10 kV柱上變壓器臺(tái)高壓側(cè)智能化技術(shù)研究

臧猛，鮑偉

（江蘇其厚智能電氣設(shè)備有限公司，江蘇南京210023）

10 kV柱上變壓器臺(tái)高壓側(cè)智能化技術(shù)研究

臧猛，鮑偉

（江蘇其厚智能電氣設(shè)備有限公司，江蘇南京210023）

常規(guī)10 kV配電臺(tái)區(qū)包括配電變壓器、跌落式熔斷器、避雷器、綜合配電箱、鐵附件等多種物料，安裝時(shí)間長(zhǎng)，安裝精度不高，運(yùn)行維護(hù)工作量大。針對(duì)上述問題，提出了一種10 kV柱上變壓器臺(tái)高壓側(cè)智能化方案，將高壓側(cè)的電氣設(shè)備（負(fù)荷開關(guān)、接地開關(guān)、熔斷器、避雷器）功能組件進(jìn)行了一體化設(shè)計(jì)，替代配電臺(tái)區(qū)原有的多種裝置和設(shè)備，并通過傳感器、繼電器和智能終端對(duì)高壓側(cè)開關(guān)和熔斷器狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電變壓器的保護(hù)和隔離，提高配電變壓器運(yùn)行的安全性和可靠性，降低現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維工作的難度和復(fù)雜度。

配電臺(tái)區(qū)；運(yùn)行維護(hù)；智能化；一體化

傳統(tǒng)柱上配電臺(tái)區(qū)一般采用跌落式熔斷器保護(hù)變壓器，由于其安裝質(zhì)量不可控、維護(hù)不到位、老舊破損、異常掉管、熔絲單相熔斷造成缺相運(yùn)行等情況導(dǎo)致熔斷器失去通電、保護(hù)作用，停電范圍擴(kuò)大[1-2]。目前，國(guó)內(nèi)使用的跌落式熔斷器主要有HRW型、PRW10型、PRW4型。HRW型由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題，熔斷器上靜觸頭操作后壓力不足，極易造成出頭燒傷或是熔管自行跌落；PRW10型由于瓷質(zhì)與鐵件結(jié)合處制造質(zhì)量問題而導(dǎo)致較高的故障率，已經(jīng)不再滿足線路安全、穩(wěn)定運(yùn)行的要求，目前在日常線路故障檢修或帶電更換時(shí)，基本上已經(jīng)替換為質(zhì)量更加穩(wěn)定的PRW4型熔斷器，但是避免不了熔絲單相熔斷造成缺相運(yùn)行等情況，導(dǎo)致熔斷器失去保護(hù)作用[3]；高壓套管與10 kV進(jìn)線經(jīng)過裸露線耳連接，在戶外潮濕、高溫及紫外線照射的環(huán)境下，導(dǎo)體會(huì)受到含鹽分或其他腐蝕性物質(zhì)的腐蝕，導(dǎo)體和接觸面遭到破壞，接觸電阻上升，導(dǎo)體發(fā)熱，甚至可能造成重大事故[4]。

一體化柱上變壓器臺(tái)高壓側(cè)開關(guān)裝置采用負(fù)荷開關(guān)-熔斷器組合電器實(shí)現(xiàn)過流和短路保護(hù)，同時(shí)熔斷器與負(fù)荷開關(guān)的機(jī)械聯(lián)鎖設(shè)計(jì)避免熔斷器單相熔斷后導(dǎo)致設(shè)備缺相運(yùn)行給變壓器和用電設(shè)備造成損害[5-6]；采用的肘型避雷器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、保護(hù)性能好、吸收能量大等優(yōu)點(diǎn)，能有效限制雷電過電壓幅值，減少雷害事故發(fā)生[6]。

1 柱上變壓器臺(tái)現(xiàn)狀分析

我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入新常態(tài)，電力消費(fèi)從高速增長(zhǎng)向下?lián)Q擋為中速甚至中低速增長(zhǎng)。盡管電力供需寬松、部分地區(qū)電力產(chǎn)能過剩，但配電臺(tái)區(qū)依然量大面廣，供電企業(yè)配電網(wǎng)建設(shè)運(yùn)行人員短缺，配電臺(tái)區(qū)建設(shè)改造與運(yùn)維工作量較大。目前，10 kV柱上變壓器臺(tái)成套設(shè)備包括配電變壓器、跌落式熔斷器、避雷器、低壓綜合配電箱、鐵附件等多種物料，各類物料均為分別招標(biāo)采購(gòu)，存在到貨時(shí)間不統(tǒng)一、安裝時(shí)間長(zhǎng)、安裝精度不高、建設(shè)施工時(shí)間長(zhǎng)、運(yùn)行維護(hù)工作量大等問題。跌落式熔斷器時(shí)常會(huì)因?yàn)槿劢z熔斷后不能自動(dòng)跌落導(dǎo)致燒管故障，開關(guān)保險(xiǎn)管尺寸與保險(xiǎn)器固定接觸部分尺寸匹配不合適導(dǎo)致異常跌落，熔絲與下一級(jí)熔絲容量配合不當(dāng)導(dǎo)致越級(jí)誤斷。

