趙謙，陳福鋒，俞春林，李帥，孫偉

(1.國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司，南京 210003； 2.南京國(guó)電南自電網(wǎng)自動(dòng)化有限公司，南京 211153)

變電站高壓斷路器就地安裝操作箱研究與應(yīng)用

趙謙1,2，陳福鋒1,2，俞春林1,2，李帥1,2，孫偉1,2

(1.國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司，南京 210003； 2.南京國(guó)電南自電網(wǎng)自動(dòng)化有限公司，南京 211153)

目前變電站高壓斷路器配套操作箱體積大、回路復(fù)雜、冗余回路多。針對(duì)智能變電站二次設(shè)備就地化現(xiàn)狀和一次開關(guān)斷路器的變化，對(duì)操作回路進(jìn)行優(yōu)化，開展小型化、就地化設(shè)計(jì)。設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由傳統(tǒng)的背插式轉(zhuǎn)變?yōu)榀B層式，取消母板和指示燈等電氣模件，大大縮減了設(shè)備體積，且符合操作箱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)小型化設(shè)計(jì)的操作箱可以靈活安裝在一次開關(guān)端子箱、智能控制柜等空間，安裝體積為原有操作箱的1/4至1/2，接線端子數(shù)量為原有操作箱的1/2。

智能變電站；操作箱；小型化；就地安裝；優(yōu)化設(shè)計(jì)

0 引言

高壓斷路器是變電站最重要的一次設(shè)備。操作箱作為其二次接口設(shè)備，在斷路器切斷一次回路中起重要作用，為一次設(shè)備提供簡(jiǎn)單保護(hù)和輔助，并為二次設(shè)備提供相應(yīng)的狀態(tài)指示和信號(hào)。2000年以后，各電壓等級(jí)、各種高壓斷路器操作箱的典型設(shè)計(jì)工作才開展起來(lái)；2010年以后才制定高壓斷路器操作回路相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[1]。

由于斷路器不斷改進(jìn)、設(shè)備廠家產(chǎn)品需適應(yīng)各種時(shí)期和各種廠家斷路器、操作箱的配置方案也種類繁多，目前廣泛使用的高壓操作箱結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，回路較為繁冗，型號(hào)眾多。變電站繼電保護(hù)和測(cè)控等二次設(shè)備智能化后，目前正向就地化和小型化方向發(fā)展。二次設(shè)備走出小室，原有組屏的操作箱已經(jīng)不能適應(yīng)二次設(shè)備就地化和小型化發(fā)展。操作箱亟待進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，目標(biāo)是簡(jiǎn)化回路、提高可靠性、適應(yīng)二次設(shè)備就地化發(fā)展、優(yōu)化配置。

1 現(xiàn)狀

500 kV分相操作箱按斷路器配置，采用雙套配置。220 kV分相操作箱按出線配置，采用雙套配置或配置1套具備2組獨(dú)立操作回路的操作箱。三相操作箱除了主變壓器間隔一般采用單套配置[2]。

目前普遍使用的斷路器操作箱主要包含以下功能：跳合閘保持、跳合位監(jiān)視、防跳、壓力閉鎖、三相不一致保護(hù)、電壓切換、電源監(jiān)視、手合、手跳、永跳、重合、發(fā)信號(hào)、備用繼電器等。每個(gè)功能中又有很多復(fù)雜設(shè)計(jì)。根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)1個(gè)具備2組獨(dú)立操作回路和獨(dú)立電源的分相操作箱，需要配備近200個(gè)各類繼電器，50組相關(guān)回路。

操作箱在變電站內(nèi)一般采用標(biāo)準(zhǔn)4U19英寸機(jī)箱，與保護(hù)裝置組屏安裝。配備1套具備2組獨(dú)立操作回路的操作箱時(shí)，其跨屏接線較為復(fù)雜。配備2套獨(dú)立操作箱又有占空間較大的問(wèn)題[3-4]。

