變電站二次設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題分析

鄭華英 中國電建集團(tuán)福建工程有限公司

二次系統(tǒng)是電力系統(tǒng)不可缺少的重要組成部分，主要肩負(fù)著監(jiān)測(cè)一次設(shè)備側(cè)運(yùn)行情況并針對(duì)各種突發(fā)狀況及時(shí)響應(yīng)，切除故障回路，保證電力系統(tǒng)始終處于可靠運(yùn)行[1]。由此可見，二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵，因此需要科學(xué)、合理的配置，才能對(duì)各種難以預(yù)料的故障做出正確的判斷及動(dòng)作。

一、變電站二次設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

（一）直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)

首先，標(biāo)稱電壓設(shè)計(jì)，對(duì)于單一供給負(fù)荷的直流系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)選擇110伏，主要用于動(dòng)力負(fù)荷供給的直流系統(tǒng)可以選擇220伏，控制負(fù)荷以及動(dòng)力負(fù)荷等一起供給的情況下，直流系統(tǒng)可以選擇220伏或是110伏中的任何一個(gè)。其次，蓄電池組的模式，蓄電池包含了防酸形式的鉛酸類、鎳鎘類以及閥控式密封鉛酸類等幾種。當(dāng)下變電站的直流系統(tǒng)大多選擇閥控式密封鉛酸蓄電池方式。此類蓄電池通常涵蓋了貧液樣式以及膠體樣式兩類，而前者應(yīng)用較為普遍的。最后，電池組的數(shù)量配置，對(duì)于直流系統(tǒng)電池組的數(shù)量設(shè)定期間，需要綜合設(shè)備供應(yīng)廠商提出的單體電池常規(guī)的浮充電壓值以及1.05倍的直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓明確。

（二）電流互感器二次負(fù)荷

電流互感器二次負(fù)荷額定量應(yīng)當(dāng)綜合互感器的額定二次電流量以及實(shí)際所搭載的具體負(fù)荷情況來明確。有關(guān)負(fù)荷分析期間應(yīng)當(dāng)綜合分析其串接二次設(shè)備的阻值，二次側(cè)的線纜的阻值和接觸電阻值情況，通常項(xiàng)目分析可以不計(jì)負(fù)荷阻抗彼此之間的相位差參量。常規(guī)的電流互感器的二次負(fù)荷量應(yīng)當(dāng)不高于下表要求：（見表1）

（三）母線電壓切換設(shè)計(jì)

對(duì)于220Kv甚至更高級(jí)別的變電站而言，通常在設(shè)計(jì)過程中主接線會(huì)采用雙母線接線方式，各個(gè)間隔通過母線側(cè)刀閘進(jìn)行倒閘從而確定所連接的母線，保護(hù)設(shè)備基于刀閘輔助觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)二次電壓的有效切換，從而明確各個(gè)間隔的保護(hù)設(shè)備所采用的二次母線電壓。保護(hù)設(shè)備在運(yùn)行期間，如若隔離刀閘的輔助觸點(diǎn)出現(xiàn)故障，會(huì)導(dǎo)致保護(hù)設(shè)備保護(hù)欠壓，并由此產(chǎn)生一系列的誤動(dòng)作，給變電站安全運(yùn)行等造成巨大的危害。把切換繼電器轉(zhuǎn)變?yōu)殡p位置繼電器形式，可以很好的規(guī)避此類問題。此外，借助雙位置繼電器觸點(diǎn)進(jìn)行切換繼電器同時(shí)動(dòng)作信號(hào)，如果存在刀閘位置異樣以及雙位置繼電器自我故障致使接觸位置粘死等情況，使得兩個(gè)電壓非正常性的并列存在，上述信號(hào)會(huì)持續(xù)存在，直到故障徹底去除。

（四）關(guān)注預(yù)防措施

預(yù)防措施為運(yùn)維人員結(jié)合了多年相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)而凝練得到的技術(shù)結(jié)晶。因此設(shè)計(jì)人員需要仔細(xì)研究并體會(huì)，于實(shí)際設(shè)計(jì)期間進(jìn)行綜合考慮。以某110Kv變電站為例，實(shí)際運(yùn)行期間在低壓側(cè)配電室中的主變進(jìn)線柜內(nèi)的開關(guān)和CT之間存在相間短路情況。主變的低壓端后備保護(hù)動(dòng)作，但因?yàn)橹髯冮_關(guān)開斷不全面而無法徹底的斷開短路電流。由此使得變壓器的主變繞組始終處在過熱工作狀態(tài)，最終出現(xiàn)高壓側(cè)繞組接地情況，迫使零序保護(hù)動(dòng)作斷開，由此短路電流得以徹底切除。

