ShejiyuFenxi◆設計與分析
變電站 10 kV PT 及避雷器柜柜型與電氣一次設計的探討
黃觀學
（佛山市順德區威泰電力工程有限公司，廣東佛山528318）
摘 要：詳細介紹了變電站10kVPT及避雷器柜柜型、電氣一次方案及一次元件的設計方法，重點論述了變電站10kV母線PT設
計選擇、產生鐵磁諧振的原因及其抑制措施。
關鍵詞：10kVPT及避雷器；熔斷器；不接地系統；消諧裝置
0 引言 臟，變電站一旦發生事故，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，變電站10kV開關柜型建
作為10kV配電成套裝置的組成部分，與斷路器柜的設計
議選用KYN。
相比，PT及避雷器柜容易被設計人員所忽視。但在實際的設計
1.2 PT及避雷器柜一次方案的設計
工作中，PT及避雷器柜設計的合理與否，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計常見有
安全運行及電氣測量的準確性。因此有必要對變電站10kVPT
如圖1所示3種。方案一與方案二為常用方案，變電站設計時
及避雷器柜柜型與電氣一次設計作進一步的探討。
首選方案一。因為方案一的PT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計 內（PT手車和避雷器手車），而PT及避雷器又是變電站中易發
1.1 柜型的設計 事故的一次元件，當PT或避雷器發生事故時，由于它們位于不
我國變電站 10 kV 開關柜柜型主要有 GG-1A、XGN2、 同的手車內，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20世紀60年代開始生產的早期產品， 響的擴大。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、防護等級低，人身安全得不到保障，故從90年 考慮到造價因素）。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，不利于事故的預防及設備的檢修。“2010
屬封閉開關柜，其防護等級可達到IP3X，但柜內主要元件沒有 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，一旦柜內起火或發生爆炸，必然殃及整臺甚至整組 子。在該事故中，當地電力設計院是按方案一設計的，但開關設
柜，從而造成較大的損失。KYN為鎧裝移開式金屬封閉開關 備制造廠在未征得設計院同意的情況下，按照其企業的一貫做
柜，相比GG-1A、XGN2，其重量較輕、體積較小，防護等級更可 法，按方案三生產，造成柜內結構與柜外一次方案牌不一致。在
達到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，在拉出熔斷器手車并經驗電確認PT不帶電后，工作
內，若柜內起火或發生爆炸，只會影響事故室內元件，對相鄰室 人員隨即進入到柜內更換PT，由于工作人員誤以為避雷器不
內的元件影響相對較小或可避免，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人當場觸電死亡、1人重
停電時間和降低經濟損失。同時，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場
能，當某一主要元件故障或需要檢修時，可將其從柜內移出，其 工作人員不按操作規程操作，未對柜內可觸摸的一次元件進行
他元件正常工作，這樣便于故障檢修和日常維護。同樣的配置， 驗電，間接原因是制造廠未按設計院圖紙施工及設備驗收單位
KYN的市場價比XGN2要高10%左右，但作為地區供電的心 未按圖紙驗收。可見如果制造廠按圖紙（方案一）生產，該起事
（3）上位機控制系統由系統運行狀態監控模塊、系統參數 ［參考文獻］
設置模塊和故障記錄查詢模塊組成。這3個模塊共同實現了上 ［1］崔偉清，李艷艷.基于PLC的遠程機械手控制系統［J］.機械，
位機控制系統對整個機械手控制系統的監測與控制功能。下面 2011（1）
分別對這3個模塊進行簡單說明：1）運行狀態監控模塊：包括 ［2］杜玉紅，李修仁.生產線組裝單元氣動搬運機械手的設計［J］.
機械手啟動、運行狀態顯示及手動/自動的切換。2）系統參數設 液壓與氣動，2006（5）
置模塊：系統中設有參數設置按鈕，點擊按鈕將會進入到系統 ［3］唐立平，馬俊峰.基于PLC的四自由度機械手控制系統設計［J］.
