提高農(nóng)村電網(wǎng)簡(jiǎn)易變電站的供電可靠性的方法

一、 農(nóng)村電網(wǎng)簡(jiǎn)易變電站的典型設(shè)計(jì)

單臺(tái)主變，容量在3000kVA左右，高壓側(cè)電壓35kV，低壓側(cè)電壓10kV。高壓側(cè)一般不裝設(shè)母線也不安裝斷路器，而是經(jīng)高壓跌落式熔斷器直接T接到鄰近的35kV線路上(如圖1)。

10kV為單母線設(shè)計(jì)，裝設(shè)一臺(tái)三相電壓互感器或三臺(tái)單相電壓互感器，其變比一般為10/0.22/0.1/ kV，供保護(hù)、計(jì)量等使用。10kV出線2~4條，均裝設(shè)有斷路器。電流互感器一般都安裝在斷路器內(nèi)部，有三相配置和兩相配置加一組零序電流互感器兩種方案可供選擇。

10kV線路保護(hù)一般采用重合控制器(典型的有珠海博威的CPT-3系列和鄭州凱特的ZCW-12系列等)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)線路相間短路故障的保護(hù)，同時(shí)某些型號(hào)的裝置還可選裝小電流接地選線功能，當(dāng)線路發(fā)生單相接地時(shí)用來(lái)發(fā)信號(hào)或跳閘。

二、 典型設(shè)計(jì)中影響供電可靠性的因素及其危害

1.保護(hù)裝置及其他各類設(shè)備均安裝在戶外，運(yùn)行環(huán)境惡劣。特別是在炎熱的夏季，設(shè)備經(jīng)常工作在高溫高濕環(huán)境下，其可靠性會(huì)有不同程度的下降。

2.沒有專有的直流系統(tǒng)。絕大多數(shù)系統(tǒng)把從電壓互感器二次側(cè)引接的交流220伏電壓作為主要電源，而交流供電的可靠性遠(yuǎn)不如直流高。

3.主變高壓側(cè)沒有斷路器，跌落式熔斷器作為唯一的保護(hù)設(shè)備由于熔絲的安秒特性曲線很難具體測(cè)定且動(dòng)作時(shí)限較長(zhǎng)，使其作用大打折扣。

舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，假設(shè)一條10kV出線發(fā)生出口相間短路，由于故障點(diǎn)離母線較近，造成母線殘壓很低，10kV電壓互感器二次側(cè)電壓也隨之大幅下降，由于該線路保護(hù)裝置電源也取自TV二次側(cè)，一旦電壓降至保護(hù)裝置最低工作電壓以下時(shí)，本該立即動(dòng)作切除故障，卻因保護(hù)裝置失去工作電源而拒動(dòng)。此時(shí)，主變高壓側(cè)熔斷器應(yīng)立即熔斷切除故障點(diǎn)。但由于熔絲的熔斷時(shí)間較長(zhǎng)，造成熔斷器尚未斷開，所T接的35kV線路保護(hù)就已動(dòng)作切除整條線路，造成停電范圍擴(kuò)大，整個(gè)地區(qū)電網(wǎng)的供電可靠性都會(huì)受到影響。

三、 提高農(nóng)村電網(wǎng)簡(jiǎn)易變電站供電可靠性的方法及對(duì)策

1.增加保護(hù)的可靠性

在實(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn)，很多室外式10kV真空開關(guān)機(jī)構(gòu)箱內(nèi)都配有過流脫扣器，通過對(duì)保護(hù)裝置二次電流回路的簡(jiǎn)單改造，就可以實(shí)現(xiàn)在保護(hù)電源全停的情況下，發(fā)生短路故障時(shí)開關(guān)依然可以可靠跳閘。

如圖2所示，TA為電流互感器，Ia、Ia′為保護(hù)裝置A相電流的輸入輸出， Ic、Ic′為保護(hù)裝置C相電流的輸入輸出，I0、I0′為保護(hù)裝置零序電流的輸入輸出，SLJ為過流脫扣器線圈。

圖2-1為該開關(guān)保護(hù)的常規(guī)接法，圖2-2為改進(jìn)后的接法，即將A、C兩相電流合成后先經(jīng)過過流脫扣器SLJ，再與B相電流合成構(gòu)成零序電流濾過器接法。

此種方法優(yōu)點(diǎn)：

① 成本低廉

經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，近幾年很多室外式10kV真空開關(guān)機(jī)構(gòu)箱內(nèi)出廠時(shí)就配有過流脫扣器，另外一些廠家是作為選配件提供給用戶，可以通過訂貨時(shí)簽訂技術(shù)協(xié)議來(lái)加裝，成本幾乎沒有任何增加。

② 簡(jiǎn)單可靠

原理、接線十分簡(jiǎn)單，且過流脫扣器靠電磁力直接作用于斷路器機(jī)構(gòu)，不需要任何電源;可以反映各種類型的相間短路故障。

此種方法缺點(diǎn)：

① 動(dòng)作值無(wú)法改變

一般過流脫扣器的動(dòng)作電流都整定為5A，要求大于1.1倍額定電流時(shí)可靠動(dòng)作，小于0.9倍額定電流時(shí)不得脫扣。因此，對(duì)于負(fù)荷變動(dòng)較大的線路可能會(huì)誤動(dòng)。

