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变电站 10 kV PT 及避雷器柜柜型与电气一次设计的探讨
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变电站 10 kV PT 及避雷器柜柜型与电气一次设计的探讨
文本预览
ShejiyuFenxi◆设计与分析
变电站 10 kV PT 及避雷器柜柜型与电气一次设计的探讨
黄观学
（佛山市顺德区威泰电力工程有限公司，广东佛山528318）
摘 要：详细介绍了变电站10kVPT及避雷器柜柜型、电气一次方案及一次元件的设计方法，重点论述了变电站10kV母线PT设
计选择、产生铁磁谐振的原因及其抑制措施。
关键词：10kVPT及避雷器；熔断器；不接地系统；消谐装置
0 引言 脏，变电站一旦发生事故，其造成的损失是巨大的，故从安全性
及减少因事故造成损失的角度出发，变电站10kV开关柜型建
作为10kV配电成套装置的组成部分，与断路器柜的设计
议选用KYN。
相比，PT及避雷器柜容易被设计人员所忽视。但在实际的设计
1.2 PT及避雷器柜一次方案的设计
工作中，PT及避雷器柜设计的合理与否，将直接影响变电站的
变电站KYN柜型的PT及避雷器柜一次方案设计常见有
安全运行及电气测量的准确性。因此有必要对变电站10kVPT
如图1所示3种。方案一与方案二为常用方案，变电站设计时
及避雷器柜柜型与电气一次设计作进一步的探讨。
首选方案一。因为方案一的PT与避雷器分别位于不同的手车
1 配电柜柜型及电气一次方案的设计 内（PT手车和避雷器手车），而PT及避雷器又是变电站中易发
1.1 柜型的设计 事故的一次元件，当PT或避雷器发生事故时，由于它们位于不
我国变电站 10 kV 开关柜柜型主要有 GG-1A、XGN2、 同的手车内，因而使事故得到有效隔离，从而有效防止事故影
KYN等。GG-1A为我国20世纪60年代开始生产的早期产品， 响的扩大。方案二可作为容量不大的一般用户工程选用（主要
由于其体积大、防护等级低，人身安全得不到保障，故从90年 考虑到造价因素）。方案三为早期常用方案，显然该方案存在较
代中期开始，逐渐被XGN2、KYN所替代。XGN2为箱型固定金 大的安全及损失隐患，不利于事故的预防及设备的检修。“2010
属封闭开关柜，其防护等级可达到IP3X，但柜内主要元件没有 年江西赣东北供电公司‘8·19’人身伤亡事故”就是典型的例
相互隔离，一旦柜内起火或发生爆炸，必然殃及整台甚至整组 子。在该事故中，当地电力设计院是按方案一设计的，但开关设
柜，从而造成较大的损失。KYN为铠装移开式金属封闭开关 备制造厂在未征得设计院同意的情况下，按照其企业的一贯做
柜，相比GG-1A、XGN2，其重量较轻、体积较小，防护等级更可 法，按方案三生产，造成柜内结构与柜外一次方案牌不一致。在
达到IP4X。KYN主要由手车室、母线室、电缆室、继电器室、小 某220kV变电站改造工程消缺工作中，进行更换10kVⅠ段母
母线室等组成，各室相互隔离，主要一次元件分别位于不同室 线PT时，在拉出熔断器手车并经验电确认PT不带电后，工作
内，若柜内起火或发生爆炸，只会影响事故室内元件，对相邻室 人员随即进入到柜内更换PT，由于工作人员误以为避雷器不
内的元件影响相对较小或可避免，有利于缩小事故范围、减少 带电而不慎触摸到避雷器，以致造成2人当场触电死亡、1人重
停电时间和降低经济损失。同时，由于该柜型具有可移开的功 伤送院救治无效死亡的重大伤亡事故。事故的直接原因是现场
能，当某一主要元件故障或需要检修时，可将其从柜内移出，其 工作人员不按操作规程操作，未对柜内可触摸的一次元件进行
他元件正常工作，这样便于故障检修和日常维护。同样的配置， 验电，间接原因是制造厂未按设计院图纸施工及设备验收单位
KYN的市场价比XGN2要高10%左右，但作为地区供电的心 未按图纸验收。可见如果制造厂按图纸（方案一）生产，该起事
（3）上位机控制系统由系统运行状态监控模块、系统参数 ［参考文献］
设置模块和故障记录查询模块组成。这3个模块共同实现了上 ［1］崔伟清，李艳艳.基于PLC的远程机械手控制系统［J］.机械，
位机控制系统对整个机械手控制系统的监测与控制功能。下面 2011（1）
分别对这3个模块进行简单说明：1）运行状态监控模块：包括 ［2］杜玉红，李修仁.生产线组装单元气动搬运机械手的设计［J］.