繼電保護(hù)設(shè)備采用小型化設(shè)計(jì)、就地化安裝已經(jīng)成為下一代繼電保護(hù)發(fā)展方向[5]。就地化二次設(shè)備系統(tǒng)布置如圖1所示。線路保護(hù)、測(cè)控、分布式母線子單元、故障錄波器子單元等智能電子設(shè)備(IED)采用小型化設(shè)計(jì)、就地化安裝于一次設(shè)備附近，大大減少戶內(nèi)屏柜數(shù)量和電纜長(zhǎng)度。與此同時(shí)，保護(hù)就地化且保護(hù)屏柜取消后，操作箱無(wú)法再安裝于保護(hù)小室或主控室，必須安放在就地戶外柜或端子箱內(nèi)。以現(xiàn)有操作回路的復(fù)雜程度和配置方式，很難進(jìn)行小型化改造和就地化安裝。必須針對(duì)新型斷路器的特點(diǎn)、就地化二次設(shè)備特點(diǎn)、二次設(shè)備配置等對(duì)操作箱進(jìn)行回路優(yōu)化和小型化設(shè)計(jì)[6-8]。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1總體方案設(shè)計(jì)

就地化安裝后，操作箱應(yīng)盡可能簡(jiǎn)化，且采用1套保護(hù)對(duì)應(yīng)1套操作箱方案，保證回路清晰、獨(dú)立、可靠。操作箱中常用的斷路器三相不一致保護(hù)、防跳、壓力閉鎖等功能已在斷路器本體端子箱實(shí)現(xiàn)。斷路器提供的位置輔助節(jié)點(diǎn)數(shù)量也能滿足二次設(shè)備接入需求，無(wú)需提供多組位置監(jiān)視節(jié)點(diǎn)。此外，冗余的指示燈占用過(guò)多繼電器節(jié)點(diǎn)，就地化安裝后，操作箱指示燈應(yīng)相應(yīng)減少，信號(hào)由就地化測(cè)控單元送出。

圖1 就地化二次設(shè)備系統(tǒng)圖

現(xiàn)有操作箱一般采用4U標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱，背插式設(shè)計(jì)，配有母板、指示燈、功能插件等，如圖2所示。

圖2 傳統(tǒng)背插式示意

本文提出的小型化設(shè)計(jì)、就地化安裝的操作箱體積為2U半層，尺寸為240 mm×205 mm×90 mm(長(zhǎng)×寬×高)。為了進(jìn)一步縮小裝置尺寸，取消裝置母板，電氣模件采用疊層設(shè)計(jì)。同時(shí)將精簡(jiǎn)后的指示燈布置在疊層電氣模件上，取消指示燈模件。

小型化、就地化操作箱在功能上主要保留：跳合閘保持、跳合位監(jiān)視、電壓切換、電源監(jiān)視、手合、手跳、永跳、重合、發(fā)信號(hào)。采用1套操作箱裝置對(duì)應(yīng)1套保護(hù)。疊層式示意如圖3所示。

圖3 疊層式示意

2.2模塊設(shè)計(jì)

按照操作箱的功能劃分和面向的對(duì)象，分為3層疊層設(shè)計(jì)。其中A層布置手合、手跳、永跳、重合、電源監(jiān)視等重動(dòng)繼電器。重動(dòng)繼電器每個(gè)回路布置3組單穩(wěn)態(tài)繼電器，包含2組全常開繼電器用于啟動(dòng)跳合閘和發(fā)信，1組常開常閉繼電器用于提升啟動(dòng)功率。合后繼電器采用2組磁保持繼電器，提供足夠數(shù)量的磁保持合后節(jié)點(diǎn)。

B層布置跳合閘保持、跳合位監(jiān)視。不再設(shè)計(jì)防跳和壓力閉鎖功能。跳合閘保持繼電器電流匹配，采用功率電阻與二極管并聯(lián)自適應(yīng)模式，盡可能適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)各種跳合閘線圈的匹配需要?？刂苹芈窋嗑€信號(hào)由測(cè)控單元合成，進(jìn)步一減少繼電器數(shù)量。

C層布置獨(dú)立的電壓切換功能，分為單位置電壓切換和雙位置電壓切換2種模件。分別采用單穩(wěn)態(tài)和磁保持繼電器實(shí)現(xiàn)單位置和雙位置切換。

