220 kV变电站大型敞开式主接线改造方案及安全因素研究

茅伟杰，沈珉峰，荣 富，徐 璐，朱佩林，曹扣成

(国网上海市电力公司松江供电公司，上海 201600)

上海作为特大型城市，人口密度高，产业密集，是全国用电负荷密度较高的城市之一。上海某些地区内220 kV变电站建设年代久，敞开式设备居多、占地面积大的变电站仍在运行。为了建设新的室内型变电站[1]，老旧变电站改造选择在原有站址内进行，在改造过程中要求不影响变电站正常供电，需要清理出敞开式设备场地，存在施工难度大、安全危险源多和新旧设备联合使用等难题，控制危险因素的发生成为工程改造的重要因素[2]。在运行条件下，拆除母线的敞开式设备时，必须考虑负荷的转移，这是变电站改造过程的重要安全因素[3-4]。

为220 kV老旧变电站改造工程提出合适的方法消除改造过程中的危险源至关重要，本文结合220 kV某变电站的前期改造工程方案，总结出220 kV变电站改造过程中的安全隐患与控制方法。

1 某220 kV变电站改造前后情况分析

1.1 改造前220 kV变电站情况

该站位于上海市松江区西部，是松江城区3个220 kV电源之一。

改造前一次电气设备情况如表1所示。

表1 某220 kV变电站改造前一次电气设备情况

现有规模主变(2×180+120) MVA，220 kV接线型式采用常规双母线带旁路[5]，有2回进线，一次设备均为室外敞开式设备。110 kV接线型式为双母线，有4回出线，一次设备均为室内敞开式设备。35 kV接线型式为双母线单分段，有22回出线(1回备用)，一次设备均为室内敞开式设备。

某220 kV变电站平面布置图如图1所示。

图1 某220 kV变电站平面布置图

变电站的两个入口(通道1和通道2)位于站址的南侧，西侧和东侧分别为110 kV出线室和35 kV出线室，220 kV母线构架在站址的北侧，220母线构架的南侧依次分别为消防泵房，1号、2号和3号主变220 kV开关变压器侧闸刀。其中，220 kV母线构架区，消防泵房，1号、2号和3号主变220 kV开关变压器侧闸刀的位置为后期改造过程中主控楼和设备楼，因此本期改造的主要目的为清理出该块场地。

1.2 改造后220 kV变电站情况

某220 kV变电站改造后一次电气设备情况如表2所示。

由表2可知，改造后的变电站110 kV和35 kV接线的出线显著增加，为满足容量的要求，220 kV进线将从原有2回进线的基础上增加到3回进线。同时，高中低三侧的接线方式将简便很多，110 kV和35 kV侧配合自切装置，在不降低供电可靠性的情况下，简化站内的接线方式，方便工作人员操作，有利于变电站的安全运行。

表2 某220 kV变电站改造后一次电气设备情况

2 改造的必要性

某220 kV变电站为1986年投运的变电站，运行时间长，变电站建构筑物健康水平差。随着地区负荷的发展，夏季高峰时松江站主变负载率较高，已不能满足“N-1”安全准则的要求。

(1)满足地区负荷增长需要，缓解供电压力，地区内3座220 kV变电站夏季最高负载率分别达到89%，91%和80%，均已不满足“N-1”安全供电准则。

(2)增加110 kV电源点，满足地区变电站和用户变电站接入需要。目前变电站110 kV侧仅有4回出线间隔，且已无备用，通过变电站3号主变从双卷变增容至三卷变，改造变电站110 kV配电装置，增加110 kV出线间隔，为地区规划110 kV变电站提供电源点。

(3)消除两线带三变运行方式，提高供电可靠性，变电站220 kV侧采用两线带三变的运行方式，单线输送容量已不能满足“N-1”安全可靠供电要求。本期改造通过新增第三回电源进线，提高供电可靠性。