參數設定模塊，文本框可以輸入相應的各種參數。點擊保存后， 液壓氣動與密封，2007（4）
［4］鮑燕偉，吳玉蘭.一種通用氣動機械手的控制設計［J］.機床與
系統會把設定的參數送入下位機。3）故障記錄查詢模塊：用于
液壓，2006（9）
故障記錄的存儲及查詢。
［5］張建立，張志強，馬勝鋼.基于PLC與組態王的遠控給煤機的
6 結語
設計與應用［J］.煤礦機械，2010，31（1）
機械手的各個動作和狀態都由PLC控制，不僅能滿足機械
手手動、半自動、自動等操作方式所需大量按鈕、開關、位置檢
測點的要求，更可通過觸摸屏等接口元件與計算機組成PLC
收稿日期：2012-03-07
工業局域網，實現網絡通信與網絡控制。因此，基于PLC的機 作者簡介：王旭（1984—），女，山東人，助教，主要從事機電一
械手系統能方便地應用到工業生產流水線中。 體化的教學與科研工作。
機電信息 2012年第18期總第336期 139設計與分析◆ShejiyuFenxi
故是可以避免的，這再次驗證了PT及避雷器柜一次方案的設 件具有一定的電阻值，而且采用滅弧能力較強的石英砂作為填
計是何等重要。 料，是一種限流熔斷器。這種熔斷器在熔斷過程中會產生超過
熔斷器額定電壓數倍的電壓。為了將過電壓限制在允許的范圍
內，應選擇與系統額定電壓（10kV）相對應電壓等級的熔斷器。
其額定電流一般為0.5A；三相斷流容量根據短路點的短路電
流而定，一般選擇的最大斷流容量不低于200MVA。
2.4 避雷器（過電壓保護器）的設計
PT及避雷器柜中的避雷器（過電壓保護器），主要是用于母
（方案一） （方案二） （方案三） 線過電壓保護。根據10kV系統中性點不接地的運行特點，母線
圖1 PT及避雷器柜一次方案 過電壓保護避雷器建議選擇YH5WZ-17/45，額定電壓17kV，
2 主要一次電器元件的設計選擇 雷電沖擊電流下殘壓45kV，2ms方波通流容量不小于400A，
并應配帶放電監測儀，用于監測避雷器過電壓放電次數及泄漏
2.1 PT的設計
電流的大小，以便實時監測過電壓的情況。但對新型避雷器（過
PT是PT及避雷器柜的關鍵一次元件，其為變電站10kV
電壓保護器），要選用經過一段時間運行證明為安全可靠的，才
系統提供：（1）電壓測量。（2）繼電保護需要的電壓參數，如母線
能用到變電站的設計中，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系統母線PT二
北某220kV變電站事故，是由于設計人員沒有經過調研，而是
次側一般設3個繞組：計量/測量/保護，一二次側電壓比為
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，準確等級為
保護器性能是優良、可靠的（當時HBP-10剛推出，產品制造工
0.2/0.5/5P，容量根據二次負載容量而定。
藝尚不成熟），從而在變電站設計中采用了該種集合式過電壓
在我國，10kV系統大多采用中性點不接地的運行方式。當
保護器。2005年7月12日變電站投入運行，13日凌晨2點，值
線路發生單相接地等故障時，造成電壓互感器電壓升高，三相
班人員發現10kVPT及避雷器柜發出刺激性氣味并伴隨大量
鐵芯受到不同的激勵而呈現不同程度的飽和，中性點偏移而產
濃煙冒出，接著1#主變10kV側主進斷路器跳閘。經安監部門
生零序電壓。由于線路故障電流不斷增大，導致電壓互感器鐵
與電力部門的事故分析，該起事故是由于過電壓保護器外絕緣
芯逐漸飽和，當滿足ωL=1/ωC時，即具備諧振條件，產生諧振
被擊穿，造成相間短路而引發的重大停電事故。河北省電力部
過電壓。從而引發電磁式PT鐵磁諧振，使得PT一次側熔斷器
門針對該起事故，專門制訂了“關于在變電站如何選用三相集
熔斷，嚴重時甚至燒壞PT，這樣容易導致系統低電壓保護誤
合式過電壓保護器的防范事故措施”。
動，電能計量損失，部分繼電保護失靈，嚴重威脅電網的安全運
3 結語