辽宁省公司工程实例应用对220kV接线型式选择的探讨

辽宁省公司工程实例应用对220kV接线型式选择的探讨

宋晔怿

中国能源建设集团辽宁电力勘测设计院有限公司辽宁省沈阳市 110003

摘要：变电站主接线方式要与变电站在系统中的地位、作用相适应，根据变电站在系统中的地位、作用确定对主接线的可靠性、灵活性和经济性的要求。本文讨论辽宁地区工程实例应用对220kV主接线型式的选择。

关键词：辽宁地区1；220kV主接线选择2；变电站3

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专业方向：变电

0 引言[ ]

变电站主接线方式在满足工程要求的前提下，应首先选用简单的接线方式。主接线选择不仅需考虑电网安全稳定的运行要求，还应考虑电网出现故障时应急处理的要求；主接线选择还需考虑变电站的性质、电压等级、进出线回路数、采用的设备情况、供电负荷的重要性和本地区的运行习惯等因素。这里讨论针对辽宁地区建设的220kV变电站主接线型式选择。

1 常用的接线型式

近阶段辽宁省公司建设的220kV变电站及500kV变电站中220kV配电装置常用的220kV主接线型式分为三种：双母线接线型式、双母线单分段接线型式及双母线双分段接线形式。目前辽宁省公司220kV变电站的建设规模，近5年以来实施工程及10年远景规划，220kV配电装置最终规模已没有采用为单母线接线型式的变电站，对该类接线形式在此不做讨论。

1.1 双母线接线

DL/T5218-2012《220kV～750kV变电站设计技术规程》：“220kV变电站中的220kV配电装置，出线回路数位4回及以上时，宜采用双母线接线。”[1]

双母线接线的优点：1）供电可靠。通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线，不致供电中断；2）调度灵活。各个电源和各个回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。3）扩建方便。向双母线左右任何方向扩建，均不会影响两组母线的电源和负荷自由组合分配，在施工中也不会造成原有回路停电。4）便于实验。当个别回路需要单独进行实验时，可将该回路分开，单独接至一组母线上。

双母线接线缺点：1）当母线故障或检修时，隔离开关作为倒闸操作电气设备，容易误操作。2）当馈出线断路器或线路隔离开关故障时停止对用户供电。

1.2双母线分段接线

DL/T5218-2012《220kV～750kV变电站设计技术规程》：“220kV变电站中的220kV配电装置，当出线和变压器等连接元件总数为10～14回时，可在一条母线上装设分段断路器，15回及以上时，在两条母线上装设分段断路器，也可根据系统需要将母线分段。”双母线双分段接线具有很高的可靠性，可以做到在任何双重故障情况下不致造成配电装置全停。这种接线对系统运行也非常灵活，可通过分段断路器或母联断路器将系统分割成互不连接部分，达到限制短路电流、控制潮流、缩小故障停电范围的目的。[2]

2 通用设计方案

2.1 220kV变电站

辽宁公司220kV常用的通用设计方案为《国家电网公司输变电工程通用设计220kV变电站模块化建设》（2020版）中方案LN-220-A2-5、LN-220-A3-3、LN-220-B-3三个方案.

2.1 500kV变电站

根据500kV变电站220kV侧的出线规模，多数为超过15个连接元件方案。应用的通用设计方案为《国家电网公司输变电工程通用设计330～750kV变电站分册》500-B-4方案，

辽宁省公司常用设计方案的通用设计采用GIS设备及HGIS设备，220kV侧接线方式按出线规模确定，远期采用双母线单分段接线或双母线双分段接线型式。

3 辽宁省公司对接线方式的需求

3.1 新建变电站对接线型式的选择

近年来省公司参照通用设计方案建设的变电站，多采用HGIS设备或GIS设备方案。根据建设规模，实施方案中220kV侧接线方式为双母线接线或双母线双分段接线型式。

3.2 变电站改造、扩建对接线型式的需求

按建设规模确定接线形式。对连接元件数大于10个的220kV配电装置，采用双母线单分段或双母线双分段接线型式，按不同电气设备讨论如下：

（1）采用组合电气GIS设备的户内布置变电站。GIS设备是集合断路器、隔离开关、互感器、避雷器（或有）、母线为一体的组合式设备。设备的生产厂家不同，双母线的GIS设备有所不同，有双母线左右布置的设备和双母线上下布置的设备。两种布置型式在GIS改、扩建施工中均需要停双母线完成设备对接。通用设计布置方案是预留了远期扩建间隔母线隔离开关，解决扩建中发生全停的问题。

