10kV配電變壓器二次回路設計優化和改進

張 鵬

（中國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中的重要電氣設備，但它卻是電力系統中大量使用的常用電氣設備。二次回路雖非輸變電設備主體，只是對一次設備進行監控、監測、調節和保護，但它是變配電所電氣系統的重要組成部分，是電力系統安全、經濟、穩定運行的重要保障。

針對石化裝置的供電系統，10kV配電變壓器是其供電系統中不可或缺的組成部分，它的安全可靠運行關系著整個生產裝置的平穩運行。其二次回路故障或錯誤接線將嚴重影響供電系統的正常運行，保護的拒動和誤動可能會造成電氣設備損壞甚至供電系統惡性事故的發生，會對生產裝置造成無法挽回的損失。因此，10kV配電變壓器二次回路在設計時就應做到正確和合理，其設計的優化也是非常必要的。

1 10kV配電變壓器二次回路傳統設計

二次回路是指用來控制、指示、監測和保護一次電路運行的電路。二次回路主要由監測回路、斷路器控制回路、信號回路、保護和自動裝置回路等組成。10kV配電變壓器的二次回路通常包含高壓（10kV）側和低壓（0.4kV）側兩部分二次回路，以下為其二次回路傳統設計的介紹。

1.1 高壓側二次回路

10kV配電變壓器高壓側饋線開關通常選用高壓斷路器，高壓開關柜配置測量表計和帶電顯示裝置，保護裝置采用微機型保護裝置，其二次回路的控制電源均為直流。在高壓側二次回路中，監測回路包括電流和電壓的監測，可通過測量表計對變壓器高壓側運行電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、有功電能、無功電能等進行實時測量，帶電顯示裝置可監測一次側是否帶電，其高壓側監測回路接線如圖1所示。高壓側電流通常由電流互感器進行測量，圖1中1LH電流互感器接測量表計，2LH電流互感器和3LH零序電流互感器接保護裝置；高壓側電壓取自母線電壓互感器，如圖1中YMa、YMb、YMc、YMn所示分別送往測量表計和保護裝置。

圖1 10kV配電變壓器高壓側監測回路傳統設計圖

圖2 10kV配電變壓器高壓側保護及控制回路傳統設計圖

1.2 低壓側二次回路

10kV配電變壓器低壓側進線開關傳統設計選用帶保護功能的框架斷路器，低壓柜通常配置多功能表，用于測量變壓器低壓側運行電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、有功電能、無功電能等參數，其二次回路的控制電源取自進線開關上端交流電源。

變壓器低壓側主要監測其運行電流和電壓，電流通常也由電流互感器進行測量，圖3中TA1-TA3電流互感器用于測量低壓側的電流，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電壓是否失壓；圖4中TA4主要為電流取樣，送電容器柜用來調節功率因數。傳統設計的10kV配電變壓器低壓側監測回路接線如圖3所示。

圖3 10kV配電變壓器低壓側監測回路傳統設計圖

圖4 10kV配電變壓器低壓側控制回路傳統設計圖

傳統設計的10kV配電變壓器低壓側控制回路主要包括手動合閘、手動分閘、自動分閘、失電延時、斷路器儲能、分合閘和故障指示等部分，其低壓側保護回路主要依靠框架斷路器自身所帶的保護裝置實現。圖4為傳統設計的10kV配電變壓器低壓側控制回路接線圖，其中自動分閘回路主要為母聯備自投切除電源進線的控制方式。

2 10kV配電變壓器二次回路傳統設計不足之處

經過多年的運行經驗，10kV配電變壓器二次回路傳統設計雖能滿足日常的運行要求，但在許多方面還存在一定的不足之處。

2.1 變壓器低壓側進線開關無遠程遙控操作功能

電氣設備的遙控是電氣行業中所謂的“四遙”之一，遙控功能主要指對電氣開關控制設備進行遠程控制。電氣遙控的好處就在于被遙控設備接收到控制命令時自動實現分合閘控制，操作人員可不在設備現場而在離設備較遠的監控系統處。因此，若電氣開關設備存在一定的缺陷或隱患，在分合閘時出現短路或崩燒的情況，也不會造成對操作人員的傷害，將大大加強人員的操作安全。在10kV配電變壓器傳統設計中，高壓側饋線開關通常接入變電所監控系統中，而低壓側進線開關通常不接入，所以通常低壓側進線開關無法實現遠程遙控。

