自耦变压器在110千伏电力系统二次升压中的研究
[[摘要]本文基于输电线路距离长、电压降和线损过大，导致直供大负荷工业用户母线电压低的事实，提出了采用非常规自耦变压器在输电线路中间进行二次升压的方法，以提高电压质量，降低损耗，节约能源。[关键词：自耦变压器，输电线路，电压质量，升压，降损：淅川县位于南水北调中线工程渠先所在的豫鄂陕交界丹江口水库主淹没区。通过20多年的改革开放发展和家对库区移民优惠政策的实施，淅川电网基本形成了优势互补、运行灵活的电网结构，南靠华中、南靠丹江、西靠西北，三网供电。目前年供电能力达到22.5亿千瓦时。但由于历史原因和地理环境的特殊性，我县部分重型工业用户集中在县城附近，导致传输距离过长，用户端电压负偏差大的现象。特别是我局管辖的110千伏丹铝线，导线型号LGJQ-300，全长87.5公里.就拿我县年产5万吨铝制品的电解铝厂的负荷来说。丹江口水电厂供电时，受电端母线电压约为88-93 kV，在一定程度上造成厂内电解铝槽出力不足，影响正常生产。同时，由于丹铝线过度亏损，我局营销成本增加。丹江口水电站汛期西川电网如何在优惠供电期提高电压质量，较大限度降低损耗，节约能源，提高供电可靠性，已成为我局亟待探索和解决的课题。鉴于丹江口水电站汛期投入运行的机组较多，电解铝厂无功不足较少。经过认真的技术论证和经济对比分析，并经有关方面同意，我局决定在丹铝110千伏线路中间46公里处建设一座150兆伏安自耦变压器升压站，自筹资金在中间进行两次升压，以保证两个电网在丰水期和枯水期回送时的电压质量。本文简要介绍了改造后的技术方案和经济效益，供同行参考，望指正。2.经济技术比较：1。丹铝110KV线路升压前末端电压和功耗：已知阈值：导线型LGJQ-300，线路长度L=87.5km，导线电阻R=0.11/km，导线电抗X=0.382/km，丹江口水电厂110K V母线电压UN=110KV， 和线路的平均负荷P(1)电压损失为：从cos=P/=100/=0.894从sin=Q/=50/=0.447 从I=P/UN cos10-3=100/1120.89410-3=576 a到U==576 (0.1187.50.8940.3820.382 功率损耗：按丹江口水电厂至淅川电解铝厂年较大供电时间系数0.75计算，则：p=87600.759580=62940600 kw . h(4)经济损耗：按丹江口水电厂至淅川电网平均电价每千瓦时/0.215元计算：则每年I
2.升压改造后吕丹110千伏线路末端的电压和电能消耗：(1)丹江至凤凰升压站线路的电压损失和电能消耗：线路长度L=46km公里。其他已知阈值不变：从u=in(rlcosxlsin)=576(0.11460.894 0.382460.447)=12349v 110kv凤凰升压站母线电压：UF=112000-12349=99651V功率损耗：从P1=32r 10-3=35762 凤凰至铝厂线路长度L=41.5km的电压损耗和功耗为：in=p/un clos=100/1190.894103=542 a； u=in(rlcoslsin)=542(0.11=10483V铝厂站110母线实际电压：UL=119000-10482=108518V功率损耗：a .线路功率损耗：p2=3I2r10-3=354220.1141.510-3视在功率自耦变压器功率损耗：Pb=P0 PD(S/Sb)2=59 140(11856/150000)2=136.8 KW(4)总功率损耗：P1=4498 KW从丹江到凤凰；Pb=136.8 KWp2=4325 KWp=P1Pbp2=5036 136.8 4023=9196 KW(5)电能损耗：计算阈值同上： Wh/年(6)竣工后节电： pj。y=ph=62940600-60240330=2700270 kw . h/年(7)增加经济效益：27002700.215=580558元/年 #p#分页标题#e#
耦电力干式变压器在运行中涉及的几个技术问题1、电源侧星形绕组中性点是否需要接地：根据《电力工程电气设计手册》电气一次部分“主干式变压器中性点接地方式章节中”“凡是自耦干式变压器中性点须要直接接地或经小阻抗接地”的规定，我局凤凰110KV电力自耦干式变压器的中性点则需必须接地。这样一来，将会改变对该台干式变压器供电的110KV电网系统中的零序电流分布，导致整个所接110KV电网系统中所有输电线路零序保护需重新计算校核整定。且涉及不同产权的多家供电单位。协调工作量相当繁杂，保护计算费用支出较大.我局经过技术论证，提出该台主变中性点除主变进行倒闸操作时短时间合上外，平时采用不接地方式。其论证观点是：电力设计手册或教课书中所规定的自耦电力干式变压器中性点必须接地或经小阻接地，主要是考虑到常规电力自耦干式变压器其串联绕组和共用绕组是由两个不同电压等级的高中压绕组所组成。