机械手启动、运行状态显示及手动/自动的切换。2）系统参数设 液压与气动，2006（5）
置模块：系统中设有参数设置按钮，点击按钮将会进入到系统 ［3］唐立平，马俊峰.基于PLC的四自由度机械手控制系统设计［J］.
参数设定模块，文本框可以输入相应的各种参数。点击保存后， 液压气动与密封，2007（4）
［4］鲍燕伟，吴玉兰.一种通用气动机械手的控制设计［J］.机床与
系统会把设定的参数送入下位机。3）故障记录查询模块：用于
液压，2006（9）
故障记录的存储及查询。
［5］张建立，张志强，马胜钢.基于PLC与组态王的远控给煤机的
6 结语
设计与应用［J］.煤矿机械，2010，31（1）
机械手的各个动作和状态都由PLC控制，不仅能满足机械
手手动、半自动、自动等操作方式所需大量按钮、开关、位置检
测点的要求，更可通过触摸屏等接口元件与计算机组成PLC
收稿日期：2012-03-07
工业局域网，实现网络通信与网络控制。因此，基于PLC的机 作者简介：王旭（1984—），女，山东人，助教，主要从事机电一
械手系统能方便地应用到工业生产流水线中。 体化的教学与科研工作。
机电信息 2012年第18期总第336期 139设计与分析◆ShejiyuFenxi
故是可以避免的，这再次验证了PT及避雷器柜一次方案的设 件具有一定的电阻值，而且采用灭弧能力较强的石英砂作为填
计是何等重要。 料，是一种限流熔断器。这种熔断器在熔断过程中会产生超过
熔断器额定电压数倍的电压。为了将过电压限制在允许的范围
内，应选择与系统额定电压（10kV）相对应电压等级的熔断器。
其额定电流一般为0.5A；三相断流容量根据短路点的短路电
流而定，一般选择的最大断流容量不低于200MVA。
2.4 避雷器（过电压保护器）的设计
PT及避雷器柜中的避雷器（过电压保护器），主要是用于母
（方案一） （方案二） （方案三） 线过电压保护。根据10kV系统中性点不接地的运行特点，母线
图1 PT及避雷器柜一次方案 过电压保护避雷器建议选择YH5WZ-17/45，额定电压17kV，
2 主要一次电器元件的设计选择 雷电冲击电流下残压45kV，2ms方波通流容量不小于400A，
并应配带放电监测仪，用于监测避雷器过电压放电次数及泄漏
2.1 PT的设计
电流的大小，以便实时监测过电压的情况。但对新型避雷器（过
PT是PT及避雷器柜的关键一次元件，其为变电站10kV
电压保护器），要选用经过一段时间运行证明为安全可靠的，才
系统提供：（1）电压测量。（2）继电保护需要的电压参数，如母线
能用到变电站的设计中，否则容易酿成重大事故。如2005年河
绝缘、过电压、欠电压、备自投等。变电站10kV系统母线PT二
北某220kV变电站事故，是由于设计人员没有经过调研，而是
次侧一般设3个绕组：计量/测量/保护，一二次侧电压比为
听从避雷器厂家销售人员的推荐而相信HBP-10系列过电压
（10/姨3）/（0.1/姨3）/（0.1/姨3）/（0.1/3）kV，准确等级为
保护器性能是优良、可靠的（当时HBP-10刚推出，产品制造工
0.2/0.5/5P，容量根据二次负载容量而定。
艺尚不成熟），从而在变电站设计中采用了该种集合式过电压
在我国，10kV系统大多采用中性点不接地的运行方式。当
保护器。2005年7月12日变电站投入运行，13日凌晨2点，值
线路发生单相接地等故障时，造成电压互感器电压升高，三相
班人员发现10kVPT及避雷器柜发出刺激性气味并伴随大量
铁芯受到不同的激励而呈现不同程度的饱和，中性点偏移而产
浓烟冒出，接着1#主变10kV侧主进断路器跳闸。经安监部门
生零序电压。由于线路故障电流不断增大，导致电压互感器铁
与电力部门的事故分析，该起事故是由于过电压保护器外绝缘
芯逐渐饱和，当满足ωL=1/ωC时，即具备谐振条件，产生谐振
被击穿，造成相间短路而引发的重大停电事故。河北省电力部
过电压。从而引发电磁式PT铁磁谐振，使得PT一次侧熔断器
门针对该起事故，专门制订了“关于在变电站如何选用三相集
熔断，严重时甚至烧坏PT，这样容易导致系统低电压保护误
合式过电压保护器的防范事故措施”。
