220 kV变电站工程设计中几个问题的探讨

李逢良

(湖南电力建设监理咨询有限责任公司，湖南长沙 410007)

我国在基本建设中，坚持要求“精心设计、精心施工”，对每项具体工程，都要求通过详细的技术经济分析比较后，在保证工程安全建设和安全经济运行的条件下，节约资源和投资。近年来，国家又提出了建设资源节约型和环境友好型——两型社会等一系列重大方针政策和措施，国家电网公司也要求全面推广实施“两型一化”变电站建设。但从近几年的变电站工程设计来看，由于受某些外界因素的影响，仍然存在一些与上述精神不符的地方，给工程造成了大量资源和资金的浪费。文中根据工作中遇到的几个问题进行探讨，并提出个人见解。

1 关于主变压器型式的选择

在220 kV变电站工程设计中，为了限制10 kV馈线回路的短路电流值，满足10 kV出线及用户选用开断电流不大于25 kVA的设备达到安全运行、节约投资的目的，当前对于单台主变容量为180 000 kVA的三相三绕组工程，一般选用国标常规阻抗电压百分值 Ud1－2=14% ，Ud1－3=23% ，Ud2－3=8%的变压器，同时在主变10 kV回路串联1组额定电流为3 000 A，电抗率为8%左右的限流电抗器接入10 kV母线或直接按国网公司标准物料参数选用变压器阻抗电压百分值分别为Ud1－2=14%，Ud1－3=54%，Ud2－3=38% 的高阻抗变压器接入 10 kV母线2种主要方式。

对于选用标准常规阻抗变压器的方式，虽然主变10 kV回路增加了1组限流电抗器，增加了一定的施工、运行维护工作和该回路有可能发生故障的故障点，但因该设备是1组结构相对简单的、粗笨的、固定安装的空芯电抗器，长期运行实践证明，安装在相对封闭的室内，其故障几率很小，运行维护工作也很简单。因此可以认为，上述2种方式在技术上均可满足电气设备的选择和保证安全运行的需要。但是由于变压器的无功功率损耗

式中 IK为变压器空载电流百分值;Ud为变压器阻抗电压百分值;Se为变压器额定容量;S为变压器实际负荷。

由上式可知，变压器的负载无功损耗主要决定于变压器的阻抗电压百分值，而且成正比关系。采用国家电网公司标准物料参数的高阻抗变压器比采用常规阻抗变压器另加限流电抗器的方式在变压器满载时要增加无功损耗约5 000 kVar，为了满足系统安全经济运行和变电站无功宜就地补偿平衡的原则，必须增加相应容量的电容无功补偿装置来补偿变压器的感性无功损耗，相应增加了变电站设备的施工运行维护工作。

从经济分析来看，由于高阻抗变压器的单价是同容量常规变压器的1.15倍左右，按近期180 000 kVA变压器单价估计相差100万元左右，1组户内安装的3 000 A干式空芯限流电抗器的全部费用约22万元 (尚不包括可能增加的约700 m2的征地费)，而1组户外安装的8 000 kVar成套组装电容器组装的全部费用约30万元。显然高阻抗变压器方式的基建投资要比常规阻抗变压器方式多。

2 主变压器低压绕组容量的选择

根据变压器产品标准，三绕组变压器第3绕组的容量可以是变压器额定容量的100%，50%，33.3%，另外目前一般220 kV主变10 kV回路额定电流的选择主要考虑到目前国产10 kV断路器等设备的额定参数和一般220 kV变电站10 kV合理供电范围内的负荷大小确定为3 000 A，因此建议220 kV变电站除10 kV负荷特别集中且较大的情况以外，一般主变低压侧容量选用60 000 kVA，这样对于180 000 kVA主变按国网公司标准物料统一选用90 000 kVA，可以节约主变10 kV绕组的铜导体材料1/3，从而节约了资源节省了投资。