（2）采用组合电气HGIS设备的户外布置变电站。组合电气HGIS设备是集合断路器、隔离开关、互感器为一体的组合式设备，HGIS组合设备不包含母线，母线设置在组合电气外部。常用的布置方式分为支持管母线单列布置型式及悬吊管母线双列布置型式。

支持管母线单列布置方案即220-B-3方案，两条母线之间设置一条检修道路，HGIS设备改、扩建期间的设备安装、检修在母线下方进行，不需停电母线。平面布置图如下图2：220-B-3方案220kV配电装置平面图。

悬吊管母线双列布置方案即500-B-4方案，在相邻两间隔之间设置一条检修道路，HGIS设备改、扩建期间的设备安装、检修在母线下方进行，不需停电母线。。

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3.3 耐压实验对接线型式的需求

采用双母线分段接线的220kV配电装置，通常进出线回路较多、为限制220kV母线短路电流或系统解列运行的要求或重要用户线路需分接于不同母线段（如电铁线路）。根据需求，采用双母线分段的变电站需要故障率低且不宜全站停电的接线型式。对比组合电气设备在不同接线型式下的耐压实验：

（1）GIS设备耐压实验

按照辽宁公司GIS设备投运前实验要求，在安装间隔设备后，新安装的整套设备做100%耐压实验（实验电压有效值460kV），实验的母线隔离开关需要合闸连同其连接段母线同时耐压实验。

双母线接线型式的GIS设备耐压实验中，不耐压实验的一组母线可正常运行，如图4所示。但此时正常运行的间隔打开的母线隔离开关两侧同时承受运行母线的运行电压（有效值127kV）及耐压母线的实验电压（有效值460kV）的高压考验，可能会击穿隔离开关间隙，造成带电设备跳闸、非计划性停电事故。耐压实验过程中需停运与耐压实验母线有电气连络间隔的另一条母线。

由此可见双母线接线方式的GIS设备检修、改造后需全站停电进行耐压实验。

双母线单分段接线型式的GIS设备耐压实验时若实验母线为有分段开关的母线（II母或III母），可将分段开关断开进行实验，单母线正常运行；若实验母线为无分段母线（I母），与双母线接线型式的配电装置实验过程相同，需全站停电进行实验。

因此无论是双母线接线形式还是双母线单分段接线型式在扩建或检修单间隔设备重新投运前都可能需全站停电实验,由辽宁电科院提供资料，近年来对间隔检修或故障处理引起的GIS母线全停事故如下：

1）2016年，阜新松涛220kV变电站GIS母线设备故障处理，220kV母线全停；

2） 2017年，蒲河500kV变电站220kV母线设备故障处理2次，对蒲河500kV变电站220kV母线进行全停处理；

3）2019年，朝阳柏山220kV变电站220kV母线对接加长，并扩建220kV出线间隔，220kV母线全停；

4）2019年，丹东孔家沟220kV变电站220kV母联间隔接地开关拒分故障，故障处理后送电，期间220kV双母线全停。

考虑变电站系统及负荷的重要性，为避免全站停电，GIS设备采用双母线双分段接线形式，安装或检修间隔设备可采取分区停电的方式进行，不会导致全站停电。

综上，对于对可靠性要求高、连接元件多、处于系统重要位置的变电站，采用双母线双分段接线型式可避免全站停电的影响。

（2）HGIS设备耐压实验

HGIS设备耐压实验仅需对HGIS设备本体实验即可，可能对耐压实验有影响、距离站内带电体最近的带电装置为配电装置母线。按辽宁电科院要求，HGIS设备套管的耐压实验需距离母线5m以上。按通用设计方案220-B-3及500-B-4方案，分别为支持管母线单列布置和悬吊管母线双列布置方案，断面图校验实验时带电距离，得出以下结论：两通用设计方案对HGIS设备套管实验时，均需停运套管上方母线，对远端母线带电运行无影响。详见图5：220kV屋外配电装置间隔断面图。

