張志鵬，王 維，郭朝云

（河北省電力勘測設(shè)計研究院，石家莊 050031）

1 斷路器轉(zhuǎn)換開關(guān)及控制回路現(xiàn)狀

傳統(tǒng)變電站中，斷路器的正常手動控制分為三級［1］，分別是調(diào)度中心控制、站內(nèi)主控室監(jiān)控主機控制和測控裝置柜控制。測控柜上設(shè)有斷路器遠方／就地轉(zhuǎn)換開關(guān)及分合閘控制開關(guān)，置遠方狀態(tài)時由站內(nèi)主控或遠程調(diào)度操作，置就地狀態(tài)時由測控柜上分合閘控制開關(guān)操作。斷路器就地控制柜上同樣設(shè)有遠方／就地轉(zhuǎn)換開關(guān)，正常情況下置遠方狀態(tài)，僅在斷路器檢修或緊急分閘時切換至就地狀態(tài)，利用就地控制柜上的分合閘控制開關(guān)操作。

在智能變電站中，保護、測控裝置取消了常規(guī)的電氣二次回路，采用數(shù)字通信對斷路器進行控制，用于斷路器控制的接口設(shè)備由傳統(tǒng)站的操作箱變?yōu)橹悄芙K端［2］。智能終端是安裝于斷路器就地控制柜，與保護、測控裝置采用數(shù)字通信，與斷路器控制回路采用電氣接口［3］。智能變電站測控柜上一般不設(shè)置控制開關(guān)，如果要求站控層設(shè)備、測控裝置或過程層網(wǎng)絡(luò)故障時仍實現(xiàn)對斷路器的手動控制，則應(yīng)將傳統(tǒng)變電站測控柜的轉(zhuǎn)換及控制開關(guān)下移至斷路器就地控制柜智能終端回路中，客觀上將造成就地控制柜安裝2套轉(zhuǎn)換及控制開關(guān)，不僅造成柜內(nèi)布置困難，而且對運維帶來不利影響。

以下對智能變電站斷路器轉(zhuǎn)換開關(guān)的設(shè)置及相關(guān)控制回路的不同設(shè)計方案進行分析，基于智能一次設(shè)備的發(fā)展理念［4］，提出一種新型斷路器轉(zhuǎn)換開關(guān)及控制回路，實現(xiàn)其一體化設(shè)計和優(yōu)化整合。

2 典型設(shè)計方案存在的不足

智能變電站斷路器轉(zhuǎn)換開關(guān)的設(shè)置及控制回路目前有3種典型設(shè)計方案。

2.1 方案1

方案1為只在斷路器本體控制回路中設(shè)置1套轉(zhuǎn)換及控制開關(guān)，控制回路如圖1所示。

圖1 方案1控制回路

圖1中，SK1為遠方／就地轉(zhuǎn)換開關(guān)，QF為斷路器分合閘控制開關(guān)，WFS為防誤操作鎖具，52C 為斷路器合閘線圈，52T 為斷路器分閘線圈，52a為斷路器輔助常開觸點，52b為斷路器輔助常閉觸點。

此方案與傳統(tǒng)變電站斷路器控制回路相同，從電路圖可以看出，SK1置“遠方”狀態(tài)時，斷路器能且僅能接受來自智能終端的手動控制或自動命令；置“就地”狀態(tài)時，斷路器與智能終端間電路斷開，只能接受控制開關(guān)QF的命令，合閘時將處于無保護狀態(tài)，只適用于斷路器檢修或緊急分閘情況。

因此，方案1僅能適應(yīng)就地檢修斷路器，不能適應(yīng)就地手動控制斷路器，當(dāng)測控裝置或過程層網(wǎng)絡(luò)故障時，斷路器將無法手動合閘。

2.2 方案2

方案2為只在智能終端控制回路中設(shè)置1套轉(zhuǎn)換及控制開關(guān)，控制回路如圖2所示。

圖2 方案2控制回路

圖2中4QK 為遠方／就地轉(zhuǎn)換開關(guān)，4KK 為斷路器分合閘控制開關(guān)，其余元件含義同圖1。

從電路圖可以看出，無論4QK 置于何種狀態(tài)，斷路器均能接受來自智能終端的控制命令；當(dāng)4QK 置“遠方”狀態(tài)時，斷路器能且僅能接受來自智能終端的遙控命令及自動命令；當(dāng)4QK 置“就地”狀態(tài)時，斷路器能且僅能接受來自智能終端的就地手控命令及自動命令。由于斷路器與智能終端間電路處于常通狀態(tài)，斷路器檢修時無法隔離來自遠方的保護命令，給檢修人員帶來安全隱患。

