電力開關(guān)聯(lián)鎖新突破及其應(yīng)用淺析

王春水

（深圳招商建筑科技有限公司）

【關(guān)健詞】專利應(yīng)用；電力變壓器；聯(lián)絡(luò)開關(guān)；聯(lián)鎖；需量電費；供電穩(wěn)定性可靠性

1 引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的異軍突起，人們對工作生活用電質(zhì)量的要求也日益提高；城市大型寫字樓、大型綜合體等建筑的增多，綜合用電量的加大。目前在低壓供配系統(tǒng)中，常規(guī)設(shè)計普遍采用2 臺電力變壓器通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)并聯(lián)運行或是通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)分段運行或互為備用的單一聯(lián)鎖模式，帶來的是供電穩(wěn)定性、可靠性的不足，已經(jīng)難以滿足人們相應(yīng)工作生活的用電需求。本項新技術(shù)通過多臺電力變壓器不同的繼電聯(lián)鎖，實現(xiàn)多種不同的組合方式，極大提高了建筑供電的穩(wěn)定性、可靠性及變壓器效率，并且在一定程度上節(jié)約了電費。

2 聯(lián)鎖邏輯關(guān)系的新突破

如圖1 所示，電力變壓器高壓端為雙電源或雙回路供電，電力變壓器低壓端相鄰的聯(lián)鎖開關(guān)和負(fù)荷開關(guān)之間存在聯(lián)鎖關(guān)系，確保任何一個負(fù)荷開關(guān)或聯(lián)鎖開關(guān)在合閘前，開關(guān)的進(jìn)出線兩端只有一端有電時才符合合閘條件，避免電力變壓器間的并聯(lián)運行或通過電力變壓器向高壓電網(wǎng)反供電，造成電網(wǎng)跳閘事故，最終實現(xiàn)建筑物按實際用電量投入相應(yīng)數(shù)量變壓器運行。如在用電設(shè)備為一臺電力變壓器負(fù)荷時，對應(yīng)投入一臺電力變壓器運行，對應(yīng)負(fù)荷開關(guān)合閘，所有聯(lián)鎖開關(guān)合閘，由這一臺電力變壓器向低壓供配電系統(tǒng)所有用電設(shè)備供電，其它電力變壓器負(fù)荷開關(guān)因聯(lián)鎖邏輯關(guān)系則處于分閘狀態(tài)，不會發(fā)生并聯(lián)運行或反供電；當(dāng)用電設(shè)備需要2 臺電力變壓器供電時，對應(yīng)電力變壓器負(fù)荷開關(guān)及根據(jù)實際負(fù)荷要求的聯(lián)鎖開關(guān)合閘，分段聯(lián)鎖開關(guān)及其它電力變壓器負(fù)荷開關(guān)因聯(lián)鎖邏輯關(guān)系只能處于分閘狀態(tài)，2臺電力變壓器分2 段向低壓供配電系統(tǒng)所有設(shè)備供電，不會發(fā)生并聯(lián)運行或反供電；同理，按實際用電量投入3 臺、4臺、5 臺、6 臺、8 臺……電力變壓器運行，低壓供配電系統(tǒng)分3 段、4 段、5 段、6 段、8 段……向低壓供配電系統(tǒng)所有用電設(shè)備供電，對應(yīng)的負(fù)荷開關(guān)及聯(lián)鎖開關(guān)合閘，分段聯(lián)鎖開關(guān)及其它電力變壓器負(fù)荷開關(guān)因聯(lián)鎖邏輯關(guān)系處于分閘狀態(tài)。實現(xiàn)不管系統(tǒng)電力變壓器數(shù)量多少，任意一臺開關(guān)柜只需與相鄰的開關(guān)能實現(xiàn)聯(lián)鎖，就滿足了整個系統(tǒng)無限多臺電力變壓器的聯(lián)鎖要求。完成了常規(guī)設(shè)計中由兩臺電力變壓器聯(lián)鎖向無限多臺電力變壓器聯(lián)鎖、實現(xiàn)電力變壓器更多組合的新突破。

3 應(yīng)用案例分析簡介

南京金融中心大廈由招商局地產(chǎn)開發(fā)，座落在南京市新街口。建筑面積120000m2。電力裝機容量為10000kVA，由八臺1250kVA，10kV/400V 電力變壓器組成?；诮ㄖ锕╇姲踩浴⒖煽啃浴⒎€(wěn)定性的要求，按一類負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計，進(jìn)線10kV 高壓雙電源分段或供電，或聯(lián)絡(luò)互為備用。8 臺電力變壓器低壓至少分4 段供電，每2 臺變壓器組合，通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)，實現(xiàn)互為備用或同時供電。低壓通過四臺聯(lián)絡(luò)開關(guān)與相鄰變壓器負(fù)荷開關(guān)的聯(lián)鎖，防止變壓器間的并聯(lián)運行，從而可能造成10kV 高壓系統(tǒng)短路或向10kV 高壓系統(tǒng)電網(wǎng)反供電的安全事故發(fā)生（見圖1）。

