超高压变电站一次主接线的运行探讨
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【摘 要】在我国城市化进程不断推进的背景下，为满足城市发展需求，高压、超高压输电线路和变电站的数目不断增加，使得环境保护问题、景观协调问题等日益突出，尤其是变电站用地条件比较复杂，要求比较高，在一定程度限制了超高压变电站事业的发展。选择高压电网是解决此类问题的主要途径。基于此，本文结合案例，对超高压变电站一次主接线的运行进行探讨，具体如下。
【关键词】超高压变电站;一次主接线;断路器;配电装置
中图分类号： TM645 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）14-0049-002
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.14.022
0 引言
我国城市电力系统主要应力了中压、高压、超高压三个发展阶段，这是由我国社会经济发展所决定的，目前我国特高压交流输变电技术愈发成熟，虽然也存在一些问题亟待解决，但是从目前发展现状而言，技术问题已经不再限制我国超高压变电站发展的主要因素。发展至今已经形成了跨省500kV电网，进行500km远距离传输，大规模5GW左右的特高压骨干电网，有效的满足了城市发展的需求
1 案例分析
某城市电网供电面积为6435.8km2，在2018年夏季最大用电需求量为16.69GW，而实际最大发电量只有14GW，目前拥有8座500kV变电站，20台变压器，变电容量为15000MW。500kV双环网是该城市主要核心网架。200kV电网是主要的供电网络。现有变电站68座，变压器170台，变电容量为25600MW。电力系统在运行过程中，容易受到电力容量的限制，因此，在2016年开始实施了分层和分区域运行，形成了以500kV变电站和发电厂为核心，220kV分区电网，在具体运行过程中，各分区电网之间进行解环运行。各个分区电网在必要时可实现支持，在夏季用电高峰期，可支援800MW～850MW的电力，为满足实际需求，电压等级对下一级电网運行要满足“N-1”准则。
2 超高压变电站对一次主接线的要求
在超高压变电站一次主接线中，要根据变电站在电力系统中的地位和作用，按照相应的规划容量、供电负荷、电力容量、电气设备等条件，需要在满足电力系统安全运行的基础上，提升调度的经济型和合理性，此外，还要充分考虑供电过程的可靠性、操作性、检修方便等。就案例城市的超高压变电站而言，输送的容量比较大，一旦发生故障，就会对大范围内用户的用电总成严重影响。超高压变电站在城市电力系统中，具有举足轻重的位置，任何一个环节控制不当，都会对供电的质量、安全性等造成严重的影响。因此，一次主接线设计时，要根据地区用电情况，合理优化设计方案，尽量使用较少的设备，提升运行性能，取得最大的经济效益。
3 超高压变电站一次主接线的运行
3.1 一次主接线的组成和重要性
超高压变电站一次主接线由变压器、输电线路、断路器、隔离开关、电流和电压互感器、电容器、电抗器、避雷器等构件按照一定的顺序的组合而成。主要现实超高压变电站和电力系统中电气连接的关系，可真实有效地反映电力系统中输电、变电、供电、配电的能力，也是衡量电力系统运行稳定性和可靠性的主要依据。
最开始的超高压变电站一次主接线方式为双母线、双母线分段、双母线带旁路母线。但在火力发电、水力发电、风力发电单机容量不断增加的背景下，使得输变电电压快速提升，这些一次主接线具有投资价格昂贵、旁路带出线比较复杂等缺点，逐渐被其他接线方式取代。在我国社会经济不断发展的背景下，为满人们生活和生产的需求，出现了超高压、大电网、大电力系统。各大城市的输变电电压多以500kV为主，此外，750kV网架逐渐向1MV的方向发展。既便是单回输电线路的输送功率也达到1.5GW～5.0GW，无论何种原因造成线路发生故障，都会造成巨大损失，甚至会破坏电力系统的动静平衡，从而发生解网故障。比如：虽然母线发生故障的概率非常小，但一旦发生母线故障，就会停止输送数百万千瓦电力。
3.2 超高压变电站一次主接线的接线方式
3.2.1 没有母线的一次主接线
没有母线的一次主接线主要的接线方式有以下几种：（1）线路变压器组，主要特点为不发展终端站，优点是电源比较少，出线少，设备少，接线方式比较简单，后期维护检修方便。缺点的是如果其中一台主变站或者线路发生故障，则难以满足实际供电的需求;（2）内桥，主要特点为同线变组，在运行过程中，主变站无需频繁切换[1]。优点是属于典型的同线变组，出线的投退都比较方便，在线路中发生故障时只是跳开线路开关，主变站并不陪停;缺点是一旦主变站发生故障，则线路陪停，投且主变操作比较复杂，任何一个开关检修都会影响功率的传输;（3）外侨，主要特点为同线变组，短线路，主要需要进行频繁切换。优点是主变投退便捷，缺点是难以满足N-1的运行方式。
