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浅析开闭所環網櫃应用的若干技术问题

??發布日期:2016-6-22

【摘要】结合配电网对配电设备的要求,对开闭所環網櫃应用中的一次接线、環網櫃型式、五防装置、开关设备及操作电源系统的选择配置问题作了探讨。

随着城市配电网的发展,对设备的要求不断提高,经历了不同时期与不同类型的发展。其中以10kV環網櫃为基础的开闭所,由于其经济、便捷、高效的优势,在城市配网中发挥着越来越大的作用。本文总结我局近年来的应用经验,结合实际,对开闭所環網櫃应用中的若干技术问题作如下探讨,供读者参考。

1一次主接線選擇

開閉所要求一次接線簡單清晰,采用單母線或者單母線分段接線。當采用單母線分段接線時,2路電源進線取于不同變電站或者同一變電站的不同母線段,6~10路出線,如此接線簡單,運行維護方便。如負荷較集中但超出單個開閉所的供電範圍的居民小區,需多個分散的開閉所供電,這類開閉所以設計爲"手拉手"接線爲優,"放射狀"接線(即單電纜環網聯結,開環運行)方式爲次,其優點是:遇故障時,甩開故障點,可用環網恢複供電,提高供電可靠性。

2環網櫃的选型

按照开关型式来分,国内環網櫃主要有产气式、压气式、真空和SF6等4种。 产气式和压气式環網櫃由于存在开断负荷时弧光外露,电寿命较低,检修维护工作量大,可靠性不高等缺陷,一般不被采用。 真空環網櫃具有负荷开关操作功率小,开断转移电流大,容易实现操作等优点而被广泛采用。 SF6環網櫃开断和绝缘性能优异,操作过电压低,操作功率小,是一种全封闭、全绝缘、免维护的韩国19禁。由于其性能优良、运行可靠、体积小等优点而受供电部门和用户的普遍欢迎。

小型化智能箱式开闭所的开关柜推荐选用进口的SF6开关柜,比如施耐德、ABB、西门子等公司的负荷开关柜。这些韩国19禁的可靠性高、体积小、免维护周期在 20a以上。

以施耐德SM6環網櫃为例,此柜是可扩展模块组合式金属密封SF6开关柜。开关具有闭合—断开—接地3种位置并具有闭锁功能。模拟母线能可靠地显示开关的闭合、断开及接地3种位置; 所有控制功能元件集中在正面操作板上,简化了操作;并有明显的带电指示器;柜内可配置电流互感器、继电器、跳闸线圈等,满足自动化及计量要求;开关柜与电缆的连接无须使用电缆头。

3"五防"裝置

开闭所環網櫃"五防"是指防止误分、合开关,防止带负荷拉、合隔离开关,防止带电挂(合)接地线(开关),防止带接地线(开关)合断路器(隔离开关),防止误入带电间隔等五项措施。现有的環網櫃内负荷开关一般有2种结构:①只有合、分功能的二工位负荷开关 ②具有三工位的负荷开关。产气式、压气式及真空负荷开关以二工位居多,而SF6负荷开关以三工位为多。这类负荷开关用于馈电回路时优势非常明显。接地工位提供了很好的安全措施。可以满足"五防"要求。对防止带电合接地开关(或挂接地线),通过负荷开关与接地开关的联锁来实现,具有当负荷开关断开,出线侧无电时,才可操作接地开关。电缆室门板与接地开关之间设有闭锁装置,只有接地开关闭合时才能打开门板,反之,只有门板闭合时才允许打开接地开关。但当三工位负荷开关用于进线柜时,由于现在开闭所一般采用电缆进出线,进线柜接线是下进上出,则有可能发生带接地刀合负荷开关的误合事故。为防止误操作,对三工位开关应采取防误联锁措施,可采取如下措施:采用加装进线侧和接地开关的电磁闭锁方式。确保在进线带电时,不能操作接地开关,从而也就无法打开前柜门,防止误入带电间隔操作。

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4進出線開關設備的選用

環網櫃开关保护设备选择一般有两种途径:一是利用断路器,另一种是用负荷开关。断路器既可断开正常负荷电流也可断开短路电流。负荷开关一般用于开断正常工作电流。即负荷电流,但它与熔断器配合使用时,则具有一定的开断短路电流能力。