綜合分析此次事故的具體原因，實(shí)際導(dǎo)致零序保護(hù)不動(dòng)作是因?yàn)殡妷夯ジ衅鞫蝹?cè)存在接地情況。反事故措施規(guī)定變電站全部的電壓互感器的中性點(diǎn)保證一點(diǎn)接地，接地位置需要于主控屏中顯示出來，除此之外，保護(hù)、測(cè)量用的中性線應(yīng)當(dāng)和開口三角的零序電壓中性線采用不同的電纜分別引至主控室內(nèi)。實(shí)際該變電站存在多處接地，故而大電流接地系統(tǒng)內(nèi)的線路單相接地期間，部分一次故障電流經(jīng)過電網(wǎng)流經(jīng)場(chǎng)地至主控室內(nèi)的零序電壓中性線，由此導(dǎo)致相關(guān)保護(hù)設(shè)備的零序電壓相位以及幅值等存在明顯的隨機(jī)性的波動(dòng)，致使零序保護(hù)不動(dòng)作以及誤動(dòng)作，進(jìn)一步擴(kuò)大事故影響范疇。故而，對(duì)于設(shè)計(jì)人員實(shí)際設(shè)計(jì)過程中務(wù)必關(guān)注全站一點(diǎn)接地問題，特別是在對(duì)變電站進(jìn)行增容設(shè)計(jì)期間更需要關(guān)注該方面內(nèi)容。

表1 測(cè)得電流互感器二次負(fù)荷區(qū)間

二、二次設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)要點(diǎn)把控

（一）抗干擾設(shè)計(jì)

首先，CT二次側(cè)回路接地處理，集合多個(gè)CT的二次組合的電流回路，例如3/2斷路器連接的保護(hù)以及測(cè)量回路，需要于第一級(jí)和電流保護(hù)、監(jiān)測(cè)安置一接地點(diǎn)，其他獨(dú)立以及和CT二次回路未有電的聯(lián)系的CT二次側(cè)，可以在接地端子箱中進(jìn)行接地處理。其次，流過繼電器與通信室零相小母線連接的多個(gè)電壓互感器二次側(cè)線路，唯有需要于繼電器和通訊室把N600單點(diǎn)接地情況下，各個(gè)電壓互感器的二次側(cè)中性點(diǎn)于開關(guān)場(chǎng)地接地位置需要斷開處理，為確保接地有效性，各個(gè)電壓互感器其中性線不應(yīng)當(dāng)連接潛在可能斷開的斷路器以及接觸器等。

（二）二次回路設(shè)計(jì)

對(duì)于變電站二次線纜設(shè)計(jì)期間需要綜合二次回路的功能作用明確其接入不同的保護(hù)測(cè)控裝置。例如在一些項(xiàng)目的設(shè)計(jì)期間，設(shè)計(jì)人員為了方便會(huì)將主變瓦斯繼電器的所有節(jié)點(diǎn)采用同一根電纜，而實(shí)際主變本體中存在的本體瓦斯以及有載瓦斯兩個(gè)瓦斯繼電器，它們并不處于同一個(gè)位置，基于單個(gè)線纜會(huì)導(dǎo)致一些電纜芯出現(xiàn)外露情況，雖然安裝期間會(huì)引入有關(guān)防護(hù)辦法，而防護(hù)辦法畢竟達(dá)不到線纜改裝保護(hù)的訴求，時(shí)間一長則可能出現(xiàn)線損等問題，降雨降雪天氣還有可能帶來盲流接地情況，一些保護(hù)會(huì)出現(xiàn)拒動(dòng)情況。故而，設(shè)計(jì)期間需要綜合考量獨(dú)立設(shè)備使用獨(dú)立線纜，由此能夠較好的規(guī)避上述情況。

（三）電流互感器極性明確

變電站中電流互感器往往使用同名端P1向著母線側(cè)配置機(jī)制，該情況下，主變差動(dòng)保護(hù)各端的電流互感器二次回路大多使用同名端S1出現(xiàn)，由此確保差動(dòng)保護(hù)的差動(dòng)保護(hù)的差流方向一致。而實(shí)際設(shè)計(jì)期間電流互感器同名端P1方向或許會(huì)有所差異，該情況下則要求轉(zhuǎn)變電流互感器的二次回路連接方式從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)等的分析要求，設(shè)計(jì)期間需要尤其關(guān)注該方面問題。