综上，HGIS设备采用的接线形式无论是双母线接线型式还是双母线分段接线型式都可满足设备耐压实验的需求。

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3.4 最终建设规模对接线型式的需求

根据规程要求：“220kV配电装置，当出线和变压器等连接元件总数为10～14回时，可在一条母线上装设分段断路器，15回及以上时，在两条母线上装设分段断路器，也可根据系统需要将母线分段。”当220kV最终规模为连接元件15回以上，而本期工程仅满足在一条母线上设置分段的工况，建议按最终规模一次性建设。原因如下：

（1）按规程规定新建工程采用双母线单分段接线型式，扩建分段间隔时需对新设备进行交流耐压实验，分段间隔设备连接段母线耐压实验时，需对四条母线全停进行耐压实验。

（2）《国家电网公司220kV 智能变电站模块化建设通用设计技术导则》7.2.1 ：“若采用GIS设备，远期接线为双母线分段接线时，当本期元件总数为 6～9 回时，可提前装设分段断路器；当远期接线为双母线双分段时，建设过程中尽量避免采用双母线单分段接线。”[4]

220kV接线型式采用双母线单分段接线时，应按双重化配置2套母线保护、2套母线合并单元；220kV双母线双分段接线时，每组双母线应按双重化配置2套母线保护、2套母线合并单元，共计配置4套母线保护、4套母线合并单元。由于双母线单分段接线与双母线双分段接线所采用的母线保护、母线合并单元属于不同型号设备。因此，如本期采用双母线单分段接线，远期采用双母线双分段接线，则扩建时需要对原有母线保护进行更换，并对母线合并单元的相关回路进行改接，造成扩大停电范围和设备浪费。

综上，如变电站220kV最终规模为双母线双分段接线型式，应在建设初期一次性建设完成。

4 经济技术比较

对220kV配电装置建设规模满足双母线分段条件的变电站两种接线型式，即双母线单分段接线型式和双母线双分段接线型式进行经济技术比较。

4.1 用地指标方面

变电站220kV侧采用双母线单分段接线及双母线双分段接线型式，无论是户外布置变电站还是户内布置变电站用地指标都是相等的。不涉及用地面积增大投资。

4.2 设备方面

变电站220kV侧采用双母线双分段接线型式较双母线单分段接线型式，一次设备增加分段间隔组合电气1组，母线设备1套。增设二次保护设备2套。

4.3 停电过渡方案方面

由前面章节讨论结论，变电站220kV侧采用双母线单分段接线型式在变电站设备投运前将采取全站停电做耐压实验的方案。考虑迎峰度夏等因素、负荷停电无法实施。停电过渡方案多考虑采用线路转接，利用电缆接线转带负荷。造成电缆严重浪费、过渡方案投资偏大的现象。

综上经济分析，双母线双分段接线型式提高了供电可靠性、避免变电站全停，运行方式灵活、检修方便。虽然一次性投资略大，但过渡方案简单，避免了不必要的过渡措施投资浪费。

5 结论

（1）220kV选用双母线双分段接线形式运行可靠性最高，调度、检修方式灵活，且对系统系统分割、限制短路电流、控制潮流、缩小故障停电范围有一定优势；

（2）220kV配电装置采用GIS设备的变电站，在扩建、检修的设备投运前，仅双母线双分段接线形式不能导致全站停电；

（3）对于220kV最终规模采用双母线双分段接线型式的变电站，建议在建设初期一次性形成，避免扩建工程带来的停电影响；

（4）对于220kV或500kV变电站来说，增设220kV一组分段设备，投资影响不大，但可提高变电站运行可靠性，降低不必要的停电过渡措施费。

参考文献:

[1] DL/T 5218-2012《220kV～750kV变电站设计技术规程》.2012.

[2] 中国电力工程顾问集团有限公司，中国能源建设集团规划设计有限公司.《电力工程设计手册 变电站设计》.中国电力出版社，2019,2：24-25.

[3] 基建技术[2020]6号《国网基建部关于发布变电站通用设计通用设备应用目录（2020年版）的通知》.

[4] 《国家电网公司220kV 智能变电站模块化建设通用设计技术导则》,中国电力出版社，2017.

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