摘要：220V电力系统组成尤为复杂，为保障系统的运行可靠稳定且经济节约，必须设计合理的二次接线回路，使其各个部分装配上性能良好可靠又快速的保护装置。为了优化设计方案，通过变电站二次接线的原理对220 kV 变电站电力变压器进行二次接线设计。本文针对变电站220V电力变压器的二次接线设计进行探讨。
关键词：电力变压器；变电站；二次接线
变电站是电力系统组成的一个重要环节，是电力网中线路的重要连接部分，其作用是交换电压、汇集和分配电能。变压器是电力系统中极其重要的电气设备，它的安全运行与否，直接关系到电力系统能否连续安全、稳定地运行。特别是由于变压器本身结构复杂、造价昂贵，一旦因故障而遭到损坏，其检修难度大，检修时间长，将造成巨大的经济损失。若没有预警和控制保护机制，导致电力系统震荡，将可能造成大范围停电等严重后果，甚至可能危及人员安全。为了防止微小故障造成严重后果，需要及时检测并正确处理各种故障，变电站必须有合适的二次接线设计，这对于电网和变电站的安全运行有不可估量的意义。
1 电力变压器二次接线
变电站电气设备通常分为一次设备和二次设备，其控制接线又可分为一次接线和二次接线。一次设备包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、母线、输配电线路、电抗器、避雷针、高压熔断器、电流互感器、电压互感器等。一次接线又称一次回路、主接线，是指将一次设备按照运行规律相互连接而成的电路；实现电能的生产、输送、分配之功能。二次设备是指对一次设备进行监测、控制、指示和保护的低压设备，又称辅助设备，包括测量仪表、控制和信号装置、继电保护装置、远动装置、操作电源、控制电缆、熔断器等。二次接线又称二次回路，是将二次设备相互连接构成的电路。二次接线是变电站电气接线的重要组成部分，基本任务是：反映一次设备的工作状态，控制一次设备，在一次设备发生故障时，能使故障部分迅速退出工作，以保持电力系统处在最好的运行状态。
2 继电保护配置
继电保护装置在电力系统中有着举足轻重的地位，在系统出现事故之时防止事故的加重扩大，控制事故发生率以及维持系统事故后可靠稳定的继续运行，用最小的消耗实现最优的控制和调节。电力系统由于其复杂性和特殊性，不可能始终稳定运行不发生故障，一旦有了局部的事故发生就有可能导致事故扩大化，甚至有可能出现大面积停电。因此，现代电力社会中在大电网的趋势之下，继电保护越发重要，合理的保护方式、极高的动作正确率、正确的整定计算对现代电网的安全经济稳定运行至关重要。继电保护装置可以检测电力系统设备中的异常运行状态，可发出跳闸动作或信号。在检测设备运行方面，根据设备的正确运行与否通过运行维护条件来判断是否跳闸或减负荷。此时无需瞬间动作，以免出错。由于电网的复杂性和巨大性，一般的故障处理方式难以适用于电力系统运行当中。所以，需要继电保护装置用自主、快速、正确的方式处理故障部分，以免故障扩大化。在电力系统的运行中，总是会出现各种不同的事故和异常运行状态，短路即是其中之一。短路在这些事故中发生的故障率最高，且对电力系统正常运行造成的影响最大。由于电力系统故障不可避免，所以在故障发生之时必须瞬间正确的将故障设备部分进行切除，要求该时间远小于100 ms。因此，必须在每一个器件上均有保护装置才能实现故障的瞬间处理。继电保护回路可分为差动保护和零序电流保护。
2.1 差动保护
差动保护的原理是基于基尔霍夫电流定理，即KCL。对于电路任意节点，流入的电流等于流出的电流。当变压器正常运行时，可以视为理想变压器。通过KCL可知，流入电流等同于流出电流，两者差值为0，此时差动保护不作用。当变压器外部发生故障之时，依然等效为理想变压器，差动保护器同样不作用。假如故障在变压器内部，则故障部分会被加上短路电流，流入电流与流出电流不相等，差动电流大于0，此时差动保护检测到二次电流。而当差动电流大于差动保护装置整定值时，被保护设备断路器使其切断电源。变压器一般用差动保护作为主保护，是基于其优良的性能，包括：（1）原理简单易懂；（2）差动保护作用迅速；（3）明确保护元件。差动保护，如图1和图2所示。
