82 基于《变电站全寿命周期设计建设技术导则》的66kV电气主接线设计方案比选.docx
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82 基于《变电站全寿命周期设计建设技术导则》的66kV电气主接线设计方案比选.docx
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82基于《变电站全寿命周期设计建设技术导则》的66kV电气主接线设计方案比选
基于《变电站全寿命周期设计建设技术导则》的66kV电气主接线设计方案比选
刘暘万青陈宝琪
(沈阳电力勘测设计院辽宁沈阳110003)
摘要:
本文以国家电网公司输变电工程通用设计为基础,以《变电站全寿命周期设计建设技术导则》为导向,结合二牛66kV变电站新建工程的实际情况,选取内桥接线、线路变压器组接线、单母线分段接线三种适宜的66kV电气主接线形式,从可靠性与安全性、易维护性、可扩展性、节约环保性、全寿命成本最优五个方面比较分析,得出本工程主接线全寿命周期成本最优方案。
关键词:
全寿命66kV主接线设计
1概述
1.1目的和意义
变电站电气主接线是变电站电气设计的首要部分,66kV电气主接线是配电网系统构成的重要环节。
主接线方案的确定对供电系统整体和变电站本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关,并且对电气设备的选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。
因此,必须正确处理好各方面的关系,全面分析实际工程中有关影响因素,通过技术经济比较,合理确定主接线方案。
本文旨在通过对不同型式66kV电气主接线方案比选,结合二牛66kV变电站工程特点,选择出最优的主接线型式,以达到变电站全寿命周期成本最优的要求。
该课题对优化变电站主变压器选择,节约工程全寿命周期成本具有重要的意义。
1.2主要研究内容
66kV变电站设计参考国家电网公司输变电工程通用设计、通用设备,贯彻“两型一化”设计理念。
本文以二牛66kV变电站新建工程为依托,对66kV电气主接线形式进行全寿命成本分析,选取内桥接线、线路变压器组接线、单母线分段接线三种适宜的电气主接线形式,从可靠性与安全性、易维护性、可扩展性、节约环保性、全寿命成本最优五个方面比较分析,得出本工程主接线全寿命周期成本最优方案。
1.3研究目标
通过对内桥接线、线路变压器组接线、单母线分段接线三种通用设计中体现的66kV电气主接线形式的全寿命周期成本分析,得出每种主接线形式的适用范围。
结合二牛66kV变电站的实际情况,确定适用的全寿命周期最优方案。
2工程概况
2.1工程规模
二牛66kV变电站位于康平县二牛镇二牛村供电营业所东侧,待建场地地形平坦,站区南侧与303省道相邻,进线方向位于站区东侧。
远景规模:
安装2台40MVA主变压器,66kV出线2回,10kV出线24回,66kV侧安装1台1900kVA消弧线圈,每段10kV母线安装1组3600+3000kvar电力电容器组成套装置。
本期规模:
安装2台20MVA主变压器,66kV出线2回,10kV出线8回,66kV侧安装1台1900kVA消弧线圈,每段10kV母线安装1组3000kvar电力电容器组成套装置。
2.2负荷地区电网现状
二牛镇现无66kV变电站,仅由富裕66kV变电站的10kV二牛线为其供电,无外部联络电源,一旦出口跳闸,将造成全镇停电,供电可靠性极差。
目前10kV二牛线最大负荷为5.2MW(导线型号LGJ-120,长期允许容量6.2MW),线路负载率为0.84。
根据负荷预测,至2013年二牛供电区域负荷将达到14MW,2017年将达到20MW,现状电网无法满足新增负荷的用电需求。
10kV二牛线全长15.13km,有8条分歧线路,供电半径大,从富裕变电站电源首端至分歧末端最长,达27.5km,难以保证供电可靠性和电压合格率。
2.3二牛变电站66kV接入系统方案
由于康平铝厂停业,由文华变至康平铝厂2回66kV华铝甲乙线处于停运状态。
为了充分利用资源,本期将二牛66kV变电站双“T”接至66kV华铝甲乙(LGJ-240),新建双回架空线路21.9km,其中二牛变至与康东线交叉点段线路采用LGJ-240导线,路径长度约17.8km;康东线交叉点至华铝甲乙线“T”接点段线路采用2×LGJ-240导线,路径长度约4.1km。
