基于变电站所用电的探讨

2014-06-25张旭阳

电气传动自动化 2014年5期

曲晓，张旭阳

（南阳供电公司，河南南阳473000）

1 引言

随着国家经济的不断增强，电网建设取得了突飞猛进的发展，对变电站设计的要求也越来越严格。变电站所用变系统是确保变电站安全可靠运行的重要部分，所用变是比较特殊的设备，容量较小，人们普遍对所用变保护的可靠性重视不够。近年来因变电站所用电发生故障而导致电网停电的事故时有发生。本文针对该问题并结合多年工作实践，对变电站所用电的若干问题进行探讨。

2 所用电的接线方式

大多数变电站设计有两台容量相同的所用工作变压器，这两台变压器可采用分列运行相互备用或一台工作一台备用的运行方式。两台工作变压器分列运行，可限制故障范围，提高供电可靠性，也有利于限制低压侧短路电流以选择轻型电器，特别是可以避免两台并列运行时，一段母线短路或者馈线出口发生故障而导致越级跳闸，从而引起两台所用变同时失电的全停事故。根据调查所用变一台工作一台备用的运行方式，全停事故率明显高于两台工作变压器分列运行的运行方式。因此，变电站所用电的接线宜采用按工作变压器划分的单母线接线，即每台工作变压器各接一段母线。当有两台工作变压器时，可采用单母线分段接线；当有多台工作变压器时，可接成单母线多段接线。在相邻工作母线间，可设置分段或联络断路器。正常情况下，所用电Ⅰ、Ⅱ段母线分列运行（即所用电分段开关断开），接线图如图1所示。

图1 Ⅰ、Ⅱ段母线分列运行接线图

现在很多变电站已实现无人值守，当一台所用变发生故障时，手动闭合分段断路器动作较慢，中断供电时间较长，对正常生产有一定的影响，因此往往希望所用电系统能够自动切换。对于所用变分列运行这种接线方式，两段母线间不宜装设自动切换装置，这主要是为了防止当工作母线发生故障时装置自动投入，或装置自动投入时间配合不好而引起事故范围扩大。

当变电站配有备用变时，当任一台工作变压器退出时，专用备用变压器应能自动切换至失电的工作母线段继续供电。这里“专用备用变压器”并不是指两台所用工作变压器处于备用的那一台，而是指变电站需要装设的一台从所外可靠电源引接来的专用备用变压器。所以在两台所用变的低压进线侧装设自动投入装置的做法是很不妥当的。因为所用变一台工作一台备用的接线方式不仅全停事故率高，而且装设自投装置所存在的隐患也同样会发生。我们在设计所用电时，要对一些重要负荷采用分别接在两段母线上的双回路的供电方式，这样，当一台所用变发生故障时，仍能保证对主变冷却装置、充电机、消防水泵、断路器操作负荷等重要回路的供电，完全没有必要装设自动投入装置。若必须装设，应采用两台所用变分列运行方式，可以向母线分段断路器装设自投装置。

图2 重要负载双电源供电接线图

图3 非重要负载单电源供电接线图

3 所用电负载的接线方式

（1）重要负载应采用双电源供电，如主变冷却器电源、加热器电源、开关储能电源、直流充电器电源、自动化监控设备逆变电源、通讯电源等等。

采用双回路供电的回路，Ⅰ、Ⅱ段电源之间除备有自投装置外，都装有分段开关或分段闸刀，以防止低压电源Ⅰ、Ⅱ段因相位差非同期并列而引起所用变之间造成环流。环流会造成所用变容量不能充分利用，当所用电负载大时，会造成所用变过载、发热，严重时甚至会烧坏所用变，因此在所用电运行情况下，千万不能并列运行。一般运行方式是为了保证所用电操作方便，双电源回路只允许投入Ⅰ段或Ⅱ段电源开关，双回路中的分段开关或分段闸刀只需在所用电室进行操作即可，不必到现场。接线图如图2所示。

（2）不重要负载采用单电源供电，也称辐射型供电。接线图如图3所示。

4 所用电的保护

（1）所用电的一次保护分为高压侧保护和低压侧保护两部分。大家往往认为所用电的容量较小，保护很简单，没有引起足够的重视。传统的所用电的高压侧一次保护通常使用熔断器，低压侧采用断路器进行保护。目前许多设计部门系统图中对于所用变柜的图纸都比较简单，几乎一模一样（高压侧和低压侧一次保护接线示意图分别如图4（a）、4（b）所示），甚至不会在明细里给出熔断器和断路器的参量，给成套厂和用户带来了许多困惑。

图4 所用电一次保护接线示意图

高压侧选用熔断器进行保护有其优点，但缺点也是显而易见的。传统的保护只是单只熔断器各自保护一相，往往造成所用变断相运行，这样给系统造成很大的危害。同样低压侧由于单相负荷经常变化，三相不均匀也会使高压侧处于单相运行状态。如果有一相熔断器因各种原因熔断，是不会切断另外两相的。

熔断器熔丝容量的选择因为牵涉到许多因素，实际选择应用时也比较困难。按常规，100kVA 以下的变压器，高压侧熔丝可按其1.5～3 倍额定电流值选择。但由于小容量熔丝的机械强度差，往往难以承受合闸时的涌流冲击而熔断，所以建议此容量以下的所用电全部选用10A 的熔丝作为变压器内部或高压侧发生短路故障时的保护措施。所用电过负荷保护由低压侧空气断路器上的过载元件或熔断器来执行。在运行过程中，常因熔断器或断路器选择不当，会出现变压器因故障已烧毁，但熔断器熔丝还没有熔断或断路器没有断开或熔断器熔丝频繁熔断而造成损失。因此，如果采用这种保护方式，熔断器和断路器容量的选择必须相互配合并认真进行计算。因此，不能笼统简单地选择。熔断器最好选用知名厂家的产品，还应根据实际运行的情况进行具体地分析和改正。

低压侧断路器的选择同样非常重要。断路器最好选择四极断路器，额定电流要与低压侧的负荷相匹配，不可过大或过小。其短路容量有时候也很大，不能按通常的断路器来选择，最好选择智能型的塑壳断路器，其保护功能可包括长延时、短延时、瞬时过电流保护、接地故障保护等，并可将过载、短路、断路器状态等信息上传。下一级的断路器也最好不要选用微型断路器，最好还是选用塑壳断路器。同时，负载的分配要三相均匀，不能让零线上通过的电流太大。

（2）所用变的二次保护分为两个方面。一是目前采用的微机综合保护装置，保护功能主要有过流保护、过负荷保护、高压侧零序保护、低压侧零序保护和开关位置不对应重合保护等等，其具体要求请参见相关厂家说明。二是变压器厂家本身自带的保护装置，其主要是通过测温装置控制变压器自带的或柜体的风机来进行强制散热，并可将监测到的数据上传。