站用电系统设计中争议问题的探讨

刘 然, 张 涛, 颜士海

(电力规划设计总院，北京 100120)

变电站站用电系统是保障变电站安全可靠运行的重要系统，一旦发生故障，将严重影响变电站的正常运行。随着社会经济发展，交、直流合建换流站越来越多，换流站和变电站消防设施的重要性逐渐提升，新版消防相关规程规范等都对站用电系统各方面的可靠性提出了更高的要求，而方案的可行性、合理性和经济性也是工程设计中所必须考虑的问题，故而在工程设计中出现了一些难以预计或解决的问题。本文针对变电站站用电系统设计中几个有争议的问题，结合相关规程规范进行分析，并对措施进行探讨。

1 关于交直流合建换流站站用电源的选择

随着社会经济持续发展，土地资源日益紧张，站址选择受用地条件和落点深入负荷中心等条件制约，很多换流站(包括背靠背换流站)采用交、直流站合建或相邻建设的方案，以节约占地、节省投资，取得更好的社会、 经济效益。根据我国电力行业标准DL/T 5460—2012《换流站站用电设计技术规定》中第3.1.1条的规定：“远距离直流输电换流站应设置三回站用电源，并应从站内、站外各引接一回，另一回引接点需根据技术经济比较后确定”。这里“应从站内、站外各引一回”的要求，却给一些交、直流站合建或相邻建设的站用电源方案选择带来了不必要的困扰。

对于经系统计算不需配置低压无功补偿装置的换流站，若考虑站用电源从换流站内部引接，则通常需要为此专门设置站用降压变，从高压交流配电装置(例如500 kV或更高)引接电源并降压至站用电电压等级(通常为10 kV)。同时高压交流配电装置也会因站用降压变的接入而增加接入元件数，从而增加高压断路器等设备数量。因此对于交、直流站合建或相邻建设的换流站，站用电源方案两回引自合建变电站或相邻变电站的交流变压器低压侧，第二回引自站外电源。这样不仅对站用降压变的绝缘要求大大降低，而且减少了高电压断路器的数量。另外，从换流站运维人员的角度来说，若从高压交流配电装置引接站用电源，则站用电系统的故障可能导致高压交流配电装置断路器动作，考虑到故障范围和考核要求，运维人员往往更倾向于从交流变压器低压侧引接站用电源的方案。

上述从变电站的交流变压器低压侧引接站用电源的方案，对于交、直流站合建或相邻建设的换流站来说，其可靠性本是一致的，但却因为行业标准DL/T 5460—2012中的上述规定(第3.1.1条)而在应用中产生了尴尬：对于同样的相邻而建的换流站和变电站，若定义为交、直流合建站，则满足第3.1.1条关于站用电源应从站内、站外分别引接的要求；若由于各种原因换流站和变电站不能定义为同一个站，则会因缺少从站内引接的站用电源而违反了行业标准DL/T 5460—2012，故而影响更经济合理方案的选择。

而对于经系统计算需配置低压无功补偿装置的换流站，因本站已有低压配电装置，故站用电源往往从本站引接两回，第三回引自外引电源。若换流站和变电站定义为2个站，则可就近从相邻而建的变电站变压器低压侧引接；若换流站和变电站为合建站，则上述经济合理的引接方案就不满足行业标准DL/T 5460—2012中“应从站内、站外各引接一回”的要求。

以上情况，建议相关标准将此条规定中的“应”改为“宜”，即“远距离直流输电换流站应设置三回站用电源，并宜从站内、站外各引接一回，另一回引接点需根据技术经济比较后确定”。以便给不同站址条件下的具体方案留下进行可靠性和经济性具体分析的余地。

此外，行业标准DL/T 5460—2012中第3.1.1条的第2条：“背靠背换流站宜设置三回站用电源，并应从站内、站外各引接一回，另一回引接点需根据技术经济比较后确定”。也存在同样的问题。且在条文说明中已经解释“对于联网容量较小而电源取得又较困难的背靠背换流站，可按二回考虑，且宜采用站内、外各一回或全部从站外引接”。所以此条规定的“应”也建议改为“宜”，即“背靠背换流站宜设置三回站用电源，并宜从站内、站外各引接一回，另一回引接点需根据技术经济比较后确定”。

