10kV配電變壓器二次回路設(shè)計(jì)優(yōu)化和改進(jìn)

張 鵬

（中國(guó)石油天然氣股份有限公司廣西石化分公司PMT5）

0 引言

10kV配電變壓器雖不是電力系統(tǒng)中的重要電氣設(shè)備，但它卻是電力系統(tǒng)中大量使用的常用電氣設(shè)備。二次回路雖非輸變電設(shè)備主體，只是對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控、監(jiān)測(cè)、調(diào)節(jié)和保護(hù)，但它是變配電所電氣系統(tǒng)的重要組成部分，是電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障。

針對(duì)石化裝置的供電系統(tǒng)，10kV配電變壓器是其供電系統(tǒng)中不可或缺的組成部分，它的安全可靠運(yùn)行關(guān)系著整個(gè)生產(chǎn)裝置的平穩(wěn)運(yùn)行。其二次回路故障或錯(cuò)誤接線將嚴(yán)重影響供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，保護(hù)的拒動(dòng)和誤動(dòng)可能會(huì)造成電氣設(shè)備損壞甚至供電系統(tǒng)惡性事故的發(fā)生，會(huì)對(duì)生產(chǎn)裝置造成無(wú)法挽回的損失。因此，10kV配電變壓器二次回路在設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)做到正確和合理，其設(shè)計(jì)的優(yōu)化也是非常必要的。

1 10kV配電變壓器二次回路傳統(tǒng)設(shè)計(jì)

二次回路是指用來(lái)控制、指示、監(jiān)測(cè)和保護(hù)一次電路運(yùn)行的電路。二次回路主要由監(jiān)測(cè)回路、斷路器控制回路、信號(hào)回路、保護(hù)和自動(dòng)裝置回路等組成。10kV配電變壓器的二次回路通常包含高壓（10kV）側(cè)和低壓（0.4kV）側(cè)兩部分二次回路，以下為其二次回路傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的介紹。

1.1 高壓側(cè)二次回路

10kV配電變壓器高壓側(cè)饋線開(kāi)關(guān)通常選用高壓斷路器，高壓開(kāi)關(guān)柜配置測(cè)量表計(jì)和帶電顯示裝置，保護(hù)裝置采用微機(jī)型保護(hù)裝置，其二次回路的控制電源均為直流。在高壓側(cè)二次回路中，監(jiān)測(cè)回路包括電流和電壓的監(jiān)測(cè)，可通過(guò)測(cè)量表計(jì)對(duì)變壓器高壓側(cè)運(yùn)行電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、有功電能、無(wú)功電能等進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，帶電顯示裝置可監(jiān)測(cè)一次側(cè)是否帶電，其高壓側(cè)監(jiān)測(cè)回路接線如圖1所示。高壓側(cè)電流通常由電流互感器進(jìn)行測(cè)量，圖1中1LH電流互感器接測(cè)量表計(jì)，2LH電流互感器和3LH零序電流互感器接保護(hù)裝置；高壓側(cè)電壓取自母線電壓互感器，如圖1中YMa、YMb、YMc、YMn所示分別送往測(cè)量表計(jì)和保護(hù)裝置。

圖1 10kV配電變壓器高壓側(cè)監(jiān)測(cè)回路傳統(tǒng)設(shè)計(jì)圖

圖2 10kV配電變壓器高壓側(cè)保護(hù)及控制回路傳統(tǒng)設(shè)計(jì)圖

1.2 低壓側(cè)二次回路

10kV配電變壓器低壓側(cè)進(jìn)線開(kāi)關(guān)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)選用帶保護(hù)功能的框架斷路器，低壓柜通常配置多功能表，用于測(cè)量變壓器低壓側(cè)運(yùn)行電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、有功電能、無(wú)功電能等參數(shù)，其二次回路的控制電源取自進(jìn)線開(kāi)關(guān)上端交流電源。

