110kV供电系统扩建改造方案

通用技术集团工程设计有限公司 连金羝

枣矿集团内部电网以35kV 电压等级为主输送电力。有53条35kV 线路，总长328公里，东西距离120公里，横跨济宁和枣庄。根据集团内发电厂和变电站的分布情况，内部电网分为三个区域：京沪铁路以东，主要包括八一、陶庄和建阳三个电厂，陶庄、井亭、官北、山家林、甘霖、朱子埠、枣庄等矿井35kV 变电站，薛城驻地及辅助单位；中心区位于滕州市西岗市，主要由四座电厂组成：蒋庄、柴里、富源、付村，以及田陈、蒋庄、柴里等矿井35kV 变电站；西部地区位于济宁市微山县刘庄镇，主要由新安、新源、滨湖等矿山的35kV 变电站组成。矿区东部有10条35kV 线路连接枣庄电力局，矿区西部有11条35kV 线路连接微山电力局，矿区内部共有32条35kV 线路。

矿区内部电网建成投产以来，运行稳定，供电负荷和销售电量逐年增加，的从2005年的每年6亿kWh 增加到2015年的每年13亿kWh。内部发电厂供内部电网年供电量约为6.5亿kWh，发电厂的自转销售电量为2亿kWh；由于35kV 电压等级、电力容量和距离的限制，公用电厂以上地方电网占主导地位，内部发电厂每年向电力局供应电量4.2亿kWh。内部电网每年必须从电力局购买电量6.5亿kWh。目前，集团内部电网发电量与用电量基本持平，略有盈余，但约50%的电量必须从公共电网购买；随着国内电厂容量的升级和扩容，电力生产和供应能力逐年增加，远远超过了内部电网用电负荷的增长速度，但仍需外购电力。其枣矿集团内部电网供电负荷分布图如图1所示。

图1 枣矿集团内部电网供电负荷分布图

鉴于枣矿集团内部电网中发电厂和变电站的分布情况，以及发电厂的输电需求，在枣矿集团内部扩建高输电能力的供电系统迫在眉睫。因此，本文详细分析了枣矿集团内部110kV电力系统扩建改造方案的可行性和必要性，并制定了改造方案，主要包括：新建三座110kV 变电站，改造一座原有110/35kV变电站（启用110kV 侧110kV 侧），新建三条110kV 双回输电线路，改造原有两条110kV 输电线路（35kV 降压运行）；完成了部分35kV 变电站和输电线路的建设和改造，还有部分二次系统的改造。

1 改造方案必要性分析

根据枣矿集团内部电网发展及用户开发情况，集团内部电网近期及远期电力平衡如表1所示。

表1 集团内部电网近期及远期电力平衡表（MW）

1.1 提升内部电网供电能力的需要

根据能量平衡分析，随着内部发电厂的发展，供电能力有了很大提高，但仍需购买部分内部电网负荷进行电力运行。主要原因是由于现有35kV 电压等级输电距离和容量的限制，无法满足内部远离电网东部的用电负荷的用电需求。内部电网的东部地区主要依赖公共电网，因此有必要增加内部电网对该地区的输电能力。随着内部发电厂的发展和发电能力的增强，有必要开发更多的电力用户。目前，有供电需求的新用户不在内部电网的供电范围内。由于枣庄供电公司变电站的改造，造成枣庄地区与济宁威山之间的35kV 相角差为30°。虽然采用了角度转换措施，但对内部电网东部和西部之间的负荷交换有限制性影响。

1.2 满足用电负荷快速增长的需要

为了充分发挥枣矿内部电厂自用和冗余上网的优势，尽可能协调矿区内部电网的供电，并在东、西部分配电力负荷，必须建设高输电能力的电力系统。为此，内部电网建设110kV 供电系统势在必行。枣矿内部电网负荷逐年增加，部分地区用电能力已达极限。因此，有必要提高电网的供电能力，以满足增加负荷的需要，这不仅有利于减少损失，而且有利于提高供电的安全性和可靠性，减少事故的发生[1]。

1.3 升级内部电网网架结构的需要

随着电力系统的发展和国家电力供应政策的放开，电力生产和供应的市场化运作逐步展开[2]。为配合国家打破电力垄断行业的政治支持，枣矿集团坚持矿区循环经济战略发展，建设节能型企业，延伸煤炭产业链，充分利用内部现有电厂和煤炭资源优势，构建煤电联营、自备电网发供电一体的战略部署[3]。

目前，矿区东部和西部的主要输电线路为35kV电压等级（双回路LGJ-240/30）富—八（富源电厂—八一电厂）线路全长25.5km，负责东部和西部电厂的负荷交换。受35kV 电压等级输电距离的限制，线路长、损耗大，负荷交换能力小，无法满足东部供电负荷需求，制约着矿区内部电网的负荷调配。