2.2 高低壓側開關操作回路中無電氣防誤操作的設計

在10kV配電變壓器傳統設計中，高低壓側開關的手動合閘控制由開關柜上的操作開關進行控制，高壓側開關遙控合閘控制由綜合保護裝置輸出結點BO7來控制，但在防止開關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間隔進行操作，將會造成人身和重大設備事故發生。

2.3 變壓器低壓側進線開關保護裝置無法校驗

針對10kV配電變壓器二次回路的傳統設計，低壓側進線開關通常選用帶保護功能的框架斷路器。由于框架斷路器和保護裝置為一體化設備，保護裝置只能靠一次側施加電流的方式進行校驗，而通常低壓側框架斷路器的額定電流值較大（通常為630～5000A）。對于長延時過流整定值一般為0.8～1倍的額定電流，大電流發生器基本可以滿足其校驗；而瞬時過流和短延時過流的整定值一般為額定電流的6～10倍，大電流發生器無法輸出如此大的電流，也就無法對瞬時過流和短延時過流保護進行校驗，從而無法保證保護裝置動作的可靠性。

綜上所述，本研究建立的UPLC-MS/MS法簡便、快速、專屬性強，可用于大鼠肝微粒體孵育體系中ZG02質量濃度的測定及其體外代謝穩定性的研究。新型胰島素增敏劑ZG02在NADPH和UDPGA聯合啟動的兩相孵育體系中的代謝穩定性較差，且代謝反應可能以UGT酶介導的葡萄糖醛酸化結合反應為主。后續本課題組將借助高分辨質譜、波譜等手段確證ZG02的代謝產物，并結合體內外研究進一步闡明其代謝過程及特征，以期為其開發利用提供更多的參考。

2.4 變壓器上下游無操作聯鎖功能

電氣安全工作規程中對電氣倒閘操作有明確的要求，對于變壓器停電操作應先停負荷側后停電源側，送電則先送電源側后送負荷側。10kV配電變壓器通常高壓側為電源側、低壓側為負荷側，停電則應先拉開低壓側進線開關后拉開高壓側饋線開關，送電順序相反。在其二次回路傳統設計中，變壓器高壓側和低壓側斷路器之間并無上下游操作聯鎖，可能會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 變壓器上下游無聯跳功能

對于10/0.4kV配電變壓器而言，高壓側饋線開關跳閘（不論保護動作跳閘或手動跳閘或自動跳閘）時，變壓器低壓側也相應失電，因此高壓側饋線開關跳閘與變壓器兩側跳閘效果相同；變壓器低壓側開關跳閘若是由于母線故障所致，低壓母聯開關保持斷開狀態以隔離配電系統故障，變壓器空載輸出將無任何意義，此時低壓側進線開關跳閘與變壓器兩側跳閘效果相同。對于上述兩種情況可在變壓器上下游開關的二次回路中增加聯調功能，以便更加準確和快捷地實現開關控制，但在10kV配電變壓器二次回路的傳統設計中并未考慮上下游聯調功能。因此，變壓器上下游無聯跳功能也是其設計中的不足之處之一。

2.6 變壓器非電量保護送至高壓側存在一定的風險

在10kV配電變壓器二次回路的傳統設計中，變壓器非電量保護通常送至高壓側保護裝置中，通過保護裝置中非電量保護出口跳變壓器高壓側饋線開關。由于部分10kV配電變壓器與高壓側饋線開關距離較遠甚至達幾公里遠，若二次電纜屏蔽不好且長期處于強電磁場環境中，其保護回路會感應出較強的干擾信號，從而導致變壓器非電量保護誤動。因此，變壓器非電量保護送至高壓側存在一定的保護誤動風險。

3 10kV配電變壓器二次回路設計的優化和改進

在項目詳細設計階段，通過參考國內外電氣先進設計理念，并分析了10kV配電變壓器二次回路傳統設計的不足之處，為提高供電系統的可靠性，保證生產裝置的長周期運行，對本項目10kV配電變壓器二次回路的設計方案進行優化和改進。