變壓器低壓側(cè)主要監(jiān)測(cè)其運(yùn)行電流和電壓，電流通常也由電流互感器進(jìn)行測(cè)量，圖3中TA1-TA3電流互感器用于測(cè)量低壓側(cè)的電流，送至多功能表；其電壓直接取自母線送至多功能表，圖中1kV、2kV、3kV為低電壓繼電器用于檢測(cè)電壓是否失壓；圖4中TA4主要為電流取樣，送電容器柜用來(lái)調(diào)節(jié)功率因數(shù)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的10kV配電變壓器低壓側(cè)監(jiān)測(cè)回路接線如圖3所示。

圖3 10kV配電變壓器低壓側(cè)監(jiān)測(cè)回路傳統(tǒng)設(shè)計(jì)圖

圖4 10kV配電變壓器低壓側(cè)控制回路傳統(tǒng)設(shè)計(jì)圖

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的10kV配電變壓器低壓側(cè)控制回路主要包括手動(dòng)合閘、手動(dòng)分閘、自動(dòng)分閘、失電延時(shí)、斷路器儲(chǔ)能、分合閘和故障指示等部分，其低壓側(cè)保護(hù)回路主要依靠框架斷路器自身所帶的保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)。圖4為傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的10kV配電變壓器低壓側(cè)控制回路接線圖，其中自動(dòng)分閘回路主要為母聯(lián)備自投切除電源進(jìn)線的控制方式。

2 10kV配電變壓器二次回路傳統(tǒng)設(shè)計(jì)不足之處

經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，10kV配電變壓器二次回路傳統(tǒng)設(shè)計(jì)雖能滿(mǎn)足日常的運(yùn)行要求，但在許多方面還存在一定的不足之處。

2.1 變壓器低壓側(cè)進(jìn)線開(kāi)關(guān)無(wú)遠(yuǎn)程遙控操作功能

電氣設(shè)備的遙控是電氣行業(yè)中所謂的“四遙”之一，遙控功能主要指對(duì)電氣開(kāi)關(guān)控制設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。電氣遙控的好處就在于被遙控設(shè)備接收到控制命令時(shí)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)分合閘控制，操作人員可不在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)而在離設(shè)備較遠(yuǎn)的監(jiān)控系統(tǒng)處。因此，若電氣開(kāi)關(guān)設(shè)備存在一定的缺陷或隱患，在分合閘時(shí)出現(xiàn)短路或崩燒的情況，也不會(huì)造成對(duì)操作人員的傷害，將大大加強(qiáng)人員的操作安全。在10kV配電變壓器傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，高壓側(cè)饋線開(kāi)關(guān)通常接入變電所監(jiān)控系統(tǒng)中，而低壓側(cè)進(jìn)線開(kāi)關(guān)通常不接入，所以通常低壓側(cè)進(jìn)線開(kāi)關(guān)無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控。

2.2 高低壓側(cè)開(kāi)關(guān)操作回路中無(wú)電氣防誤操作的設(shè)計(jì)

在10kV配電變壓器傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，高低壓側(cè)開(kāi)關(guān)的手動(dòng)合閘控制由開(kāi)關(guān)柜上的操作開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，高壓側(cè)開(kāi)關(guān)遙控合閘控制由綜合保護(hù)裝置輸出結(jié)點(diǎn)BO7來(lái)控制，但在防止開(kāi)關(guān)誤操作方面未采取任何有效措施。因此，若操作人員因疏忽而走錯(cuò)間隔進(jìn)行操作，將會(huì)造成人身和重大設(shè)備事故發(fā)生。

2.3 變壓器低壓側(cè)進(jìn)線開(kāi)關(guān)保護(hù)裝置無(wú)法校驗(yàn)

