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

目前我國經(jīng)濟(jì)已經(jīng)進(jìn)入高速發(fā)展時代，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)行是我國供電企業(yè)發(fā)展的工作目標(biāo)。對我國裝機(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 中壓開關(guān)柜的分類及技術(shù)發(fā)展

我國的中壓開關(guān)柜發(fā)展起步較晚，實(shí)現(xiàn)自主設(shè)計(jì)的時間是在20世紀(jì)60年代末，由于不斷引進(jìn)了國外相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)，20世紀(jì)80年代我國的設(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、鎧裝式和箱式開關(guān)柜等多種中壓開關(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)行自由移動的移開式柜，而隨著移開式開關(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，也開發(fā)出來了中置式、及雙層柜等多種類型。此外，隨著技術(shù)不斷改革創(chuàng)新，針對部分特殊場所的施工要求（如鐵路、礦山等），也設(shè)計(jì)出適用于特殊場所使用的開關(guān)柜[1]。

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，為我國智能化開關(guān)柜技術(shù)不斷創(chuàng)新發(fā)展提供技術(shù)支撐。目前我國的智能化中壓開關(guān)柜在現(xiàn)有基礎(chǔ)上通過與新型的智能儀器信息技術(shù)等結(jié)合來進(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，可以對各供配電回路中的電壓電流情況及有功/無功的功率情況等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測與控制，也可以對開關(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)時監(jiān)測，從而快速地對故障點(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，對配變所進(jìn)行無人值守和遠(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發(fā)展前景。

2 中壓開關(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）《交流電氣裝置過電壓保護(hù)和絕緣配合》（DL/T620-1997）；5）《電力裝置的電測量儀表裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》 （GB/T 50063-2008）。在本次改造項(xiàng)目中采用的2種開關(guān)柜均為中置移開式結(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、接地開關(guān)等多種元器件組合而成，而柜體則是通過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個獨(dú)立的隔室。此外，在進(jìn)行中壓開關(guān)柜設(shè)計(jì)時，應(yīng)充分考慮中壓開關(guān)柜在正常運(yùn)行和后續(xù)監(jiān)測、及維護(hù)工作時的安全性、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，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，中壓開關(guān)柜的設(shè)計(jì)應(yīng)充分對其運(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)行時應(yīng)嚴(yán)格對其進(jìn)行檢測，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，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)行開關(guān)柜主電路的方案設(shè)計(jì)時應(yīng)充分對開關(guān)柜的性能要求進(jìn)行綜合考量，例如開關(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，在選擇斷路器時選擇了真空斷路器（國產(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，且開斷性能好，實(shí)現(xiàn)對故障的快速滅弧，而且2種真空斷路器在投入運(yùn)行后具有維護(hù)簡單、操作危險性低以及噪聲低等多個優(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，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計(jì)量表計(jì)、繼電器和控制開關(guān)等多個二次電氣元件進(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，應(yīng)注意以下幾個方面：1）測量表計(jì)電流回路在選用絕緣導(dǎo)線的截面時，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其10%；3）電壓回路用的絕緣導(dǎo)線在選擇時，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)條件要求來合理選擇控制系統(tǒng)以及信號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 中壓開關(guān)柜的智能化改造成果

3.1 KYN28開關(guān)柜智能化改造的總體方案

智能開關(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)行的方案來進(jìn)行施工改造，選擇該設(shè)計(jì)方案可以根據(jù)開關(guān)柜的不同類型進(jìn)行差異化、個性化配置，確保整個智能化水平提升。

以該項(xiàng)目中的一個典型饋線柜為例，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個裝置系統(tǒng)、以及饋線柜內(nèi)的多個攝像頭與以太網(wǎng)和監(jiān)控中心進(jìn)行連接，以此構(gòu)成完整的開關(guān)柜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)對饋線柜運(yùn)行狀況的監(jiān)測和控制[6]。此外，通過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 中壓開關(guān)柜的智能化改造成果

對中壓開關(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，通過改造中壓開關(guān)柜為我國電力行業(yè)的長遠(yuǎn)未來發(fā)展方向提供一定的技術(shù)支持。主要體現(xiàn)在以下3個方面[7]。

3.2.1 實(shí)現(xiàn)了電動操作的自動化

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

3.2.2 實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測和自診斷技術(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)開關(guān)柜對自身運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行自動檢測診斷以及故障預(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)，以智能化開關(guān)柜為基本組成單元，將配電室、開閉所等組成一個智能化網(wǎng)絡(luò)，從而完成日常的巡視工作，對事故提前預(yù)警和對故障點(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，中壓開關(guān)柜被廣泛應(yīng)用于我國智能配電網(wǎng)中，其使用范圍不斷擴(kuò)大，尤其是對部分中大型的變電站來說，中壓開關(guān)柜的應(yīng)用具有非常重要的作用。而且隨著智能電網(wǎng)的概念在我國電力行業(yè)中不斷落實(shí)，對電力行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展起到極大的促進(jìn)作用。隨著電力市場競爭加劇，用戶對供電質(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，針對性地提出智能化改進(jìn)的方案，期望為后續(xù)的變電站無人值班以及老舊設(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。