3.1 優化和改進措施

1）完善變壓器低壓側進線開關遠程遙控操作功能。低壓側進線分合閘控制回路中增加遙控分合閘回路，開關柜增設“就地/遠方”轉換開關用于就地操作和遠方遙控操作的選擇，為低壓側進線開關提供了多種操作方式。

2）在變壓器高低壓側開關操作回路中增設電氣防誤操作的設計。變壓器高低壓側開關手動和遙控合閘回路中加裝編碼鎖，通過接通或斷開電氣合閘回路對其合閘操作進行閉鎖，可有效防止人為或自動化系統對電氣設備產生誤操作。

3）變壓器低壓側進線回路采用“無保護框架斷路器+微機保護裝置”的組合方式。采用此方式將斷路器和保護裝置進行分別配置，可大大提高繼電保護的靈敏性和可靠性，也解決了因一次側過流保護定值過大而造成無法校驗的問題。其次，微機保護裝置具有邏輯編程功能，母聯備自投不再使用低電壓繼電器，將大大簡化變壓器低壓側的二次回路。

4）增設變壓器上下游操作聯鎖功能。在10kV變壓器高壓側饋線開關合閘回路中增加了低壓側合閘允許信號，只有低壓側進線斷路器在工作位置且處于分閘狀態時，上游饋電斷路器才能合閘；其次，在10kV變壓器低壓側進線開關合閘回路中增加了高壓側合閘允許信號，只有變壓器的上游饋電斷路器在運行位置合閘后，才能合下游進線斷路器。

5）增設變壓器上下游聯跳功能。10kV變壓器高壓側饋電斷路器跳閘（不論保護動作跳閘或手動跳閘或自動跳閘）時，應斷開變壓器兩側的斷路器；其次，10kV變壓器低壓側進線斷路器的繼電保護裝置動作后，應斷開變壓器兩側的斷路器。但低壓側進線斷路器的繼電保護裝置未檢測到故障的情況下，由于就地或遠方操作使變壓器低壓側進線斷路器分閘時，則不需聯跳高壓側饋線斷路器。

6）變壓器非電量保護送至變壓器低壓側，減少了變壓器非電量保護誤動風險。由于10kV變壓器兩側開關設置了聯跳功能，即使變壓器與高壓側饋線開關距離較遠（變壓器兩側開關保護裝置通過光纖通訊），但變壓器與低壓側進線開關距離很近，從而降低了非電量保護回路的干擾信號，可直接由低壓側保護裝置直接跳閘，從而聯跳變壓器兩側開關。

3.2 二次回路設計方案

（1）高壓側二次回路

10kV配電變壓器高壓側監測回路與傳統設計基本一致，但高壓側保護及控制回路接線較傳統設計有所優化，主要在分、合閘控制回路中做了較大的改進，具體的保護及控制回路接線如圖5所示。

圖5 10kV配電變壓器高壓側保護及控制回路改進后接線圖

（2）低壓側二次回路

在本設計方案中，變壓器低壓側進線回路采用“無保護框架斷路器+微機保護裝置”的組合方式，因此在監測回路中增加了電壓保護回路和電流保護回路，其低壓側監測回路接線如圖6所示。

圖6 10kV配電變壓器低壓側監測回路改進圖

針對10kV變壓器低壓側二次回路傳統設計的不足，本方案主要對低壓側分、合閘控制回路和保護跳閘回路做了相應的改進，其低壓側保護及控制回路接線如圖7所示。

圖7 10kV配電變壓器低壓側保護及控制回路改進后接線圖

4 結束語

10kV配電變壓器二次回路主要是用來對變壓器進行控制、指示、監測和保護，其設計的正確性和合理性是整個供電系統正常運行的重要保障。本文詳細闡述了10kV配電變壓器二次回路傳統設計的不足之處，通過一系列的優化和改進措施使大型石化項目的變壓器二次回路設計得更加合理，將會大大提高供電系統的安全性和可靠性，從而保證石化裝置的安穩長滿優運行。