条件下 , 运行 10a 以上进 口隔离开关或国产隔离开关一般允许 11倍额定 电流短时运行 ;(2 运行 10a 以内进口隔离开关一般允许 12倍额定电流短时运行 。(3 各相导电回路无明显的过热和不均匀热 点等现象 。(4 对短时增容运行工作的电流限值不得超 过制造厂提供的设计值 。34电流互感器增容限值确定按制造厂提供的温升试验报告或温升设计计 算书进行校核 , 不考虑动态增容过程中的温升过 程 。 同时关注互感器的比差 、 角差 、 保护特性的变 化 。校核依据 GB /T11022 高压开关设备和控 制设备标准的共同技术要求

16、与 GB1208 电流互 感器 。运行信息 本设备或同型 、 同厂 、 同期设备已 有的高温 、 高负荷或过负荷运行时的设备温度 、 噪 声 、 油位 、 压力 (SF 6设备 、 油中溶解气体分析 、 准 确度 、 保护特性等信息 。环境温度 40 条件下 , 电流互感器一般可在 12倍额定电流下连续运行 。4变电回路增容限额确定(1 设备增容限值的梳理根据变电回路组成 , 逐项列出各设备动态增 容限值 , 考虑串内电流分布 ; 根据电网实际需求 , 校核 “ N 1” 或 “ N 2” 等因素后比较取最小值 。 (2 保护 、 自动化与计量装置的校核根据保护 、 自动化与计量装置要求 ,

17、确定回路 增容限额值 , 与设备增容限值比较后取小值 。 (3 电网运行方式的校核结合系统运行方式要求 , 利用电力系统稳 、 暂 态分析手段评估增容回路各预想事故的影响后 果 , 确定回路增容限额 。5技术保障措施针对增容设备运行 , 应制订一系列有针对性 的技术保障措施 , 一般包括 :(1 设备增容运行期间应加强运行巡视 , 注 重带电检测与在线监测手段的应用 , 充分发挥状 态评价在风险评估中的作用 。(2 针对不同增容设备 , 可采取部分技术改 造的措施以降低风险 , 如增加散热能力 、 减少噪声 排放 、 降低短路电流水平等 。(3 合理安排电网方式 , 开展电网运行特性 动态分析

18、 , 尽量避免设备进行增容 , 或减少设备增 容的程度与时间 。 制定电网低频 、 低压减载方案 , 配制足够的减负荷容量 , 并定期开展实测工作 。 (4 根据增容方案 、 负荷信息 、 设备信息和电 网参数 , 复核非电量保护与继电保护的定值 。 (5 生产运行 、 调度 、 检修等单位或部门均应 制定针对性应急预案 。(6 加强 SF6泄露 、 消防及火灾报警等辅助 系统管理 , 确保可靠运行 。51变压器增容技术保障措施(1 增容运行前与增容期间 , 应确保冷却器 、 散热器 、 风扇 、 油泵 、 油流继电器 、 油温计 、 油位计 、 吸湿器 、 带电检测及在线监测装置的状态正常

19、。 必要时 , 可考虑配置一定数量的备品备件 , 开展带 电水冲洗等 。(2 当有载调压变压器增容 12倍运行时 , 禁止分接开关变化操作并闭锁 。(3 增容运行时 , 强油循环风冷变压器应投 入全部冷却器 (包括备用冷却器 。(4 增容运行时 , 应加强对变压器的温度及 接头的监视 、 检查和特巡 , 宜采用红外热像仪 。 发 现异常立即汇报调度 , 必要时采取减负荷措施 。18022011, 39(11 (5 条件许可时 , 尽可能利用有载分接开关调节电压 , 减少无功补偿设备产生的损耗 。 (6 部分可能需要的技术改造措施包括增加散热能力 、减少噪声排放 、 降低短路电流水平 、 加 装

20、在线监测装置等 。52断路器 (HGIS 、 GIS 增容技术保障措施 (1 增容运行前与增容期间 , 应确保断路器回路电阻 、 分合闸动作 、 SF 6气体压力 、 SF 6湿度与 纯度 、 外露导电回路发热等的状态正常 。(2 增容运行时 , 应加强对 SF 6密度 、 外露导 电回路温度和接头的监视 、 检查和特巡 , 宜采用红 外热像仪 。 发现异常立即汇报调度 , 必要时采取 减负荷措施 。(3 部分可能需要的技术改造措施包括增加 散热能力 (例如套管加装散热片 、降低短路电流 水平 、 加装 SF 6密度 、 红外在线监测装置等 。(4 增容结束后 , 应对开关回路电阻 、 动作特

21、 性 、 SF 6分解物和压力等进行全面检查 , 防止出现 设备内部损坏 。 53隔离开关增容技术保障措施 (1 增容运行前与增容期间 , 应确保隔离开关回路电阻 、 分合闸动作 、 外露导电回路发热等的状态正常 。(2 增容运行时 , 应加强对外露导电回路温度和接头的监视 、检查和特巡 , 宜采用红外热像 仪 。 发现异常立即汇报调度 , 必要时采取减负荷措施 。(3 部分可能需要的技术改造措施包括清洁 触头接触部位 、 测量触头接触压力 、 降低短路电流 水平 、 加装红外在线监测装置等 。(4 增容结束后 , 应对隔离开关回路电阻 、 触 头接触情况 、 动作特性等进行全面检查 , 防止

22、出现 设备内部损坏 。 54电流互感器增容技术保障措施 增容运行时 , 应加强对电流互感器的温度及接头的监视 、 检查和特巡 , 宜采用红外热像仪 。 发 现异常立即汇报调度 , 必要时采取减负荷措施 。6方案评价方案评价时综合考虑增容风险与相应收益等 因素 。风险评估应包括以下方面 :(1 根据国家电网公司 输变电设备状态评价导则 与 输变电设备风险评估导则 , 对增容 可能导致的设备状态变化与故障率差异进行分析 ;(2 在设备风险评估的基础上 , 利用电力系 统稳 、 暂态分析手段进行电网运行性能评估 ; (3 根据设备风险 、 电网风险 、 用户信息等 , 评估对环境影响的变化 。经济收益应考虑供电量增加 、 备用供电量增 加 、 部分技改费用等部分 , 增容所产生的能耗损失 一般不计入 。风险与收益综合比较 :当风险与收益之比或 (收益 风险 可接受水平 , 则认为增容的经济 性是合理的 ; 当风险与收益之比或 (收益 风险 可接受水平 , 则认为增容的经济性是不合理的 , 应采取提高收益或降低风险的措施 , 以达到可接 受水平 。7结语变电设备实施动态增容不仅有利于提高供