某核电厂施工用电系统供电模式改造方案浅析
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0 前言
核电厂施工电源是为电厂整个施工、调试阶段提供充足、可靠的生活办公用电和施工调试用电服务。施工电源设置的合理、可靠，对核电厂主体工程的顺利进展将起到重要的保证作用。根据施工用电负荷需求，核电厂施工变电站设置两台容量为16MVA的施工变压器（220kV/10kV）。项目前期准备阶段，现场用电需求量较小，且施工阶段负荷峰、谷差明显。全厂平均用电负荷仅有几百千瓦左右，峰值负荷不超过二千千瓦。由于施工变轻载和送电线路产生的无功无法就地平衡，导致用户侧向系统倒送无功。按照行业主管部门和国家标准要求无功就地平衡的原则和《供电营业规则》的规定，向系统倒送无功一方面影响系统的电能质量，影响电网的安全可靠运行，另一方面行业主管部门为尽可能减少类似情况的发生，保障电网的稳定运行，向长期轻载运行的用户收取高额无功补偿利率调节费。鉴于以上情况，项目拟将原16MVA的两台施工变压器停用，另接入1路10kV备用电源，为厂区少量的用电负荷供电。
1 施工用电系统现状及改接1路10kV备用电源方案可行性分析
原施工电源引自厂区220kV施工变电站两台16MVA的变压器，两台施工变压器各带一段母线负荷，两段母线之间设置联络开关，即220kV施工变电站内10kV侧电源采用单母线分段的接线方式。施工用电负荷主要分布在主厂区、施工准备区及厂前区，主厂区和施工准备区用电负荷主要为施工负荷，厂前区主要为与生产配套的办公生活等用电负荷，因此分别设置主厂区10kV供电环网、施工准备区10kV供电环网及厂前区10kV变电站。为保证供电可靠性，每个区域的供电环网从220kV施工变电站的两段母线分别引接一路电源互为备用；厂前区10kV变电站采也用两路进线分别接自220kV施工变电站的两段母线。施工用电系统图详见图1。
拟改接的1路10kV溆玫缭词羌芸障呗罚线路长度约13km，架空线采用导线截面为240mm2的铝绞线。供电局批复用电容量为2600kVA，现场施工用电负荷约500 kW，容量计算满足要求；另现场用电负荷均为低压负荷，主要供电干线为10kV线路，低压负荷均由施工变压器就近引接，压降基本满足要求。由此看来，接入1路10kV备用电源的方案是基本可行的。
原施工变电站两段10kV母线同时工作，互为备用。改造方案拟停运一段10kV母线，即各施工用电环网及厂前区变电站仅由原220kV施工变电站Ⅰ段母线供电，由原Ⅱ段母线供电的电源线路停运，届时Ⅱ段母线进线开关及出线开关全部断开，同时将两段母线的联络开关断开，保证施工变电站仅有一段10kV母线运行。拟引接的一路10kV备用电源接入方案有以下三种：
方案一：1路10kV备用电源接入原220kV施工变电站Ⅰ段母线10kV进线开关处。
如下图所示：
改造步骤如下：
1）10kV备用电源架空线终端杆上设置杆上组合开关，做为隔离保护。
2）增设由10kV备用电源架空线终端杆至10kVⅠ段母线的供电线路，采用交联聚乙烯绝缘铠装电缆（YJV23-8.7/10kV）约1000m。电源路径选择：鉴于原厂区规划布置比较紧凑，地面上没有足够的空间敷设架空线，因此采用电缆敷设，可考虑利用厂区内已有的电缆沟敷设，局部直埋的方式。由于新增一根10kV电缆，需要核实电缆沟内支架敷设电缆的容量。
此种方案的优点是10kV电源直接接入原有施工用电系统，原施工用电系统内部改动量小。但由于10kV电源的接入点距离220kV施工变电站较远，需要新增一条10kV电源线路。
方案二：1路10kV备用电源就近接入施工准备区10kV供电环网，电源经10kV供电环网向220kV施工变电站Ⅰ段母线供电。
