大容量变电站220kV配电装置电气接线的探讨
摘要：随着电网建设的发展，配置1500MVA大容量变压器的500kV变电站将会得到广泛应用，本文结合500kV水乡变电站的情况，对此类变电站中220kV配电装置的电气接线进行论述。
关键词：大容量变压器，220kV配电装置，电气接线
随着广东省国民经济的持续、高速发展，广东电网建设出现大容量、高密度供电需求的新形势，特别在“十五”期间，广东电网的发展呈现超大变电容量的趋势更加突出。根据广东电网公司的“十一五”电网发展规划，至2010年，广东电网将出现多个配置1500MVA大容量变压器的变电站。
为适应东莞西北部地区负荷增长，协调电网发展和城市建设的用地矛盾，500kV东莞水乡变电站是广东省首批安装四组1500MVA变压器的枢纽变电站，也是1500MVA变压器首次在国内500kV枢纽变电站中应用，容量最终规模按6000MVA考虑，共建设4组1500MVA变压器，这和国内现有的配置4组1000MVA变压器的枢纽变电站应用有区别，主要在于：
1）变电容量大大增加。之前，国内500kV枢纽变电站最大规模为4组1000MVA，500kV水乡变电站的容量增大150%，达到6000MVA，如果不采取相应措施，220kV侧的短路电流将随之同步增长。目前，我国500kV变压器中压侧电压一般为230kV，短路电流水平为50kA。根据短路电流计算，500kV水乡变电站在2台主变并列时220kV母线短路电流约为43kA，在3台主变并列时，短路电流将达到约62kA，额定短时耐受电流50kA的设备将不能满足短路电流的要求，因此正常运行时220kV母线需分列运行，并避免三台主变并列的情况。
2）根据系统要求，变压器要满足短时带130%的过负荷要求。1500MVA变压器的220kV侧额定电流为3870A，当变压器带130%过负荷运行时，主变220kV回路的工作电流将达到4790A。
由于上述的原因，1500MVA变压器在500kV枢纽变电站的应用，220kV配电装置在设计上需解决主变并列运行时短路电流超标以及回路大电流的问题，以下就220kV配电装置的电气接线探讨相关问题。
500kV水乡变电站最终规模为4组1500MVA变压器，220kV出线达到16回，规模大，出线元件多，要求接线可靠性高。因此，拟采用双母线双分段接线(主变单断路器进线)、双母线双分段接线(主变双断路器进线)或3/2断路器接线。
1）方案一：双母线双分段接线(主变单断路器进线)，接线见图1。
采用双母线双分段接线，主变进线采用单回路进线，带专用母联和专用分段断路器，每一元件通过一台断路器和两组隔离开关连接到两组母线上，两段母线间通过母线联络断路器连接，根据需要，每一元件可通过母线隔离开关连接到任一条母线上，双母线的两组母线同时工作，并通过母联断路器并列运行，电源与负荷平均分配在每组母线上。主变N-1时，可根据负荷情况，利用分段及母联回路的倒换操作，避免3台主变并列运行短路电流过大的情况。为满足主变过负荷运行的要求，其中主变进线、母联间隔需要采用5000A的大电流设备。220kV配电装置按最终规模需建设24组断路器（出线16组，主变进线4组，母联2组，分段2组)。
这种接线方式在广东大量采用，具有供电可靠、调度操作灵活性、扩建方便等特点，并有丰富的运行经验。
2）方案二：双母线双分段接线(主变双断路器进线)，接线见图2。
采用双母线双分段接线，主变回路经双断路器分别进双母线，兼作母联回路，出线回路仍采用单断路器接线，带专用分段断路器。其中主变进线间隔利用双回路的分流作用以满足主变过负荷运行的要求，采用4000A的设备，对比方案一，在4组主变时增加2组断路器和2组电流互感器，运行方式较多，二次接线较复杂，主变N-1时，需根据负荷情况，利用分段回路及主变回路双断路器的倒换操作，避免3台主变并列运行短路电流过大的情况。220kV配电装置按最终规模需建设26组断路器（出线16组，主变进线8组，分段2组)。
这种接线方式在广东增城、汕头等变电站有应用，具有较高的可靠性及丰富的运行经验。
3）方案三：3/2断路器，母线分段接线，如图3。
图33/2断路器母线分段接线
