220kV变电所的设计特点及新技术应用
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[摘 要]主要介绍近几年新疆电网220kV变电所的设计特点及新技术的应用。
[关键词]设计特点 新技术应用
近年来随着全疆电网联网工程的建设，在新疆电网陆续投运了多个220kV变电所，这些新变电所代表了新疆电网的最新发展水平，其中较为典型且投运3年以上的是库尔勒220kV变电所。
库尔勒220kV变电所是新疆南北疆电网联网的重要枢纽变电所，该变电所的建设是新疆主电网扩大电力市场,发展大电网的需要。该变电所将巴州电网联入了新疆主电网，满足了巴州电力市场发展的需要，促进新疆能源资源优化配置，有利于增供扩销，遏制地方小电源的重复建设,改善巴州电网的结构，进一步促进形成全疆统一电网,提高巴州电网及新疆主电网的整体利益, 还可兼顾今后巴州大电站的电力输出，为220kV电网向南延伸奠定了可靠的基础，在系统中具有很重要的作用。从2002年正式投运到现在始终在新疆电网中发挥着重要的作用。
该变电所建设规模为: 规划容量为2×120MVA,一期上一台120MVA主变压器,采用三相三卷有载调压降压型变压器,电压比为230±8×1.25%/121±2×2.5%/38.5kV，容量比为100%/100%/50%，接线组别为: YN，Yn0，d11。220kV出线规划6回,220kV母线最终采用双母线带旁路母线接线方式，设专用母联断路器间隔和专用旁路断路器间隔，一期220kV进线上1回，至托克逊220kV 变电所，预留5回进出线。二期上1回220kV线路至库车220kV变电所。110kV出线规划12回,110kV母线最终采用双母线带旁路母线接线方式，设专用母联断路器间隔和专用旁路断路器间隔，一期110kV出线上7回， 35kV母线最终采用单母线分段接线方式，一期上I段单母线，35kV不出线，仅接并联无功补偿装置及所用电电源。35kV侧装设并联电容器和并联电抗器成套装置，最终装设并联电容器总容量为60Mvar，分6组为6×10Mvar，一期上1X10Mvar, 为单星形接线; 二期上1×10Mvar。最终装设并联电抗器总容量2×15Mvar，一期不上，二期上1×15Mvar。
220kV配电装置采用户外分相中型单列布置。220kV I母Ⅱ母及旁母线采用LGJ-400/35钢芯铝绞线; 选用LW10B-252(W) 型单断口瓷柱式液压操作机构的六氟化硫断路器， GW16-220型垂直折臂式隔离开关（Ⅱ母部分）, 选用LB-220(W)型油浸式电流互感器; 220kV电压互感器选用TYD型电容式电压互感器，220kV配电装置间隔跨度为 15 m。110kV配电装置采用户外中型单列布置。110kV I母Ⅱ母及旁母线采用2×(LGJ-300/25)双分列钢芯铝绞线; 选用LW25-126(W) 型单断口瓷柱式弹簧操作机构的六氟化硫断路器，GW4-110型隔离开关（I母部分）; GW16-110型垂直折臂式隔离开关（Ⅱ母部分）, 选用LB-110(W)型油浸式电流互感器;110kV电压互感器选用TYD型电容式电压互感器，110kV配电装置间隔跨度为8m 。220kV 、110kV户外采用合成绝缘子，配电装置具有布置清晰，占地相对较少，结构简单，施工安装方便等特点。35kV配电装置采用户内单列布置形式，以减少占地面积，并方便运行、维护和检修。选用XGN-40.5(L)型六氟化硫断路器固定式高压开关柜，35kV电压互感器选用JSXNF抗铁磁谐振型电压互感器。35kV并联无功补偿采用集合式电容器成套装置采用屋外敞开式布置，35kV并联电抗器组采用屋外一字型敞开式布置,每组选用三台干式空芯并联电抗器。35kV并联无功补偿成套装置及35kV并联电抗器组屋外敞开式布置其特点是: 可藉天然雨水冲洗设备瓷绝缘上的积灰，施工、运行、维护及检修均较方便。
