110 kV智能變電站變壓器機構二次線簡化研究

范文劍

（福州揚天電力工程設計有限公司，福建福州350000）

0 引言

在當前的智能化變電站中，由于集成度高的智能設備還未有成熟應用，目前一次設備通過就地布置的智能終端、合并單元等二次設備實現一次設備的智能化。

智能終端與一次設備采用電纜連接，與保護、測控等二次設備采用光纖通過網絡進行信息交互。合并單元與電子式互感器采集器單元采用光纖連接，與保護、測控等二次設備采用光纖通過網絡進行信息交互。這種一次設備的就地智能化監(jiān)控、信息網絡化傳輸模式，與傳統的二次接線有著革命性的變化，具體體現在：（1）智能化的過程層設備具有網絡信息共享優(yōu)勢，可大大簡化一些設備的冗余配置，如減少開關輔助接點數量，減少互感器繞組個數配置。（2）智能化的過程層設備可以實現一些原間隔層的功能，斷路器智能終端集成操作箱的功能，變壓器本體智能終端集成本體非電量保護的功能，優(yōu)化系統配置。（3）整理原有標準化接口，采用標準插接件電纜實現一、二次設備的近距離連接，推動AIS的標準化，減少安裝、運行、維護工作量，提高變電站運行水平。

本文就以上述問題為切入點，分析當前智能化變電站變壓器的二次接線，并結合當前技術水平，推薦變壓器機構二次線簡化和標準化的具體優(yōu)化方案。

1 簡化方法

110 kV變壓器二次線相關的本體設備有套管電流互感器、非電量繼電器、各類傳感器等，變壓器需操控的設備有風機、有載開關、濾油機等，本體廠家一般配置有本體端子箱、有載開關控制箱、風冷控制箱、濾油機控制箱、用于本體設備的接線?？梢?，常規(guī)110 kV變壓器上的附件是站內設備最多的，簡化的最高級別是簡化或取消某種附件，其次才是針對二次線的簡化。

2 變壓器二次接線簡化

2.1 套管電流互感器簡化配置

常規(guī)變電站，主變高壓側、中壓側套管配置多組電流互感器。110 kV智能化變電站，主變高、中壓側斷路器處互感器配置的合并單元可提供多路輸出，可同時滿足保護、錄波、計量的需要，所以主變高、中壓側的電流互感器繞組配置可簡化，僅在高壓側套管保留兩只電流互感器（過流調壓閉鎖、繞組測溫用），其余取消。高壓側和中壓側中性點、間隙處配有常規(guī)互感器，經智能控制柜后直接引到高、中壓側對應的合并單元。

2.2 取消風冷系統

風機冷卻系統由于其控制回路存在繁雜、風機故障隱患大等特點，對二次專業(yè)而言能將其取消遠勝過任何型式的簡化。目前國網的典型設計110 kV變壓器均是采用全自冷，因此110 kV智能變電站變壓器可選用自冷方式，因無風冷系統的相關二次回路接線，運行維護量少，可靠性高。

2.3 真空有載調壓開關及其回路簡化

2.3.1 真空有載調壓開關

早期電力變壓器有載分接開關大都采用高速電阻切換原理，靠銅鎢電弧觸頭在電流過零點時油中熄弧進行負載轉換。有載分接開關正常運行時，觸頭拉弧會造成變壓器油的炭化并形成炭顆粒。形成的炭顆粒的多少與觸頭電弧的累積能量成正比，一定量的炭顆粒的存在并不會直接導致有載分接開關的損壞。但炭顆粒具有沉降特性，會沉積在油室表面和切換開關結構件表面。積炭有很好的吸附性，會吸附油室里的顆粒和水分，這樣的炭顆粒對油室表面絕緣強度是非常大的隱患。

由于分接開關切換頻繁，需配置濾油機進行在線濾油，定期清理油室中的積炭，確保分接開關油室在一個更長的使用周期內能夠滿足安全運行條件，延長設備壽命。目前有載分接開關在線濾油裝置的生產廠家有很多，從功能上分有載分接開關在線濾油裝置有去雜質（帶紙濾芯）及去雜質和水分（帶復合濾芯）兩種。濾油裝置的性能由兩個重要的技術參數決定，一個是過濾細度，以濾芯的顆粒度表示；另一個是油流速度，以單位時間的流量來確定。因為在線濾油裝置是在近年才開始應用的，缺乏實際的應用經驗，選擇何種規(guī)格的濾油機及其運行方式，實際上標準并不統一。

