提高农村电网简易变电站的供电可靠性的方法

一、 农村电网简易变电站的典型设计

单台主变，容量在3000kVA左右，高压侧电压35kV，低压侧电压10kV。高压侧一般不装设母线也不安装断路器，而是经高压跌落式熔断器直接T接到邻近的35kV线路上(如图1)。

10kV为单母线设计，装设一台三相电压互感器或三台单相电压互感器，其变比一般为10/0.22/0.1/ kV，供保护、计量等使用。10kV出线2~4条，均装设有断路器。电流互感器一般都安装在断路器内部，有三相配置和两相配置加一组零序电流互感器两种方案可供选择。

10kV线路保护一般采用重合控制器(典型的有珠海博威的CPT-3系列和郑州凯特的ZCW-12系列等)来实现对线路相间短路故障的保护，同时某些型号的装置还可选装小电流接地选线功能，当线路发生单相接地时用来发信号或跳闸。

二、 典型设计中影响供电可靠性的因素及其危害

1.保护装置及其他各类设备均安装在户外，运行环境恶劣。特别是在炎热的夏季，设备经常工作在高温高湿环境下，其可靠性会有不同程度的下降。

2.没有专有的直流系统。绝大多数系统把从电压互感器二次侧引接的交流220伏电压作为主要电源，而交流供电的可靠性远不如直流高。

3.主变高压侧没有断路器，跌落式熔断器作为唯一的保护设备由于熔丝的安秒特性曲线很难具体测定且动作时限较长，使其作用大打折扣。

举一个简单的例子，假设一条10kV出线发生出口相间短路，由于故障点离母线较近，造成母线残压很低，10kV电压互感器二次侧电压也随之大幅下降，由于该线路保护装置电源也取自TV二次侧，一旦电压降至保护装置最低工作电压以下时，本该立即动作切除故障，却因保护装置失去工作电源而拒动。此时，主变高压侧熔断器应立即熔断切除故障点。但由于熔丝的熔断时间较长，造成熔断器尚未断开，所T接的35kV线路保护就已动作切除整条线路，造成停电范围扩大，整个地区电网的供电可靠性都会受到影响。

三、 提高农村电网简易变电站供电可靠性的方法及对策

1.增加保护的可靠性

在实践中我们发现，很多室外式10kV真空开关机构箱内都配有过流脱扣器，通过对保护装置二次电流回路的简单改造，就可以实现在保护电源全停的情况下，发生短路故障时开关依然可以可靠跳闸。

如图2所示，TA为电流互感器，Ia、Ia′为保护装置A相电流的输入输出， Ic、Ic′为保护装置C相电流的输入输出，I0、I0′为保护装置零序电流的输入输出，SLJ为过流脱扣器线圈。

图2-1为该开关保护的常规接法，图2-2为改进后的接法，即将A、C两相电流合成后先经过过流脱扣器SLJ，再与B相电流合成构成零序电流滤过器接法。

此种方法优点：

① 成本低廉

经过统计，近几年很多室外式10kV真空开关机构箱内出厂时就配有过流脱扣器，另外一些厂家是作为选配件提供给用户，可以通过订货时签订技术协议来加装，成本几乎没有任何增加。

② 简单可靠

原理、接线十分简单，且过流脱扣器靠电磁力直接作用于断路器机构，不需要任何电源;可以反映各种类型的相间短路故障。

此种方法缺点：

① 动作值无法改变

一般过流脱扣器的动作电流都整定为5A，要求大于1.1倍额定电流时可靠动作，小于0.9倍额定电流时不得脱扣。因此，对于负荷变动较大的线路可能会误动。

② 产生不平衡电流

因为回路中串入过流脱扣器线圈，造成电流互感器二次负载不平衡，产生不平衡电流。特别是图2-2这种接法，不平衡电流会影响保护对零序电流的采集精度。

适用范围：

负荷变化较小，故障率较高，对供电可靠性有一定要求的线路。

2.增加电源的可靠性

由于典型设计中，几乎所有二次设备的电源均来自电压互感器二次侧提供的220V交流电压，当线路或者母线发生单相接地故障时，相应的电压互感器二次侧电压也下降或上升，造成装置失电或过电压损坏。对于这种情况，我们提出两种解决方案。

① 装置内部自带小型蓄电池且采用直流操作电源。

如珠海博威的CPT-3系列装置，该装置内置两块蓄电池，正常工作时通过外部输入交流220V经整流后变换为直流220V作为工作电源，同时经降压后为蓄电池充电。当交流电源发生故障后自动切换至蓄电池供电。但实际运行中发现，一旦交流电源停用后，开关经过几次断合操作蓄电池的电能就消耗殆尽。

经检查发现，该型装置由蓄电池供电时，包括开关弹簧储能电源在内的所有电能均由蓄电池提供(如图3-1)。相比其他回路，储能电机消耗功率要大得多，再加上电池容量有限，很难满足极限条件下的正常运行需要。相比保护电源和断路器操作电源，储能电源重要性稍逊一筹，因此我们决定把储能电源回路单独分开。

如图3-2所示，将电压互感器二次侧交流220V电源引至断路器机构内部，经整流桥KBPC2510整流后接入原开关储能回路。

此方法优点：简单实用，延长蓄电池寿命。

此方法缺点：一旦交流电源消失，只能进行手动储能。

② 装置使用交流供电的且操作电源也为交流。

对于此类系统，主要是避免发生单相接地故障时电压互感器二次侧电压也随之变化的情况。我们利用在中性点不接地系统中发生单相接地故障时线电压不变这一原理，把直接采用相电压作为电源，改为利用电压互感器二次侧400V线电压经隔离变压器降压为交流220V作为电源。当发生单相接地故障时，由于线电压依然为400V，所以能保证交流电源电压保持在220V。

此方法优点：原理简单实用，且不受单相接地故障影响。

此方法缺点：大容量的隔离变压器造价较高。

四、 结论

上述的一些意见和建议是笔者在建设、维护农网简易变电站中实际遇到的一些亟需解决的问题时所采用的方法，在实际应用中要根据现场的实际情况合理的使用。

我局的两座简易变电站，主变均利用其他变电站增容退下来的变压器，剩下的包括土建在内总造价也只有40余万元，只是一座常规35kV变电站的十分之一。“鱼与熊掌不可兼得”，简易变电站的有些问题的根源还是在于成本限制，有些方面在现有技术条件下，要想拥有更高的可靠性就必须增加投资预算，而投资的大幅提高又与简易变电站的低成本背道而驰，这是一对矛与盾的关系。简易变电站应该属于在现阶段农村电网还比较薄弱的情况下的一种过渡性产品，现在已经出现在简易变电站的基础上加装主变高压侧断路器和成套主变保护装置，主变采用容量10000kVA以上的有载调压变压器，10kV出线4~6回的台区变电站，这种方式的农网变电站虽然造价较普通简易变电站稍高，但能较好的处理建设成本和供电可靠性之间的关系，这也是以后农网变电站的发展方向之一。