嵇文津 (AECOM咨詢（深圳）有限公司， 北京 100025)

超高層建筑的出現(xiàn)給建筑變配電系統(tǒng)帶來的變化是十分巨大的。由于建筑高度是傳統(tǒng)建筑的兩倍、三倍甚至四、五倍，使得建筑規(guī)模出現(xiàn)大幅度增加，同時(shí)建筑的功能也由單一功能變成多功能組合。這些變化使建筑內(nèi)變配電系統(tǒng)無論是系統(tǒng)規(guī)模，還是結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，與過去相比都發(fā)生了巨大變化，隨之而來的是許多新的技術(shù)問題的出現(xiàn)。為了保證供電系統(tǒng)的安全性、可靠性，要求我們對(duì)以往的設(shè)計(jì)做出調(diào)整。

1 主-分變電站結(jié)構(gòu)的10kV變配電系統(tǒng)

超高層建筑中10kV變配電系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)形式是采用主-分變電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。超高層建筑的高度和規(guī)模的變化，使過去設(shè)計(jì)中單獨(dú)一座中心變電站已無法滿足建筑供電需求，分變電站出現(xiàn)在超高層建筑內(nèi)。380V低壓供電半徑的限制和變壓器深入負(fù)荷中心的要求，使變壓器離開中心變電站，并且與低壓主配電屏組成了分變電站,且被設(shè)置在超高層建筑的高區(qū)，從而出現(xiàn)了高區(qū)分變電站。原有的中心變電站擴(kuò)展成主-分變電站結(jié)構(gòu)形式變配電系統(tǒng)。按照相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)程規(guī)定，由于商業(yè)建筑中壓變電站一般都是末端用戶變電站，按照上級(jí)供電網(wǎng)絡(luò)對(duì)用戶變電站的繼電保護(hù)級(jí)別配合的要求，用戶變電站的10kV配電系統(tǒng)一般都是一級(jí)配電。因此，主-分變電站結(jié)構(gòu)是常用的超高層建筑內(nèi)的10kV變配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

2 原有設(shè)計(jì)中變壓器繼電保護(hù)在10kV主-分變電站系統(tǒng)中的不足

依照《工業(yè)與民用建筑配電手冊(cè)》中電力變壓器的保護(hù)的要求，建筑中的變壓器一般情況下容量在2500kVA以下，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中建筑變配電系統(tǒng)中變電站內(nèi)變壓器的繼電保護(hù)由帶時(shí)限的過電流保護(hù)和電流速斷保護(hù)組成。這種繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)在10kV主-分變電站系統(tǒng)中存在一些不足。

1） 在單一的中心變電站內(nèi)，變壓器的繼電保護(hù)配置既保護(hù)饋線電纜，也保護(hù)變壓器。由于中壓配電柜和變壓器布置于一室，自饋線開關(guān)至變壓器的電纜距離很短，安全系數(shù)很高。當(dāng)繼電保護(hù)動(dòng)作開關(guān)跳閘之后，無論是由電纜引起的故障，還是由變壓器引起的故障，值班人員很容易辨別并確定故障部位。因此，所配置的帶時(shí)限過電流保護(hù)和短路電流速斷保護(hù)能夠完全對(duì)變壓器起到保護(hù)作用。當(dāng)設(shè)計(jì)為主-從變電站系統(tǒng)方式時(shí)問題發(fā)生了變化，從圖1我們可以看出，分變電站的變壓器與主配電柜不在一個(gè)房間內(nèi)，是在幾百米以外的分變電站內(nèi)。當(dāng)發(fā)生故障而引起繼電保護(hù)動(dòng)作開關(guān)跳閘后，帶時(shí)限過電流保護(hù)和短路電流速斷保護(hù)從功能上是無法辨別出故障來自哪一個(gè)設(shè)備?？窟\(yùn)行人員進(jìn)行檢查也有困難，饋線電纜幾百米長，延橋架和垂直電力豎井敷設(shè)，檢查起來不容易。變壓器的檢查也比較困難，由于變壓器位于建筑物的高區(qū)，自位于地下層的主變電站值班室到高區(qū)分變電站即使乘電梯也要一段時(shí)間，影響運(yùn)行人員的故障排查。

圖1 主-分變電站配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2） 變壓器溫度保護(hù)功能的喪失。干式變壓器的保護(hù)使用溫度保護(hù)，一般設(shè)置2級(jí)。1級(jí)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)迫風(fēng)冷降溫并報(bào)警，2級(jí)動(dòng)作開關(guān)跳閘。在高區(qū)分變電站設(shè)計(jì)中會(huì)出現(xiàn)新的問題。由于變壓器和饋線開關(guān)不在一個(gè)站內(nèi)，變壓器出現(xiàn)異常溫升的信號(hào)要經(jīng)過幾百米的距離才能由分變電站送到饋線開關(guān)，而由于供電距離超過了低壓（380/220V）有效供電半徑，信號(hào)傳輸出現(xiàn)了問題，許多設(shè)計(jì)中不得不取消了這一功能。

可見, 在超高層建筑中的主-變電站系統(tǒng)中高區(qū)分變電站的出現(xiàn)，使過去繼電保護(hù)配置出現(xiàn)了問題，需要對(duì)過去的設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整。

3 關(guān)于高區(qū)分變電站變壓器繼電保護(hù)的設(shè)置變化的探討

為了提高分變電站變壓器的保護(hù)功能，在設(shè)計(jì)中對(duì)變壓器開關(guān)和繼電保護(hù)的設(shè)置進(jìn)行了如下的調(diào)整：