2013年二牛66kV变电站接网图见图2.3-1,2020年沈阳康平地区电网规划图见图2.3-2。
图2.3-12013年二牛66kV变电站接网图
图2.3-22020年沈阳康平地区电网规划图
2.4二牛66kV变电站的运行方式
根据沈阳供电公司调度中心及运维检修部审核后的接网方案,二牛66kV变电站正常运行方式为2条66kV线路华铝甲、乙线各带1台主变,分裂运行。
在事故或检修时,可由一条66kV线路带全站负荷。
3专题研究内容
3.1专题研究背景
依据《变电站全寿命周期设计建设技术导则》“资产全寿命周期设计必须以现行有效的法律法规、规程规范为依据,以国家电网公司通用设计、“两型一化”等创新理念为基础”的要求,查询《国网公司变电工程通用设计110(66)~500kV变电站分册》26.3.1可知:
66kV变电站66kV侧可采用内桥(扩大内桥)、线路变压器组或单母线(单母分段)接线。
依据《35kV~110kV无人值班变电站设计规程》(DL/T5013-2012)的6.2.3条规定“高压侧线路为三回及以下、主变压器为三台及以下的终端变电站,宜采用线路变压器组、桥形或扩大桥形接线。
高压侧线路有系统穿越功率的变电站,宜采用桥形、扩大桥形、单母线或分段单母线的接线。
”
3.266kV电气主接线比选方案
二牛变电站66kV侧由于两回进线均T接于文华220kV变电站,无系统穿越功率。
根据该站在电网中的地位和作用,同时满足主接线可靠性、灵活性、经济性等原则,二牛变电站66kV侧可选择内桥接线或线路变压器组接线。
考虑到66kV单母线分段在东北地区也是一种常见的接线形式,因此下文中将对内桥接线、线路变压器组、单母线分段三种接线方式进行比较。
方案1:
内桥接线
方案2:
线路变压器组接线
方案3:
单母分段接线
66kV侧各方案主接线分别如图3-1、图3-2、图3-3所示,其中L1、L2为华铝甲、乙线线路。
图3-1方案1:
内桥接线
图3-2方案2:
线路变压器组接线
图3-3方案3:
单母分段接线
3.366kV电气主接线比选思路
基于《变电站全寿命周期设计建设技术导则》对电气主接线部分的描述,本文将从可靠性与安全性、易维护性、可扩展性、节约环保性、全寿命成本最优五个方面比较分析,得出适合二牛变电站66kV电气主接线形式。
4设计方案比选
4.1可靠性与安全性分析
4.1.1可靠性与安全性分析准则
二牛变电站有2台主变压器,2回66kV进线,因此保证变电站主变压器的可靠供电是衡量66kV主接线可靠性及安全性的重要准则。
本文考虑正常运行时单一元件故障或检修及检修状态时单一元件故障,不考虑二重以上的故障。
正常运行状态下,两台变压器采取分列运行,方案1主接线除隔离开关S31、S32和断路器B3断开外其余设备均投入运行;方案2所有设备均投入运行;方案3主接线除分段断路器B5断开外其余设备均投入运行。
4.1.2事故状态下的可靠性与安全性的定性分析
(1)线路故障(L1或L2故障)
因为二牛变电站本期仅有2回66kV电源进线,且均来自于文华220kV变电站,因此本报告按照每回线路故障引起的可靠性结果相同考虑。
方案1:
当线路L1故障时,断路器B3闭合,#1主变自切到由线路L2供电,此时线路L2带两台主变运行,则线路L1故障将不影响变电站正常供电;
方案2:
当线路L1故障时,对应#1主变停运,但#1主变低压侧负荷可自切到#2主变,此时一台变压器带全站负荷。
方案3:
当线路L1故障时,断路器B5闭合,#1主变自切到由线路L2供电,此时线路L2带两台主变运行,则线路L1故障也将不影响变电站正常供电。
二牛变电站66kV线路采用LGJ-240钢芯铝绞线(传输功率约为69.7MW)。
当负荷在20MW~69.7MW之间时,方案1、方案3能保证对负荷的可靠供电,方案2变压器需要减载运行,将损失部分10kV负荷。
当负荷大于69.7MW,考虑到线路送电能力的影响,此时方案1、方案2、方案3均不能保证对全部负荷的可靠供电,需要切除部分负荷运行,三个方案可靠性基本相同。
(2)主变故障
主变故障时,对应线路断路器跳闸,主变停电,主变低压侧负荷自切到另一台主变供电,三个方案的可靠性与安全性基本相同。
4.1.3检修状态下可靠性与安全性的定性分析
(1)线路检修、另一元件故障