220kV高压并联电抗器是为限制超高压长线路的工频过电压和潜供电流、平衡充电功率常用的有效方法之一，对于220kV及以下的电网一般不需要装设，国内在本变电所建设之前还没有在220kV线路侧装设高压并联电抗器的先例，但由于新疆的绿洲经济影响，随着全疆电网联网工程的启动，一段时期内新疆电网220kV超长、轻载线路运行十分困难，为解决以上新疆电网的特殊问题，我们提出了在联网超长220kV线路上装设高压并联电抗器的方案。库尔勒220kV变电所220kV进线侧一期装设30Mvar高压并联电抗器装置一组，这是在全国首次采用220kV线路上装设高压并联电抗器的方案，装设高压并联电抗器保障了电网的安全稳定和合理运行。220kV长线路上装设高压并联电抗器的关键技术在于高抗容量的选择、绝缘等级的确定、中性点接地小电抗的选择以及高抗的装设地点、连接方式、具体参数确定等方面，由于以上技术在国内没有成熟的经验可以借鉴，设计建立在理论与实际相结合的基础上，根据我区电网的特殊情况，通过大量的计算比较分析，顺利地解决了以上技术难点。托—库220kV线路高压并联电抗器经隔离开关装在库尔勒220kV变电所线路侧，采用户外一字型布置，电抗器间加设防火墙以满足防火要求，高压并联电抗器一次设备技术参数及性能如下: 高压并联电抗器型号为BKD-10000/220单相油浸式，采用油浸自冷冷却方式，额定电压: 242/ kV，最高工作电压: 252/ kV，连接方式三相Y连接，中性点经小电抗器接地，额定阻抗: 1952欧姆，励磁特性为在1.4倍的额定电压下应基本上为线性，1.4倍额定电压下的电流不应大于1.4倍额定电流的3%; 在伏安特性曲线上，对应於1.4倍和1.7倍电压连线的平均斜率不得小于线性部分斜率的50%。绕组绝缘水平的短时工频耐受电压及雷电冲击耐受电压满足国标。为满足保护及测量的要求，在电抗器首末端装设套管式电流互感器。中性点小电抗一次设备技术参数及性能如下: 油浸自冷冷却方式，单相绕组，长期额定电流30A，10S最大电流300A，额定电抗: 630欧姆，增加10%两组抽头，为满足保护及测量的要求，在小电抗器首端装设套管式电流互感器。电抗器应无局部过热，针对运行地的日温特点，设备需具有强的散热能力，温升低。通过运行部门反映，在采用了高压并联电抗器后，系统无功平衡得到了很大地改善，有效地抑制了工频过电压、潜供电流以及长线路末端电压升高的现象，电网运行状况良好。近三年来220kV高压并联电抗器已在新疆联网工程的220kV超长线路上广泛应用，目前装设在龟兹220kV变电所﹑阿克苏220kV变电所﹑皇宫220kV变电所等。
本变电所二次控制保护采用微机综合自动化，该工程第一个在全疆220kV变电所中采用了微机综合自动化系统，采用分层分布式系统，双机热备用系统双网络模式方案。
微机综合自动化系统包括变电所的数据采集与监视，微机保护信息采集与监视和变电所开关的就地与远方操作、主变有载调压开关的就地与远方调节、直流电源系统的监测, 控制操作采用微机五防闭锁，完成对变电所就地和远方的监视和控制。变电所微机综合自动化按四遥考虑,先实现遥测、遥信功能。变电所微机综合自动化系统纵向分层可分为三层; 站级层，网络层，就地层。
站级层横向按功能分布为当地监控继保功能及远方监测功能，站级层要求为①可靠牲: 使用开放式的以太网络TCP/IP协议，以方便于与广域网相联，和综合自动化国际标准IEC61850一致，彻底解决因数据转发造成的时延，保证EMS实时数据库数据的同时性和一致性。网络不能因数据转发造成死机，能够自动恢复等。②开放牲：模块化设计，便于剪裁,网络层完成信息传递和对时功能,通过信息交换,实现信息共享,减少设备的重复配置,自动化设备之间的互连,从整体上提高变电站自动化系统的安全性和经济性。站级控制层包括2台主机兼人机工作站、1台工程师工作站、1套以远动通道与各调度中心通信的远动数据处理及通信装置、1套电力数据网络通信服务装置、1台可读写光盘驱动器以及1套卫星时钟接收和时钟同步系统。站级监控层布置在监控室。两台主机兼人机工作站同时并行运行，互为热备用。站级计算机监控系统按满足远景规模配置。
网络层基本要求是①可靠性:支持故障自动切换，抗干扰能力强,抗病毒性强，任意一点损坏不能影响整个网络等.②开放性: 实现开放式的网络通信方案，通信接口多重支持能力，已通过广域网和国调中心联网，同时兼容其它外部设备,适合不同通信介质及规约要求适合不同多规约多通信口同时支持多个控制系统，采用多种数据通信方式远方规约要求.③实时性:实时传送信息。
