波黑某发电工程中控制变压器的应用

龙 军

(西南电力设计院有限公司，四川 成都 610021)

波黑某发电工程中控制变压器的应用

龙 军

(西南电力设计院有限公司，四川 成都 610021)

对波黑某发电工程低压交流电动机的交流控制电源采用控制变压器供电的方式做了介绍，对控制变压器相关设计规范的要求及其二次侧接地方式进行了探讨，供类似工程借鉴。

燃控制变压器；微型断路器；交流控制电源。

1 问题提出

我院参与设计的波黑某300 MW燃煤发电项目中，业主及来自AF-Consult Switzerland Ltd.的咨询工程师在施工图阶段图纸审查时，对400 V低压开关柜二次图纸提出了较多的修改意见。审查意见中较为特殊的一条是要求400/230 V低压开关柜内的交流电动机以及辅机电动机配套电控箱内的二次交流控制电源必须经过控制变压器供电。

该波黑燃煤发电工程的低压厂用电系统采用400/230 V中性点直接接地系统，低压交流电动机一次供电回路采用“塑壳断路器+接触器+马达保护器”的接线方式，二次交流控制电源电压为230 V。施工图设计时，按国内典型做法，低压交流电动机的交流230 V控制电源直接取自电动机主回路塑壳断路器下端头的A相及中性线N，并经微型断路器引至二次控制回路。业主及咨询工程师不认可此方式，认为交流控制电源如直接取自一次主回路，在二次回路发生短路故障时，二次回路微断会先于一次回路塑壳断路器动作，由于短路点靠近母线，短路电流可能会超过微断额定短路分断能力，造成微断触头瞬间烧熔和二次回路不分断，严重时会导致二次元器件烧毁。因此，审查意见要求电动机二次交流控制电源必须经过控制变压器供电，认为此方式在降低短路电流同时能使一次、二次回路隔离，增加二次回路安全性。

针对业主提出的这种故障情况，我们也和部分电厂运行人员进行了沟通，了解到虽然抽屉柜二次回路发生短路故障的几率非常低，但是运行中的确发生过此类故障并造成微断烧毁的案例。我们向业主提出了将微断更换为熔断器的方案，但业主认为熔断器虽然可较好解决此问题，但熔断器动作后须更换熔断体，运行维护不方便且保护功能较单一，仍然坚持二次交流控制电源应经过控制变压器供电。

2 规程要求及国内工程应用情况

经调研，国内电力行业常用的设计类标准中没有与控制变压器相关的条文要求，仅在“GB/5226.1－2008机械安全 机械电器设备第1部分 通用技术要求”(等同于IEC 60204－12005)中找到了相关设计依据。该标准第9.1.1条“控制电路电源”提出，“控制电路由交流电源供电时应使用变压器供电”，同时规定“用单一电动机启动器和不超过两只控制器件的机械(如联锁装置、起/停控制台)不强制使用变压器”，由此可知，国标GB/5226.1－2008和IEC 60204－1 2005标准中对单一电动机回路的交流控制电源要求使用控制变压器供电，但不强制使用控制变压器。GB/5226.1－2008标准是一项机械电气设备上通用的安全标准，使用范围广，规定了许多通用技术要求，该标准并不特定针对电力行业中的低压电气设备，但发电厂相关低压电气设备应参考执行。

据了解，在西方及欧洲一些发电项目或国内早期引进机组中，控制变压器实际上被广泛的应用在低压交流电动机的交流控制回路中，部分工程甚至采用专用UPS作为电动机的交流控制电源或直接采用直流电源，如外高桥电厂二期工程。而国内发电工程中由于设计习惯原因，低压电机交流控制电源一般经微型断路器直接取自该电动机一次主回路，鲜有工程采用控制变压器供电。国内设计的发电工程中采用控制变压器主要针对以下几种特殊情况：

(1)低压厂用电系统中性点采用不接地方式或高阻接地方式时，为了取得交流220 V控制电源而采用变比为380 V/220 V的控制变压器，用于将一次主回路380 V电源变为控制回路需要的220 V电源。如我院设计的安徽华电宿州一期2×600 MW工程和华能福州电厂三期扩建工程，其主厂房低压厂用电系统中性点采用高阻接地方式，每台低压电动机交流控制回路中设置了380 V/220 V控制变压器，布置在各个抽屉柜内。