因此，方案2僅能適應(yīng)就地手動控制斷路器，難以適應(yīng)就地檢修斷路器。

2.3 方案3

方案3為在智能終端及本體控制回路中各設(shè)置1套轉(zhuǎn)換及控制開關(guān)，控制回路如圖3所示。

圖3 方案3控制回路

圖3中，SK1為斷路器本體遠方／就地轉(zhuǎn)換開關(guān)，QF為斷路器本體分合閘控制開關(guān)，4QK 為智能終端遠方／就地轉(zhuǎn)換開關(guān)，4KK 為智能終端分合閘控制開關(guān)，其他元件含義同圖1。

從電路圖可以看出，方案3在就地控制柜安裝了2套斷路器轉(zhuǎn)換及控制開關(guān)，分別設(shè)置在智能終端和斷路器本體控制回路處，是方案1和方案2轉(zhuǎn)換開關(guān)電路的串聯(lián)組合，其中SK1控制級別高于4QK。通過2套遠方／就地轉(zhuǎn)換開關(guān)的不同狀態(tài)組合，可實現(xiàn)3種不同的斷路器操作方式，如表1所示。

表1 斷路器操作方式

SK1在正常情況下應(yīng)置于遠方位置，斷路器就地手動控制時4QK 置就地位置，斷路器遙控時4QK 置遠方位置；SK1置就地位置時，按照控制級別，4QK 的狀態(tài)失去作用，只能實現(xiàn)就地檢修。運行和檢修人員操作斷路器時，應(yīng)根據(jù)不同的操作方式選擇SK1和4QK 的位置狀態(tài)。

方案3解決了方案1和方案2存在的問題，能夠適應(yīng)斷路器各種操作方式，但存在以下不足。

a.智能終端和斷路器本體控制回路只是簡單組合疊加，不符合智能一次設(shè)備的發(fā)展理念。

b.運檢人員就地操作斷路器時需要牢記SK1和4QK 的用途及操作順序，不然易造成誤操作。

c.2個遠方／就地轉(zhuǎn)換開關(guān)安裝在同一面就地控制柜，將出現(xiàn)“遠方”與“就地”概念上的矛盾和上送監(jiān)控信號的混亂。

d.就地控制柜上需要安裝4個斷路器轉(zhuǎn)換及控制開關(guān)，增加設(shè)備制造成本，柜內(nèi)布置困難。

3 新型斷路器轉(zhuǎn)換開關(guān)及控制回路

為了解決智能變電站斷路器就地控制回路3種典型設(shè)計方案中存在的問題，提出一種新型斷路器一體化轉(zhuǎn)換開關(guān)及控制回路，具體方案如下。對智能終端及本體控制回路中的2個遠方／就地轉(zhuǎn)換開關(guān)進行整合，設(shè)計一種新型轉(zhuǎn)換開關(guān)，它具有“遠方控制”、“就地控制”及“檢修”3個位置狀態(tài)，能夠適應(yīng)斷路器的各種操作方式。采用此種新型轉(zhuǎn)換開關(guān)后，智能終端及本體控制回路中的2個分合閘控制開關(guān)也可整合為1個。新型轉(zhuǎn)換開關(guān)的觸點如圖4所示。

圖4 新型轉(zhuǎn)換開關(guān)觸點

應(yīng)用新型轉(zhuǎn)換開關(guān)的智能變電站斷路器就地控制回路如圖5所示。

圖5中SK1為遠方控制／就地控制／檢修轉(zhuǎn)換開關(guān)、QF為斷路器分合閘控制開關(guān)、QSF1為I母線隔離開關(guān)輔助觸點、QSF2為II母線隔離開關(guān)輔助觸點、QS3為進出線隔離開關(guān)輔助觸點，其他元件含義同圖1。

當(dāng)SK1置“遠方控制”狀態(tài)時，斷路器能且僅能接受來自智能終端的遙控命令（遠方手控）及自動命令（保護動作）；當(dāng)SK1置“就地控制”狀態(tài)時，斷路器能且僅能接受來自智能終端的就地手控命令（由控制開關(guān)QF驅(qū)動）及自動命令（保護動作）；當(dāng)SK1置“檢修”狀態(tài)時，斷路器與智能終端間電路斷開，只能接受控制開關(guān)QF的命令。

為防止運檢人員在就地控制柜對斷路器進行就地控制時誤將轉(zhuǎn)換開關(guān)SK1置于“檢修”位，從而出現(xiàn)斷路器無保護合閘的危險情況，增加“檢修合閘閉鎖”功能，確保安全。“檢修合閘閉鎖”功能的實現(xiàn)方案為：在就地檢修合閘回路中串聯(lián)斷路器相關(guān)隔離開關(guān)的輔助常閉觸點，只有在斷路器確處檢修態(tài)（相關(guān)隔離開關(guān)均打開）時接通就地檢修合閘回路；就地檢修分閘回路不經(jīng)閉鎖，確保特殊情況下斷路器能夠緊急分閘?！皺z修合閘閉鎖”功能同樣可應(yīng)用于傳統(tǒng)變電站斷路器就地控制回路的設(shè)計，提高操作安全性。