4 按傳統(tǒng)常規(guī)設(shè)計的低壓供配電系統(tǒng)存在的問題

圖1 一次回路系統(tǒng)圖

圖2 一次回路系統(tǒng)圖

目前我國的的電價結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，在不同地區(qū)計價標(biāo)準(zhǔn)都不一樣，但總體上都是由基本電費和計量電費所組成，通常辦公商用建筑的電費支出是供電部門按每臺變壓器的需量電費（按變壓器的總?cè)萘坑嫞?計量電度電費來計算。因此變壓器的投入量不同，變壓器利用率的高低，將直接影響該項目的綜合電價水平。通過提高變壓器的負(fù)荷率，可以從根本上降低變壓器的需量電費和變損。

由于受建筑物實際出租率和用電設(shè)備實際用電量變化的影響，用電量波幅很大，項目的實際用電負(fù)荷可能在2 ～6 臺變壓器容量間波動。但由于低壓供配電系統(tǒng)設(shè)計8 臺變壓器至少分4 段組合向所有用電負(fù)荷供電。這樣系統(tǒng)必須同時至少投入4 臺變壓器運行，才能滿足向整個項目的用電設(shè)備供電。常常每臺變壓器的平均利用率低，造成變壓器的基本電費和變損浪費，按相應(yīng)電價收費標(biāo)準(zhǔn)，僅此項每年多支出需量電費100多萬元。

5 聯(lián)鎖方式的新突破

如圖2 所示，只要在系統(tǒng)4 組分段供電的3 個分段點增加3 臺聯(lián)絡(luò)開關(guān)，將整個低壓供電通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)聯(lián)為一體，按項目的實際用電量申請變壓器數(shù)量，8臺變壓器通過7 個聯(lián)絡(luò)開關(guān)組合，任意分段，向所有不同用電負(fù)荷供電，問題便得到解決。這一方案的技術(shù)難點在于如何解決多個開關(guān)的相互聯(lián)鎖，防止變壓器間的并聯(lián)運行造成高壓系統(tǒng)可能相間短路或反供電的安全事故的發(fā)生。實現(xiàn)這種聯(lián)鎖方式可能是史無前例的，8臺負(fù)荷開關(guān)和7 臺聯(lián)絡(luò)柜開關(guān)實現(xiàn)相互聯(lián)鎖。即使運用計算機可編程PLC 技術(shù)，面對眾多的排列組合，也難以實現(xiàn)。目前常規(guī)設(shè)計利用開關(guān)輔助觸點互鎖只有3 個開關(guān)間的互鎖。

本方案按常規(guī)設(shè)計利用開關(guān)輔助觸點聯(lián)鎖的方式。由3 臺開關(guān)的相互聯(lián)鎖延伸到最多5 臺開關(guān)的相互聯(lián)鎖，實現(xiàn)多臺變壓器的多種組合運行方式運行。從一次系統(tǒng)圖可以得出結(jié)論：無論系統(tǒng)中電力變壓器數(shù)量的多少，任意一臺電力變壓器的負(fù)荷開關(guān)柜A，只要與其相鄰的2 臺聯(lián)絡(luò)開關(guān)Q 聯(lián)鎖；任一臺聯(lián)絡(luò)開關(guān)Q，只要與其相鄰的2 臺負(fù)荷開關(guān)A 和2 臺聯(lián)絡(luò)開關(guān)Q 聯(lián)鎖。這一邏輯關(guān)系便滿足了整個系統(tǒng)的聯(lián)鎖要求。實現(xiàn)了原有設(shè)計中由兩臺變壓器聯(lián)鎖向多臺變壓器相互聯(lián)鎖、實現(xiàn)多種組合的技術(shù)突破。

1）如圖3 所示

電力變壓器負(fù)荷開關(guān)的二次回路中，A3 只要與Q2、Q3 互鎖，實現(xiàn)三個開關(guān)的互鎖。即A3 合閘的條件是：Q2、Q3常閉觸點處于常閉狀態(tài)，兩開關(guān)在分閘時，A3 的合閘線圈YC 得電，A3 合閘。A3 合閘后其它開關(guān)都按對應(yīng)開關(guān)控制原理執(zhí)行。

2）如圖4 所示

聯(lián)絡(luò)柜開關(guān)的二次回路中， Q2只要與Q1、Q3、 A2、A3聯(lián)鎖，實現(xiàn)五臺開關(guān)間的聯(lián)鎖。即Q2合閘的條件是： Q1、A2或Q3、A3處于分閘狀態(tài)，其常閉觸點處于常閉狀態(tài)，即 Q1、A2或Q3、A3在分閘時，Q2的合閘線圈YC 得電，Q2合閘。Q2合閘后，其它開關(guān)都按對應(yīng)的的開關(guān)控制原理執(zhí)行。以此類推，確保了15 臺開關(guān)柜甚至無限多的開關(guān)柜的聯(lián)鎖。確保了系統(tǒng)由于誤操作可能引發(fā)的安全事故。同時由于變壓器間更多的運行組合方式，又大大提高了該項目供電的可靠性及穩(wěn)定性。

圖3 負(fù)荷開關(guān)二次回路原理圖

圖4 聯(lián)路開關(guān)二次回路原理圖

6 應(yīng)用、推廣及成果

該方案從技術(shù)上突破了行業(yè)中一直以來沿用的只能2 臺變壓器組合供電的模式，通過開關(guān)柜間的就近聯(lián)鎖組合的邏輯關(guān)系，實現(xiàn)無限多臺電力變壓器的多種組合模式，提高了系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性和可靠性；從經(jīng)濟性上，提高了電力變壓器的效率及節(jié)約了需量電費。