(4)解决构架陈旧老化，土建整体健康水平差的问题。变电站为1986年投运，构架未做过改造，构架支柱击避雷针锈蚀严重，部分高层横梁及立柱水泥脱落，存在轻度倾斜及沉降现象，土建整体健康水平差，不满足抗震及抗强台风要求，威胁设备的安全运行。

3 改造方案

3.1 220 kV主接线改造方案

本期改造的主要目的是清理出220 kV母线构架，消防泵房，1号、2号和3号主变220 kV开关变压器侧闸刀的场地，用于后期建设主控楼和设备楼。

变电站220 kV一次设备接线的双母线及旁路母线的电源由余松2B10和庄松4131提供，余松2B10和庄松4131均为架空线接到松江站，1号和2号变压器的中压侧送电给110 kV正母和付母，35 kV正母一段、正母二段和付母的电源分别由1号、2号和3号主变输送。为尽可能减少设备停役的时间，结合施工工况，做好设备的计划停役显得尤为重要。本次改造需要在场地内的道路下先布置好电缆沟，以利于后期工程的顺利开展。

结合现场实际情况，变电站的不停电改造按以下步骤进行。

(1)停用3号主变，2号主变提供35 kV正母一段和付母电源，变电站改造的最终目的是220 kV有3回进线。因此，利用3号主变是两卷变的特点，首先引进一路新的电源工松2B86，如图2所示。站内本期改造结束后，引进的新电源采用电缆敷埋的方式直接连接到3号主变。

(2)停用2号主变，1号主变提供正母一段和正母二段电源，3号主变第一步改造结束后，继续提供付母电源，而原接线方式为余松2B10电源送到变电站的母线，再由母线引出电源进入主变。此处采取的方案为余松2B10架空线进入松江站，然后引到新地下电缆沟，沿电缆沟将电源直接送到2号主变。

图2 改造后220 kV侧一次接线图

(3)停用3号主变，2号主变提供正母一段和正母二段电源，3号主变提供付母电源，同样庄松4131架空线进入松江站接入电缆沟，电源由电缆沟进入1号主变。

3.2 改造中消防安全危险点

220 kV变压器的消防系统一般设置水喷淋装置，减小变压器发生火灾对站内设备安全运行的影响，因此消防也是站内改造防止误动的重要安全因素之一。

本期改造涉及到原消防泵房的拆除，而1号、2号主变在后期土建施工中保持运行，两主变的水喷淋装置需接入新的消防装置，本次改造选择在1号主变的西侧建临时消防泵房，但临时消防泵房依旧采用老的控制器。

改造过程中消防系统示意图如图3所示。2号主变改造期间，2号主变消防控制器接入临时消防泵房消防系统，1号主变消防控制器依然接入旧的消防泵房系统，存在新旧系统交叉使用的风险。消防系统的改造随着主变220 kV侧主接线改造同时进行，按照原消防系统运行方式，松江站1号、2号主变消防系统运行方式投 “自动”，2号主变临时泵房系统的参数在输入消防系统控制器时，有可能会误启动1号主变消防造成1号主变短路跳闸，存在110 kV全停的电网事件，导致存在重大安全隐患。

因此，消防泵房的改造过程中特别是对装置进行试验时，需要对另一主变消防系统运行方式投“手动”，并且临时限时停用1号主变消防系统控制器。

图3 改造过程中消防系统示意图

3.3 改造中操作安全危险点

随着改造过程220 kV侧室外设备的逐步拆除，原有的“五防系统”220 kV侧的闭锁系统同样拆除，原运行方式为220 kV部分由开关、闸刀、母线送至主变220 kV侧，改为了直接由电缆至主变220 kV套管。

按照图2所示改造后的方式进行运行，则1号、2号主变 220 kV侧“微机五防”的“防带电挂接地线”存在安全漏洞，主变改检修时，主变220 kV侧无明显的断开点，造成主变侧挂接地线时电脑钥匙无法判断线路是否带电，存在可能带电挂接地线的重大人身安全隐患。因此，改造过程采取在线路安装带电显示器，通过线路带电显示器实现“五防”闭锁回路，避免在线路挂接地线时没有“五防”，确保了改造完成后操作时的人身安全。