对环网供电单元来说,开闭所进线大多数情况下没有必要采用断路器,而是用负荷开关。其一是经济上比较合算。对于同样的电压等级,同样容量的负荷开关+熔断器,价格仅为断路器的几分之一。其二是断路器保护的上下级级差配合非常困难,因为环网配电网络首端断路器(即变电所的10kV馈线断路器)的保护设置一般为:速断0s,过流0.5s。若環網櫃中采用断路器,即使整定为0s动作,由于断路器固有动作的分散性,也很难保证不是上级断路器动作,所以开闭所进线宜采用负荷开关。在实现综合自动化前,当主线发生短路故障时,由变电所动作切除故障。

對于出線保護而言,其負荷爲直接的配電變壓器,其容量一般不大于1250kVA,極少數達1600kVA,對于容量不超過1600kVA的配電變壓器采用負荷開關+熔斷器的組合比采用斷路器更爲有效:一是結構型式簡單,造價低;二是保護特性好,短路試驗證明,當變壓器內部發生故障時,爲使油箱不爆炸,必須在20ms內切除短路故障,而斷路器的全開斷時間由三部分組成:繼電器保護的動作時間+斷路器的固有動作時間+燃弧時間,一般需要三周波60ms,而限流熔斷器則可保證在10ms內切除故障,熔斷器與負荷開關配合使用,熔斷器動作後,由撞擊器啓動負荷開關的脫扣器,負荷開關定時聯動開斷,從而保證變壓器的安全。如果配變容量較大大于1600kVA則宜選用斷路器。

5操作電源配置

在開閉所中,由于開關櫃數量較少,線路結構簡單,多爲單回路或雙回路進線,基本上沒有所用電源或外電源,這給開關操作電源的選取帶來一定困難。目前,主要由以下幾種供電方式:TV供電方式、DC供電方式、UPS供電方式。

(1)TV供电方式主要是利用TV向操作回路提供电源。一种方法是直接利用TV提供100V操作电源;另一种方式是由TV经中间变压器提供220V操作电源。当进线柜要承担电能计量功能时,由于计量用TA或TV必须使用独立的二次线圈,如果计量和操作回路分别使用一组TV,则很难装在一台高壓開關櫃中,对于这种情况,往往对TV二次侧采用双绕组的方式,一组精度为0.2级的绕组用于计量,另一组大容量绕组用于提供操作电源。因此,如果操作回路中有整流器件,将产生谐波并耦合到计量回路中,对计量精度产生影响。此外,对于TV供电方式,当高压母线或进线发生两相或三相短路时,电压互感器安装处的残压非常低,二次电压下降到低于断路器分闸线圈最低动作电压,若采用微机保护,将使保护设备不能正常工作。

(2)DC供電方式是采用蓄電池通過直流電源屏向操作回路提供電源。系統正常運行時,由整流回路或高頻開關電源提供直流操作電源。交流失電時,由蓄電池經穩壓回路提供直流操作電源。直流電源可靠性好但造價高,開閉所由于結構緊湊,放置直流屏也很困難。目前,直流電源箱和壁挂直流電源這種小型直流電源體積小,可挂在牆上或牆角安裝且價格爲同類直流電源屏的1/3~1/2,在很多項目中已開始采用,這種操作電源提供方式,取得了很好的效果。

(3)UPS供電方式是低壓系統交流電源通過UPS向操作回路供電。當系統發生故障時,UPS通過將蓄電池的直流電逆變成交流電不間斷地向操作回路和保護設備供電。高壓電源正常時,由低壓電源向操作回路供電,系統失電或故障時由UPS供電。UPS供電,操作電源不受高壓母線電壓的影響,可避免TV供電方式時出線的計量問題和保護拒動現象。總之,開關操作電源采用TV供電方式,雖然不需要在高壓櫃以外增加設備,但對電能計量和保護回路都有潛在的影響,在工程設計時應盡量避免使用TV供電方式。DC供電方式和UPS供電方式沒有對高壓電源的依賴性,對計量和保護沒有影響並具有很高的可靠性。對于有條件的開閉所可優先選擇操作電源采用DC供電。如果從節省工程造價角度出發可選用UPS供電方式也完全可以滿足可靠性的要求。

6結語

環網櫃在城市配电中得到越来越广泛的应用,在开闭所環網櫃设计选型时,只有根据实际要求制定适当的方案,才能在保证安全可靠的前提下,提高经济性。

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