4 新型斷路器轉(zhuǎn)換開關(guān)及控制回路應(yīng)用情況及效果

4.1 應(yīng)用情況

上述新型轉(zhuǎn)換開關(guān)的斷路器控制回路在河北省電力公司橋西、良舍、高碑店南等220kV 智能變電站工程中應(yīng)用，以220kV 系統(tǒng)斷路器為例，分析如下。

在220kV 及以上系統(tǒng)應(yīng)用時，轉(zhuǎn)換開關(guān)SK1及控制開關(guān)QF 的觸點數(shù)量應(yīng)滿足分相雙跳圈斷路器控制回路的需要，并留有信號觸點；智能終端雙重化配置，并能適應(yīng)分相操作；圖5能夠滿足所述應(yīng)用需要。

在圖5中，智能終端與斷路器接口的分相合閘開出、分相跳閘開出命令分別由智能終端的分相合閘觸點、分相跳閘觸點驅(qū)動，而分相跳合閘觸點又受智能終端接收的手動（遙控、就地手控）或自動命令（保護動作）驅(qū)動。

圖5 基于新型轉(zhuǎn)換開關(guān)的斷路器控制回路

當(dāng)智能終端通過數(shù)字接口接收到保護合分閘命令時，智能終端的分相合分閘觸點將閉合；當(dāng)智能終端通過數(shù)字接口接收到測控合分閘命令時，智能終端輸出的遙合遙分觸點將閉合，遙合遙分觸點與就地控制開關(guān)QF 的合分閘觸點并接后再送給智能終端的手合、手跳開入，驅(qū)動智能終端的分相合分閘觸點。

SK1置“遠方控制”位置時：SK1的1－2、3－4、5－6、7－8、9－10、11－12、13－14、15－16、17－18觸點閉合，接通智能終端與斷路器間電路；31－32觸點閉合，接通遙控回路；25－26觸點打開，斷開就地控制回路；19－20觸點打開，斷開就地檢修回路。

SK1置“就地控制”位置時：SK1的1－2、3－4、5－6、7－8、9－10、11－12、13－14、15－16、17－18觸點閉合，接通智能終端與斷路器間電路；31－32觸點打開，斷開遙控回路；25－26觸點閉合，接通就地控制回路；19－20觸點打開，斷開就地檢修回路。

SK1置“檢修”位置時：SK1 的1－2、3－4、5－6、7－8、9－10、11－12、13－14、15－16、17－18

觸點打開，斷開智能終端與斷路器間電路；31－32觸點打開，斷開遙控回路；25－26觸點打開，斷開就地控制回路；19－20 觸點閉合，接通就地檢修回路。

就地檢修合閘回路中串聯(lián)了QSF1、QSF2、QS3輔助常閉觸點，只有當(dāng)斷路器檢修時（QSF1、QSF2、QS3隔離開關(guān)均打開），上述常閉觸點才閉合使檢修合閘回路導(dǎo)通，避免無保護合閘。

4.2 應(yīng)用效果

a.對智能終端及本體控制回路中的2 套轉(zhuǎn)換、控制開關(guān)及電路成功進行了整合和一體化設(shè)計，提高了設(shè)備集成度，減少冗余器件和設(shè)備投資，節(jié)省就地控制柜安裝空間，體現(xiàn)了由“一次設(shè)備智能化”向“智能一次設(shè)備”設(shè)計理念的邁進。

b.在斷路器就地控制回路中增加了“檢修合閘閉鎖”功能，可避免智能變電站及傳統(tǒng)變電站就地操作時無保護合閘的危險情況，提高電力系統(tǒng)及運檢人員安全性。

5 結(jié)論

以上提出了一種應(yīng)用于智能變電站的新型斷路器轉(zhuǎn)換開關(guān)及控制回路，其優(yōu)勢如下：

a.新型斷路器轉(zhuǎn)換開關(guān)具有“遠方控制”、“就地控制”及“檢修”3個狀態(tài)，能夠適應(yīng)斷路器的各種操作方式。

b.對智能終端及本體控制回路中的2 套轉(zhuǎn)換開關(guān)及電路進行整合和一體化設(shè)計，并增加“檢修合閘閉鎖”功能，提高了設(shè)備集成度和運行操作的安全性。

［1］DL／T 5149－2001，220kV～500kV 變電所計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)程［S］.

［2］劉振亞.國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)計：110（66）kV～750kV 智能變電站部分［M］.2011版.北京：中國電力出版社，2011.

［3］Q／GDW 441－2010，智能變電站繼電保護技術(shù)規(guī)范［S］.

［4］Q／GDW 383－2009，智能變電站技術(shù)導(dǎo)則［S］.