就地层主要是继保,监控设备层要求①具有灵活的配置就地监视和手动控制方案.②就地操作闭锁及间隔层之间的操作联锁。③实现可编程序控制器、变电站局域网络接点、LED信关、间隔层控制器、测量表计、电能质量监视、故障/事故纪录等。④能够直接支持GPS对时，确保各间隔单元的时钟统一。由于装置就地放置易受风沙侵害,本工程采用主控室集中组屏方式,对相关一次设备进行保护,测量和控制,协调就地层,站级层。
本变电所微机综合自动化监控系统总体功能具有: ①完全按照电气间隔单元配置,提高可靠性。②实现后台控制、保护屏上控制、开关场就地三种控制方式，可对220kV断路器，220kV主隔离开关，110kV断路器，110kV主隔离开关，35kV断路器及主变中性点接地开关进行遥控。③完全按照电气单元同期检定，同期检定功能可在每个间隔测控单元中实现。④一次设备的运行监视统计。⑤无需依赖后台机，各监控单元相互之间可以通信，实现按照电气单元的操作闭锁及不同电气单元之间的操作联锁方案。⑥支持Peer- Peer平衡通信模式，各间隔层控制单元直接同后台机及调度主站通信管理机网络方式交换数据，直采直送，保证主站通信实时性。⑦局域网具有对保护及其它LED的虚拟连接、批量文件的传输等功能。⑧就地LCD间隔单元能够图形显示，一对一操作按钮及转换开关。
220kV库尔勒变-托克逊变线,线路设计全长309公里，该线路在新疆乃至全国为220kV少见的长距离线路，经过对国内500kV、220kV电网保护运行情况的调研，对国内外电网保护设备情况的资料收集，确定220kV托-库线保护配置方案: 220kV线路配置三套主保护，两套主保护与大功率专用收发信机构成两套高频保护作主保护。第三套主保护采用复接PCM光纤方式。
在220kV线路上全疆首次应用光纤电流纵差保护，光纤电流纵差保护作为220kV线路主保护，后备保护采用多段式相间距离、接地距离和零序方向电流保护，并具有自动重合闸。其信号交换采用复接PCM终端设备(PCM 光纤)方式。在220kV线路上全疆首次应用光纤远方跳闸保护，远方跳闸保护装设微机型远方跳闸就地判别装置，远方跳闸保护必须接到来自光纤通道的允许式命令而且就地判别装置已经出口，才能跳闸。微机型远方跳闸就地判别装置接收来自光纤通道的允许式命令时，可以采用“二取二”或者“二取一”的通道方式。 微机型远方跳闸就地判别装置应能反映系统故障要求保护动作跳开本侧断路器，同时发出远方跳闸命令跳开对侧断路器。同理接收对侧送来的跳闸命令。220kV线路设计沿路经过戈壁、山区、沼泽，自然条件复杂，在通常条件下，电力线载波信号传输衰耗较大，影响基于电力线载波信号传输的高频保护的应用。在本工程中，高频保护采用大功率收发信机(80W), 耦合方式采用相---相耦合方式，保证了高频保护的安全可靠的应用。
220kV线路、110kV线路电流互感器选用0.2S级,电度表选用智能型多功能智能电能表,以提高计量精度。远动信息的采集方式，取消了常规变送器屏，从智能电度表的485口采集遥测量，遥信信号的采集从当地监控系统串口中读取，省去了大量电缆，电度表采用智能型，具备分时区、时段、不同费率为基准的峰、谷、平、尖电能量累计和存储，并具备上传带实时时标的电度量等；为将来商业化运营打好基础。
该变电所的微机防误闭锁综合系统为一独立的分支系统,微机防误闭锁综合操作系统达到具有两票三制管理制度的特点；工控主机、汉字显示器、开关闭锁控制器和电脑钥匙等均装设在综合操作屏上。能够实现强制性五防闭锁、在线自动对位、仿真模拟预演、多任务并行操作、通过与综合自动化系统的通讯管理单元通讯的方式。防误闭锁系统通过综合自动化系统后台计算机监控系统相连，并接收各类操作的操作顺序，并与装在一次设备上的编码锁配合，一起完成防误闭锁各项功能。
库尔勒2 2 0kV变电所的工程设计正确贯彻执行了国家有关技术方针、政策和安全可靠、经济实用、符合国情的原则，以及国家和行业现行的有关标准、规范、规程、规定的要求，体现了2002年示范电力工程的思路，树立既为国家把好关，又为业主设计安全可靠、经济实用、效益好的精品工程和优质服务的思想。该工程勘测设计和总体规划布置，工艺系统、设备布置、设计方案优化，技术经济指标都达到新疆地区先进水平。库尔勒220kV变电所在设计接线与布置及设备选型上多处采用了新工艺与新技术，并在以后的变电所建设中得到了广泛的运用。
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