若一条线路检修,另一回线路故障,此时,站内两台主变停运,全站停电。
若一条线路检修,主变故障时:
方案1:
若检修线路同侧主变故障,可以实现主变低压侧负荷自切到另一台主变供电;若检修线路另一侧主变故障,则需倒闸操作后,实现变压器低压侧负荷自切到另一台主变供电。
方案2:
若另外一侧变压器故障,则全站停电。
方案3:
若检修线路同侧主变故障,可以实现主变低压侧负荷自切到另一台主变供电;若检修线路另一侧主变故障,方案3不需倒闸操作,直接跳开故障主变断路器后,实现变压器低压侧负荷自切到另一台主变供电。
方案1比方案3多出倒闸操作的过程,方案3可靠性及安全性略高于方案1或可视为基本相同,但均高于方案2。
(2)主变检修、另一元件故障
若主变检修时线路故障,方案1和方案3均可保持1条线路、1台主变正常运行。
方案2中,若#1主变检修同时线路L2故障,或者#2主变检修同时线路L1故障,则站内2台主变全部停运。
方案1和方案3可靠性及安全性较高。
由上述定性分析的结果可知,方案1和方案3的可靠性及安全性均高于方案2。
考虑到方案3比方案1多出的2组主一次断路器,检修和故障时均会至少造成1台主变停运。
综合考虑可靠性及安全性:
方案1>方案3>方案2。
4.2易维护性分析
电气主接线的易维护性是指,保证检修时,可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备。
由于前节已对检修时发生故障做了定性分析,仅考虑正常检修时的情况。
当检修66kV进线间隔例如L1时,方案1和方案3可由L2线路转带#1主变,两台主变均能正常运行。
方案2#1主变无法运行,其所带的负荷将只能通过10kV侧分段由#2主变转带,当负荷较重时只能减载。
当检修主变时,三方案均为检修主变无法运行,其所带的负荷将只能通过10kV侧分段由另1台主变转带。
此时,三方案易维护性相同。
对于方案1和方案3,66kV桥开关或分段开关检修时,线路L1带#1主变、线路L2带#2主变均不影响变电站的正常运行。
对于方案3还存在主一次断路器检修,此时主一次断路器检修侧主变停运,其所带的负荷将只能通过10kV侧分段另一侧主变转带,当负荷较重时只能减载。
综合考虑易维护性:
方案1>方案3>方案2。
4.3可扩展性分析
电气主接线的可扩展性是指,确保变电站扩建时,可以容易地从初期接线过渡到最终接线。
对于二牛66kV变电站可预见的扩建可能仅为主变增容。
当主变增容时均为轮停更换主变,此时其所带的负荷将只能通过合10kV侧分段开关,由另1台主变转带,当负荷较重时变电站只能减载运行,施工难度及停电影响均相同,因此三个方案可扩展性相同。
4.4节约环保性分析
电气主接线的节约环保性是指在满足变电站的可靠性、安全性、灵活性及经济性要求前提下,力求结构布置简单,节省一次设备和二次设备,同时减少占地面积。
从设备方面分析:
(1)一次设备:
表4.4二牛66kV变电站一次主要设备统计表单位:
台/组
方案
断路器
电流互感器
电压互感器
方案1(内桥接线)
3
3
0
方案2(线路变压器组)
2
2
0
方案3(单母分段接线)
5
5
2
(2)二次设备:
以方案2所需二次设备为基准,方案1需额外配置桥备自投装置(含保护),方案3需额外配置66kV分段备自投装置(含保护)和66kV线路保护装置;
所以从设备方面分析:
方案2>方案1>方案3;
从占地面积分析:
方案2>方案1>方案3。
综合考虑节约环保性:
方案2>方案1>方案3。
4.5全寿命成本最优分析
4.5.1方案1与方案2全寿命成本分析
通过分析可知,方案1在可靠性与安全性、易维护性、可扩展性优于方案2。
而节约环保性低于方案2。
下面从全寿命周期成本对两个方案进行定量分析,设备寿命使用周期按30年计算。
全寿命周期成本计算模型为:
LCC=CI+CO+CM+CF+CD
CI(初始投入成本):
方案1为89.2万元,方案2为61.5万元;
CO+CM(运维成本+检修成本):
方案1为58.78万元,方案2为40.59万元;
CF(故障成本):
方案1为151.5万元,方案2为151.5+78(注1)=229.5万元;
CD(退役处置成本):
方案1为-4.46万元,方案2为-3.08万元。
结合上述情况,经全寿命周期成本计算,方案1与方案2的LCC成本比较,如下表:
表4.5.1-1LCC计算表单位:
万元
接线形式
名称
方案1
方案2
方案1-方案2
差额
CI(初始投入成本)
89.2
61.5
27.7
CO+CM(运维成本+检修成本)
58.78
40.59
18.19
CF(故障成本)
151.5
229.5
-78
CD(退役处置成本)
-4.46
-3.08
-1.38
LCC(全寿命周期成本)
295.02
328.51
-33.49
由表可知,方案1比方案2全寿命成本更优。
注1:
目前二牛镇无66kV变电站,现全镇用电负荷由富裕变电站10kV二牛线1回线路供电。
二牛变电站建成后由二牛变电站单独带此线路,该地区10kV线路为放射形式,没有与其他变电站联络,一旦二牛变电站停电将造成整个二牛镇地区的供电中断。
表4.5.1-2二牛66kV变电站分年度负荷预测表单位:
MW
年份
2013年
2014年
2015年
2016年
2017年
2020年
负荷预测
14
15
17
19
20
23
从负荷预测中得出在2020年二牛地区负荷已经超过1台变压器容量,因此当1台变压器故障时,必有正常负荷停运,结合二牛地区主要以农业生产为主,夏季灌溉负荷急剧增加,一旦此时停电会造成人力物力的损失。
二牛变电站66kV进线为从华铝甲乙线上T接,统计此线路的故障率(按3年停电1次考虑),抢修费用(按停电抢修4小时恢复供电计算),及停电时二牛镇地区直接和间接经济损失,以变电站全寿命计算,内桥接线可节省经济损失在78万元左右,大大超过变电站建设所增加的初始成本,经济效益明显提高。
表4.5.1-3故障停电费用计算表单位:
万元
名称
正常用电损失
灌溉用电损失
人工损失
机械损失
计算
5000kVAx10次×
4小时×1.5元
3000kVA×10次×
4小时×1.5元
15
15
费用
30
18
15
15
总计
78
4.5.2方案1与方案3全寿命成本分析
通过分析可知,方案1在可靠性与安全性、易维护性、可扩展性、节约环保性均优于方案3。
下面从全寿命周期成本对两个方案进行定量分析,设备寿命使用周期按30年计算。
方案3全寿命周期成本计算模型为:
LCC=CI+CO+CM+CF+CD
=150.6+99.4+151.5-7.53
=393.97(万元)
表4.5.2LCC计算表单位:
万元
接线形式
名称
方案1
方案3
方案1-方案3
差额
CI(初始投入成本)
89.2
150.6
-61.4
CO+CM(运维成本+检修成本)
58.78
99.4
-40.62
CF(故障成本)
151.5
151.5
0
CD(退役处置成本)
-4.46
-7.53
3.07
LCC(全寿命周期成本)
295.02
393.97
-98.95
由表可知,方案1比方案3全寿命成本更优。
4.6比较分析结果
根据二牛66kV变电站实际情况,分别从可靠性与安全性、易维护性、可扩展性、节约环保性、全寿命成本最优五个方面对66kV电气主接线进行比较分析,确定本工程66kV电气主接线采用方案1,即内桥接线,可实现全寿命周期成本最优。
5结论与建议
1.二牛66kV变电站站址位置位于城乡结合部,建设规模为2线2变,主要电气设备采用AIS户外布置,66kV系统网架较薄弱,且高压侧线路无系统穿越功率,针对这种条件的变电站推荐采用内桥接线。
2.城市中心区GIS变电站,66kV系统网架较稳定,电气设备可靠性较高,适用于线路变压器组接线。
3.66kV进线回路较多,或老旧变电站改造工程可考虑采用单母线分段接线,进线回路2回及以下的新建工程中不推荐使用。
参考文献
[1]变电站全寿命周期设计建设技术导则.国家电网公司基建部,2013
[2]35kV~110kV无人值班变电站设计规程.中国电力出版社,2012
作者简介
刘暘,工程师,从事220kV及以下变电站电气一、二次设计工作。
万青,注册电气工程师,注册咨询师,高级工程师,从事电力规划、500kV及以下电力工程设计及管理工作。
陈宝琪,沈阳电力勘测设计院变电室主任,从事500kV及以下变电站电气一次、二次设计工作。
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- 变电站全寿命周期设计建设技术导则 82 基于变电站全寿命周期设计建设技术导则的66kV电气主接线设计方案比选 基于 变电站 寿命 周期 设计 建设 技术 66 kV 电气 接线 设计方案