自來水廠PT并列設計及現場問題分析

摘要：PT并列裝置廣泛應用于電力系統，對于保證電力系統安全可靠運行有著重要作用。市政水廠項目主要采用10 kV電源供電，通常按二級負荷（重要大型水廠按一級負荷）設計，主接線采用單母線分段的較多。現結合工程實際，對PT并列應用于水廠10 kV系統的設計及現場實際問題進行相關分析。

關鍵詞：PT并列;10 kV系統;單母線分段接線

0 ? ?引言

PT并列裝置是將兩段PT進行并列運行的裝置，可控制兩段母線測量電壓的傳遞與解列，廣泛應用于電力系統中。市政水廠作為一般工業用水和生活用水的主要生產單位，對于國民生產生活具有重要的意義，其供電的可靠性、安全性也尤為重要。

根據規范要求，市政水廠項目基于規模級別，重要大型水廠用電負荷按一級負荷設計，中小型水廠按二級負荷設計，需要采用雙回路電源供電[1]，主接線采用單母線分段的較多。

本文結合實際工程案例，對PT并列應用于自來水廠10 kV系統的設計及現場實際問題進行相關分析。

1 ? ?PT并列裝置

PT即電壓互感器，其工作原理和變壓器類似，是用來檢測變換電壓的裝置。PT的數量和配置與主接線方式有關，并應滿足測量、保護、同期和自動裝置的要求[2]。

PT并列即將一段母線的電壓量通過并列裝置傳到另一段母線上的并列過程。

電力系統中每段母線設置一臺PT裝置，當Ⅰ段母線PT預試、故障或檢修時，需要退出運行，而此時Ⅰ段母線的保護繼續運行，考慮到低壓閉鎖，保護失去電壓會發生誤動，此時需要用Ⅱ段母線的PT維持兩段母線上的保護電壓，因此需要PT并列。PT并列時應先并一次，合分段開關，再將PT并列打在并列位置。應確保只有在一次并列的情況下，二次才能并列。

PT并列裝置的主要功能有：PT并列/切換功能，母線過電壓保護，母線低電壓保護，PT斷線報警等。另外，裝置一般帶有標準RS485通信接口，也有部分可帶有以太網接口或遠程通信接口等。

2 ? ?項目設計及問題分析

2.1 ? ?項目概況

江西某水廠現狀規模為15萬m3/d，本次新建工程規模為10萬m3/d。現有兩路10 kV電源供電，設有一座10 kV配電站，主要負責二級泵房10 kV電動機配電，并向全廠低配中心提供10 kV電源。

2.2 ? ?供配電系統設計

根據工藝條件，本次新增計算負荷約2 000 kW，現有電源容量及配電站土建均無法滿足需求。

本次設計在新建的二級泵房新建10 kV配電中心一座，新設10 kV系統，兩路總進線接入點改至新建的配電中心。新10 kV系統采用單母線分段接線，正常運行時兩路進線為一用一備，兩個進線斷路器合一個，分斷斷路器合閘。

2.3 ? ?PT并列設計

新建的10 kV系統采用的是單母線分段接線，在兩段母線上各設置一臺PT柜，同時在PT柜內設置并列裝置，要求其具有相應的電壓保護、切換等功能。

以下截取了10 kV系統PT柜的部分設計圖紙，如圖1、圖2、圖3所示。

從圖中可以看出，兩臺PT柜中一次系統是一樣的，PT通過熔斷器，經手車接于10 kV母線上，同時還設有避雷器。PT上還帶有一次消諧裝置，該裝置起阻尼與限流的作用，能良好地限制PT鐵磁諧振[3]。

PT柜二次系統圖中，PT并列裝置是裝設于Ⅰ段PT柜上的，通過相應的二次電纜進行連接，該連接稱之為“PT并列回路”。PT并列裝置實現對兩段電壓測量母線的并列/解列以及其他的保護功能。

PT并列：分段柜處于合閘狀態（分段柜BT2和BB0導通），隔離柜在運行位（隔離柜YW導通），上述條件即是先并一次，這也是PT并列的前提條件;Ⅰ段PT柜處于運行位（YW導通）且Ⅱ段PT柜處于試驗位（SW導通）時，PT并列投入;或當Ⅰ段PT柜處于試驗位（SW導通）且Ⅱ段PT柜處于運行位（YW導通）時，PT并列投入;兩套PT柜屬于互為備用的狀態。