② 產(chǎn)生不平衡電流

因?yàn)榛芈分写脒^流脫扣器線圈，造成電流互感器二次負(fù)載不平衡，產(chǎn)生不平衡電流。特別是圖2-2這種接法，不平衡電流會(huì)影響保護(hù)對(duì)零序電流的采集精度。

適用范圍：

負(fù)荷變化較小，故障率較高，對(duì)供電可靠性有一定要求的線路。

2.增加電源的可靠性

由于典型設(shè)計(jì)中，幾乎所有二次設(shè)備的電源均來(lái)自電壓互感器二次側(cè)提供的220V交流電壓，當(dāng)線路或者母線發(fā)生單相接地故障時(shí)，相應(yīng)的電壓互感器二次側(cè)電壓也下降或上升，造成裝置失電或過電壓損壞。對(duì)于這種情況，我們提出兩種解決方案。

① 裝置內(nèi)部自帶小型蓄電池且采用直流操作電源。

如珠海博威的CPT-3系列裝置，該裝置內(nèi)置兩塊蓄電池，正常工作時(shí)通過外部輸入交流220V經(jīng)整流后變換為直流220V作為工作電源，同時(shí)經(jīng)降壓后為蓄電池充電。當(dāng)交流電源發(fā)生故障后自動(dòng)切換至蓄電池供電。但實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，一旦交流電源停用后，開關(guān)經(jīng)過幾次斷合操作蓄電池的電能就消耗殆盡。

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，該型裝置由蓄電池供電時(shí)，包括開關(guān)彈簧儲(chǔ)能電源在內(nèi)的所有電能均由蓄電池提供(如圖3-1)。相比其他回路，儲(chǔ)能電機(jī)消耗功率要大得多，再加上電池容量有限，很難滿足極限條件下的正常運(yùn)行需要。相比保護(hù)電源和斷路器操作電源，儲(chǔ)能電源重要性稍遜一籌，因此我們決定把儲(chǔ)能電源回路單獨(dú)分開。

如圖3-2所示，將電壓互感器二次側(cè)交流220V電源引至斷路器機(jī)構(gòu)內(nèi)部，經(jīng)整流橋KBPC2510整流后接入原開關(guān)儲(chǔ)能回路。

此方法優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單實(shí)用，延長(zhǎng)蓄電池壽命。

此方法缺點(diǎn)：一旦交流電源消失，只能進(jìn)行手動(dòng)儲(chǔ)能。

② 裝置使用交流供電的且操作電源也為交流。

對(duì)于此類系統(tǒng)，主要是避免發(fā)生單相接地故障時(shí)電壓互感器二次側(cè)電壓也隨之變化的情況。我們利用在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時(shí)線電壓不變這一原理，把直接采用相電壓作為電源，改為利用電壓互感器二次側(cè)400V線電壓經(jīng)隔離變壓器降壓為交流220V作為電源。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于線電壓依然為400V，所以能保證交流電源電壓保持在220V。

此方法優(yōu)點(diǎn)：原理簡(jiǎn)單實(shí)用，且不受單相接地故障影響。

此方法缺點(diǎn)：大容量的隔離變壓器造價(jià)較高。

四、 結(jié)論

上述的一些意見和建議是筆者在建設(shè)、維護(hù)農(nóng)網(wǎng)簡(jiǎn)易變電站中實(shí)際遇到的一些亟需解決的問題時(shí)所采用的方法，在實(shí)際應(yīng)用中要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況合理的使用。

我局的兩座簡(jiǎn)易變電站，主變均利用其他變電站增容退下來(lái)的變壓器，剩下的包括土建在內(nèi)總造價(jià)也只有40余萬(wàn)元，只是一座常規(guī)35kV變電站的十分之一。“魚與熊掌不可兼得”，簡(jiǎn)易變電站的有些問題的根源還是在于成本限制，有些方面在現(xiàn)有技術(shù)條件下，要想擁有更高的可靠性就必須增加投資預(yù)算，而投資的大幅提高又與簡(jiǎn)易變電站的低成本背道而馳，這是一對(duì)矛與盾的關(guān)系。簡(jiǎn)易變電站應(yīng)該屬于在現(xiàn)階段農(nóng)村電網(wǎng)還比較薄弱的情況下的一種過渡性產(chǎn)品，現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)在簡(jiǎn)易變電站的基礎(chǔ)上加裝主變高壓側(cè)斷路器和成套主變保護(hù)裝置，主變采用容量10000kVA以上的有載調(diào)壓變壓器，10kV出線4~6回的臺(tái)區(qū)變電站，這種方式的農(nóng)網(wǎng)變電站雖然造價(jià)較普通簡(jiǎn)易變電站稍高，但能較好的處理建設(shè)成本和供電可靠性之間的關(guān)系，這也是以后農(nóng)網(wǎng)變電站的發(fā)展方向之一。