220kV变电站240MVA主变压器阻抗选择的探讨

引言

目前国内220kV变电站240MVA主变压器限制低压侧10kV短路电流主要通过两种方式:一种是采用普通变压器加装限流电抗器,另一种是采用高阻抗变压器。采用哪种方式来限制10kV侧短路电流,对整个工程建设影响很大,因此,必须在工程建设之前,在满足电力系统可靠性的基本条件下,通过技术经济论证确定一种最佳的方案。

1概述

1.1国内目前状况分析

为了限制220kV变电站低压侧10kV短路电流,在变电站内可以采取多种方法:(1)变压器分裂运行:(2)在变压器低压侧回路加装限流电抗器:(3)变压器低压侧采用分裂绕组:(4)10kV出线加装限流电抗器:(5)采用高阻抗变压器。

根据国内的运行习惯,当变电站中有多台变压器运行时,其低压侧一般是分裂运行的,在此前提下,为了将主变压器低压侧短路电流限制在一定范围内,仍需要采取相关措施。由于低压侧采用分裂绕组的变压器存在很多问题,而众多10kV出线都加装限流电抗器,费用很高,现在国内限制10kV短路电流主要通过两种方式:一种方式是在变压器的10kV侧回路加装限流电抗器,另一种是直接采用高阻抗变压器,目前这两种方式运行经验已非常丰富。

1.2变电站概况及特点

变电站采用240MVA的主变压器,变压器三侧电压为220/110/10kV。220kV采用双母线接线,110kV采用双母线接线或者双母线双分段接线,10kV采用单母线分段接线。

变电站各电压等级电气设备参数:220kV短路电流水平按50kA考虑,110kV短路电流水平按40kA考虑,10kV短路电流水平按31.5kA考虑,为限制10kV短路电流,将其控制在25kA以内,除了主变低压侧采用分裂运行外,还需采取一些其他限流措施。

1.3限制10kV侧短路电流的方法及其优缺点

变电站采用240MVA主变压器,为了限制低压侧短路电流,限流措施在以下两种方案中选择:(1)主变采用高阻抗变压器,阻抗值为Ud1-2=14%,Ud2-3=50%,Ud1-3=65%,10kV短路电流在25kA以内:(2)主变采用常规阻抗变压器,阻抗值为Ud1-2=14%,Ud2-3=21%,Ud1-3=35%,并在主变低压侧回路中加装阻抗值为12%的限流电抗器。与加装限流电抗器相比,选用高阻抗变压器的优点:接线简单,布置清晰:故障点少:运行维护简单:损耗小:节省了场地,优化总平面布置。但是也有几个缺点:制造成本高:部分区间保护灵敏度变小:实际运行设备及经验很少,订货也很困难。

1.4240MVA高阻抗变压器现状

就220kV高阻抗240MVA变压器的生产及应用情况咨询国内主要生产厂家,如ABB、西门子、特变电工等,均生产过并已投入运行,其他厂家也承诺可以生产,技术上可以实现。

2基于全寿命周期成本理念的11kV限流措施选择

2kV变电站LCC计算主要方法

变电站全寿命周期成本(LCC)管理是指在变电站的全寿命周期内,在保证电力系统可靠性条件下使整个工程全寿命成本最低的管理。变电站全寿命成本包含设备的采购、施工及安装、调试、运行及维护、检修、改造一直到报废的整个全过程总发生的费用。变电站LCC费用组成:一次投资成本IC、运行成本0C、因故障原因而引起中断供电的损失成本FC、报废成本DC。即变电站的LCC计算模型:LCC=IC+0C+FC+DC。

由于变电站的LCC研究目前还在起步和探讨阶段,相关历史数据有待生产和管理中收集和整理。在缺乏部分数据的情况下,变电站的LCC计算将作相应简化处理:不考虑各方案共同拥有的费用,而是通过计算各方案间LCC的差别来选择最佳的方案。

2k2两种方案LCC计算

2.2.1一次投资成本(IC)

一次投资成本只计算变压器的设备购置费、运输费、安装费、限流电抗器设备费、安装费及土建等。通过计算,采用高阻抗变压器比普通变压器加装限流电抗器一次投资成本低约248万元(折现后)。

2.2.2运行成本(0C)

运行成本只计算变压器和限流电抗器的损耗、保险费、运行维护等费用。通过计算,虽然高阻抗变压器比普通变压器本身损耗高一些,但是如果采用普通阻抗变压器需加装限流电抗器,损耗总和较高阻抗变压器还要高,变电站使用寿命按30年计算,采用高阻抗的变压器比普通阻抗的变压器加装限流电抗器运行成本可减少23万元左右。

2.2.3中断供电损失成本(FC)

中断供电损失成本只计算断电损失成本和修复成本。通过计算,采用高阻抗变压器比普通阻抗变压器加装限流电抗器中断供电损失成本略高。

2.2.4报废成本(DC)

报废成本只计算变压器和限流电抗器拆除费用和残值。通过计算,采用高阻抗变压器比普通阻抗变压器加装限流电抗器报废成本损失费用略低。

2.3两个方案的比较和评估

通过全寿命周期成本(LCC)的比较,一台高阻抗变压器比普通阻抗变压器加装限流电抗器全寿命周期成本(LCC)少274.41万元,变电站一般首期建设两台主变压器,全寿命周期成本(LCC)减少548.82万元。很明显,即使考虑原始数据的偏差、变电站在全寿命周期中外部条件的变化以及计算方法的偏差,采用高阻抗变压器的全寿命周期成本仍然低于普通阻抗变压器加装限流电抗器的全寿命周期成本。

2k4环保效益

2.4.1节能

变压器能耗主要体现电能转换过程中的空载情况下的能耗和负载情况下的能耗及其他附加能耗等电能的损耗。变压器节能降耗主要通过合理选择变压器的型式和选择低损耗变压器来实现。变电站建设240MVA主变压器,对采用高阻抗变压器和普通变压器加限流电抗器两个方案节能降耗进行比较,采用高阻抗的变压器方案,每年每台主变减少损耗约7.863万kw·h,变电站按30年使用年限计算,在全寿命周期内每台主变减少损耗约235.89万kw·h。若变电站首期按两台主变,电费按0.565元/kw·h核算,每年节约主变损耗费用约8.88万元,运行30年节约费用约266.56万元(折现后),由此可见,使用高阻抗变压器方案不仅具有较好的经济效益,节能效益还更为显著。

2.4.2减排

我国电力能源是以火电发电的燃煤电厂为主,每发1kw·h电量,向空气中排放1.2kg的二氧化碳,造成环境污染。从减排的角度比较高阻抗变压器和普通变压器加限流电抗器两个方案,采用高阻抗变压器方案后,每年每台主变可减少二氧化碳排放量约94.356t,按30年核算变电站运行年限,整个寿命周期内每台主变可少排二氧化碳2830.68t。若变电站首期按两台主变计算,每年可减少二氧化碳排放量188.712t,使用年限30年内可减少二氧化碳排放量5661.36t,由此可见,采用高阻抗变压器方案具有很好的环保效果。

3结语

采用高阻抗变压器全寿命周期成本低于普通阻抗变压器加装限流电抗器,且采用高阻抗变压器不使用限流电抗器,可以更好地优化变电站电气总平面布置。此外,采用高阻抗变压器能耗较小,其结构简单,运行维护方便,具有较好的节能环保效果,综合上述因素考虑,推荐采用高阻抗变压器。