3 220 kV和110 kV主母线的选择

由于主母线是全站电源、变电站内110 kV和10 kV负荷及220 kV回路穿越功率的集散点，母线上传输的电流在各个不同的间隔一般是不相同的，因此对于具体工程应根据变电站所在系统的地理位置、变电站建设规模 (包括主变容量、出线回路数)、母线接线方式和主要电源回路线路的规格、母线各点的穿越功率及各回路布置相关位置等情况进行分析后，确定母线传输电流的最大位置和可能最大数值来选择主母线，当然还要满足规程规范的其他要求如管母线的挠度、软导线的电晕最小截面等。

按照目前湖南省绝大多数220 kV变电站建设规模 (主变3×180 MVA，220 kV出线6回、110 kV出线12回)，并随着电网的不断完善和加强，220 kV变电站内220 kV母线虽然采用双母线接线，而且采用管型母线和选用单柱垂直伸缩式母线隔离开关分相中型布置形式，母线停电检修的机会很少，但在分析母线传输电流 (功率)时，宜按1条母线运行，1条母线停电，每条电源线按经济输送电流 (功率)，而不宜按每条线路传输极限输送电流 (功率)的极端情况来选择。导体载流量应按环境最热月份的日平均最高温度35℃ (典设确定值)、导体表面温度+80℃的条件下进行修正后的长期允许载流量来校验。在当前湖南省大部分220 kV线路选用2×LGJ－300(经济输送电流为690 A)或2×LGJ－400(经济输送电流为920 A)导电体的条件下，变电站220 kV主母线可选用Φ100/90铝镁合金 (LDRE)管 (修正后的长期允许载流量为1 944 A)或Φ100/90铝镁硅合金 (6063)管(修正后的长期允许载流量为2 162 A)。充其量选用Φ110/100铝镁硅合金 (6063)管 (修正后的长期允许载流量为2 343 A)即可满足2回LGJ－2×500线路的经济传输电流2 300 A的要求。相对于湖南省目前一些类似工程，选用LDRE—Φ130/116可节约材料3.3 kg/m。

110 kV主母线的选择基本原则与220 kV主母线选择相同，但一般情况下220 kV变电站内110 kV母线上除了连接本站主变压器提供电源以外，不宜再考虑连接有较大的其他电源，即使另有较小的其他电源也应与相邻用电回路平衡，不应对母线传输电流的分析产生较大影响。另外在具体工程中一般110 kV主变进线回路布置在母线中段 (220 kV与110 kV平行布置)或两端 (220 kV与110 kV呈∏型布置)，因此母线最大传输电流宜按2台主变在额定电压的额定容量来考虑，而不宜按在最低电压下额定容量的极端情况来计算，毕竟主变压器还有1个第3绕组来分担容量。因此，1台180 000 kVA主变110 kV回路 (额定电压下的额定电流为945 A)可以选用1根LGJ－630导线 (修正后的长期允许载流量为1 014 A)。110 kV主母线可选用Φ110/100LDRE管 (修正后的长期允许载流量为2 143 A)或选用Φ100/90铝镁硅合金 (6063)管(修正后的长期允许载流量为2 162 A)。

4 主变10 kV母线桥材质的选择

在上世纪80年代以前绝大部分工程主变10 kV回路导电体选用铝排，随后也有选用铝合金管的，但是在国家电网公司进行典设后，基本上都选用铜排。对于额定电流为3 000 A的回路可以选用3片LMY—125×10铝排 (修正后的长期允许载流量为3 241 A)或2片TMY—125×10的铜排 (修正后的长期允许载流量为3 320 A)，也可以选用1根Φ130/116的铝镁硅合金 (6063)管 (修正后的长期允许载流量为3 185 A)。由于铜导电体的密度(重量)是铝导电体的3.28倍，而长期允许载流量铜导电体仅为铝导电体的1.27倍。另外根据2009年概算价格，铜排是铝排的2.73倍，是铝合金管的2.17倍，而且10 kV支持式管母的动稳定允许支撑点之间的距离较多片铜 (或铝)排大很多，在设计中可以大量减少10 kV母线桥的支点，简化设计、施工。在限流电抗器室内采用铝排比铜排施工方便。因此建议在工程设计中主变10 kV回路选用铝镁硅合金管支撑或作为悬挂，而在限流电抗器室内选用铝排，这样既可以节约大量的铜材和投资，又便于施工、运行维护。