2.2 零序电流保护
由于接地系统短路会造成严重后果，故零序电流保护装置专门来针对接地短路情况而广泛的应用。中性点接地系统短路会产生零序电流，而零序电流保护通过零序电流互感器在零序电流产生时，发出保护动作来保护线路，最终实现接地保护。零序电流保护对接地短路有较高的灵敏度，不论是三相还是两相的短路均会被触发。而正常运行电网和震荡系统中，也并不产生零序电流分量。但当电网运行短时间内方式改变时，零序电流保护时间增长，各段保护性能严重降低，灵敏度下降。图3为零序电流保护。
图1 单相变压器差动保护 图2 三相变压器差动保护 图3 零序电流保护
3 电流电压回路
电流电压回路分为电流回路和电压回路，分别于电流互感器与电压互感器相关。变电站内部的电压电流互感器的作用是将高电压强电流变换成低（二次）电压弱（二次）电流，提供给测量仪表或保护装置使用。电流回路是电流互感器二次侧、测量仪表以及继电器电流线圈或控制器等构成的环路，如图4所示。其由主电路电流通过电流互感器产生的感应电流形成，并不与主电路直接相连接，二者相互分开，确保了二次回路的安全可靠。电压回路与此类似，如图5 所示。是电压互感器与其测量设备等构成的回路。
图4 电流回路 图5 电压回路
4 测量计量控制回路
测量回路、计量回路、控制回路分别管理着电气运行的设备工作情况检测、三相无功电能测量和开关设备的控制。测量回路（如图6）主要依靠测量仪表来了解电力系统各个时间的运行状态，并监视不同电气设备的运行参数。常见的测量仪表有电流表、电压表、有功功率表和无功功率表等。因此，测量回路一般可以实现有功功率无功功率的测量以及有功电能无功电能的测量等。计量回路可通过三项无功电能表的测量，使电力系统运行更加稳定，如图7 所示。控制回路包含强电控制与弱电控制，是一种调节电力系统运行状态和对故障进行处理的方式。
图6 测量回路 图7 计量回路
5 信号回路
信号回路相当于机体的神经反馈机制，作用是通过信号将电气设备实时工作状态显示出来，以便工作人员掌握系统运行信息。其由信号发送元件和接收元件等组成。信号回路的信号按照用途和作用一般可分为：1）位置信号，比如断路器与隔离刀闸的合分闸位置信号等；2）报警信号；3）跳闸信号。信号回路能够让工作人员了解电网系统状态，在故障情况下又可通过灯光等信号明确故障类型与地点，以便及时进行处理。
6 电源回路
变电站电源回路一般有蓄电池直流电源、交流不停电电源、交流二次电源、复式整流电源和电容储能电源等。其中，直流操作电源一般应用于大中型变电站，交流操作电源一般应用于小型变电站，为变压器、电流/压互感器供电。电源回路作为供给控制、信号、测量、继电保护和断路器分合等的电源，保证了变电站所有设备的正常工作。
7结语
对220 kV 变电站电力变压器进行二次接线设计，通过220 kV 电力变压器继电保护的配置原则以及变电站二次接线的原理，对220 kV 电力变压器电流电压回路、测控回路、信号回路以及电源回路等完成二次接线设计。确保电网运行更加清晰透明，随时了解各个设备和部分运行情况；且当短路与异常运行时可及时发现并迅速做出反应，减小重要设备在短路等故障中的损坏，降低了大规模故障发生的可能性。
参考文献：
[1]李川，秦伟，李笋.电力变压器智能二次组件试验现场接线及防护措施研究[J].电气自动化，2016，38（06）：51-53+61.
[2]吴高飞.差动保护电流互感器二次接线方式探究[J].企业技术开发，2016，35（23）：83-86.
论文作者:张莉丽1,翟宇婧2
论文发表刊物:《电力设备》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/15
标签：回路论文; 电流论文; 接线论文; 变电站论文; 故障论文; 设备论文; 测量论文; 《电力设备》2019年第8期论文;