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        10kV開(kāi)關(guān)柜電氣設(shè)計(jì)及智能化改進(jìn)方法探析

        2021-11-23 09:42:08楊金城
        關(guān)鍵詞:開(kāi)關(guān)柜饋線斷路器

        楊金城

        (泉州億興電力工程建設(shè)有限公司,福建 泉州 362000)

        0 引言

        目前我國(guó)經(jīng)濟(jì)已經(jīng)進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)代,用電需求也大大增加,因此,電力系統(tǒng)的穩(wěn)定安全以及可靠運(yùn)行是我國(guó)供電企業(yè)發(fā)展的工作目標(biāo)。對(duì)我國(guó)裝機(jī)容量的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),截至2020年,累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)12億kW~13億kW,已成了目前世界上最大規(guī)模、且具有聯(lián)合性的電力系統(tǒng)網(wǎng),此外,在我國(guó)的電力行業(yè)中,不斷加強(qiáng)智能電網(wǎng)的建設(shè)并創(chuàng)新,應(yīng)用各種高新技術(shù),為變電站實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、自動(dòng)化以及智能化奠定了基礎(chǔ),保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

        1 中壓開(kāi)關(guān)柜的分類及技術(shù)發(fā)展

        我國(guó)的中壓開(kāi)關(guān)柜發(fā)展起步較晚,實(shí)現(xiàn)自主設(shè)計(jì)的時(shí)間是在20世紀(jì)60年代末,由于不斷引進(jìn)了國(guó)外相關(guān)產(chǎn)品技術(shù),20世紀(jì)80年代我國(guó)的設(shè)計(jì)技術(shù)水平得到迅速提升,品種也具有多樣性,例如有間隔式、鎧裝式和箱式開(kāi)關(guān)柜等多種中壓開(kāi)關(guān)柜形式,且根據(jù)使用環(huán)境的不同設(shè)計(jì)出固定式柜以及可進(jìn)行自由移動(dòng)的移開(kāi)式柜,而隨著移開(kāi)式開(kāi)關(guān)柜產(chǎn)品不斷投入運(yùn)行后,根據(jù)實(shí)際施工的需要不斷進(jìn)行推陳創(chuàng)新,不僅有落地式,也開(kāi)發(fā)出來(lái)了中置式、及雙層柜等多種類型。此外,隨著技術(shù)不斷改革創(chuàng)新,針對(duì)部分特殊場(chǎng)所的施工要求(如鐵路、礦山等),也設(shè)計(jì)出適用于特殊場(chǎng)所使用的開(kāi)關(guān)柜[1]。

        隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展,為我國(guó)智能化開(kāi)關(guān)柜技術(shù)不斷創(chuàng)新發(fā)展提供技術(shù)支撐。目前我國(guó)的智能化中壓開(kāi)關(guān)柜在現(xiàn)有基礎(chǔ)上通過(guò)與新型的智能儀器信息技術(shù)等結(jié)合來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì),將智能配電監(jiān)控以及保護(hù)模塊等系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接口與中央控制室的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)后,可以對(duì)各供配電回路中的電壓電流情況及有功/無(wú)功的功率情況等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制,也可以對(duì)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境和溫濕度以及故障、斷路器的分合狀態(tài)等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),從而快速地對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行定位;除此之外,隨著信息化技術(shù)的不斷運(yùn)用和發(fā)展,對(duì)配變所進(jìn)行無(wú)人值守和遠(yuǎn)程監(jiān)控,保證供電系統(tǒng)穩(wěn)定地運(yùn)行,且其具有非常良好的市場(chǎng)發(fā)展前景。

        2 中壓開(kāi)關(guān)柜電氣設(shè)計(jì)案例

        2.1 工程案例

        該文以某縣公司110kV東園變無(wú)人值班及老舊設(shè)備智能化改造工程中10kV KYN進(jìn)線柜及饋線柜的電氣設(shè)計(jì)為例,設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)以下規(guī)范:1)《10kV及以下電力用戶業(yè)擴(kuò)工程技術(shù)規(guī)范》、《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50217-2007);2)《20kV及以下變電所設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50053-2013);3)《福建城市中低壓配電網(wǎng)建設(shè)改造技術(shù)導(dǎo)則(2008年版)》;4)《交流電氣裝置過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合》(DL/T620-1997);5)《電力裝置的電測(cè)量?jī)x表裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》 (GB/T 50063-2008)。在本次改造項(xiàng)目中采用的2種開(kāi)關(guān)柜均為中置移開(kāi)式結(jié)構(gòu)[2],其相關(guān)技術(shù)參數(shù)如下表1所示。

        表1 中壓開(kāi)關(guān)柜的主要技術(shù)參數(shù)