隨著電子信息、真空技術的不斷發(fā)展，真空管以其無以倫比的優(yōu)越性在電力行業(yè)逐步得到應用，最初真空管觸頭代替油內銅鎢觸頭的技術應用于中壓或低壓斷路器上，隨后在中壓接觸器上得到推廣，接著真空管開始進入有載分接開關調壓領域，逐步向高電壓、大電流方向發(fā)展，并將推動變壓器進入真空有載分接開關調壓的時代。目前，真空有載調壓開關在110 kV變電站的變壓器中得到了大量應用。

真空式有載調壓開關正常切換時在真空管中熄弧，徹底解決了油的炭化與污染的問題，無需再配置濾油機裝置，提高了分接開關機械壽命和觸頭電氣壽命，延長了檢修周期，顯著降低了檢修成本，提高了分接開關運行的安全性。

2.3.2 有載調壓開關回路簡化

有載調壓開關配有獨立的二次機構箱，與外部相連的回路包括：電源、過流閉鎖調壓回路、遙調回路、遙信。

按國網企業(yè)標準Q/GDW 1175—2013《變壓器、高壓并聯電抗器和母線保護及輔助裝置標準化設計規(guī)范》，過流閉鎖調壓回路均由變壓器廠家內部接線實現，不再由主變保護提供接點。過流閉鎖調壓用繼電器宜直接安裝在有載調壓機構箱內，在變壓器出廠前配線，簡化現場接線的調試工作。

2.4 測溫回路簡化

油溫是衡量變壓器運行狀況的一個重要參數。110 kV主變壓器均配備有油溫測量裝置，常規(guī)在油箱頂部設有兩個油溫測量監(jiān)測點，同時還配備一個繞組模擬溫度測量裝置。油溫測量裝置一般由溫度傳感器、溫度指示儀表、溫度變送器等設備組成，溫度指示儀表在變壓器本體上，便于觀測，溫度變量由傳感器經變送器遠傳至后臺監(jiān)視。

鉑電阻溫度傳感器由于精度高、穩(wěn)定性好、技術成熟，已成為主變壓器測溫裝置的首選傳感器。鉑電阻Pt100有兩種信號輸出：一種是0～5 V標準電壓信號，另一種為4～20 mA標準電流信號。

采用轉化為0～5 V電壓信號進行遠距離傳輸時，因存在線路壓降，易受噪聲干擾，測量精度不高，故常規(guī)110 kV站設計時一般不采用此方式。采用轉化為4～20 mA電流進行遠距離傳輸時，不受噪聲干擾，無壓降影響，故常規(guī)110 kV站大都選用這種方式。

但將鉑電阻Pt100轉換為4～20 mA電流信號遠傳，一般需配置24 V有源溫度變送器和電源變換器（AC 220 V/AC 24 V），回路接線復雜、轉換環(huán)節(jié)多。智能化變電站本體智能終端就地布置后，與變壓器本體溫度傳感器距離短（一般為10～30 m），所連接用的電纜采用穿管敷設，受外界干擾小。只需將鉑電阻輸出的三根線接入裝置即可，無需考慮外供電源和電源轉換環(huán)節(jié)問題，精度又能滿足要求，回路大大簡化。

3 結語

總結上文，變壓器二次接線可做如下簡化：（1）本站變壓器高中壓側套管的電流互感器大部分取消，中性點套管的干式互感器又是直接接入本體智能控制柜，互感器接線相應減少。（2）油溫采用鉑電阻輸出的信號接進智能終端，無需考慮溫度轉換裝置，也無需溫度變送器的電源轉換回路接線。（3）采用全自冷的主變壓器，溫度變送器無需考慮風冷啟動回路。

[1]水利電力部西北電力設計院.電力工程電氣設計手冊（電氣一次、電氣二次部分）[M].北京：中國電力出版社，1991.

[2]變壓器、高壓并聯電抗器和母線保護及輔助裝置標準化設計規(guī)范：Q/GDW 1175—2013[S].