3.2.2 有母线的一次主接线
有母线的一次主接线方式主要包括以下几种：（1）单母线分段，主要特点是1站分2段或者分3段，为单电源，出线少，容量小。优点可实现同线变组，缺点是一旦母线发生故障或者需要检修时，如果开关柜发生误动，则会造成全站停电，可靠性相对比较低;（2）双母线，主要特点是容量比较小，双电源，多配线。优点是母线故障可保留一半，将电力系统中的重要用户和普通用户分开，降低短路容量，可实现分段自投，可靠性比较高。缺点是造价比较高，母线和出线故障开关柜会引起全停现象;（3）双母线单分段，主要特点是出线比较多，重要用户可分开，降低故障发生时造成的经济损失。优点是运行方式比较灵活。缺点是倒母线的操作比较复杂。
3.2.3 有母线的一个半断路器一次主接线
有母线的一个半断路器一次主接线的主要特点：500kV或者220kV变电站的电源比较多，并且进出线也比较多，就500kV变电站而言，有6～10回进出线。因此，此种一次主接线可在4组变电中优先采用，具有较高的自动化程度。在案例城市500kV变电站和部分220kV系统中大规模采用了此种一次主接线方法。主要优点是母线故障或开关拒动影响面小，事故处理简单。采用矩阵排列编号有规律，没有倒母线和旁路代问题，操作相当简单，主要缺点为：在相同线路条件下较双母带旁母线开关、闸刀基本相同但接地闸刀要增加1/3以上。线路检修一定要成串闭环运行故开关到线刀处需有短线保护。 3.3 超高压变电站一次主接线的配电装置分析
目前超高压变电站一次主接线中应用最广泛的配电装置有两种，一种是AIS配电装置，在户外配电装置中主要采用了大量的绝缘器件，从而把带电部分和接地部分相互分离开来，从而达到空气绝缘的目的。另一种是GIS配电装置，主要工作原理是把电力系统中的母线、断路器、隔离卡关、接地开关、互感器等原件相互组成，然后充入一定压力SF6绝缘气体，既可以在户内应用，也可以在户外应用[2]。超高压变电站一次主接线的配电装置在选择和安装时，要满足如下要求：节约用地、保证运行的安全性和巡视的便捷性、便于检修和安置、节约材料、降低造价的。
4 目前超高压变电站一次主接线中存在的和解决措施
4.1 未装设线路闸刀
该城市变电站自投入使用以来，一直采用的一只半开关接线，主要特点是在回路中未安装线路闸刀，引发的问题主要体现在以下几个问题：
第一，一旦遇到线路停役或者需要进行设备检修，则需要把该线路上相关的两只相邻的开关重新更改为冷备用，再合上接地刀闸。由于联闭锁的限制，在此阶段，两侧的开关刀闸无法进行遥控。主变也是同样存在这一问题，在主变检修过程中，为提升直流接触电阻测量的精确性，就必须把高压侧套管的引线拆开。
第二，由于在系统中未设线路刀闸，缺乏短线保护，一旦发生故障就就会造成大面积的停电事故。
第三，在每个输电单元中，采用了3组独立式的开关电流互感器。
这些问题的存在在一定程度上限制了超高压变电站一次主接线运行的稳定性和可靠性，因此，需要按照统一的规范和标准，合理装设线路闸刀，并明确相关的规定，提升一次主接线的质量。
4.2 缺乏专用的500kV电压等级的验电器具
在该城市超高压变电站一次主接线中，还缺乏一套专门应用在500kV电压等级的验电器具，严重影响接地线停电时验电和检修工作的安全性。为解决这一问题，可采用220kV电压等级的接地线或者压变次段验电，并在相关规定中进行明确处理[3]。
5 結束语
综上所述，本文结合实际案例，分析了超高压变电站一次主接线的运行，分析结果表明，不同的一次主接线有其独特的优缺点，相比而言，一只半开关接线在超高压变电站中一次主接线具有的优势更加明显。在具体应用过程中，可先选择一个半断路器并以不大于5串一次主接线比较合理。既能保证超高压变电站一次主接线运行的安全性和可靠性，也可以满足后期扩建的需求。针对在实际运行中存在的问题，需要进行全面系统的分析，进行全面解决，在保证运行的安全性基础上，满足对功能和性能的需求。
【参考文献】
[1]牛明莉.变电站接线对可靠性指标的影响[J].电子技术与软件工程，2017（23）：211.
[2]冯晗，王俊有.郑州城区电网110kV变电站接线方式分析[J].科技与企业，2015（24）：234.
[3]郭庭哲，李强仁.变电站接线形式和调度安全运行[J].通讯世界，2015（01）：92-93.
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