ShejiyuFenxi◆設(shè)計(jì)與分析
變電站 10 kV PT 及避雷器柜柜型與電氣一次設(shè)計(jì)的探討
黃觀學(xué)
（佛山市順德區(qū)威泰電力工程有限公司，廣東佛山528318）
摘 要：詳細(xì)介紹了變電站10kVPT及避雷器柜柜型、電氣一次方案及一次元件的設(shè)計(jì)方法，重點(diǎn)論述了變電站10kV母線PT設(shè)
計(jì)選擇、產(chǎn)生鐵磁諧振的原因及其抑制措施。
關(guān)鍵詞：10kVPT及避雷器；熔斷器；不接地系統(tǒng)；消諧裝置
0 引言 臟，變電站一旦發(fā)生事故，其造成的損失是巨大的，故從安全性
及減少因事故造成損失的角度出發(fā)，變電站10kV開關(guān)柜型建
作為10kV配電成套裝置的組成部分，與斷路器柜的設(shè)計(jì)
議選用KYN。
相比，PT及避雷器柜容易被設(shè)計(jì)人員所忽視。但在實(shí)際的設(shè)計(jì)
1.2 PT及避雷器柜一次方案的設(shè)計(jì)
工作中，PT及避雷器柜設(shè)計(jì)的合理與否，將直接影響變電站的
變電站KYN柜型的PT及避雷器柜一次方案設(shè)計(jì)常見有
安全運(yùn)行及電氣測(cè)量的準(zhǔn)確性。因此有必要對(duì)變電站10kVPT
如圖1所示3種。方案一與方案二為常用方案，變電站設(shè)計(jì)時(shí)
及避雷器柜柜型與電氣一次設(shè)計(jì)作進(jìn)一步的探討。
首選方案一。因?yàn)榉桨敢坏腜T與避雷器分別位于不同的手車
1 配電柜柜型及電氣一次方案的設(shè)計(jì) 內(nèi)（PT手車和避雷器手車），而PT及避雷器又是變電站中易發(fā)
1.1 柜型的設(shè)計(jì) 事故的一次元件，當(dāng)PT或避雷器發(fā)生事故時(shí)，由于它們位于不
我國(guó)變電站 10 kV 開關(guān)柜柜型主要有 GG-1A、XGN2、 同的手車內(nèi)，因而使事故得到有效隔離，從而有效防止事故影
KYN等。GG-1A為我國(guó)20世紀(jì)60年代開始生產(chǎn)的早期產(chǎn)品， 響的擴(kuò)大。方案二可作為容量不大的一般用戶工程選用（主要
由于其體積大、防護(hù)等級(jí)低，人身安全得不到保障，故從90年 考慮到造價(jià)因素）。方案三為早期常用方案，顯然該方案存在較
代中期開始，逐漸被XGN2、KYN所替代。XGN2為箱型固定金 大的安全及損失隱患，不利于事故的預(yù)防及設(shè)備的檢修。“2010
屬封閉開關(guān)柜，其防護(hù)等級(jí)可達(dá)到IP3X，但柜內(nèi)主要元件沒有 年江西贛東北供電公司‘8·19’人身傷亡事故”就是典型的例
相互隔離，一旦柜內(nèi)起火或發(fā)生爆炸，必然殃及整臺(tái)甚至整組 子。在該事故中，當(dāng)?shù)仉娏υO(shè)計(jì)院是按方案一設(shè)計(jì)的，但開關(guān)設(shè)
柜，從而造成較大的損失。KYN為鎧裝移開式金屬封閉開關(guān) 備制造廠在未征得設(shè)計(jì)院同意的情況下，按照其企業(yè)的一貫做
柜，相比GG-1A、XGN2，其重量較輕、體積較小，防護(hù)等級(jí)更可 法，按方案三生產(chǎn)，造成柜內(nèi)結(jié)構(gòu)與柜外一次方案牌不一致。在
達(dá)到IP4X。KYN主要由手車室、母線室、電纜室、繼電器室、小 某220kV變電站改造工程消缺工作中，進(jìn)行更換10kVⅠ段母
母線室等組成，各室相互隔離，主要一次元件分別位于不同室 線PT時(shí)，在拉出熔斷器手車并經(jīng)驗(yàn)電確認(rèn)PT不帶電后，工作
內(nèi)，若柜內(nèi)起火或發(fā)生爆炸，只會(huì)影響事故室內(nèi)元件，對(duì)相鄰室 人員隨即進(jìn)入到柜內(nèi)更換PT，由于工作人員誤以為避雷器不
內(nèi)的元件影響相對(duì)較小或可避免，有利于縮小事故范圍、減少 帶電而不慎觸摸到避雷器，以致造成2人當(dāng)場(chǎng)觸電死亡、1人重
停電時(shí)間和降低經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)，由于該柜型具有可移開的功 傷送院救治無效死亡的重大傷亡事故。事故的直接原因是現(xiàn)場(chǎng)