        2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        2.2.1 進(jìn)線柜、饋線柜的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        進(jìn)線柜和饋線柜總體結(jié)構(gòu)相近,結(jié)構(gòu)主要都是由電氣元件、以及柜體所組成。其中,電氣元件主要由真空斷路器、接地開(kāi)關(guān)等多種元器件組合而成,而柜體則是通過(guò)接地的鋼板將其分成母線室、斷路器手車室以及電纜室、繼電器儀表室4個(gè)獨(dú)立的隔室。此外,在進(jìn)行中壓開(kāi)關(guān)柜設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)充分考慮中壓開(kāi)關(guān)柜在正常運(yùn)行和后續(xù)監(jiān)測(cè)、及維護(hù)工作時(shí)的安全性、便捷性,且須根據(jù)所使用的環(huán)境條件進(jìn)行校驗(yàn),在確保技術(shù)先進(jìn)性的同時(shí),也需要重視相關(guān)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性,確保設(shè)備配置的科學(xué)性和合理性[3]。整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        圖1 進(jìn)線柜、饋線柜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        其中,中壓開(kāi)關(guān)柜的設(shè)計(jì)應(yīng)充分對(duì)其運(yùn)行的穩(wěn)定性、監(jiān)控便捷、以及后續(xù)維護(hù)工作的便利等方面進(jìn)行考量,以便于元件的檢修試驗(yàn)和故障的尋找處理維護(hù)工作順利開(kāi)展,例如部分額定參數(shù)、及結(jié)構(gòu)相同的元器件能方便互換,根據(jù)實(shí)際使用環(huán)境的情況進(jìn)行合理地校驗(yàn),選擇的元器件應(yīng)在滿足技術(shù)要求的前提下保證經(jīng)濟(jì)合理,新設(shè)備投入運(yùn)行時(shí)應(yīng)嚴(yán)格對(duì)其進(jìn)行檢測(cè),選擇鑒定合格并可靠的設(shè)備。

        2.2.2 一次線路設(shè)計(jì)

        2.2.2.1 一次線路接線情況

        10kV供電系統(tǒng)屬于中性點(diǎn)不接地式,在一次線路設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈的接地方式,且須注意兩相電流互感器測(cè)量A相和C相,在進(jìn)線柜以及饋線柜中的一次接線狀態(tài)。具體接線如下圖2和圖3所示[4]。

        圖2 KYN28進(jìn)線柜一次接線圖

        圖3 KYN28饋線柜一次接線圖

        2.2.2.2 一次電氣元件的選擇

        在中壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)一次電氣的元件類型具有品種多樣化和形式多樣化的特點(diǎn)。在進(jìn)行開(kāi)關(guān)柜主電路的方案設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分對(duì)開(kāi)關(guān)柜的性能要求進(jìn)行綜合考量,例如開(kāi)關(guān)柜的整體結(jié)構(gòu)、安裝是否便利、操作和維護(hù)的通用性與便利性,針對(duì)電氣元件的性能參數(shù)情況和外觀安裝尺寸等因素合理選用一次電氣元件。

        在無(wú)人值班及老舊設(shè)備智能化改造工程中,10kV KYN進(jìn)線柜、饋線柜均采用真空斷路器,并根據(jù)相關(guān)的設(shè)計(jì)要求,在選擇斷路器時(shí)選擇了真空斷路器(國(guó)產(chǎn)VS1系列和進(jìn)口VD4系列),主要是這2種真空斷路器都具有良好的可持續(xù)操作,且開(kāi)斷性能好,實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的快速滅弧,而且2種真空斷路器在投入運(yùn)行后具有維護(hù)簡(jiǎn)單、操作危險(xiǎn)性低以及噪聲低等多個(gè)優(yōu)點(diǎn),采用該斷路器在降低投入成本保證良好經(jīng)濟(jì)性的同時(shí),降低后續(xù)運(yùn)行維護(hù)工作的難度[5]。

        2.2.3 二次電路設(shè)計(jì)

        2.2.3.1 二次電路回路的主要分類

        通常情況下電氣回路主要由以下部分組成:一是主回路,二是輔助回路(也被稱為二次回路),而二次回路的電路則是通過(guò)計(jì)量表計(jì)、繼電器和控制開(kāi)關(guān)等多個(gè)二次電氣元件進(jìn)行組合連接,因此要將二次回路進(jìn)行分類的話則需重點(diǎn)考慮以下:一是根據(jù)功能進(jìn)行區(qū)分,則主要分為控制回路以及計(jì)量回路、保護(hù)回路、信號(hào)回路四種類型;二是根據(jù)操作電源的種類進(jìn)行分類,則可分為交流電壓、電流回路、直流回路3種類型。