按照國(guó)家電網(wǎng)公司配電網(wǎng)“四個(gè)一”標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)改造要求，滿足智能配電網(wǎng)建設(shè)和發(fā)展的需求，亟需對(duì)配電臺(tái)區(qū)高壓側(cè)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和智能化改造。

2 高壓側(cè)保護(hù)方案

2.1 設(shè)計(jì)原理

高壓側(cè)采用高壓開關(guān)柜形式，內(nèi)置三工位負(fù)荷開關(guān)加限流熔斷器，實(shí)現(xiàn)變壓器和線路的保護(hù)。三工位負(fù)荷開關(guān)整合了負(fù)荷開關(guān)和接地開關(guān)的功能，構(gòu)成戶外三工位開關(guān)結(jié)構(gòu)，將合閘和儲(chǔ)能合二為一，使負(fù)荷開關(guān)在完成合閘的同時(shí)同步完成儲(chǔ)能，減少操作步驟，避免操作人員的誤操作，同時(shí)在合閘后發(fā)生故障的情況下，儲(chǔ)能完成，熔絲熔斷后負(fù)荷開關(guān)可以聯(lián)動(dòng)斷開，避免缺相運(yùn)行。負(fù)荷開關(guān)-熔斷器組合裝置，把對(duì)電器要求的操作與保護(hù)2種功能分別由2種簡(jiǎn)單、便宜的元件來實(shí)現(xiàn)，即用負(fù)荷開關(guān)來完成大量的負(fù)荷合分操作，而用熔斷器來發(fā)揮對(duì)極少發(fā)生的短路的保護(hù)作用，既省去了復(fù)雜昂貴的斷路器，又可滿足實(shí)際需要[7]。肘型避雷器是一種交流無間隙氧化物避雷器，主要由肘型橡膠外套、柱型氧化物電阻片、插入式導(dǎo)電桿、鎖緊螺母、螺栓、外端蓋和接地引線組成，為全絕緣避雷器。避雷器的內(nèi)層靠近導(dǎo)電桿連接部分是半導(dǎo)電材料；外層也為半導(dǎo)電材料，通過接地孔接地，構(gòu)成全屏蔽結(jié)構(gòu)；導(dǎo)電桿的前一段有滅弧材料，所以使用絕緣操作桿，可以帶電插拔避雷器。過電壓保護(hù)通過高壓側(cè)加裝肘型避雷器實(shí)現(xiàn)，避免配電變壓器遭受雷擊過電壓和系統(tǒng)操作過電壓損壞。柱上變壓器高壓絕緣引流線將肘型插頭和10 kV電力電纜模塊化的設(shè)計(jì)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)壓接端子與線纜，采用冷壓連接方式，簡(jiǎn)化并統(tǒng)一了設(shè)備型式和施工工藝，生產(chǎn)效率高，質(zhì)量可控，對(duì)施工人員無技術(shù)要求，可靠性高，品質(zhì)穩(wěn)定。肘型電纜頭與配變高壓柜一體式套管采用“插頭—插座”方式配合，構(gòu)成全絕緣、全密封、全屏蔽、可分離的防水結(jié)構(gòu)，具備接地條件外表可帶電觸摸，具備滅弧裝置，滿足帶負(fù)荷操作、消弧要求，機(jī)械強(qiáng)度可靠且有緊固功能，解決了帶電導(dǎo)體裸露帶來的安全隱患，大大提高了帶電作業(yè)者的人身安全[8]。U型連接器是一種連接高壓柜和變壓器的新型高壓電纜，其結(jié)構(gòu)原理同柱上變壓器高壓絕緣引流線，由高壓電纜和2個(gè)肘型電纜頭一體化澆注成型。

2.2 實(shí)施方案

2.2.1 方案簡(jiǎn)述

10 kV側(cè)采用高壓絕緣引流線正面引下至高壓柜一體式套管，高壓柜安裝在變壓器正上方，通過U型連接器和變壓器連接，低壓綜合配電箱采用懸掛式安裝于變壓器正下方，結(jié)構(gòu)圖見圖1.同時(shí)，為了適應(yīng)配電網(wǎng)自動(dòng)化及提高配電可靠性要求，新型高壓柜可以根據(jù)需要加裝電動(dòng)機(jī)構(gòu)、TV及配電網(wǎng)控制終端單元等，具備“三遙”功能，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方對(duì)主元件運(yùn)行狀態(tài)及故障監(jiān)視、遠(yuǎn)方抄表、遠(yuǎn)方操作等功能[9]。

圖1 結(jié)構(gòu)圖

2.2.2 詳細(xì)設(shè)計(jì)