能，當(dāng)某一主要元件故障或需要檢修時(shí)，可將其從柜內(nèi)移出，其 工作人員不按操作規(guī)程操作，未對(duì)柜內(nèi)可觸摸的一次元件進(jìn)行
他元件正常工作，這樣便于故障檢修和日常維護(hù)。同樣的配置， 驗(yàn)電，間接原因是制造廠未按設(shè)計(jì)院圖紙施工及設(shè)備驗(yàn)收單位
KYN的市場(chǎng)價(jià)比XGN2要高10%左右，但作為地區(qū)供電的心 未按圖紙驗(yàn)收?？梢娙绻圃鞆S按圖紙（方案一）生產(chǎn)，該起事
（3）上位機(jī)控制系統(tǒng)由系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控模塊、系統(tǒng)參數(shù) ［參考文獻(xiàn)］
設(shè)置模塊和故障記錄查詢模塊組成。這3個(gè)模塊共同實(shí)現(xiàn)了上 ［1］崔偉清，李艷艷.基于PLC的遠(yuǎn)程機(jī)械手控制系統(tǒng)［J］.機(jī)械，
位機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)整個(gè)機(jī)械手控制系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與控制功能。下面 2011（1）
分別對(duì)這3個(gè)模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單說明：1）運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控模塊：包括 ［2］杜玉紅，李修仁.生產(chǎn)線組裝單元?dú)鈩?dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)［J］.
機(jī)械手啟動(dòng)、運(yùn)行狀態(tài)顯示及手動(dòng)/自動(dòng)的切換。2）系統(tǒng)參數(shù)設(shè) 液壓與氣動(dòng)，2006（5）
置模塊：系統(tǒng)中設(shè)有參數(shù)設(shè)置按鈕，點(diǎn)擊按鈕將會(huì)進(jìn)入到系統(tǒng) ［3］唐立平，馬俊峰.基于PLC的四自由度機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.
參數(shù)設(shè)定模塊，文本框可以輸入相應(yīng)的各種參數(shù)。點(diǎn)擊保存后， 液壓氣動(dòng)與密封，2007（4）
［4］鮑燕偉，吳玉蘭.一種通用氣動(dòng)機(jī)械手的控制設(shè)計(jì)［J］.機(jī)床與
系統(tǒng)會(huì)把設(shè)定的參數(shù)送入下位機(jī)。3）故障記錄查詢模塊：用于
液壓，2006（9）
故障記錄的存儲(chǔ)及查詢。
［5］張建立，張志強(qiáng)，馬勝鋼.基于PLC與組態(tài)王的遠(yuǎn)控給煤機(jī)的
6 結(jié)語
設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.煤礦機(jī)械，2010，31（1）
機(jī)械手的各個(gè)動(dòng)作和狀態(tài)都由PLC控制，不僅能滿足機(jī)械
手手動(dòng)、半自動(dòng)、自動(dòng)等操作方式所需大量按鈕、開關(guān)、位置檢
測(cè)點(diǎn)的要求，更可通過觸摸屏等接口元件與計(jì)算機(jī)組成PLC
收稿日期：2012-03-07
工業(yè)局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信與網(wǎng)絡(luò)控制。因此，基于PLC的機(jī) 作者簡(jiǎn)介：王旭（1984—），女，山東人，助教，主要從事機(jī)電一
械手系統(tǒng)能方便地應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)流水線中。 體化的教學(xué)與科研工作。
機(jī)電信息 2012年第18期總第336期 139設(shè)計(jì)與分析◆ShejiyuFenxi
故是可以避免的，這再次驗(yàn)證了PT及避雷器柜一次方案的設(shè) 件具有一定的電阻值，而且采用滅弧能力較強(qiáng)的石英砂作為填