針對(duì)10kV配電變壓器二次回路的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，低壓側(cè)進(jìn)線開(kāi)關(guān)通常選用帶保護(hù)功能的框架斷路器。由于框架斷路器和保護(hù)裝置為一體化設(shè)備，保護(hù)裝置只能靠一次側(cè)施加電流的方式進(jìn)行校驗(yàn)，而通常低壓側(cè)框架斷路器的額定電流值較大（通常為630～5000A）。對(duì)于長(zhǎng)延時(shí)過(guò)流整定值一般為0.8～1倍的額定電流，大電流發(fā)生器基本可以滿(mǎn)足其校驗(yàn)；而瞬時(shí)過(guò)流和短延時(shí)過(guò)流的整定值一般為額定電流的6～10倍，大電流發(fā)生器無(wú)法輸出如此大的電流，也就無(wú)法對(duì)瞬時(shí)過(guò)流和短延時(shí)過(guò)流保護(hù)進(jìn)行校驗(yàn)，從而無(wú)法保證保護(hù)裝置動(dòng)作的可靠性。

綜上所述，本研究建立的UPLC-MS/MS法簡(jiǎn)便、快速、專(zhuān)屬性強(qiáng)，可用于大鼠肝微粒體孵育體系中ZG02質(zhì)量濃度的測(cè)定及其體外代謝穩(wěn)定性的研究。新型胰島素增敏劑ZG02在NADPH和UDPGA聯(lián)合啟動(dòng)的兩相孵育體系中的代謝穩(wěn)定性較差，且代謝反應(yīng)可能以UGT酶介導(dǎo)的葡萄糖醛酸化結(jié)合反應(yīng)為主。后續(xù)本課題組將借助高分辨質(zhì)譜、波譜等手段確證ZG02的代謝產(chǎn)物，并結(jié)合體內(nèi)外研究進(jìn)一步闡明其代謝過(guò)程及特征，以期為其開(kāi)發(fā)利用提供更多的參考。

2.4 變壓器上下游無(wú)操作聯(lián)鎖功能

電氣安全工作規(guī)程中對(duì)電氣倒閘操作有明確的要求，對(duì)于變壓器停電操作應(yīng)先停負(fù)荷側(cè)后停電源側(cè)，送電則先送電源側(cè)后送負(fù)荷側(cè)。10kV配電變壓器通常高壓側(cè)為電源側(cè)、低壓側(cè)為負(fù)荷側(cè)，停電則應(yīng)先拉開(kāi)低壓側(cè)進(jìn)線開(kāi)關(guān)后拉開(kāi)高壓側(cè)饋線開(kāi)關(guān)，送電順序相反。在其二次回路傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)斷路器之間并無(wú)上下游操作聯(lián)鎖，可能會(huì)因操作人員失誤而造成誤操作的可能，因此只能人為按照正確的操作順序操作才能保證變壓器倒閘操作的正確性和安全性。

2.5 變壓器上下游無(wú)聯(lián)跳功能

對(duì)于10/0.4kV配電變壓器而言，高壓側(cè)饋線開(kāi)關(guān)跳閘（不論保護(hù)動(dòng)作跳閘或手動(dòng)跳閘或自動(dòng)跳閘）時(shí)，變壓器低壓側(cè)也相應(yīng)失電，因此高壓側(cè)饋線開(kāi)關(guān)跳閘與變壓器兩側(cè)跳閘效果相同；變壓器低壓側(cè)開(kāi)關(guān)跳閘若是由于母線故障所致，低壓母聯(lián)開(kāi)關(guān)保持?jǐn)嚅_(kāi)狀態(tài)以隔離配電系統(tǒng)故障，變壓器空載輸出將無(wú)任何意義，此時(shí)低壓側(cè)進(jìn)線開(kāi)關(guān)跳閘與變壓器兩側(cè)跳閘效果相同。對(duì)于上述兩種情況可在變壓器上下游開(kāi)關(guān)的二次回路中增加聯(lián)調(diào)功能，以便更加準(zhǔn)確和快捷地實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)控制，但在10kV配電變壓器二次回路的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中并未考慮上下游聯(lián)調(diào)功能。因此，變壓器上下游無(wú)聯(lián)跳功能也是其設(shè)計(jì)中的不足之處之一。

