220kV變電站240MVA主變壓器阻抗選擇的探討

引言

目前國(guó)內(nèi)220kV變電站240MVA主變壓器限制低壓側(cè)10kV短路電流主要通過(guò)兩種方式:一種是采用普通變壓器加裝限流電抗器,另一種是采用高阻抗變壓器。采用哪種方式來(lái)限制10kV側(cè)短路電流,對(duì)整個(gè)工程建設(shè)影響很大,因此,必須在工程建設(shè)之前,在滿足電力系統(tǒng)可靠性的基本條件下,通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證確定一種最佳的方案。

1概述

1.1國(guó)內(nèi)目前狀況分析

為了限制220kV變電站低壓側(cè)10kV短路電流,在變電站內(nèi)可以采取多種方法:(1)變壓器分裂運(yùn)行:(2)在變壓器低壓側(cè)回路加裝限流電抗器:(3)變壓器低壓側(cè)采用分裂繞組:(4)10kV出線加裝限流電抗器:(5)采用高阻抗變壓器。

根據(jù)國(guó)內(nèi)的運(yùn)行習(xí)慣,當(dāng)變電站中有多臺(tái)變壓器運(yùn)行時(shí),其低壓側(cè)一般是分裂運(yùn)行的,在此前提下,為了將主變壓器低壓側(cè)短路電流限制在一定范圍內(nèi),仍需要采取相關(guān)措施。由于低壓側(cè)采用分裂繞組的變壓器存在很多問(wèn)題,而眾多10kV出線都加裝限流電抗器,費(fèi)用很高,現(xiàn)在國(guó)內(nèi)限制10kV短路電流主要通過(guò)兩種方式:一種方式是在變壓器的10kV側(cè)回路加裝限流電抗器,另一種是直接采用高阻抗變壓器,目前這兩種方式運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)已非常豐富。

1.2變電站概況及特點(diǎn)

變電站采用240MVA的主變壓器,變壓器三側(cè)電壓為220/110/10kV。220kV采用雙母線接線,110kV采用雙母線接線或者雙母線雙分段接線,10kV采用單母線分段接線。

變電站各電壓等級(jí)電氣設(shè)備參數(shù):220kV短路電流水平按50kA考慮,110kV短路電流水平按40kA考慮,10kV短路電流水平按31.5kA考慮,為限制10kV短路電流,將其控制在25kA以內(nèi),除了主變低壓側(cè)采用分裂運(yùn)行外,還需采取一些其他限流措施。

1.3限制10kV側(cè)短路電流的方法及其優(yōu)缺點(diǎn)

變電站采用240MVA主變壓器,為了限制低壓側(cè)短路電流,限流措施在以下兩種方案中選擇:(1)主變采用高阻抗變壓器,阻抗值為Ud1-2=14%,Ud2-3=50%,Ud1-3=65%,10kV短路電流在25kA以內(nèi):(2)主變采用常規(guī)阻抗變壓器,阻抗值為Ud1-2=14%,Ud2-3=21%,Ud1-3=35%,并在主變低壓側(cè)回路中加裝阻抗值為12%的限流電抗器。與加裝限流電抗器相比,選用高阻抗變壓器的優(yōu)點(diǎn):接線簡(jiǎn)單,布置清晰:故障點(diǎn)少:運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單:損耗小:節(jié)省了場(chǎng)地,優(yōu)化總平面布置。但是也有幾個(gè)缺點(diǎn):制造成本高:部分區(qū)間保護(hù)靈敏度變小:實(shí)際運(yùn)行設(shè)備及經(jīng)驗(yàn)很少,訂貨也很困難。

1.4240MVA高阻抗變壓器現(xiàn)狀

就220kV高阻抗240MVA變壓器的生產(chǎn)及應(yīng)用情況咨詢國(guó)內(nèi)主要生產(chǎn)廠家,如ABB、西門子、特變電工等,均生產(chǎn)過(guò)并已投入運(yùn)行,其他廠家也承諾可以生產(chǎn),技術(shù)上可以實(shí)現(xiàn)。

2基于全壽命周期成本理念的11kV限流措施選擇

2kV變電站LCC計(jì)算主要方法

變電站全壽命周期成本(LCC)管理是指在變電站的全壽命周期內(nèi),在保證電力系統(tǒng)可靠性條件下使整個(gè)工程全壽命成本最低的管理。變電站全壽命成本包含設(shè)備的采購(gòu)、施工及安裝、調(diào)試、運(yùn)行及維護(hù)、檢修、改造一直到報(bào)廢的整個(gè)全過(guò)程總發(fā)生的費(fèi)用。變電站LCC費(fèi)用組成:一次投資成本IC、運(yùn)行成本0C、因故障原因而引起中斷供電的損失成本FC、報(bào)廢成本DC。即變電站的LCC計(jì)算模型:LCC=IC+0C+FC+DC。

由于變電站的LCC研究目前還在起步和探討階段,相關(guān)歷史數(shù)據(jù)有待生產(chǎn)和管理中收集和整理。在缺乏部分?jǐn)?shù)據(jù)的情況下,變電站的LCC計(jì)算將作相應(yīng)簡(jiǎn)化處理:不考慮各方案共同擁有的費(fèi)用,而是通過(guò)計(jì)算各方案間LCC的差別來(lái)選擇最佳的方案。