計(jì)是何等重要。 料，是一種限流熔斷器。這種熔斷器在熔斷過程中會(huì)產(chǎn)生超過
熔斷器額定電壓數(shù)倍的電壓。為了將過電壓限制在允許的范圍
內(nèi)，應(yīng)選擇與系統(tǒng)額定電壓（10kV）相對(duì)應(yīng)電壓等級(jí)的熔斷器。
其額定電流一般為0.5A；三相斷流容量根據(jù)短路點(diǎn)的短路電
流而定，一般選擇的最大斷流容量不低于200MVA。
2.4 避雷器（過電壓保護(hù)器）的設(shè)計(jì)
PT及避雷器柜中的避雷器（過電壓保護(hù)器），主要是用于母
（方案一） （方案二） （方案三） 線過電壓保護(hù)。根據(jù)10kV系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地的運(yùn)行特點(diǎn)，母線
圖1 PT及避雷器柜一次方案 過電壓保護(hù)避雷器建議選擇YH5WZ-17/45，額定電壓17kV，
2 主要一次電器元件的設(shè)計(jì)選擇 雷電沖擊電流下殘壓45kV，2ms方波通流容量不小于400A，
并應(yīng)配帶放電監(jiān)測(cè)儀，用于監(jiān)測(cè)避雷器過電壓放電次數(shù)及泄漏
2.1 PT的設(shè)計(jì)
電流的大小，以便實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)過電壓的情況。但對(duì)新型避雷器（過
PT是PT及避雷器柜的關(guān)鍵一次元件，其為變電站10kV
電壓保護(hù)器），要選用經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行證明為安全可靠的，才
系統(tǒng)提供：（1）電壓測(cè)量。（2）繼電保護(hù)需要的電壓參數(shù)，如母線
能用到變電站的設(shè)計(jì)中，否則容易釀成重大事故。如2005年河
絕緣、過電壓、欠電壓、備自投等。變電站10kV系統(tǒng)母線PT二
北某220kV變電站事故，是由于設(shè)計(jì)人員沒有經(jīng)過調(diào)研，而是
次側(cè)一般設(shè)3個(gè)繞組：計(jì)量/測(cè)量/保護(hù)，一二次側(cè)電壓比為
聽從避雷器廠家銷售人員的推薦而相信HBP-10系列過電壓
（10/姨3）/（0.1/姨3）/（0.1/姨3）/（0.1/3）kV，準(zhǔn)確等級(jí)為
保護(hù)器性能是優(yōu)良、可靠的（當(dāng)時(shí)HBP-10剛推出，產(chǎn)品制造工
0.2/0.5/5P，容量根據(jù)二次負(fù)載容量而定。
藝尚不成熟），從而在變電站設(shè)計(jì)中采用了該種集合式過電壓
在我國(guó)，10kV系統(tǒng)大多采用中性點(diǎn)不接地的運(yùn)行方式。當(dāng)
保護(hù)器。2005年7月12日變電站投入運(yùn)行，13日凌晨2點(diǎn)，值
線路發(fā)生單相接地等故障時(shí)，造成電壓互感器電壓升高，三相
班人員發(fā)現(xiàn)10kVPT及避雷器柜發(fā)出刺激性氣味并伴隨大量
鐵芯受到不同的激勵(lì)而呈現(xiàn)不同程度的飽和，中性點(diǎn)偏移而產(chǎn)
濃煙冒出，接著1#主變10kV側(cè)主進(jìn)斷路器跳閘。經(jīng)安監(jiān)部門
生零序電壓。由于線路故障電流不斷增大，導(dǎo)致電壓互感器鐵
與電力部門的事故分析，該起事故是由于過電壓保護(hù)器外絕緣
芯逐漸飽和，當(dāng)滿足ωL=1/ωC時(shí)，即具備諧振條件，產(chǎn)生諧振
被擊穿，造成相間短路而引發(fā)的重大停電事故。河北省電力部
過電壓。從而引發(fā)電磁式PT鐵磁諧振，使得PT一次側(cè)熔斷器
門針對(duì)該起事故，專門制訂了“關(guān)于在變電站如何選用三相集
熔斷，嚴(yán)重時(shí)甚至燒壞PT，這樣容易導(dǎo)致系統(tǒng)低電壓保護(hù)誤
合式過電壓保護(hù)器的防范事故措施”。
動(dòng)，電能計(jì)量損失，部分繼電保護(hù)失靈，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全運(yùn)
3 結(jié)語