PT解列：分段柜處于分閘狀態（分段柜BT1和ZJ斷開），或隔離柜處于試驗位時（隔離柜SW斷開），PT均會解列。

上述PT為常規的系統設計，在保證10 kV一次系統測量保護功能的同時，具備PT并列/解列等二次回路操作功能。

2.4 ? ?現場問題及分析

各方根據以上設計圖紙及功能要求，完成開關柜的制作、安裝，并按當地供電部門的要求進行相關檢測完備后，開始組織運行調試工作。在調試期間需要模擬各種工況，以判斷PT并列裝置能否在各工況下均安全可靠地運行動作，調試內容主要包括兩回路電源投切、合閘、分閘、運行位、試驗位、模擬電壓回路故障等一系列操作。在上述各模擬中PT并列裝置均可正常動作，但有一種工況，PT解列了（未按要求保持并列運行），該工況為：在某一段PT柜需要檢修時，將PT手車搖出，發生了PT解列的情況。

一般根據要求，當Ⅰ段母線PT預試、故障或檢修時，需要退出運行，為保證繼電保護繼續運行，防止保護失去電壓發生誤動，此時需要PT并列，用Ⅱ段母線的PT維持兩段母線上的保護電壓。但在上述工況中，PT解列了。經過與開關柜廠家、繼電保護廠家、PT并列裝置廠家等進行溝通，了解各設備詳細情況后，經分析發現發生上述問題的原因是PT柜檢修，將PT手車搖出時，該段PT已與開關柜柜體脫開，既不是運行位（YW）也不是試驗位（SW），因此連接PT并列的回路斷開，導致PT解列。

在與廠家溝通后，結合現場排查，考慮了兩種方案來解決上述問題。

方案一：PT柜內增設繼電器，將PT柜檢修時手車搖出脫離開關柜的信號作為一個反饋信號，接于PT并列回路，將此種工況加入PT并列的條件。

方案二：柜內本身不做調整，但在PT柜檢修時，手車準備搖出脫離開關柜前，手動用連接線將該段PT柜接入PT并列回路的端子進行短接，這樣即使手車搖出了，也可以保持PT并列運行狀態。

整體來說，方案一可作為長期方案，減少人員的誤操作;方案二可作為臨時方案，過渡時使用，且需要有明確的標志和豐富的經驗。根據現場運行情況，廠內高壓水泵機組處于運行狀態，且本次建設的配電中心承擔著為現有舊廠區供電的職責，因此不具備斷電條件。雙方經過多次商量考慮，決定現階段按照方案二來實施，待后期整個項目建設完善，舊廠區改造完畢后，具備斷電條件時，再按方案一來實施。同時，還要在配電中心內設置必要的操作流程及注意事項，以保證運行安全。

3 ? ?經驗總結

PT并列是電力系統中廣泛應用的一種運行方式，而PT并列裝置在PT并列過程中起著關鍵性的作用，因此正確選擇該裝置顯得尤為重要。電氣設備選擇應在保證安全性、可靠性的前提下，同時兼顧靈活性、經濟性等。一個水廠系統工程完整做下來，前期設計、中期設備采購安裝、后期運行調試等每一個環節都非常重要。

前期設計，在選擇PT并列裝置時應注意：

（1）充分了解項目背景，合理設計10 kV系統主接線，制訂系統運行方式;

（2）根據運行方式，及時與甲方、設備廠家等單位進行溝通，合理選擇PT并列裝置的功能要求和技術參數;

（3）按照規范要求，設計相關圖紙。

中期設備采購安裝應注意：

（1）根據技術要求、設計圖紙等資料，合理規范地采購相關設備;

（2）及時與甲方、設計方及設備廠家進行溝通，不足之處應及時調整。

后期運行調試應注意：

（1）嚴格根據操作規程，在保證安全的條件下進行調試工作;

（2）模擬各種工況應盡量詳盡，充分考慮運行人員的習慣，及時記錄調試的情況;

（3）出現問題應及時與各方溝通協調，找出問題原因，提出合理可行的解決方案。

最后還應進行總結，從設計開始控制，充分考慮各種運行情況，將裝置的功能參數制訂完善，同時還需要廠家充分配合，實施階段應充分汲取經驗教訓，模擬各工況進行調試，并及時做出調整，保證整套系統安全可靠運行。

[參考文獻]

[1] 供配電系統設計規范：GB 50052—2009[S].

[2] 水利電力部西北電力設計院.電力工程電氣設計手冊：電氣一次部分[M].北京：中國電力出版社，1989.

[3] 中國航空規劃設計研究總院有限公司.工業與民用供配電設計手冊[M].4版.北京：中國電力出版社，2016.

收稿日期：2021-06-07

作者簡介：夏凱豪（1990—），男，湖北武漢人，市政電氣工程師，研究方向：電氣自動化設計。