(2)部分国外工程要求所有交流控制电源采用110 V或者其他规定电压等级时，控制回路增加控制变压器以取得规定的电压。如印度BARETHI 4×660 MW BOP发电工程的招标文件中明确要求“MCC control supply∶ 110 V AC Neutral solidly earthed…….,Each bus－section of all switchgears and MCCs shall be provided with two (2) nos.415 V/110 V control transformers……，The control supply to different modules shall be tapped individually from the control supply busbars.”。

(3)低压开关柜内选用的二次元器件电源电压较为特殊，与全厂交流控制电源电压不同时。如部分合资马达保护器辅助电源要求采用直流48 V。

3 波黑工程控制变压器设置方案

低压交流电动机的交流控制电源采用控制变压器供电，一般可采取以下两种方案实现。

(1)方案1是针对每段低压PC、MCC开关柜设置2个400 V/230 V控制变压器为整段电动机提供二次交流控制电源，2个控制变压器互为备用并自动切换，一同布置在每段PC、MCC段进线开关柜的下部空间内。控制变压器一次侧电源经空开直接取自每段PC/MCC开关柜主母线的A、C相，二次侧经自动切换回路后采用控制小母线方式贯通整个PC/MCC开关柜，单台电动机交流控制电源经微断取自控制小母线。需要注意的是，由于该方案电动机接触器控制电源不是取自本回路断路器下端头，因此应增加接触器控制回路与本回路断路器的联锁接线，以便断路器跳闸后联锁断开接触器线圈电源。

控制变压器的容量计算宜按整段母线控制回路最大工作负载所需要的功率考虑，对于接有I类电动机的母线段还应考虑I类电机同时自起动时接触器的吸合功率，计算出的变压器容量应乘以一个变压器容量储备系数，可取1.1～1.25。波黑工程母线段控制变压器选型为BK－3000 VA，AC 400/230 V。

采用方案1后，整段电动机的交流控制电源由一个控制变压器提供电源，工作控制变压器故障虽然会迅速切换到备用控制变压器供电，但切换造成的晃电现象仍会导致整段交流控制电源短时消失，可能造成电动机一次回路接触器释放，因此存在一定的安全隐患。但本工程重要低压电动机的马达保护器均采用直流供电并带有完善的晃电重启功能，电动机接触器在控制电源切换至备用控制变压器后会重新吸合，同时考虑到控制变压器故障几率极低，此方案仍然可行。

(2)方案2是每个电动机交流控制回路单独设置一个400 V/230 V控制变压器，仅对该电动机二次控制回路供电，布置在抽屉柜内。控制变压器容量按本回路接触器吸合功率考虑即可，一般可选用BK－100 VA或BK－150 VA，AC 400/230 V。采用该方案的优点是本工程前期二次回路设计原则不修改，仅在原回路增加一个控制变压器和保护用的微断，二次回路简单、清晰，独立性好，单个控制变压器故障不影响其他回路。由于波黑发电项目外方要求较高，低压电动机抽屉柜内已布置了较多的二次元器件，早已没有额外的空间用于布置该控制变压器和微断，此方案实施起来很困难。

经过与业主及咨询工程师讨论后，波黑项目最终采用的是方案1，即每个低压PC/MCC母线段设置2个互为备用的控制变压器，为整段交流电动机提供二次交流控制电源。对于各个辅机电动机成套配供的就地电控箱，由相关厂家在电控箱内设置控制变压器提供交流控制电源。经查看各成套厂早期提供的辅机电控箱图纸，发现有少数电控箱交流控制电源已采用控制变压器供电，多数电控箱设计的交流控制电源还是直接取自相线和中性线。