（四）避免寄生回路存在

各個(gè)保護(hù)裝置內(nèi)部存在多個(gè)獨(dú)立的電壓回路，而在直流邏輯回路間不支持任何的電壓的連接，有些回路需要關(guān)聯(lián)則需要通過空節(jié)點(diǎn)方式短接。如若使用微機(jī)保護(hù)方式，則關(guān)系到開關(guān)量的變化。微機(jī)保護(hù)邏輯如果要和外界保護(hù)存在聯(lián)系，外接保護(hù)的無源空節(jié)點(diǎn)通過該設(shè)備的光電耦合隔離設(shè)備流入設(shè)備，外界保護(hù)要求同該設(shè)備出現(xiàn)聯(lián)系情況下，該設(shè)備的無源空接點(diǎn)通過外部設(shè)備的光電耦合隔離設(shè)備進(jìn)入外部保護(hù)設(shè)備?？偠灾?，保護(hù)設(shè)備不斷測(cè)試內(nèi)部或是外部的各種線路務(wù)必全部使用該設(shè)備的內(nèi)部電源形式。外部連接回路只可以為無源的形式，不然會(huì)導(dǎo)致不同電源彼此出現(xiàn)寄生回路情況，由此給電源帶來一定的損壞影響。

（五）回路設(shè)計(jì)變化

歷經(jīng)多年的發(fā)展，常規(guī)變電站的保護(hù)形成了許多典型的設(shè)計(jì)策略，而隨著微機(jī)保護(hù)設(shè)備以及綜合自動(dòng)化系統(tǒng)等的普及應(yīng)用，大量之前總結(jié)的典型設(shè)計(jì)回路也需要綜合實(shí)際情況進(jìn)行必要的更改優(yōu)化。就變壓器過流閉鎖有載調(diào)壓回路而言，典型的變壓器保護(hù)設(shè)計(jì)期間，基于過流保護(hù)電流繼電器的常閉觸點(diǎn)連接有載調(diào)壓控制回路從而完成調(diào)壓閉鎖設(shè)計(jì)。如若變壓器出現(xiàn)過流等情況，則相關(guān)繼電器工作，常閉觸點(diǎn)隨即斷開，由此導(dǎo)致有載調(diào)壓回路無法正常工作，以達(dá)到過流閉鎖有載調(diào)壓的訴求。隨著綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的普及使用，微機(jī)保護(hù)的過流閉鎖調(diào)壓繼電器大多使用小型化繼電器形式。部分甚至采用集成式的繼電器樣式，一些節(jié)點(diǎn)并非典型意義層面中的接點(diǎn)。而是基于光電隔離設(shè)備而來的接點(diǎn)，此類節(jié)點(diǎn)同普通的電流繼電器的連接點(diǎn)對(duì)比來說有著明顯的斷弧容量低等不足，實(shí)際運(yùn)行期間經(jīng)常會(huì)存在接點(diǎn)以及繼電器燒毀等問題。為有效規(guī)避這一問題，可以采用特定的回路，借助過流閉鎖調(diào)壓上常輸出接點(diǎn)激活單個(gè)新安裝的小型化的直流接觸設(shè)備，隨即采用設(shè)備的常開連接點(diǎn)流入有載調(diào)壓控制器的公共回路完成調(diào)壓閉鎖。該回路的改變只是有效應(yīng)對(duì)了小型化繼電器接點(diǎn)短互容量低的情況，此外也規(guī)避了交流回路直接流入微機(jī)保護(hù)而導(dǎo)致強(qiáng)電磁影響。

三、結(jié)束語

變電站二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)期間，需要綜合的考量項(xiàng)目的各方面要素，包括變電站的電壓等級(jí)等等。對(duì)于不同的環(huán)境以及要求需要針對(duì)性的采取不同的處理辦法。未來隨著微機(jī)保護(hù)設(shè)備的全面普及使用，變電站二次設(shè)計(jì)期間也需要不斷的提升，以更好的應(yīng)對(duì)各種潛在的安全隱患，保證二次系統(tǒng)可靠、健康運(yùn)行。