动，电能计量损失，部分继电保护失灵，严重威胁电网的安全运
3 结语
变电站 10 kV PT 及避雷器柜柜型与电气一次设计的探讨
黄观学
（佛山市顺德区威泰电力工程有限公司，广东佛山528318）
摘 要：详细介绍了变电站10kVPT及避雷器柜柜型、电气一次方案及一次元件的设计方法，重点论述了变电站10kV母线PT设
计选择、产生铁磁谐振的原因及其抑制措施。
关键词：10kVPT及避雷器；熔断器；不接地系统；消谐装置
0 引言 脏，变电站一旦发生事故，其造成的损失是巨大的，故从安全性
及减少因事故造成损失的角度出发，变电站10kV开关柜型建
作为10kV配电成套装置的组成部分，与断路器柜的设计
议选用KYN。
相比，PT及避雷器柜容易被设计人员所忽视。但在实际的设计
1.2 PT及避雷器柜一次方案的设计
工作中，PT及避雷器柜设计的合理与否，将直接影响变电站的
变电站KYN柜型的PT及避雷器柜一次方案设计常见有
安全运行及电气测量的准确性。因此有必要对变电站10kVPT
如图1所示3种。方案一与方案二为常用方案，变电站设计时
及避雷器柜柜型与电气一次设计作进一步的探讨。
首选方案一。因为方案一的PT与避雷器分别位于不同的手车
1 配电柜柜型及电气一次方案的设计 内（PT手车和避雷器手车），而PT及避雷器又是变电站中易发
1.1 柜型的设计 事故的一次元件，当PT或避雷器发生事故时，由于它们位于不
我国变电站 10 kV 开关柜柜型主要有 GG-1A、XGN2、 同的手车内，因而使事故得到有效隔离，从而有效防止事故影
KYN等。GG-1A为我国20世纪60年代开始生产的早期产品， 响的扩大。方案二可作为容量不大的一般用户工程选用（主要
由于其体积大、防护等级低，人身安全得不到保障，故从90年 考虑到造价因素）。方案三为早期常用方案，显然该方案存在较
代中期开始，逐渐被XGN2、KYN所替代。XGN2为箱型固定金 大的安全及损失隐患，不利于事故的预防及设备的检修。“2010
属封闭开关柜，其防护等级可达到IP3X，但柜内主要元件没有 年江西赣东北供电公司‘8·19’人身伤亡事故”就是典型的例
相互隔离，一旦柜内起火或发生爆炸，必然殃及整台甚至整组 子。在该事故中，当地电力设计院是按方案一设计的，但开关设
柜，从而造成较大的损失。KYN为铠装移开式金属封闭开关 备制造厂在未征得设计院同意的情况下，按照其企业的一贯做
柜，相比GG-1A、XGN2，其重量较轻、体积较小，防护等级更可 法，按方案三生产，造成柜内结构与柜外一次方案牌不一致。在
达到IP4X。KYN主要由手车室、母线室、电缆室、继电器室、小 某220kV变电站改造工程消缺工作中，进行更换10kVⅠ段母
母线室等组成，各室相互隔离，主要一次元件分别位于不同室 线PT时，在拉出熔断器手车并经验电确认PT不带电后，工作
内，若柜内起火或发生爆炸，只会影响事故室内元件，对相邻室 人员随即进入到柜内更换PT，由于工作人员误以为避雷器不
内的元件影响相对较小或可避免，有利于缩小事故范围、减少 带电而不慎触摸到避雷器，以致造成2人当场触电死亡、1人重
停电时间和降低经济损失。同时，由于该柜型具有可移开的功 伤送院救治无效死亡的重大伤亡事故。事故的直接原因是现场
能，当某一主要元件故障或需要检修时，可将其从柜内移出，其 工作人员不按操作规程操作，未对柜内可触摸的一次元件进行
他元件正常工作，这样便于故障检修和日常维护。同样的配置， 验电，间接原因是制造厂未按设计院图纸施工及设备验收单位
KYN的市场价比XGN2要高10%左右，但作为地区供电的心 未按图纸验收。可见如果制造厂按图纸（方案一）生产，该起事
（3）上位机控制系统由系统运行状态监控模块、系统参数 ［参考文献］
设置模块和故障记录查询模块组成。这3个模块共同实现了上 ［1］崔伟清，李艳艳.基于PLC的远程机械手控制系统［J］.机械，
位机控制系统对整个机械手控制系统的监测与控制功能。下面 2011（1）
分别对这3个模块进行简单说明：1）运行状态监控模块：包括 ［2］杜玉红，李修仁.生产线组装单元气动搬运机械手的设计［J］.
