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(xiàn)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)絡化傳輸模式，與傳統(tǒng)的二次接線有著革命性的變化，具體體現(xiàn)在：（1）智能化的過程層設備具有網(wǎng)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(shù)量，減少互感器繞組個數(shù)配置。（2）智能化的過程層設備可以實現(xiàn)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(tǒng)配置。（3）整理原有標準化接口，采用標準插接件電纜實現(xiàn)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。可見，常規(guī)110 kV變壓器上的附件是站內(nèi)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(diào)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(jīng)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(tǒng)

風機冷卻系統(tǒng)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(wǎng)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(tǒng)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(diào)壓開關及其回路簡化

2.3.1 真空有載調(diào)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(nèi)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(chǎn)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(zhì)（帶紙濾芯）及去雜質(zhì)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(shù)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(jīng)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(tǒng)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(nèi)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(diào)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(diào)壓的時代。目前，真空有載調(diào)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(diào)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(diào)壓開關回路簡化

有載調(diào)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(diào)壓回路、遙調(diào)回路、遙信。

按國網(wǎng)企業(yè)標準Q/GDW 1175—2013《變壓器、高壓并聯(lián)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(diào)壓回路均由變壓器廠家內(nèi)部接線實現(xiàn)，不再由主變保護提供接點。過流閉鎖調(diào)壓用繼電器宜直接安裝在有載調(diào)壓機構箱內(nèi)，在變壓器出廠前配線，簡化現(xiàn)場接線的調(diào)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(shù)。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(jīng)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(lián)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].