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大容量主变低压侧电能质量监测与设备选择分析.pdf
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1、84第 52 卷2024 年 4 月Vol.52 No.2Apr.2024云南电力技术YUNNAN ELECTRIC POWER大容量主变低压侧电能质量监测与设备选择分析赵淑英(云南恒安电力工程有限公司,云南 昆明 650000)摘要:近年来220 kV变电站采用低压侧10 kV向用户直供负荷的供电方式得到推广,随之带来的是主变低压侧进线设备存在工作电流大、短路水平高、造价和损耗高等现实问题造成选型较为困难。本文分析了存在的问题,并提供了一种基于LSTM的电能质量监测模型,并就设备选择策略给出了几种可行的解决方案。关键词:220 kV变电站;大容量主变;10 kV直供负荷;设备选择Analys
2、is of Power Quality Monitoring and Equipment Selection for Low Voltage Side of Large Capacity Main TransformersZhao Shuying(Yunnan Hengan Electric Power Engineering Co.,Ltd,Kunming,Yunnan 65000,China)Abstract:In recent years,the power supply method of 220 kV substations using 10 kV on the low-voltag
3、e side to directly supply loads to users has been promoted,which has brought about practical problems such as high working current,high short-circuit level,high cost and loss of the low-voltage side incoming equipment of the main transformer,making selection more difficult.This article analyzes the
4、existing problems and provides several feasible solutions.Key words:220 kV substation;large capacity main transformer;10 kV direct supply load equipment selection中图分类号:TM74文献标识码:B文章编号:1006-7345(2024)02-0084-040前言很长时期以来,对于工业和农业及家庭用电负荷较分散、用电量需求不大的省市地区,由于单位用户(一个小型工厂、一个村镇、一个公司等)的供电容量需求较小,目前主要由35 kV 或 10
5、 kV 电压等级的电源进行供电。而由于这些单位用户所在区域一般情况下 220 kV及以上的大中型变电站落点较少、且仅用于电网网络优化而较少用于直供负荷,220 kV 站往往不设低压侧出线或仅设少量35 kV出线回路。其生产生活用电多由 110 kV 变电站或 35 kV 变电站的中低侧进行供给。因 110 kV 及 35 kV 变电站中单台主变容量较小(最大为 50 MVA),变电站布点较密供电线路较短,故低压侧的工作电源和短路电流不会过高,相对于设备制造水平及经济性来讲,设备选型较为容易,在很长一段时期里作为主要的负荷供电方式1。随着经济的飞速发展及电网网络的不断加强、负荷需求越来越大,对供
6、电的可靠性、经济性、稳定性要求也随之越来越高。220 kV 变电站采用低压侧 10 kV 向用户直供负荷也变得越来越普遍。这在一定程度上可以优化电网结构、节省建设 110 kV 及 35 kV 变电站布点而优化资源配置,提高整体效能利用,节约电力线路走廊。同时,110 kV 变电站单台主变容量也提升到了 63 MVA。但凡事都有两面性,这一发展趋势最直接的影响是主变低压侧的额定电流和短路电流大大增加,造成设备选型困难、投资增加,随之损耗也相应加大2-4,具体面临的问题有:1)主变低压侧进线电流大220 kV 变电站主变额定容量选择较为常用的是 180 MVA 或 240 MVA,低压侧绕组容量