2.6 變壓器非電量保護(hù)送至高壓側(cè)存在一定的風(fēng)險(xiǎn)

在10kV配電變壓器二次回路的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，變壓器非電量保護(hù)通常送至高壓側(cè)保護(hù)裝置中，通過(guò)保護(hù)裝置中非電量保護(hù)出口跳變壓器高壓側(cè)饋線開(kāi)關(guān)。由于部分10kV配電變壓器與高壓側(cè)饋線開(kāi)關(guān)距離較遠(yuǎn)甚至達(dá)幾公里遠(yuǎn)，若二次電纜屏蔽不好且長(zhǎng)期處于強(qiáng)電磁場(chǎng)環(huán)境中，其保護(hù)回路會(huì)感應(yīng)出較強(qiáng)的干擾信號(hào)，從而導(dǎo)致變壓器非電量保護(hù)誤動(dòng)。因此，變壓器非電量保護(hù)送至高壓側(cè)存在一定的保護(hù)誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。

3 10kV配電變壓器二次回路設(shè)計(jì)的優(yōu)化和改進(jìn)

在項(xiàng)目詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，通過(guò)參考國(guó)內(nèi)外電氣先進(jìn)設(shè)計(jì)理念，并分析了10kV配電變壓器二次回路傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的不足之處，為提高供電系統(tǒng)的可靠性，保證生產(chǎn)裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行，對(duì)本項(xiàng)目10kV配電變壓器二次回路的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。

3.1 優(yōu)化和改進(jìn)措施

1）完善變壓器低壓側(cè)進(jìn)線開(kāi)關(guān)遠(yuǎn)程遙控操作功能。低壓側(cè)進(jìn)線分合閘控制回路中增加遙控分合閘回路，開(kāi)關(guān)柜增設(shè)“就地/遠(yuǎn)方”轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)用于就地操作和遠(yuǎn)方遙控操作的選擇，為低壓側(cè)進(jìn)線開(kāi)關(guān)提供了多種操作方式。

2）在變壓器高低壓側(cè)開(kāi)關(guān)操作回路中增設(shè)電氣防誤操作的設(shè)計(jì)。變壓器高低壓側(cè)開(kāi)關(guān)手動(dòng)和遙控合閘回路中加裝編碼鎖，通過(guò)接通或斷開(kāi)電氣合閘回路對(duì)其合閘操作進(jìn)行閉鎖，可有效防止人為或自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)電氣設(shè)備產(chǎn)生誤操作。

3）變壓器低壓側(cè)進(jìn)線回路采用“無(wú)保護(hù)框架斷路器+微機(jī)保護(hù)裝置”的組合方式。采用此方式將斷路器和保護(hù)裝置進(jìn)行分別配置，可大大提高繼電保護(hù)的靈敏性和可靠性，也解決了因一次側(cè)過(guò)流保護(hù)定值過(guò)大而造成無(wú)法校驗(yàn)的問(wèn)題。其次，微機(jī)保護(hù)裝置具有邏輯編程功能，母聯(lián)備自投不再使用低電壓繼電器，將大大簡(jiǎn)化變壓器低壓側(cè)的二次回路。

4）增設(shè)變壓器上下游操作聯(lián)鎖功能。在10kV變壓器高壓側(cè)饋線開(kāi)關(guān)合閘回路中增加了低壓側(cè)合閘允許信號(hào)，只有低壓側(cè)進(jìn)線斷路器在工作位置且處于分閘狀態(tài)時(shí)，上游饋電斷路器才能合閘；其次，在10kV變壓器低壓側(cè)進(jìn)線開(kāi)關(guān)合閘回路中增加了高壓側(cè)合閘允許信號(hào)，只有變壓器的上游饋電斷路器在運(yùn)行位置合閘后，才能合下游進(jìn)線斷路器。