4 控制变压器二次侧接地方式

控制变压器二次侧可采用接地或者不接地两种方式，具体采用哪种方式应根据具体使用场合来确定。我们可从规范中找到相关依据，GB/5226.1－2008在第9.4.3.1条提出了“控制电路的接地故障不应引起意外的起动、潜在的危险运转或妨碍机械的停止”的要求，为满足这一要求条文提出可以采用的三种方法，其中一种方法即为采用控制变压器供电的情况。该方法提出了采用控制变压器供电的控制电路，其二次侧可采用接地或不接地两种方式(即条文中的“连接到保护联接回路”，发电厂中的“保护联接回路”一般指发电厂主接地网)，并提出当控制电路电源采用接地方式时，为避免接地故障造成电动机意外起动或不能停车，二次回路上应注意的一些具体接线要求，而在采用不接地方式时，可免去这些接线要求。实际上，上述条文要求与“GB 50055－2011通用用电设备配电设计规范”的2.5.2条，即“当TN或TT系统中的控制回路发生接地故障时，控制回路的接线方式应能防止电动机意外起动或不能停车”以及对应的条文解释是完全类似的。因此，规范中并没有对采用控制变压器供电时二次侧接地适用的场合做出具体规定，而仅说明了采用接地或者不接地时，在二次接线及保护器件配置上的相关要求。

具体到波黑发电项目，如控制变压器二次侧接地，其接地方式与一次电源系统一样,为TN供电系统,保证了全厂低压系统接地方式的一致性，此时任一电动机控制回路发生接地故障,本回路微断动作导致接触器线圈释放电动机停运。如采用不接地方式, 控制回路任何一点发生接地故障时电动机能继续坚持工作,但在发电厂中此方式存在以下问题：

(1) 控制变压器采用不接地方式后，发生接地故障时为尽快发现故障点，有必要装设绝缘监测装置。由于发电厂低压交流电机数量众多，若在每个电动机控制回路都安装此装置，不仅造成投资过大性价比极低，而且是否有此类成熟产品以及抽屉柜内是否有足够空间安装也是一个问题。

(2) 低压交流电动机外围二次控制回路较多,例如控制回路会引至远方DCS/PLC程控系统以及电动机旁的就地操作按钮,特别是输煤皮带电动机二次控制回路中存在较多的拉线开关以及其他一些联锁接点，导致二次控制回路复杂、控制电缆很长。发生接地故障后，虽然电动机可以继续运行，但麻烦的就是寻找故障点，如没有合适的手段发现问题在哪个回路，其可靠性反而不如接地系统。

(3) 控制变压器采用不接地方式的主要目的是提高可靠性，防止二次回路出现单点接地时影响设备运行。然而发电厂重要的辅机电动机大都冗余配置，互为备用，工作电机故障后会马上联起备用电机，一般不会影响机组运行。因此，发电厂中为提高可靠性而采用不接地方式意义不是太大。

当然，控制变压器采用不接地方式的好处也是显而易见的。控制变压器不接地使得一次侧与二次侧在电气上完全绝缘，此时二次回路对地电容电流极小不足以对人身造成伤害，起到了保护人身安全和隔离危险电压的作用。该方式比较适合供电范围较小、线路较短的场合，例如没有外围二次回路的就地控制配电箱中，此时该控制变压器起到了安全隔离作用，相当于隔离变压器。

最终波黑发电项目中电动机交流控制回路中的控制变压器二次侧均采用接地方式，与一次电源系统同为TN供电系统。

5 建议

发电厂中低压交流电动机的交流控制电源直接取自本供电回路还是经过控制变压器供电，从技术上来看应该属于国内国外两种不同的习惯做法，但个人认为采用控制变压器的做法较国内传统做法更为合理，二次回路的独立性和安全性都得到较好保证，建议国内发电工程加以考虑。另外，控制变压器二次侧是否接地宜根据该变压器具体使用场合确定，对发电厂低压电机交流控制电源中采用的控制变压器建议二次侧采用接地方式。

[1] GB/5226.1－2008，机械安全机械电器设备 第1部分 通用技术要求[S]．

[2] GB 50055－2011，通用用电设备配电设计规范[S]．

Application of Control Transformer in a Power Engineering Bosnia and Herzegovina

LONG Jun
(Southwest Electric Power Design Institute Co.,Ltd., Chengdu 610021, China)

This article introduces some applications about control transformer which shall be used in LV AC motor’s AC control power circuit in a power plant of Bosnia and Herzegovina, discusses the relevant design specifications requirements for control transformers and its secondary side grounding mode, which provides a reference for the similar project.

control transformer; miniature circuit breaker; AC control power supply.

TM621

B

1671-9913(2016)06-0048-03

2015-11-10

龙军(1978- )，男，四川仁寿人，高级工程师，从事发电厂电气二次线设计工作。