10 kV側(cè)高壓柜，吸收SF6環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜技術(shù)，其緊湊式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)戶外柱上安裝，其具體結(jié)構(gòu)為：正面正立時(shí)，結(jié)構(gòu)上可按“田”字形分成4塊。左上部分為三工位負(fù)荷開關(guān)和操作聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)，操動(dòng)機(jī)構(gòu)采用耐腐蝕金屬，轉(zhuǎn)動(dòng)部分的軸承均為自潤(rùn)滑設(shè)計(jì)，產(chǎn)品不受環(huán)境影響，免除定期保養(yǎng)，并與外界連接方便，這樣使操作功小、可靠性高、壽命更長(zhǎng)；右上部為熔倉，內(nèi)置三相熔絲，三相熔斷器的每個(gè)熔斷器上裝有一個(gè)撞擊器，撞擊器通過連桿與分閘傳動(dòng)軸連接，當(dāng)一相熔斷器熔斷時(shí)，熔斷器熔斷并用熔斷器的撞針帶動(dòng)熔倉連桿和行程開關(guān)，使負(fù)荷開關(guān)三相同時(shí)分閘，避免缺相運(yùn)行；左下部分為高壓小室，預(yù)留配電自動(dòng)化安裝模塊空間；右下部分為避雷器室，避雷器采用交流無間隙氧化物肘型避雷器，可以帶電插拔，保護(hù)配電變壓器避免遭受雷擊過電壓和系統(tǒng)操作過電壓損壞。高壓進(jìn)線端子位于高壓柜后面，采用一體式套管，高壓引下線可采用帶有美式肘型電纜頭的高壓絕緣引流線，方便與高壓柜進(jìn)線的一體式套管插拔結(jié)合。高壓柜出線位于左側(cè)面，亦采用一體式插拔套管，可通過U型連接器與變壓器背面高壓進(jìn)線套管插拔組合。高壓柜下部立腳開孔與變壓器上表面4根絲桿配合，將高壓部分和變壓器緊固為一體。為實(shí)現(xiàn)高壓側(cè)的智能化，在高壓柜戶外三工位負(fù)荷開關(guān)上可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)遠(yuǎn)程操控、開關(guān)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、信息采集和管理。

三工位負(fù)荷開關(guān)的操作機(jī)構(gòu)加直流（交流）操作電機(jī)，其彈簧操作機(jī)構(gòu)是利用已儲(chǔ)能的彈簧為動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)開關(guān)的分合閘操作。彈簧操作機(jī)構(gòu)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、操動(dòng)靈活、機(jī)械壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。高壓柜電動(dòng)方案原理圖見圖2，高壓側(cè)負(fù)荷開關(guān)狀態(tài)的信息采集，可以通過負(fù)荷開關(guān)位置行程開關(guān)、儲(chǔ)能行程開關(guān)和接觸器的輔助觸點(diǎn)的配合輸出無源開關(guān)量信號(hào)，通過10芯航空插輸入到FTU中。

圖2 高壓柜電動(dòng)方案原理圖

高壓限流熔斷器狀態(tài)信號(hào)的采集需增加無源開關(guān)量信號(hào)，具體實(shí)施方案如下：在熔絲筒聯(lián)鎖推桿上開孔，用于安裝固定撥動(dòng)微動(dòng)開關(guān)的撥動(dòng)板；在熔絲熔斷過程中，熔絲端部的撞針頂出，推動(dòng)推桿向上運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)撥動(dòng)板撥動(dòng)微動(dòng)開關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)熔斷器熔斷狀態(tài)顯示。

高壓柜左下側(cè)高壓小室預(yù)留電源管理模塊和可以充放電的鋰離子電池，由于電池作為后備電源，要求具備手動(dòng)、遠(yuǎn)方活化等功能，因此考慮其控制線與高壓限流熔斷器狀態(tài)輸出控制線共用一個(gè)航空插，引出位置同高壓側(cè)負(fù)荷開關(guān)狀態(tài)的信息采集輸出方式一致，可走同一個(gè)線槽至低壓柜的儀表室。

3 結(jié)束語

柱上配電臺(tái)區(qū)高壓側(cè)采用負(fù)荷開關(guān)-熔斷器組合電器與肘型避雷器保護(hù)，方便了臺(tái)區(qū)操作，屬于低空作業(yè)，在維持保護(hù)穩(wěn)定性的同時(shí)避免跌落式熔斷器單相熔斷造成缺相運(yùn)行的問題。

此外，高壓側(cè)負(fù)荷開關(guān)可以遙控分合閘操作，限流熔斷器熔斷狀態(tài)信息可以及時(shí)上傳后臺(tái)控制室，減少現(xiàn)場(chǎng)操作和巡檢難度，節(jié)約人力資源成本。因此，與傳統(tǒng)的柱上配電臺(tái)區(qū)保護(hù)方案相比，本文提出的方案更加合理，更能滿足柱上配電臺(tái)區(qū)的保護(hù)需求，提高了供電可靠性。

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〔編輯：劉曉芳〕

TM407

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.19.035

2095－6835（2017）19－0035－04

臧猛（1988—），男，本科，工程師，研究方向?yàn)橹悄芘潆娋W(wǎng)技術(shù)、智能化成套配電設(shè)備。