5）增設(shè)變壓器上下游聯(lián)跳功能。10kV變壓器高壓側(cè)饋電斷路器跳閘（不論保護(hù)動(dòng)作跳閘或手動(dòng)跳閘或自動(dòng)跳閘）時(shí)，應(yīng)斷開(kāi)變壓器兩側(cè)的斷路器；其次，10kV變壓器低壓側(cè)進(jìn)線斷路器的繼電保護(hù)裝置動(dòng)作后，應(yīng)斷開(kāi)變壓器兩側(cè)的斷路器。但低壓側(cè)進(jìn)線斷路器的繼電保護(hù)裝置未檢測(cè)到故障的情況下，由于就地或遠(yuǎn)方操作使變壓器低壓側(cè)進(jìn)線斷路器分閘時(shí)，則不需聯(lián)跳高壓側(cè)饋線斷路器。

6）變壓器非電量保護(hù)送至變壓器低壓側(cè)，減少了變壓器非電量保護(hù)誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。由于10kV變壓器兩側(cè)開(kāi)關(guān)設(shè)置了聯(lián)跳功能，即使變壓器與高壓側(cè)饋線開(kāi)關(guān)距離較遠(yuǎn)（變壓器兩側(cè)開(kāi)關(guān)保護(hù)裝置通過(guò)光纖通訊），但變壓器與低壓側(cè)進(jìn)線開(kāi)關(guān)距離很近，從而降低了非電量保護(hù)回路的干擾信號(hào)，可直接由低壓側(cè)保護(hù)裝置直接跳閘，從而聯(lián)跳變壓器兩側(cè)開(kāi)關(guān)。

3.2 二次回路設(shè)計(jì)方案

（1）高壓側(cè)二次回路

10kV配電變壓器高壓側(cè)監(jiān)測(cè)回路與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)基本一致，但高壓側(cè)保護(hù)及控制回路接線較傳統(tǒng)設(shè)計(jì)有所優(yōu)化，主要在分、合閘控制回路中做了較大的改進(jìn)，具體的保護(hù)及控制回路接線如圖5所示。

圖5 10kV配電變壓器高壓側(cè)保護(hù)及控制回路改進(jìn)后接線圖

（2）低壓側(cè)二次回路

在本設(shè)計(jì)方案中，變壓器低壓側(cè)進(jìn)線回路采用“無(wú)保護(hù)框架斷路器+微機(jī)保護(hù)裝置”的組合方式，因此在監(jiān)測(cè)回路中增加了電壓保護(hù)回路和電流保護(hù)回路，其低壓側(cè)監(jiān)測(cè)回路接線如圖6所示。

圖6 10kV配電變壓器低壓側(cè)監(jiān)測(cè)回路改進(jìn)圖

針對(duì)10kV變壓器低壓側(cè)二次回路傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的不足，本方案主要對(duì)低壓側(cè)分、合閘控制回路和保護(hù)跳閘回路做了相應(yīng)的改進(jìn)，其低壓側(cè)保護(hù)及控制回路接線如圖7所示。

圖7 10kV配電變壓器低壓側(cè)保護(hù)及控制回路改進(jìn)后接線圖

4 結(jié)束語(yǔ)

10kV配電變壓器二次回路主要是用來(lái)對(duì)變壓器進(jìn)行控制、指示、監(jiān)測(cè)和保護(hù)，其設(shè)計(jì)的正確性和合理性是整個(gè)供電系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要保障。本文詳細(xì)闡述了10kV配電變壓器二次回路傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的不足之處，通過(guò)一系列的優(yōu)化和改進(jìn)措施使大型石化項(xiàng)目的變壓器二次回路設(shè)計(jì)得更加合理，將會(huì)大大提高供電系統(tǒng)的安全性和可靠性，從而保證石化裝置的安穩(wěn)長(zhǎng)滿(mǎn)優(yōu)運(yùn)行。