考虑到内部电网的规模、供电安全和供电能力，建设内部电网的110kV 供电系统是枣矿内部电网的发展方向。110kV 输电线路供电距离长，损耗小，负荷输送能力大，促进了矿区供电安全，减少了事故发生。

2 改造方案可行性分析

2.1 安全分析

矿区电网110kV 供电系统形成后，以110kV 为主送电等级，35kV/10kV/6kV 为配电系统，依托当地电网（电力公司电网），避免了内部电网独立运行的风险，尤其是一旦主发电机组解列，内部电网存在崩溃的可能性。加上电力调度综合自动化系统的技术支持，即使内部电厂出现紧急停机时，能及时调整电网内部负荷，将电网内部负荷转移到当地电网运行，既保证了矿井供电的连续运行，又保证了内部电网运行的安全稳定。充分发挥矿井运行管理的经济效益，最大限度地实现内部电厂自发自用，多余上网。

以二期杜庙和建国为主的四条110kV 线路接入当地电网，可满足内部电网28万kW 的输电能力。即使八一电厂和富源电厂同时大修或故障解列，仍能满足内部电网用户的用电安全要求。

矿区内部电网供电的所有35kV 矿井变电站均能实现两个不同区域的供电，满足煤矿安全规程的要求，提高了矿区电网的安全性和可靠性。

2.2 技术可行性

与35kV 电力系统相比，110kV 电力系统线损降低90%，电力容量增加3倍；供电范围可达150km，增加了变电站的供电范围和变电站之间的负荷交换能力。因此，110kV 电力系统显著提高了供电的稳定性和整个矿区内部电网的安全性。

集团内部电网的运行维护方，即枣矿集团供电处，在矿区内部电网调度的建设和运营方面积累了丰富的经验。从工程技术到运行管理和调度，可以满足110kV 系统运行的要求，从人员到设备也可以满足工程建设的要求。供电部门多年来在35kV 系统管理方面提供安全供电，具有良好的基础。35kV矿区内部电网由集团公司设计建设。从运行情况来看，取得了巨大的经济效益，提高了供电的安全性和可靠性，有成熟的技术经验。

3 改造方案

本次改造方案分为两期：一期为电网内部主干网及配套工程，构成内部电网东西部之间的电力输送通道；二期是内部电网与当地电网的连接工程，连接内部电网主干网东部和西部的当地电力公司，以提高供电可靠性。枣矿集团内部电网扩建改造前后结构图如图2所示。

图2 内部电网扩建改造前后结构图

3.1 一期改造方案

由于枣庄供电公司变电站进行改造后，造成枣庄与微山地区35kV 相位差为30°。因此，枣矿集团内部电网的35kV 系统与公共电网之间的连接在东部为三角形接线，在西部为星形接线。在110kV电力系统改造完成之前，35kV 内部系统将有相位差。因此，在柴里电厂、富源电厂、八一电厂和洪村35kV 变电站将自西向东建设四座110kV 变电站。其中除富源电厂为恢复启用原有变电站内110kV 侧GIS 设备、测量和保护设备外，其余均为新建项目。

3.1.1 洪村电厂变电站改造方案

新建洪村110kV 变电站主变压器预计容量为2×63MVA。110kV 主电气接线拟为单母线段连接。本次改造建成一条单母线接线，规划6回110kV 进出线，本阶段建成的6回分别位于建国220kV 变电站、八一电厂110kV 变电站和主变压器各2回。

35kV 电气主接线规划为单母线分段接线，进线2回（电缆进线）分别连接至洪村变电站现有的35kV 电源；主变压器进线2回和出线9回，分别至潍焦集团（LGN）35kV 变电站2回、洪村35kV变电站3回、朱子埠35kV 变电所2回、备用2回。35kV 配电装置采用气体绝缘金属封闭式开关柜，户内单列布置。其中110kV 中性点设计为直接接地，35kV 中性点设计为不接地。

3.1.2 八一电厂变电站改造方案

新建八一电厂110kV 变电站主变压器的预期容量为2×63MVA。根据《35kV～110kV 变电站设计规范》GB50059-2011第3.2.4条规定：当110kV线路为6回或6回以上时，应采用双母线接线。因此，基于变电站设计规范，八一发电厂110kV 变电站内部110kV 电力系统改造为双母线加联络接线。本期建成双母线接线，本期建成110kV 进出线8回，分别至富源电厂110kV 变电站、洪村110kV 变电站、八一电厂、主变压器各2回。

在35kV 变电站35kV 配电室新增2台电缆进线柜和2台出线柜。在本地配置保护、测量和控制装置。2台进线柜的电源从新八一电厂110kV 变电站主变压器的出线侧，通过电缆连接。35kV 配电装置采用气体绝缘金属封闭式开关柜。