如下图所示：
改造步骤如下：
1）10kV备用电源架空线终端杆上设置杆上组合开关，做为隔离保护。
2）室外增设10kV临时配电设施，设置进线环网柜，电源就近接入厂区施工变压器π接箱后，向220kV施工变电站Ⅰ段母线反送电。
3）原220kV施工变电站内为该供电环网配电的出线开关成为10kVⅠ段母线进线开关。需要调整该回路开关的保护整定值，并适当调整原Ⅰ段母线其它各回路出线配电开关保护整定值，以实现级别配合的要求。
4）由于施工现场10kV供电环网未能全部投入使用，因此10kV备用电源需接入已投运的施工变压器环网。由于距离较远，仍需考虑新增一条增设由10kV备用电源架空线终端杆至10kV临时配电设施的电源线路。电源路径选择同方案一，采取铠装电缆沿厂区已有电缆沟敷设，局部直埋的敷设方式。
此方案增设室外10kV临时配电装置、10kV电源线路、并对各级开关保护值重新整定计算。
方案三：1路10kV备用电源接入厂前区10kV变电站Ⅱ段母线10kV进线开关处，电源经厂前区10kV变电站向220kV施工变电站Ⅰ段母线送电。
如下图所示：
改造步骤如下：
1）10kV备用电源架空线终端杆上设置杆上组合开关，做为隔离保护。
2）室外增设10kV临时配电设施，设置进线环网柜，电源接入厂前区10kV变电所后，利用原220kV施工变电站向厂前区10kV变电所供电的配电线路向220kV施工变电站Ⅰ段母线供电。
3）原220kV施工变电站内为厂前区10kV变电站配电的出线开关成为10kVⅠ段母线进线开关。需要调整该回路开关的保护整定值，并适当调整原Ⅰ段母线其它各回路出线配电开关保护整定值，以实现级别配合的要求。
由于10kV备用电源的接入点距离厂前区10kV变电所位置较近，接入比较方便。另外，主要的用电负荷集中分布在厂前区区域，此种接入方案的电源接入点接近目前的负荷中心。
三个改造方案的优缺点比较详见下表：
3 改造方案存在问题分析
3.1 保护装置的级别配合问题
一般情况下，上下级保护装置的动作应相互配合，以保证保护装置具有选择性。保护装置的动作配合有两种情况：一种是按动作电流配合，在选定的故障形式下，上下级保护装置的动作电流之比不应小于1.1；一种是按动作时限配合，上下级保护装置的动作时限应有一差值。改造方案中，220kV施工变电站内10kV开关额定电流分别为：断路器1600A，负荷开关1250A，极限分断能力均为40kA。动力站内断路器额定电流均为1250A，极限分断能力均为31.5kA。电源由动力站接入送至220 kV施工变电站变电站进线开关，需要计算开关的选择性配合，并进行重新整定校验。
3.2 电压偏差问题
电压偏差是衡量电能质量的主要指标之一，经改造后的10kV供电方案电压应满足用电设备供电需求。用电设备端子电压实际值偏离额定值时，其性能将直接受到影响。改造方案中，10kV电源接自东辛庄变电所，约经过13km架空线路敷设至施工现场，经动力站接至220kV施工变电站后向全厂施工用电负荷供电。实际运行分析得出，现场负荷带载较小的情况下，电压偏差满足±5%的要求，电压质量合格。前提是供电的10kV线路作为现场专用供电线路，没有向其他用户供电。如果接入其他的用电大户，电压偏差将无法满足要求。
综上，10kV备用电源改造方案是可以实现的，虽然存在一些可能影响现场供电的问题，但如果运行得当，存在的问题是可以避免的。费用上看，改造后的10kV供电方案将避免企业向电网缴纳高额的、由于无功补偿过高带来的利率电费过高问题，降低了现场运行费用，为项目前期准备阶段节约投资。项目施工电源配电系统的合理性将为企业带来直接的、可视的经济效益，避免不必要的损失。