2 关于站用电负荷计算原则

近年来，随着变电站消防设施重要性的提升，在实际工程的站用电负荷计算中，消防水泵功率是否计入站用电负荷统计常常成为一个有争议的问题。

根据我国电力行业标准DL/T 5155—2016《220 kV～1000 kV变电站站用电设计技术规程》4.1节负荷计算原则的规定：“4.1.1 连续运行及经常短时运行的设备应予计算。4.2.2 不经常短时及断续运行的设备不予计算”。且其附录A站用电主要负荷特性表中列出“消防水泵、变压器水喷雾装置的运行方式属于不经常、短时”，所以一般消防水泵、变压器水喷雾装置在变电站站用电负荷计算中不计及。

然而，该行标的条文说明里又补充如下：“4.1.2 当变压器水消防用电、检修用电容量大到不能忽略时，负荷统计可考虑减除1台事故变压器的冷却负荷。”但却并没有明确何为“容量大到不能忽略”，以及适用的电压等级。考虑到220 kV主变压器多为自然油循环冷却型，没有需减除的事故变压器冷却负荷，且较高电压等级变电站选用的消防水泵功率也较大，故可以推测增加这项条文说明的初衷应该是针对更高电压等级的。建议在规程修订时能够明确具体适用情况，以便设计应用时有据可依，而不会因各方站在不同立场的不同解读而产生争议。

工程计算站用变压器容量，设计提资功率常常裕度；而从实际应用的情况来看，目前在运各电压等级变电站的站用变压器负载率普遍低，不利于变压器经济运行。所以，虽然变压器容量增大对工程投资的影响微乎其微，也不推荐设计在选取站用变时过于倾向大容量。特别是在负荷计算值稍稍大于某一档标准容量时，或是计入消防水泵负荷将导致超出某一档容量时，不建议简单选择高一档容量产品，而是可以先核算是否有可取消的裕度，综合考虑环境温度等实际情况确定站用变容量选取。

3 关于继续工作应急照明连续供电时间

消防安全是变电站安全运行的重要组成部分。随着新版防火标准的发布，部分新要求的应用也给站用电设计带来了一些有争议的问题。例如：GB 50229—2019《火力发电厂与变电站设计防火标准》第11.7.1 条中“4 消防应急照明、疏散指示标志应采用蓄电池直流系统供电，疏散通道应急照明、疏散指示标志的连续供电时间不应少于30 min，继续工作应急照明连续供电时间不应少于3 h”。其中，要求继续工作应急照明连续供电时间不应少于3 h，而控制、保护、监控系统等的事故放电计算时间要求仅为2 h。所以，即使蓄电池的容量计算时满足简单的安时数加和，而在实际操作中，事故2 h后，在蓄电池电量有剩余的情况下，一般是不会人为给控制保护系统断电的，即控制保护系统等负荷将持续和继续工作应急照明负荷一起消耗蓄电池电量。故若要继续工作应急照明实际供电维持至3 h，将大大增加蓄电池的计算容量，且超过了规程对其他负荷事故持续时间的要求。

因此，建议该规程修订时，可充分考虑事故后继续工作应急照明的实际需要时间，并对继续工作应急照明的范围予以明确。DL/T 5390—2014《发电厂和变电站照明设计技术规定》对继续工作应急照明规定如下：“第3.2.1条 当正常照明因故障熄灭后，需确保正常工作或活动继续进行的场所应设置备用照明；第3.2.2条 火力发电厂、变电站宜在表3.2.2-1规定的工作场所装设应急照明”。表1选取了其中变电站相关的部分。

表1 变电站装设应急照明的工作场所

可见，该规程中对继续工作应急照明的范围规定比较笼统，而实际操作中事故后需要继续工作的界面可能只是上述工作场所的局部或某些屏柜附近。为了减小对蓄电池组容量的要求，尤其是在要满足继续工作应急照明连续供电时间不应少于3 h的情况下，建议尽量根据实际需求适当控制继续工作应急照明的范围。

4 结论

a.建议DL/T 5460—2012《换流站站用电设计技术规定》修订时，将原相关条文“远距离直流输电换流站应设置三回站用电源，并应从站内、站外各引接一回，另一回引接点需根据技术经济比较后确定”中的“应”改为“宜”。

b.根据DL/T 5155—2016《220 kV～1000 kV变电站站用电设计技术规程》，消防水泵、变压器水喷雾装置的运行方式属于不经常、短时，所以在站用电负荷计算中不计。建议该规程修订时，明确条文说明中“当变压器水消防用电、检修用电容量大到不能忽略时，负荷统计可考虑减除1台事故变压器的冷却负荷”的具体容量要求，以及适用的电压等级。

c.建议GB 50229—2019《火力发电厂与变电站设计防火标准》修订时，充分考虑事故后继续工作应急照明的实际需要时间，并对继续工作应急照明的范围予以明确。