3.4 改造中通道安全危险点

某220 kV变电站作为运行30多年的老站，在当时土建建设及后期改造中，未考虑大型车辆及机械进出，因此存在进出通道少，道路窄等问题，并且道路两侧距离设备距离近，松江站1号主变和3号主变与35 kV出线室之间有软母线连接，悬于通道1上方，在改造过程中大型车辆的进出和设备的吊装，极有可能触及到上方的软母线，威胁站内的设备运行。

本次改造中，为保证改造工程的顺利进行和后期变电站的建设，采取在通道1处建设硬隔离的方法，如图4所示。

图4 安全通道改造示意图

使用事先焊接好的三面钢构架，在1号主变停役时，即1号主变220 kV侧改造时，吊装组合成钢架构，安装在道路两侧预制桩墩上，提高钢构架的整体稳定性，从而实现软母线下方安全通道的全封闭，类似老站敞开式设备的线缆复杂，沿道路建设有电缆沟，因此大型车辆通行时存在破坏电缆沟，损坏电缆等风险。本次改造中多采用通道、施工点与电缆沟遮栏硬隔离加标识牌的方法提高工作人员的安全意识，确保整个改造过程的万无一失。

4 改造工程的意义

4.1 改造原则

本期改造依然采用不停电的方式，通过3个主变之间负荷的转移来实现。

在之前220 kV变电站改造过程中很少涉及到出线增加和220 kV接线全部一次性拆除的情况。变电站前期的改造内容繁多，本工程巧妙地利用3回出线分别送3个变压器的方案，避免了引入临时电源而造成的建设浪费，同时设计好相应的电缆沟，充分利用场地内的通道，解决了场地内敞开式架线方式对改造过程中人身和设备的威胁。

4.2 安全因素

220 kV变电站原址改造的难度要大于新建变电站，安全因素是整个改造质量的重要环节[6]。变电站作为运行近40年的老站，220 kV侧敞开式设备改造过程是安全威胁最多的阶段，涉及220 kV线路、消防和土建，且短时间内施工场所与带电部分没有有效的硬隔离，容易忽略较多的安全因素。

消防改造在整个改造过程中也处于重要的位置，消防系统存在新旧消防泵房的同时使用，新的消防泵房接入老的控制系统，容易出现误动和拒动的情况，因此在各个时间点需要把握消防系统投入“自动”或者“手动”，以及采取限时临时停用对变压器的安全稳定运行起到关键作用。

改造过程中，拆除一次设备容易忽略原有的运行方式。在本工程220 kV主接线全部拆除的情况下，当主变压器检修时，220 kV侧为电缆直接接入变压器，难以设置明显的断开点和接地装置，因此需要保证主变压器220 kV侧停役时确实无电，且原“微机五防”可以继续正常使用，合理地利用带电显示器的作用，安装在220 kV套管侧用于判断线路是否带电以及“微机五防”的正常操作，保证了工作人员的人身安全和设备的安全运行。

不停电改造是变电站改造的最大难点，需要充分考虑到施工通道区域和带电部分的隔离，为杜绝安全隐患的发生，采取硬隔离的方式是最安全的有效方式。

5 结语

随着供电可靠性的提高和负荷的增加，老旧变电站的改造已迫切需要。

本文通过分析运行超过30年的220 kV变电站大型敞开式设备的改造方案和改造过程中的安全因素，3个主变之间相互的负荷转移实现改造工程的不停电，并利用增加220 kV出线和布置合理电缆沟的方式解决了电源与变压器之间连接的问题。

本期改造中涉及到新旧系统和操作系统的并用，是改造工程需要考虑重要安全因素，采取消防运行系统运行方式的切换和“五防系统“接入带电显示器装置，有效地解决了后期工程人员的操作安全和设备的安全运行，采取通道硬隔离的方式杜绝安全隐患的发生。