2k2兩種方案LCC計(jì)算

2.2.1一次投資成本(IC)

一次投資成本只計(jì)算變壓器的設(shè)備購(gòu)置費(fèi)、運(yùn)輸費(fèi)、安裝費(fèi)、限流電抗器設(shè)備費(fèi)、安裝費(fèi)及土建等。通過(guò)計(jì)算,采用高阻抗變壓器比普通變壓器加裝限流電抗器一次投資成本低約248萬(wàn)元(折現(xiàn)后)。

2.2.2運(yùn)行成本(0C)

運(yùn)行成本只計(jì)算變壓器和限流電抗器的損耗、保險(xiǎn)費(fèi)、運(yùn)行維護(hù)等費(fèi)用。通過(guò)計(jì)算,雖然高阻抗變壓器比普通變壓器本身?yè)p耗高一些,但是如果采用普通阻抗變壓器需加裝限流電抗器,損耗總和較高阻抗變壓器還要高,變電站使用壽命按30年計(jì)算,采用高阻抗的變壓器比普通阻抗的變壓器加裝限流電抗器運(yùn)行成本可減少23萬(wàn)元左右。

2.2.3中斷供電損失成本(FC)

中斷供電損失成本只計(jì)算斷電損失成本和修復(fù)成本。通過(guò)計(jì)算,采用高阻抗變壓器比普通阻抗變壓器加裝限流電抗器中斷供電損失成本略高。

2.2.4報(bào)廢成本(DC)

報(bào)廢成本只計(jì)算變壓器和限流電抗器拆除費(fèi)用和殘值。通過(guò)計(jì)算,采用高阻抗變壓器比普通阻抗變壓器加裝限流電抗器報(bào)廢成本損失費(fèi)用略低。

2.3兩個(gè)方案的比較和評(píng)估

通過(guò)全壽命周期成本(LCC)的比較,一臺(tái)高阻抗變壓器比普通阻抗變壓器加裝限流電抗器全壽命周期成本(LCC)少274.41萬(wàn)元,變電站一般首期建設(shè)兩臺(tái)主變壓器,全壽命周期成本(LCC)減少548.82萬(wàn)元。很明顯,即使考慮原始數(shù)據(jù)的偏差、變電站在全壽命周期中外部條件的變化以及計(jì)算方法的偏差,采用高阻抗變壓器的全壽命周期成本仍然低于普通阻抗變壓器加裝限流電抗器的全壽命周期成本。

2k4環(huán)保效益

2.4.1節(jié)能

變壓器能耗主要體現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換過(guò)程中的空載情況下的能耗和負(fù)載情況下的能耗及其他附加能耗等電能的損耗。變壓器節(jié)能降耗主要通過(guò)合理選擇變壓器的型式和選擇低損耗變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)。變電站建設(shè)240MVA主變壓器,對(duì)采用高阻抗變壓器和普通變壓器加限流電抗器兩個(gè)方案節(jié)能降耗進(jìn)行比較,采用高阻抗的變壓器方案,每年每臺(tái)主變減少損耗約7.863萬(wàn)kw·h,變電站按30年使用年限計(jì)算,在全壽命周期內(nèi)每臺(tái)主變減少損耗約235.89萬(wàn)kw·h。若變電站首期按兩臺(tái)主變,電費(fèi)按0.565元/kw·h核算,每年節(jié)約主變損耗費(fèi)用約8.88萬(wàn)元,運(yùn)行30年節(jié)約費(fèi)用約266.56萬(wàn)元(折現(xiàn)后),由此可見(jiàn),使用高阻抗變壓器方案不僅具有較好的經(jīng)濟(jì)效益,節(jié)能效益還更為顯著。

2.4.2減排

我國(guó)電力能源是以火電發(fā)電的燃煤電廠為主,每發(fā)1kw·h電量,向空氣中排放1.2kg的二氧化碳,造成環(huán)境污染。從減排的角度比較高阻抗變壓器和普通變壓器加限流電抗器兩個(gè)方案,采用高阻抗變壓器方案后,每年每臺(tái)主變可減少二氧化碳排放量約94.356t,按30年核算變電站運(yùn)行年限,整個(gè)壽命周期內(nèi)每臺(tái)主變可少排二氧化碳2830.68t。若變電站首期按兩臺(tái)主變計(jì)算,每年可減少二氧化碳排放量188.712t,使用年限30年內(nèi)可減少二氧化碳排放量5661.36t,由此可見(jiàn),采用高阻抗變壓器方案具有很好的環(huán)保效果。

3結(jié)語(yǔ)

采用高阻抗變壓器全壽命周期成本低于普通阻抗變壓器加裝限流電抗器,且采用高阻抗變壓器不使用限流電抗器,可以更好地優(yōu)化變電站電氣總平面布置。此外,采用高阻抗變壓器能耗較小,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,運(yùn)行維護(hù)方便,具有較好的節(jié)能環(huán)保效果,綜合上述因素考慮,推薦采用高阻抗變壓器。