其中110kV 中性点设计为直接接地。主变压器的35kV 侧通过电缆直接连接到八一发电厂35kV 变电站的35kV 母线侧。

3.1.3 柴里电厂电站改造方案

新建柴里110kV 变电站主变压器预计容量为2×63MVA，主变压器为三绕组变压器。110kV 主电气接线拟为单母线分段接线。本期将建成单母线接线，110kV 进出线6回分别至杜庙220kV 变电站、富源电厂110kV 变电站、主变压器各2回。

35kV 电气主接线为单母线分段接线，出线4回分别至盛隆焦化35kV 变电站和柴里35kV 变电站各2回。35kV 配电装置采用选用气体绝缘金属封闭式开关柜，户内单列布置。在35kV 变电站户外35kV配电装置场地新增2台35kV 组合开关。电源引自并就地配置保护、测控装置。两回电源引自新建柴里110kV 变电站35kV 出线侧。由于为室外分散室配电装置系统，需要增加外部结构、母线接线、线夹等辅助装置。其中110kV 中性点设计为直接接地，35kV 中性点设计为不接地。

3.1.4 富源电厂变电站改造方案

富源110kV 变电站启用110kV 系统对110kV系统设备进行检测。重新设置110kV 系统保护、测控系统。控制、保护、操作设备设置在110kV 配电室和控制室内。

一期工程完成后，柴里110kV 变电站、富源电厂110kV 变电站、八一电厂110kV 变电站、洪村110kV 变电站等四个枢纽变电站均通过双回路110kV 输电线路自西向东可靠连接，促进集团内电网东部和西部之间的电力调度和输送。

3.2 二期改造方案

新建两条110kV 双回路输电线路，分别于矿区东、西部将内部电网主干网接入地方电网。

西部：新建杜庙220kV 变电站至柴里110kV 变电站双回路110kV 输电线路，线路长度约7公里，利用原富源电厂至新安煤矿部分110kV 双回输电线路，形成完整的输电线路。柴里发电厂110kV 变电站至新安煤矿新建双回输电线路（利用部分原有线路）。

东部：新建建国220kV 变电站—洪村110kV 变电站双回路110kV 输电线路，线路长约11公里。

3.3 二次系统改造方案

3.3.1 新建变电站站用电及直流系统

①站用电系统。站用电两回电源分别引自专用变压器柜及低压开关柜，站用电电压为：380/220V，采用三相四线制中性点直接接地系统，低压侧接线形式为单母线分段接线，正常运行情况下，两段母线分列运行，互为备用，设分段备投。站用配电屏布置在控制室内。

②直流系统。直流系统电源引自所用电交流屏，充电设备采用220V 智能高频开关电源，冗余配置。蓄电池选用阀控式铅酸蓄电池组，蓄电池组屏安装于控制室[4]。

3.3.2 照明

变电站照明设计根据《建筑照明设计标准》GB50034的有关规定[5]。在控制室、屋内配电装置室及屋内主要通道等处装设事故照明。

3.3.3 过电压保护及防雷接地

根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》GB/T50064-2014采用氧化锌避雷器作为限制雷电及操作过电压措施[6]。本站防直击雷保护采用独立避雷针防雷。接地采用垂直接地极和水平接地相结合的复合接地网。

3.3.4 微机监控系统、系统保护及元件保护

本次新建110kV 变电站自动化系统采用分散式，布置采用分散与集中相结合的方式，对于110kV 线路及主变压器部分的监控和保护设备按单元组屏布置在控制室内，对于35kV（10kV）线路采用分散布置的方式，其监控、保护、测量、信号装置均安装在35kV（10kV）开关柜上，在35kV（10kV）配电装置与控制室之间设总线，与监控装置相连接[7]。

3.3.5 系统通信及调度自动化

一期工程根据枣矿集团内部电网调度管理规定：统一调度、分层管理的原则。待二期工程投入后根据电力电网调度管理规程规定：统一调度、分层管理的原则。

枣矿集团内部通过新建三座110kV 变电站，改造一座原有110/35kV 变电站（启用110kV 侧110kV 侧），新建三条110kV 双回输电线路，改造原有两条110kV 输电线路（35kV 降压运行）；完成了部分35千伏变电站和输电线路的建设和改造；完成了部分二次系统改造等，顺利完成了110kV 供电系统扩建改造，后期投产后，可为矿区内部电网增加供电能力。新增电能可全部输送至内部电网东部区域用电企业，减少外购电量。此外，110kV 供电系统整体扩建完成后，随供电半径的增大，供电用户的增加，八一电厂二期350MW 机组可建设投产，增加对外销售电量。同时按照国家政策积极发展用户，扩大销售电量，新增效益。