为降低工程造价，制造厂大多采用分级绝缘结构。运行中一旦高压电网内发生单相接地故障时，将会在其中压绕组上出现危险的过电压而对中压绕组的绝缘造成危害。为降低绕组对地电位，其中性点必须接地。而我局的凤凰调压变是一台进出侧都是110KV电压等级的并在副边进行升压的自耦电力干式变压器，主要是为保证我县电解铝厂正常负荷（10万KW）时的电压质量，而在线路中间进行110KV小范围二次升压的特殊用途干式变压器。其一次输入电压90—110KV，调压范围在90—121KV之间，因其串联绕组和公共绕组运行电压都是110KV电压等级，并按全部加强绝缘水平设计，绝缘耐受水平为154KV，且平时运行中中性点又采用不接地方式，即是运行中110KV系统发生单相接地故障而引起对地电位的瞬时升高，因零序继电保护的快速动作，其影响要比常规高中压分级绝缘的自耦电力干式变压器所造成的影响小的多。2、干式变压器的防止过电压措施：（1）在主干式变压器进、出线两端各装设一组氧化锌避雷器，防止雷电感应过电压。（2）因主变10KV侧绕组平时不带负荷而无出线，为防止该绕组静电感应过电压，将套管引出线一相直接接地层。（3）为防止高压绕组高端高压悬浮电位对主变绕组绝缘的影响，由制造单位采用下列措施，即：①干式变压器调压装置采用贵州长征电器股份有限公司生产的ZY1A—I1200A（MT1200—252/18180）型有载分接开关，电压等级252KV，18个档位，17级线性调压。① 线卷端部油道加大几何尺寸，便利油流散热。② 加强加厚绝缘和增大线圈层匝间及引线电气距离。③ 改善绕组匝间电容分布，在线圈端部加装静电板。3.运行结线方式：丹江水电厂丰水期间向淅川电网供电，枯水期间由淅川电网向丹江口市部分用户倒供电。凤凰站设计了灵活方便的运行结线方式，如下图所示： 4、凤凰升压站的继电保护配置：（DCAP系列微机保护）（1）主变保护配置：（非电量保护主变本体已带）① 防御干式变压器绕组和引出线相间短路的纵联差动保护。② 防御主变在需进行倒闸操作时，中性点地刀短时合上期间绕组和进出线两侧单相接地短路的零序纵联差动保护。③ 防御主变两侧母线对称或不对称短路的110KV复合电压闭锁过电流保护。④ 防御主变对称过负荷时的过负荷保护。⑤ 防御主变及两侧单相接地的零序电流保护和中性点间隙放电的零序电流、电压保护。⑥ 防御系统重负荷线路突然切除时电源电压异常升高的过电压保护。该保护预设两个门槛值，电压突变量达到较好门槛值时121KV时，报过压告警信号在，达到第二门槛值时126KV时，瞬时动作于两侧断路器跳闸，并用延时重合闸来补救。（2）根据系统供电运行方式的需要,考虑到在互相倒供电时的线路保护,其两侧线路保护配置:①三段式距离保护: ②三段式零序方向电流保护: ③三段式相间过流保护:四、经济效益评价：未建前，丹凤线每年线路损耗约1353万元，且我局每年有五个月需从华中电网高价购入约2.8亿KW.h电量以维持该厂生产需要。其电价每KW. h/0.315元，则支出电费2.8×0.315=882.0万元。与由丹江水电厂供电时电价每KW.H/0.215相比，2.8×0.215=602.0万元。仅此项每年我局少支出电费：882.0—602=280万元.再与线路降损效益相加，降损效益为280+580558=338.055万元。凤凰110KV自耦变压升压站，我局共投资600万元建成，该线路电压和输出功率得到明显的提高，较大可输出120000KW电量，丹江水电厂每年对淅川电网在原有供电量的基础上又可多供1.05亿KW电量来带城区部分用电负荷。丹江水电厂直供区电价与华中电网电价平均低0.1元，则建成后，此项我局年直接降低购电成本为：1.05（亿）×0.1（元）=1050万元总经济效益：（减少购电成本1050+280）+（该线路降低损耗58.05）=1388.05万元。设备投资回收期/年=设备投资额（元）/采用新设备的年节约额（元/年）=600/1388.05=0.45/年。结语：我局凤凰110KV自耦升压变自2004 年 6 月 28 日投运至今，经过两年多的运行实践证明，我县电解铝厂的110KV母线电压达到家规定标准，由投运前的90KV左右升至现在的108KV左右，增大了该厂的设备出力，减少了输电线路的功率损耗，提高了供电可靠性，其运行效果基本与经济技术分析相一致。取得了较大的经济效益和社会效益。但是，该站作为在全电网中一种较为罕见的升压运行模式，目前运行及管理经验较为贫乏。我局在做好电网无功补偿装置科学规划合理配置安装的同时，将继续强化管理、积极探索、构筑和谐电力，服务和谐社会，力争达到供用电双方利利益双赢的目的。#p#分页标题#e#
