浅谈如何优化600MW火电机组500kV变电系统

李宏伟 王健 于卫

摘要：某公司2×660MW发电机组采用单元接线，500KV升压站电气主接线按照3/2断路器接线方式布置一回出线（2号线），预留第二回出线（1号线），高压备用变压器（高備变）高压侧取至一母线。一但唯一出线跳闸，高备变失电，机组将面临全厂停电。目前电厂采用四角形过渡接线，如2号出线线路发生故障跳闸，将导致两台火电机组同时停运，且备用电源无法倒送导致厂内所有电源失去。全厂停电时柴油发电机不能及时启动，将会对电厂设备造成严重损坏。为进一步保证机组电源送出可靠性和灵活性，计划对500kV变电系统进行合理化改造，制定了详细的改造方案并实施。

关键词：500kV;备用电源;电气一次;电气二次;改造

1、500kV系统设计不合理问题初现

2011年该电厂发生500kV线路侧开关C相电流互感器接地烧损事故，导致两台机组唯一出线线路跳闸，此事件直接导致全厂停电，通过该事件反应出目前该电厂500kV一次系统接线方式及后备电源方案存在重大安全隐患及不足。该电厂肩负着地区400万平方米的冬季供热任务。为了保证冬季供热期的电厂运行可靠性，现有的联网方式亟需加强。

2、500kV变电系统合理化改造方案：

电厂新增1号线接入500kV开关场预留位置即可，需将现有的四角形过渡接线方式完善成一个半断路器接线;对侧500kV变电站保持一个半断路器接线方式不变，新增1号线接入开关场预留位置与对侧变电站的一回线路组成一个完整串。

2.1本期工程接入方案

输电方式根据一期接入系统的相关文件，原已预留第2回并网线的条件，且目前实际情况为：本期的线路与一期已运行的线路采用同塔双回方式，均已架设施工完毕，且一端接入电厂侧的进线架构，另一端接入了对侧500kV变电站的进线架构，目前所做工作只是将预留的间隔补充完善即可，无需再架设线路。由于本期不新扩建机组，不改变系统潮流，不对系统产生影响。

因此，本期接入系统方案采用1回500kV线路接入系统，将线路两侧的间隔补充完善，以实现与系统的并网运行。

2.2电厂500kV系统电气一次设备改造方案

2.2.1原要求的电厂升压站侧方案实现：

根据要求在两个主变进线串中增加断路器，形成两个完整串;在起备变间隔增加断路器及隔离刀，形成一个不完整串，分别接至两段母线。此方案可以在母线故障时快速切至另一段母线，可靠性较高。

2.2.2推荐设计方案

经过慎重考虑，结合现场实际，考虑接线的可靠性，同时兼顾工程实施的难易程度等因素，推荐如下备选设计方案：

起备变的间隔维持一期工程不变。该公司500kV的1号出线串增加一套开关（含刀闸及CT等配套装置）5013，并引入1号线，完善为一个完整串;2号出线串增加一套开关5023完善为一个完整串;将2号机进线与2号联络线引接点进行改造，2号机进线改接至II母，2号出线改接至I母。

优点：一次设备改造工作量较小，停电周期短，接线简单清晰，操作方便，安全可靠。造价相对较低，两段母线各接有一台机组电源，接线更可靠。此方案属于典型设计。而且符合原设计的思路，待二期工程投运后形成3个完整串，接线更加完善。

缺点：备用电源不能在两段母线间切换，在本期工程仅两个完整串情况下，备用电源可靠性有一定影响。

2.3电厂500kV系统电气二次设备改造方案

2.3.1原有保护系统概述

500kV升压站按角形过渡接线配置，共两回机组进线，一回出线。1号机组与预留的1号出线组成1个不完整串，2号机组和2号出线组成一个不完整串。原有的保护配置如下：

500kV出线保护：作为电厂的唯一送出通道，500kV线路均配置两套反应各种类型故障的完整、独立的全线速动型主保护。两套主保护完全双重化配置，即交直流回路、跳闸回路、保护通道都应彼此独立，且分别装设在两面保护屏内。每套主保护均带有完善的反应相间故障及接地故障后备保护，线路后备保护采用近后备方式。后备保护包括定时限或反时限的零序电流保护，以保证接地故障时能可靠地有选择地切除故障。

500kV线路两端断路器各配置一面线路保护辅助屏，包括断路器失灵保护装置、综合重合闸装置、分相操作箱、短引线保护等。500kV线路保护具备远方跳闸功能，利用两套主保护（或数字接口设备）传送及接收对侧的远方跳闸信号;2套线路主保护均利用光纤通道。配一套广域动态功角监测系统，为调度部门掌握系统运行情况和预先采用控制措施提供依据。另外还配有故障录波器屏，录取500kV线路的交流模拟量和系统继电保护装置的开关量。配有继电保护及故障录波信息处理子站、安全稳定控制屏及震荡解列装置。

对原有2号线线路保护进行改造，将原保护电流由5012、5022开关CT变更为取自5021、5022开关CT，同时线路保护跳闸出口由跳5012、5022开关变更为跳5021、5022开关。

新建1号线配置两套完全独立的、不受谐波干扰、不受系统振荡影响的数字式主保护。每一套主保护在线路空载、轻载、满载等各种状态下，对全线路内发生的各种类型故障（包括单相接地、相间短路、两相接地、三相短路、非全相运行故障及转移故障等），均应无时限动作以切除故障。在保护范围外发生故障时，保护应不误动。保护均具有独立的选相功能，实现分相跳闸和三相跳闸。在全相或非全相振荡过程中，保护装置不应误动，而此时保护范围内发生故障，装置应能正确动作。

自动重合闸按断路器配置。500kV采用自动重合闸，能实现的重合闸方式应包括：单相重合闸、三相重合闸、综合重合闸及重合闸停用。三相重合闸方式应采用检同期或检无压来实现。

自动重合闸装置动作后，应能自动复归，准备好下一次故障跳闸的再重合闸。

为便于分析和处理事故应配置故障录波器，以记录各回路的电量（电流、电压）、故障信号、保护装置及通道运行情况等，以分析电力系统事故及保护装置的工作情况。本期新增保护设备相应信号需要接入故障录波装置，故需要对原有故障录波柜进行扩容改造。

为了有效的利用保护和故障录波器的各种信息，提高对故障的分析能力，加快事故的处理速度，将各个站内不同的继电保护和故障录波器的信息集中，统一处理，并且提供统一的分析界面，有利于调度端快速简单的获取故障后的必要信息，本期新增设备信号需要接入保护及故障信息子站，故需要对原有信息管理子站进行升级改造。

3、结束语

综合分析：该方案接线清晰可靠，全厂形成两个完整串。属于典型设计，且改造工作量较小，停电周期短。电厂原一期接线为过渡接线，存在安全隐患，但改造为两条联络线后，将非常可靠。待二期工程投运后形成3个完整串，接线更加完善。