该接线方式具有高度的可靠性，每一回路由两台断路器供电，运行时，两组母线和全部断路器均投入工作，从而形成多环形供电，运行调度灵活。
根据华东电力试验研究院做的《500kV变电站串内电流分布特性研究》所做的试验和研究的结论：若能保证串内的2个出线的潮流相反，其串内设备的额定电流可以比串内出线的最大额定电流小一个档次。若潮流方向相同，建议串内设备选取与线路相同的额定电流。如果将主变和负荷线配在同一串内，则两出线的潮流方向相反，即使考虑主变过负荷1.3倍，串内电流仍可以控制在4000A以内，串内元件额定电流按4000A选取即可。当线路的潮流方向改变，即主变回路和电源线在同一串时，如主变过负荷1.3倍，串内电流有超过4000A的可能，串内元件电流将超过4000A，仍需满足串内电流“需考虑断路器事故或检修时，一个回路加另一回路最大负荷电流的可能”的规定，因此应避免将主变回路与电源线配在同一串。主变N-1时，利用分段回路及串中断路器的倒换操作，避免3台主变并列运行短路电流过大的情况。
这种接线方式增加了设备数量，造价较高，同时运行方式较多，二次接线较复杂，220kV配电装置按最终规模需建设32组断路器（10串30组，分段2组)。
在广东省内220kV尚未使用3/2断路器接线，但在华东地区的500kV变电站的220kV侧已有采用，并也取得了良好的运行效果。
4）220kV设备的选择
目前220kV配电装置可选择三类设备。
1、敞开式常规开关设备（AIS）：AIS设备价格便宜，但占地面积大，可靠性与封闭电器比相对较差。
2、SF6复合型开关设备(HGIS)：介于AIS和GIS之间的一种复合型气体绝缘开关设备，它结构与GIS基本相同，但不含母线，可按不同的主接线及平面布置的要求将有关元件联成一体，构成一种没有母线的组合式高压电器。它与GIS一样具有小型化，可靠性高，安装周期短，维护工作量小等优点，而且由于它母线敞开，比GIS扩建更方便，设备造价也比GIS低，但由于母线需单独设置，因此占地面积较GIS设备大。
3、SF6全封闭组合电器（GIS）：将包括母线、断路器、隔离开关、接地开关、快速接地开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、架空套管等，按电气主接线的要求依次连接，经优化设计有机地组合成一个整体，并且全部封闭于接地的金属管内，管内充SF6气体，作为绝缘和灭弧介质。它具有占地面积小，运行可靠性高，防污及抗震性能好，安装周期短，维护工作量小等优点。
500kV水乡变电站占地面积狭小，220kV配电装置无法采用AIS或HGIS设备，只能考虑采用GIS设备。根据调研收资，目前220kVGIS设备的额定电流一般为4000A，很少有超过4000A的产品。但国内外多个生产厂家在更高电压等级的设备中（如330kV、500kV）均有5000A以上的产品，部分厂家正在进行220kV大额定电流设备的研制，并有计划利用现有的更高电压等级的设备进行改造，可在短时间内完成220kV大电流产品的开发。
5）方案比较及结论
方案一采用双母线双分段接线，主变单回路进线，带专用母联和分段断路器，运行灵活，具有丰富运行经验。
方案二采用双母线双分段接线，主变回路经双断路器分别进双母线，兼作母联回路，运行方式较多，二次接线较复杂。
方案三利用3/2断路器接线的特点，当线路潮流方向固定为负荷线时，更容易解决回路大电流和母线大电流问题，但220kV出线回路数多，会造成配串较多，布置复杂，设备数量多，造价高，而且220kV的3/2断路器接线在广东缺乏运行经验。
设备方面，受场地用地限制，只能考虑采用GIS设备，虽然设备厂家尚未有5000AGIS现成产品，但国内外多个厂家均能在较短时间内开发出该产品。
因此，综合设备的研发水平和运行经验，500kV水乡变电站采用1500MVA变压器，220kV配电装置的电气接线推荐采用方案一，即采用双母线双分段接线，主变单回路进线，带专用母联和分段断路器，采用GIS设备，主变进线、母联回路选用额定电流5000A的设备。
参考文献：
[1]祝瑞金，蒋跃强，李建平.500kV变电站串内电流分布特性研究.华东电力.2006.9