板件之間采用少量排線連接，如圖4所示。為了達(dá)到較好的抗干擾性能，板件設(shè)計(jì)主要采用以下設(shè)計(jì)方式：所有電氣信號(hào)之間間距不小于4.0 mm；荷載較大的信號(hào)線采用1.5 mm以上可靠焊盤和1.0 mm導(dǎo)線連接；與強(qiáng)電直接連接回路與器件在板件上增加大面積絲印層提升絕緣性能；板件層厚增加至1.8 mm提升板件剛性[9-10]，如圖5所示。

圖4 板件間信號(hào)連接方式

圖5 可靠性設(shè)計(jì)方式

2.3結(jié)構(gòu)和安裝設(shè)計(jì)

裝置采用2U半層設(shè)計(jì)，外殼主要采用導(dǎo)電氧化鋁板沖壓制成，結(jié)構(gòu)件分為上蓋板、U型主體、后蓋板、前面板。

就地化二次設(shè)備和斷路器本體相關(guān)信號(hào)和端子均在斷路器端子箱或戶外柜的端子排排布。操作箱在端子箱或戶外柜安裝，直接與端子排對(duì)接，所以本方案就地化操作箱采用單排電氣端子接線。

2.4對(duì)比優(yōu)勢(shì)

就地化、小型化設(shè)計(jì)操作箱，雙套保護(hù)配置下推薦采用雙套獨(dú)立配置操作箱，其占用體積為雙套獨(dú)立配置傳統(tǒng)操作箱的1/4，為單套雙跳操作箱的1/2?？梢造`活安裝于端子箱、匯控柜、戶外柜等柜體內(nèi)。節(jié)約安裝空間優(yōu)勢(shì)明顯。

單套接線端子數(shù)量為94個(gè)，且無(wú)外部輔助回路或繼電器。端子數(shù)量減少到原有傳統(tǒng)操作箱的1/2。

3 試驗(yàn)和試運(yùn)行

本文所涉及的就地化操作箱符合GB/T 7261—2016，GB/T 14598.2—2011，GB/T 14598.26—2015，DL/T 478—2013等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，2016年通過(guò)許昌開普電器實(shí)驗(yàn)室型式試驗(yàn)。小型化分相操作箱和三相操作箱產(chǎn)品在山西運(yùn)城220 kV夏縣變電站、陜西長(zhǎng)慶油田110 kV天字變電站掛網(wǎng)試運(yùn)行，安裝位置位于開關(guān)機(jī)構(gòu)端子箱，從端子箱端子排接線。目前運(yùn)行情況良好。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章分析了二次設(shè)備就地化現(xiàn)狀和斷路器發(fā)展下的操作回路需求變化，對(duì)操作箱結(jié)構(gòu)進(jìn)行小型化設(shè)計(jì)，對(duì)現(xiàn)有操作回路進(jìn)行優(yōu)化，取消冗余回路和功能，使其具備了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、回路精簡(jiǎn)、易于安裝等優(yōu)點(diǎn)，能夠可靠地配合就地化保護(hù)完成對(duì)一次設(shè)備的控制。同時(shí)，對(duì)內(nèi)部繼電器的重新布局及接線端子的優(yōu)化，提高了電氣可靠性。經(jīng)過(guò)優(yōu)化的操作箱顯著降低了使用和維護(hù)難度。經(jīng)過(guò)分析、測(cè)試和試運(yùn)行，其安裝、接線、可靠性優(yōu)勢(shì)明顯。

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TM 834

A

1674-1951(2017)10-0020-03

2017-07-17；

2017-08-08

(本文責(zé)編：劉炳鋒)

趙謙(1985—)，男，江蘇南京人，工程師，工學(xué)碩士，主要從事智能變電站及繼電保護(hù)和測(cè)控研發(fā)工作(E-mail:qian-zhao@sac-china.com)。

陳福鋒(1979—)，男，江蘇宜興人，高級(jí)工程師，工學(xué)碩士，主要從事智能變電站及繼電保護(hù)研發(fā)工作。