        2.2.3.2 二次回路中配線截面的選擇

        通常情況下,開(kāi)關(guān)柜中二次回路中的導(dǎo)線一般多采用單芯、或多芯的絕緣導(dǎo)線,因此在確定其導(dǎo)線截面時(shí),應(yīng)注意以下幾個(gè)方面:1)測(cè)量表計(jì)電流回路在選用絕緣導(dǎo)線的截面時(shí),按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求截面應(yīng)控制不得小于2.5 mm2,且須確保其電流互感器中的二次電流不得超過(guò)5A,確保絕緣導(dǎo)線的負(fù)荷符合標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷要求;2)須根據(jù)電流互感器的誤差曲線合理選擇繼電保護(hù)裝置的絕緣導(dǎo)線,一般要求控制不得超過(guò)其10%;3)電壓回路用的絕緣導(dǎo)線在選擇時(shí),須注意導(dǎo)線所能允許的電壓損失;4)須根據(jù)機(jī)械強(qiáng)度等相關(guān)條件要求來(lái)合理選擇控制系統(tǒng)以及信號(hào)回路中所使用的電纜芯,一般須保證導(dǎo)線的銅芯線截面不小于1.5mm2。

        3 中壓開(kāi)關(guān)柜的智能化改造成果

        3.1 KYN28開(kāi)關(guān)柜智能化改造的總體方案

        智能開(kāi)關(guān)柜的核心是控制裝置的智能化程度。該項(xiàng)目在改造過(guò)程中,選擇智能控制裝置、與保護(hù)裝置并列運(yùn)行的方案來(lái)進(jìn)行施工改造,選擇該設(shè)計(jì)方案可以根據(jù)開(kāi)關(guān)柜的不同類型進(jìn)行差異化、個(gè)性化配置,確保整個(gè)智能化水平提升。

        以該項(xiàng)目中的一個(gè)典型饋線柜為例,該智能饋線柜的系統(tǒng)主要由支持IEC61850通信標(biāo)準(zhǔn)的保護(hù)裝置以及能實(shí)現(xiàn)智能控制的裝置組成,并且將2個(gè)裝置系統(tǒng)、以及饋線柜內(nèi)的多個(gè)攝像頭與以太網(wǎng)和監(jiān)控中心進(jìn)行連接,以此構(gòu)成完整的開(kāi)關(guān)柜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)對(duì)饋線柜運(yùn)行狀況的監(jiān)測(cè)和控制[6]。此外,通過(guò)斷路器上的傳感器智能單元、以及數(shù)據(jù)采集模塊,將運(yùn)行的數(shù)據(jù)狀態(tài)進(jìn)行匯總并上傳,為后續(xù)饋線柜的維護(hù)工作和檢修工作提供詳細(xì)的數(shù)據(jù)支持。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖4所示。

        圖4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

        3.2 中壓開(kāi)關(guān)柜的智能化改造成果

        對(duì)中壓開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行智能化改造和研究,是促進(jìn)電力企業(yè)智能電網(wǎng)全面覆蓋的關(guān)鍵步驟,通過(guò)改造中壓開(kāi)關(guān)柜為我國(guó)電力行業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)未來(lái)發(fā)展方向提供一定的技術(shù)支持。主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面[7]。

        3.2.1 實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)操作的自動(dòng)化

        自動(dòng)化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)智能化的基礎(chǔ)。在此階段,以自動(dòng)化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化為總工作目標(biāo),實(shí)現(xiàn)智能開(kāi)關(guān)柜各種運(yùn)行狀態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。

        3.2.2 實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)和自診斷技術(shù)

        將柜中的運(yùn)行情況及特性和環(huán)境等參數(shù),通過(guò)智能控制裝置的集中處理后,進(jìn)行匯總和分析,以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)柜對(duì)自身運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)診斷以及故障預(yù)警,并找出故障點(diǎn),提高檢修工作的準(zhǔn)確度,減少因故障帶來(lái)的不良影響。

        3.2.3 實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的智能化

        在前2項(xiàng)技術(shù)支持下以實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的整體智能化發(fā)展為目標(biāo),以智能化開(kāi)關(guān)柜為基本組成單元,將配電室、開(kāi)閉所等組成一個(gè)智能化網(wǎng)絡(luò),從而完成日常的巡視工作,對(duì)事故提前預(yù)警和對(duì)故障點(diǎn)隔離,以及優(yōu)化運(yùn)行方式等,使配電系統(tǒng)穩(wěn)定地運(yùn)行。

        4 總結(jié)

        隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,中壓開(kāi)關(guān)柜被廣泛應(yīng)用于我國(guó)智能配電網(wǎng)中,其使用范圍不斷擴(kuò)大,尤其是對(duì)部分中大型的變電站來(lái)說(shuō),中壓開(kāi)關(guān)柜的應(yīng)用具有非常重要的作用。而且隨著智能電網(wǎng)的概念在我國(guó)電力行業(yè)中不斷落實(shí),對(duì)電力行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展起到極大的促進(jìn)作用。隨著電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇,用戶對(duì)供電質(zhì)量提出了更高要求,筆者結(jié)合當(dāng)前智能電網(wǎng)發(fā)展的大方向和需求,針對(duì)性地提出智能化改進(jìn)的方案,期望為后續(xù)的變電站無(wú)人值班以及老舊設(shè)備智能化改造工程提供依據(jù),促進(jìn)供電企業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

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