1）在變壓器前設(shè)置具有自動(dòng)操作功能的真空斷路器開關(guān)

以往的設(shè)計(jì)中，分變電站的變壓器前為了檢修安全通常設(shè)置一個(gè)隔離開關(guān)，有的即使是真空斷路器也是起隔離開關(guān)的作用，隔離開關(guān)一般是手動(dòng)操作。而這里設(shè)計(jì)的是具有自動(dòng)操作功能的開關(guān)，這樣做的目的是將一部分變壓器的保護(hù)功能設(shè)置在分變電站內(nèi)。

2） 變壓器溫度保護(hù)的2級(jí)超溫跳閘信號(hào)接入變壓器前端設(shè)置的真空斷路器開關(guān)

變壓器自帶的溫度控制箱設(shè)置2級(jí)溫度保護(hù)，當(dāng)1級(jí)超溫保護(hù)動(dòng)作時(shí)，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)強(qiáng)迫排風(fēng)。 當(dāng)2級(jí)超溫保護(hù)動(dòng)作時(shí)，將2級(jí)超溫保護(hù)信號(hào)接入變壓器前端的真空斷路器開關(guān)，動(dòng)作真空斷路器開關(guān)跳閘， 恢復(fù)變壓器超溫保護(hù)的功能。

3） 新增設(shè)置變壓器差動(dòng)保護(hù)

非常重要的變化是增設(shè)專門針對(duì)變壓器的繼電保護(hù)措施——變壓器差動(dòng)保護(hù)。

變壓器差動(dòng)保護(hù)原理，如圖2所示，差動(dòng)保護(hù)是根據(jù)“電路中流入節(jié)點(diǎn)電流的總和等于零”的原理制成的。差動(dòng)保護(hù)把被保護(hù)的電氣設(shè)備看成是一個(gè)接點(diǎn)，那么正常時(shí)流進(jìn)被保護(hù)設(shè)備的電流和流出的電流相等，差動(dòng)電流等于零。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，流進(jìn)被保護(hù)設(shè)備的電流和流出的電流不相等，差動(dòng)電流大于零。當(dāng)差動(dòng)電流大于差動(dòng)保護(hù)裝置的整定值時(shí)，發(fā)生保護(hù)動(dòng)作，將被保護(hù)設(shè)備的各側(cè)斷路器跳開，使故障設(shè)備斷開電源。

圖2 變壓器差動(dòng)保護(hù)原理圖

差動(dòng)保護(hù)在分變電站變壓器保護(hù)中的應(yīng)用。在《工業(yè)與民用建筑配電手冊(cè)》中電力變壓器的保護(hù)的要求中，一般條件下1600kVA以下的變壓器是不裝設(shè)差動(dòng)保護(hù)的，但在主-分變電站系統(tǒng)中由于前面所分析的分變電站中變壓器運(yùn)行所存在的各種不利因素，要求引入新的繼電保護(hù)措施來有效地辨別各級(jí)不同設(shè)備的故障。變壓器差動(dòng)保護(hù)的設(shè)置起到了這一作用，通過設(shè)置變壓器差動(dòng)保護(hù)，使我們能夠在變壓器出現(xiàn)故障時(shí)能夠有效地發(fā)現(xiàn)故障，彌補(bǔ)了10kV饋線開關(guān)設(shè)置的過電流保護(hù)和電流速斷保護(hù)在故障發(fā)生時(shí)無法識(shí)別故障點(diǎn)是發(fā)生在饋線電纜處還是變壓器處的不足。

4） 10kV中壓開關(guān)柜中饋線開關(guān)原有設(shè)置的過電流保護(hù)和電流速斷保護(hù)的作用

由于前面1、2和3項(xiàng)措施，能夠有效地識(shí)別和切除變壓器的故障，10kV饋線開關(guān)所設(shè)置的過電流保護(hù)和電流速斷保護(hù)的作用將轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕蜷_關(guān)下口的饋線線路提供保護(hù)，同時(shí)，也成為變壓器的后備保護(hù)。

5） 新設(shè)計(jì)條件下各級(jí)繼電保護(hù)功能的分析

通過上述設(shè)計(jì)調(diào)整，超高層建筑內(nèi)10kV主-分變電站配電系統(tǒng)的可靠性、選擇性和靈敏性有了一定的提高，系統(tǒng)內(nèi)各級(jí)設(shè)備故障情況下識(shí)別能力和層次都有了改善，詳見表1。

表1 10kV主-分變電站系統(tǒng)各級(jí)繼電保護(hù)功能設(shè)置

4 結(jié)束語

超高層建筑中10kV主-分變電站變配電系統(tǒng)中，由于高區(qū)分變電站的變壓器和10kV主配電柜不在一處，使原有的變配電系統(tǒng)繼電保護(hù)的設(shè)置在辨別故障設(shè)備的過程中出現(xiàn)了問題，通過增加變壓器前端斷路器開關(guān)，并結(jié)合設(shè)置變壓器溫度保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)，能夠有效地弄清10kV饋線開關(guān)下口饋線電纜和變壓器的故障位置，提高了整個(gè)系統(tǒng)的選擇性水平，有利于提高超高層建筑變配電系統(tǒng)可靠性、選擇性和靈敏性，保證超高層建筑中變配電系統(tǒng)更好地運(yùn)行。

[1] 中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)（3版）[M].北京：中國電力出版社，2005.