机械手启动、运行状态显示及手动/自动的切换。2）系统参数设 液压与气动，2006（5）
置模块：系统中设有参数设置按钮，点击按钮将会进入到系统 ［3］唐立平，马俊峰.基于PLC的四自由度机械手控制系统设计［J］.
参数设定模块，文本框可以输入相应的各种参数。点击保存后， 液压气动与密封，2007（4）
［4］鲍燕伟，吴玉兰.一种通用气动机械手的控制设计［J］.机床与
系统会把设定的参数送入下位机。3）故障记录查询模块：用于
液压，2006（9）
故障记录的存储及查询。
［5］张建立，张志强，马胜钢.基于PLC与组态王的远控给煤机的
6 结语
设计与应用［J］.煤矿机械，2010，31（1）
机械手的各个动作和状态都由PLC控制，不仅能满足机械
手手动、半自动、自动等操作方式所需大量按钮、开关、位置检
测点的要求，更可通过触摸屏等接口元件与计算机组成PLC
收稿日期：2012-03-07
工业局域网，实现网络通信与网络控制。因此，基于PLC的机 作者简介：王旭（1984—），女，山东人，助教，主要从事机电一
械手系统能方便地应用到工业生产流水线中。 体化的教学与科研工作。
机电信息 2012年第18期总第336期 139设计与分析◆ShejiyuFenxi
故是可以避免的，这再次验证了PT及避雷器柜一次方案的设 件具有一定的电阻值，而且采用灭弧能力较强的石英砂作为填
计是何等重要。 料，是一种限流熔断器。这种熔断器在熔断过程中会产生超过
熔断器额定电压数倍的电压。为了将过电压限制在允许的范围
内，应选择与系统额定电压（10kV）相对应电压等级的熔断器。
其额定电流一般为0.5A；三相断流容量根据短路点的短路电
流而定，一般选择的最大断流容量不低于200MVA。
2.4 避雷器（过电压保护器）的设计
PT及避雷器柜中的避雷器（过电压保护器），主要是用于母
（方案一） （方案二） （方案三） 线过电压保护。根据10kV系统中性点不接地的运行特点，母线
图1 PT及避雷器柜一次方案 过电压保护避雷器建议选择YH5WZ-17/45，额定电压17kV，
2 主要一次电器元件的设计选择 雷电冲击电流下残压45kV，2ms方波通流容量不小于400A，
并应配带放电监测仪，用于监测避雷器过电压放电次数及泄漏
2.1 PT的设计
电流的大小，以便实时监测过电压的情况。但对新型避雷器（过
PT是PT及避雷器柜的关键一次元件，其为变电站10kV
电压保护器），要选用经过一段时间运行证明为安全可靠的，才
系统提供：（1）电压测量。（2）继电保护需要的电压参数，如母线
能用到变电站的设计中，否则容易酿成重大事故。如2005年河
绝缘、过电压、欠电压、备自投等。变电站10kV系统母线PT二
北某220kV变电站事故，是由于设计人员没有经过调研，而是
次侧一般设3个绕组：计量/测量/保护，一二次侧电压比为
听从避雷器厂家销售人员的推荐而相信HBP-10系列过电压
（10/姨3）/（0.1/姨3）/（0.1/姨3）/（0.1/3）kV，准确等级为
保护器性能是优良、可靠的（当时HBP-10刚推出，产品制造工
0.2/0.5/5P，容量根据二次负载容量而定。
艺尚不成熟），从而在变电站设计中采用了该种集合式过电压
在我国，10kV系统大多采用中性点不接地的运行方式。当
保护器。2005年7月12日变电站投入运行，13日凌晨2点，值
线路发生单相接地等故障时，造成电压互感器电压升高，三相
班人员发现10kVPT及避雷器柜发出刺激性气味并伴随大量
铁芯受到不同的激励而呈现不同程度的饱和，中性点偏移而产
浓烟冒出，接着1#主变10kV侧主进断路器跳闸。经安监部门
生零序电压。由于线路故障电流不断增大，导致电压互感器铁
与电力部门的事故分析，该起事故是由于过电压保护器外绝缘
芯逐渐饱和，当满足ωL=1/ωC时，即具备谐振条件，产生谐振
被击穿，造成相间短路而引发的重大停电事故。河北省电力部
过电压。从而引发电磁式PT铁磁谐振，使得PT一次侧熔断器
门针对该起事故，专门制订了“关于在变电站如何选用三相集
熔断，严重时甚至烧坏PT，这样容易导致系统低电压保护误
合式过电压保护器的防范事故措施”。
动，电能计量损失，部分继电保护失灵，严重威胁电网的安全运
3 结语