7、一般为主变容量的一半或三分之一。若低压侧为 35 kV 和 10 kV 电压等级主变侧进线相应的额定电流如表 1 所示(未考虑 1.05 倍的主变过载):85第 52 卷2024 年第 2 期大容量主变低压侧电能质量监测与设备选择分析表1不同电压等级与额定电流的对应情况表 电压等级主变容量180 MVA主变容量240 MVA低压侧容量50%(90 MVA)低压侧容量30%(60 MVA)低压侧容量50%(120 MVA)低压侧容量30%(80 MVA)低压侧35 kV1485 A990 A1979 A1320 A低压侧10 kV5196 A3464 A6928 A4619 A计算结果显示,只有
8、在主流主变低压侧容量小于 60 MVA 时,主变 10 kV 出口处的额定电流才小于 4000 A。2)低压侧出口短路水平高在系统提供的短路阻抗不变的前提下,220 kV 变电站低压侧采用 10 kV 电压等级与低压侧 35 kV 相比,短路电流水平明显较大;低压侧选择的运行方式、主变压器的阻抗电压对短路计算结果影响都较大。例:某变电站三相短路计算结果如下(按终期规模三台主变、低压侧 35 kV 按两台主变并列运行、10 kV 按单台主变分列支行)表2某变电站三相短路计算结果表 主变容量、阻抗低压侧电压及运行方式主变容量180/180/60 MVA主变常规阻抗Ud%=14/23/8主变高阻抗U
9、d%=14/50/35低压侧为35 kV(两台主变并列)33.712.3低压侧为10.5 kV(各主变分列运行)81.824.43)设备制造水平限制,设备选型困难、建设投资增加目前,多数设备制造厂能提供的通过各类 试 验 的 10 kV 设 备 参 数 为 Ie 4000 A、Id 40 kA。而从上述额定电流及短路水平来看,若 220 kV 变电站低压侧为 10 kV 直供负荷,常规设备的参数是难以满足的,给设计进行设备选型增加了难度。而且从投资角度来看,电流水平、短路水平越高的设备,其制造技术要求越高、设备价格也必然越高。4)损耗增加、建设和运维成本费用增加随着额定电流和短路水平的增加,设
10、备的材料用量、带电间隙和绝缘要求也相应增加,进而造成设备的外形尺寸变大,甚至有的一个大电流回路(如主变进线)的元件要分装在两个开关柜内才能解决。一方面增加了设备的制造和采购价格,别一方面增加了占地面积。同时,设备的运行损耗也随之增大,故障率也会提高。总的来说,对于设备制造成本、工程建设投资、后期运行维护都产生了不利的影响5-8。针对上述问题,本文提出了一种大容量主变低压侧电能质量监测与设备选择方法,为优化电网结构,提升电力系统运维智能化水平提供技术支撑。1电能质量监测理论在 IEEE 中,电能质量指“在系统中的供电设备工作正常时,不会对电能的使用造成干扰和中断的物理特性”。一般将电能质量的认知
11、划分为电压质量、电流质量、供电质量、用电质量四部分9-13。我国现行的电能质量标准主要有:GB/T 18481-2001电能质量暂时过电压和瞬态过电压;GB/T 12325-2008电能质量供电电压偏差;GB/T 12326-2008电能质量电压波动和闪变;GB/T 15945-2008电能质量电力系统频率偏差;GB/T 30137-2013电能质量电压暂降与短时中断;GB/T 24337-2009电能质量公用电网间谐波;GB/T 14549-1993 电能质量公用电网谐波。GB/T15543-2008电能质量三相电压不平衡;按照电能质量扰动的持续时间进行分类,可将电能质量扰动分为暂态扰动和稳
12、态扰动两种,其中,暂态扰动持续时间短,变化性大,包含电压暂升、电压暂降、电压中断、暂态脉冲,暂态振荡等。稳态扰动持续时间长,变化性小。有电压偏移、频率偏移、电压波动与闪变、谐波与间谐波等。2基于LSTM的电能质量监测模型本文使用LSTM网络进行电能质量的分类,循环神经网络已经能够很好地处理输入的序列数据,但是存在不可以长期记忆的问题,导致86云南电力技术第 52 卷2024 年第 2 期输入数据如果短时间内发生变化,就会出现当前输出结果误差明显增大的现象。为了有效解决这种问题,本文采用了 LSTM 类型的循环神经网络模型。LSTM 由一系列 LSTM 单元组成,其具体结构如图 1 所示。输入门
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