电力开关联锁新突破及其应用浅析

王春水

（深圳招商建筑科技有限公司）

【关健词】专利应用；电力变压器；联络开关；联锁；需量电费；供电稳定性可靠性

1 引言

随着互联网、移动互联、物联网等新技术的异军突起，人们对工作生活用电质量的要求也日益提高；城市大型写字楼、大型综合体等建筑的增多，综合用电量的加大。目前在低压供配系统中，常规设计普遍采用2 台电力变压器通过联络开关并联运行或是通过联络开关分段运行或互为备用的单一联锁模式，带来的是供电稳定性、可靠性的不足，已经难以满足人们相应工作生活的用电需求。本项新技术通过多台电力变压器不同的继电联锁，实现多种不同的组合方式，极大提高了建筑供电的稳定性、可靠性及变压器效率，并且在一定程度上节约了电费。

2 联锁逻辑关系的新突破

如图1 所示，电力变压器高压端为双电源或双回路供电，电力变压器低压端相邻的联锁开关和负荷开关之间存在联锁关系，确保任何一个负荷开关或联锁开关在合闸前，开关的进出线两端只有一端有电时才符合合闸条件，避免电力变压器间的并联运行或通过电力变压器向高压电网反供电，造成电网跳闸事故，最终实现建筑物按实际用电量投入相应数量变压器运行。如在用电设备为一台电力变压器负荷时，对应投入一台电力变压器运行，对应负荷开关合闸，所有联锁开关合闸，由这一台电力变压器向低压供配电系统所有用电设备供电，其它电力变压器负荷开关因联锁逻辑关系则处于分闸状态，不会发生并联运行或反供电；当用电设备需要2 台电力变压器供电时，对应电力变压器负荷开关及根据实际负荷要求的联锁开关合闸，分段联锁开关及其它电力变压器负荷开关因联锁逻辑关系只能处于分闸状态，2台电力变压器分2 段向低压供配电系统所有设备供电，不会发生并联运行或反供电；同理，按实际用电量投入3 台、4台、5 台、6 台、8 台……电力变压器运行，低压供配电系统分3 段、4 段、5 段、6 段、8 段……向低压供配电系统所有用电设备供电，对应的负荷开关及联锁开关合闸，分段联锁开关及其它电力变压器负荷开关因联锁逻辑关系处于分闸状态。实现不管系统电力变压器数量多少，任意一台开关柜只需与相邻的开关能实现联锁，就满足了整个系统无限多台电力变压器的联锁要求。完成了常规设计中由两台电力变压器联锁向无限多台电力变压器联锁、实现电力变压器更多组合的新突破。

3 应用案例分析简介

南京金融中心大厦由招商局地产开发，座落在南京市新街口。建筑面积120000m2。电力装机容量为10000kVA，由八台1250kVA，10kV/400V 电力变压器组成。基于建筑物供电安全性、可靠性、稳定性的要求，按一类负荷标准进行设计，进线10kV 高压双电源分段或供电，或联络互为备用。8 台电力变压器低压至少分4 段供电，每2 台变压器组合，通过联络开关，实现互为备用或同时供电。低压通过四台联络开关与相邻变压器负荷开关的联锁，防止变压器间的并联运行，从而可能造成10kV 高压系统短路或向10kV 高压系统电网反供电的安全事故发生（见图1）。

4 按传统常规设计的低压供配电系统存在的问题

图1 一次回路系统图

图2 一次回路系统图

目前我国的的电价结构比较复杂，在不同地区计价标准都不一样，但总体上都是由基本电费和计量电费所组成，通常办公商用建筑的电费支出是供电部门按每台变压器的需量电费（按变压器的总容量计）+计量电度电费来计算。因此变压器的投入量不同，变压器利用率的高低，将直接影响该项目的综合电价水平。通过提高变压器的负荷率，可以从根本上降低变压器的需量电费和变损。

由于受建筑物实际出租率和用电设备实际用电量变化的影响，用电量波幅很大，项目的实际用电负荷可能在2 ～6 台变压器容量间波动。但由于低压供配电系统设计8 台变压器至少分4 段组合向所有用电负荷供电。这样系统必须同时至少投入4 台变压器运行，才能满足向整个项目的用电设备供电。常常每台变压器的平均利用率低，造成变压器的基本电费和变损浪费，按相应电价收费标准，仅此项每年多支出需量电费100多万元。

5 联锁方式的新突破

如图2 所示，只要在系统4 组分段供电的3 个分段点增加3 台联络开关，将整个低压供电通过联络开关联为一体，按项目的实际用电量申请变压器数量，8台变压器通过7 个联络开关组合，任意分段，向所有不同用电负荷供电，问题便得到解决。这一方案的技术难点在于如何解决多个开关的相互联锁，防止变压器间的并联运行造成高压系统可能相间短路或反供电的安全事故的发生。实现这种联锁方式可能是史无前例的，8台负荷开关和7 台联络柜开关实现相互联锁。即使运用计算机可编程PLC 技术，面对众多的排列组合，也难以实现。目前常规设计利用开关辅助触点互锁只有3 个开关间的互锁。

本方案按常规设计利用开关辅助触点联锁的方式。由3 台开关的相互联锁延伸到最多5 台开关的相互联锁，实现多台变压器的多种组合运行方式运行。从一次系统图可以得出结论：无论系统中电力变压器数量的多少，任意一台电力变压器的负荷开关柜A，只要与其相邻的2 台联络开关Q 联锁；任一台联络开关Q，只要与其相邻的2 台负荷开关A 和2 台联络开关Q 联锁。这一逻辑关系便满足了整个系统的联锁要求。实现了原有设计中由两台变压器联锁向多台变压器相互联锁、实现多种组合的技术突破。

1）如图3 所示

电力变压器负荷开关的二次回路中，A3 只要与Q2、Q3 互锁，实现三个开关的互锁。即A3 合闸的条件是：Q2、Q3常闭触点处于常闭状态，两开关在分闸时，A3 的合闸线圈YC 得电，A3 合闸。A3 合闸后其它开关都按对应开关控制原理执行。

2）如图4 所示

联络柜开关的二次回路中， Q2只要与Q1、Q3、 A2、A3联锁，实现五台开关间的联锁。即Q2合闸的条件是： Q1、A2或Q3、A3处于分闸状态，其常闭触点处于常闭状态，即 Q1、A2或Q3、A3在分闸时，Q2的合闸线圈YC 得电，Q2合闸。Q2合闸后，其它开关都按对应的的开关控制原理执行。以此类推，确保了15 台开关柜甚至无限多的开关柜的联锁。确保了系统由于误操作可能引发的安全事故。同时由于变压器间更多的运行组合方式，又大大提高了该项目供电的可靠性及稳定性。

图3 负荷开关二次回路原理图

图4 联路开关二次回路原理图

6 应用、推广及成果

该方案从技术上突破了行业中一直以来沿用的只能2 台变压器组合供电的模式，通过开关柜间的就近联锁组合的逻辑关系，实现无限多台电力变压器的多种组合模式，提高了系统供电的稳定性和可靠性；从经济性上，提高了电力变压器的效率及节约了需量电费。