系统过电压治理技术应用研究

朱志伟 戚 猛

(南水北调中线信息科技有限公司，北京 100038)

1 研究背景

以供电电压为重要衡量指标的供电质量稳定性不仅是信息机电设备正常运行的重要保障，也是保证施工、运维等作业人员生命安全的重要基础，对南水北调沿线日常安全生产作业的重要性不言而喻[1-2]。截至目前，南水北调沿线的供电质量安全完全符合甚至高于国家相关标准，对于同类工程具有较高的借鉴及参考意义，但由于个别降压变电站距离上级站较近，导致供电段内出现了系统电压超过额定设计值的情况[3]。系统长期处于过电压状态，容易造成变电站供电范围内的信息机电设备带病运行，轻则导致设备绝缘下降、寿命受损，重则将导致设备损坏[4]。

本文对当前南水北调中线唐河中心站供电段存在的系统过电压现象进行了分析研究，重点讨论了系统过电压治理技术的应用，以推动南水北调中线唐河中心站供电段安全供电管理技术改良工作稳步前进，同时为南水北调沿线供配电系统过电压问题治理提供了一定的参考依据。

2 研究项目概况

2.1 供电现状

南水北调中线唐河中心站位于河北省定州市境内，供电段下设37座降压站，供电跨度达110km，电源引自唐县拔茄AC110kV变电站，系统预设额定线电压为AC35kV。由于唐河中心站位于供电线路初端，导致实际电源电压高达38.5kV，超过额定值10%。

2.2 系统过电压存在的安全隐患

唐河中心站供电段降压变电站用电负荷数量较多，长期的系统过电压将对其供配电系统、辖区用电设备造成极大的危害，严重影响设备安全运行，具体表现在以下几个方面[5]：

a.加速供电段内降压站电气及信息机电设备绝缘老化速度，降低设备使用寿命。

b.易导致站内直流屏设备故障，从而影响电气系统正常操作。

c.增大站内二次设备采样误动概率，同时增加微机保护装置相关电压保护定值设定区间的复杂度。

d.导致设备故障率增高，间接增加运维人员工作量及运维成本。

3 系统过电压治理技术

3.1 创新管理措施

为提高南水北调中线唐河中心站供电段供电管理水平，同时较好地解决唐河中心站供电段系统过电压问题，经研究讨论后，决定从以下几个方面进行供电质量创新管理措施改进。

.1.1 建立设备预知供电管理模式

以提高电能质量及供电安全为目的的传统管理措施多采用定期维保或事后报修模式，属于被动式供电管理措施，故引进国际先进供电管理方法，创新性地从定期维保转变为预知供电管理模式，有效地降低了设备故障率、减少了设备维修成本[6]。

.1.2 制定合理供电质量管理方案，建立科学管理制度

唐河中心站供电段降压站改造项目建立了科学的供电管理制度及项目管理制度，通过组建工作管理小组，负责人直接协调调动各个部门，将日常工作层层分配，实现了工作内容的精细化管理，提高了中心开关站供电运行管理的可靠性[7]。

.1.3 开展唐河中心站供电段降压站改造

通过采用预装式箱式变电站改造措施，将电源引入KYN61高压开关柜，创新性地配置SCB13-38.5/35kV-3150kVA特种变压器，实现了降压和稳压的目的。该特种变压器电压变比属国内首例，采用干式变压器结构，避免了漏油风险，设计使用寿命长达30年，具有体积小巧、结构紧凑、投产迅速、经济效益高等优点。

3.2 特种变压器参数设计

根据唐河中心站供电段系统运行需求，对38.5kV箱式变电站主要技术参数进行选型计算，具体如下。

.2.1 运行条件

系统额定电压：38.5kV；

系统最高电压：40.5kV；

系统接地方式：中性点不接地系统；

系统运行频率：50Hz。

.2.2 降压变比参数设计

降压变高压侧额定电压为38.5kV，降压变低压侧额定电压为35kV，故变压器变比参数为N=38.5/35=1.1。

.2.3 变压器容量设计

唐河中心开关站供电段下设降压变电站37座，其中，降压变电站的供电设备总需求容量为2100kVA，过载设计容量裕度取1.5，故降压变压器额定设计容量为S=2100×1.5=3150kVA。

.2.4 特种变压器基本参数设计及技术要求

结合现场使用条件及运行需求，变压器选用SC10系列、户内、空气自冷、环氧树脂绝缘型干式变压器，高压侧额定电压为38.5kV，低压侧额定电压为35kV，主要技术参数见表1。

表1 38.5kV/35kV特种变压器主要技术参数

根据相关规范标准可知，变压器在规定的使用环境、运行工况及空气自冷等条件下，应能长期、连续满负荷运行，变压器线圈平均温升(电阻法测量)不超过100℃，线圈最高温度不超过155℃，在任何情况下，不得出现使铁芯本身、其他部件或与其相邻材料受到损害的温度[8]。

变压器承受短路电流的能力应符合《电力变压器 第五部分：承受短路的能力》(GB1094.5—2008)[9]中相关规定，当系统容量为无穷大时(即系统阻抗值为0)，变压器在任意分接头以及1.05倍额定电压条件下，热稳定能力应能承受变压器满负荷运行时端部三相对称短路电流持续时间2s，且线圈的平均温度最高不超过350℃；动稳定能力应能承受端部三相对称短路动稳定电流持续时间0.5s，且变压器各部位应无损坏、明显位移、变形及放电痕迹[10]。

变压器线圈在短路后的最大平均温度为

式中：θ0为变压器线圈起始温度，℃；J为短路电流密度，A/mm2；t为持续时间，s。

4 成果效益分析

通过实施预知供电管理模式，实现了工作内容的精细化管理，不仅降低了设备故障发生率，也间接减少了运维人员工作量，节约了设备维修成本。项目采用预装式变电站方案，变电站由预装式模块化结构现场拼接组合而成，降低了土建施工投资成本，同时，所选用的集成式箱式变电站具有体积小、结构紧凑、投产迅速、经济效益高等优点，内置的节能降耗型SCB13-38.5/35kV-3150kVA特种干式变压器变比尚属国内首例，技术先进成熟，运行稳定可靠，现场实际效果见图1[11]。

图1 预装式箱式降压变电站现场效果

5 结 论

本文首先分析了唐河中心站供电段系统过电压问题产生的原因及影响，之后对供电质量管理改进措施及系统过电压治理技术进行了讨论 研究，并重点介绍了国内首例38.5/35kV专用降压变压器。实际运行表明，38.5/35kV专用降压变压器的应用成功解决了唐河中心站供电段系统过电压问题，形成的治理模式对南水北调电力安全运行管理起到了非常积极的促进作用，同时也为南水北调工程其他供电段系统过电压问题处理提供了一定的参考依据。