中壓開(kāi)關(guān)柜的二次優(yōu)化設(shè)計(jì)

程新軒

摘要：中壓開(kāi)關(guān)柜二次優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要實(shí)際意義。隨著二次回路優(yōu)化設(shè)計(jì)的推進(jìn)，中壓開(kāi)關(guān)柜的可靠性和智能化得到顯著提高。

關(guān)鍵詞：中壓開(kāi)關(guān)柜;現(xiàn)狀;二次優(yōu)化設(shè)計(jì)

工程設(shè)計(jì)中，為保證斷路器的安全穩(wěn)定，必須改進(jìn)其接線(xiàn)方式，以確保開(kāi)關(guān)柜的可靠運(yùn)行，并在設(shè)計(jì)中逐步改進(jìn)相應(yīng)設(shè)計(jì)，以提高開(kāi)關(guān)柜安全性、穩(wěn)定性、可靠性和智能性，這對(duì)開(kāi)關(guān)柜的發(fā)展起著重要的推動(dòng)作用。

一、中壓開(kāi)關(guān)柜概述

中壓開(kāi)關(guān)柜全稱(chēng)為中壓交流金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備，主要工作在中壓環(huán)境中，除外部連接外，基本保持封閉式設(shè)計(jì)。內(nèi)裝三相交流開(kāi)關(guān)設(shè)備，電壓在3.6～4.5kV間。主要功能是接受及分配用電負(fù)荷。由機(jī)柜與斷路器組成，具有架空進(jìn)出線(xiàn)、電纜進(jìn)出線(xiàn)、母線(xiàn)聯(lián)絡(luò)等功能。

1、基本原理。中壓開(kāi)關(guān)柜基本原理并不復(fù)雜，為保證其在生活生產(chǎn)中長(zhǎng)期有效運(yùn)行，必須保證二次直流和交流電的正常供應(yīng)。其內(nèi)部電流互感器通常有兩組或三組線(xiàn)圈，在這些線(xiàn)圈中，一組用作測(cè)量數(shù)據(jù)，如將萬(wàn)用表連接到此駔線(xiàn)圈上，另外，還有一組線(xiàn)圈用于保護(hù)中壓開(kāi)關(guān)柜的整個(gè)內(nèi)部電路，如一些abb保護(hù)單元，若有第三組線(xiàn)圈，則僅出現(xiàn)在差動(dòng)保護(hù)100進(jìn)線(xiàn)柜中。若進(jìn)出線(xiàn)和接地線(xiàn)通過(guò)零序電流互感器，注意檢查三相不平衡電流，不同電源支持不同工作元件，根據(jù)需要使用和劃分交直流，這是中壓開(kāi)關(guān)柜的基本原理。

2、分類(lèi)

1）按結(jié)構(gòu)分。①半封閉式：柜體正側(cè)面封閉，背面與母線(xiàn)裸露，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、安全性差的優(yōu)點(diǎn)，幾乎已淘汰。②箱式：它有一個(gè)金屬外殼，但間隔數(shù)量少，而且母線(xiàn)是封閉的，較安全。如XGN型。③間隔式：各室由一個(gè)或多個(gè)非金屬隔板隔離，更為安全。如JYN型。④鎧裝式：各室用金屬隔板隔離并接地，安全性好，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工精度高，價(jià)格略高，如國(guó)產(chǎn)KYN和abb公司的ZSl型。2）按絕緣介質(zhì)分。①空氣絕緣：極間與極對(duì)絕緣由空氣間隙保證，絕緣性能穩(wěn)定，成本低，機(jī)柜體積大。②復(fù)合絕緣：極間與極對(duì)絕緣是通過(guò)更小空氣間隙加固體絕緣材料保證，柜體體積小，防凝性差，成本高。③（SF）氣體絕緣：回路中的所有元件均放置在充滿(mǎn)SF氣體的密閉容器中，其技術(shù)復(fù)雜，加工精度要求高，價(jià)格高，這種方法通常用于超高壓設(shè)備。這種中壓開(kāi)關(guān)柜在國(guó)外被使用，但在我國(guó)尚無(wú)這種產(chǎn)品。

二、中壓開(kāi)關(guān)柜現(xiàn)狀

隨著社會(huì)科技及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)用電安全穩(wěn)定要求越來(lái)越高，開(kāi)關(guān)柜的使用也在不斷發(fā)展變化，然而，從行業(yè)運(yùn)行維護(hù)發(fā)展角度來(lái)看，傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)柜維護(hù)方法已不能滿(mǎn)足當(dāng)今社會(huì)需求，故障維護(hù)必須吸取現(xiàn)代科技發(fā)展成果。

在維護(hù)方案中，傳統(tǒng)維護(hù)方案無(wú)實(shí)際操作說(shuō)明，或只根據(jù)工期判斷故障及性能下降，未對(duì)方案維修。如設(shè)備清洗和機(jī)械部件潤(rùn)滑等僅根據(jù)說(shuō)明維護(hù)，無(wú)實(shí)質(zhì)性維護(hù)方案。但現(xiàn)代智能化需更有效方法來(lái)改進(jìn)此工作。

通常，傳統(tǒng)設(shè)備為減少運(yùn)行故障，需制定維護(hù)周期計(jì)劃。但現(xiàn)代需要結(jié)合系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行和工藝條件來(lái)審查收集信息。為提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，便于檢查評(píng)估，并采取最有效措施確保停電維護(hù)僅在設(shè)備運(yùn)行后期進(jìn)行，并確保延長(zhǎng)有效的使用時(shí)間。

三、合閘回路和跳位監(jiān)視回路設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

一些斷路器無(wú)跳位監(jiān)視回路，如VEX斷路器。斷路器合閘回路與集成保護(hù)裝置一起使用時(shí)，若接點(diǎn)連接到TWJ跳位繼電器的輸出點(diǎn)和綜合保護(hù)裝置的合閘出口，斷路器合閘時(shí)，QF常開(kāi)接點(diǎn)閉合，防跳繼電器K0啟動(dòng)形成自保持回路，YWJ線(xiàn)圈與防跳繼電器形成回路，導(dǎo)致YWJ線(xiàn)圈和K0防跳繼電器長(zhǎng)時(shí)間帶電，不能再次合閘和跳位監(jiān)視。

為使綜合保護(hù)裝置正常工作，斷路器輔助閉點(diǎn)一端通常與TWJ綜合保護(hù)裝置跳位繼電器輸出點(diǎn)連接，嘏另一端直接接負(fù)電源，這種設(shè)計(jì)方法只能使綜合保護(hù)裝置的合位和跳位繼電器正常工作，控制回路無(wú)斷線(xiàn)報(bào)警故障，但不監(jiān)視斷路器合閘回路的完整性，這是一種設(shè)計(jì)“假象”監(jiān)視回路方法。

一些斷路器配有跳位監(jiān)視回路，如VD4斷路器。斷路器跳位監(jiān)視與集成保護(hù)結(jié)合使用時(shí)，跳位監(jiān)視接點(diǎn)與TWJ跳位繼電器的綜合保護(hù)裝置直接連接，能實(shí)現(xiàn)跳位監(jiān)視功能，但這種設(shè)計(jì)方法只能監(jiān)視S1接點(diǎn)到線(xiàn)圈Y3的回路是否完好，不能監(jiān)視整個(gè)合閘回路，不能形成真正的跳位監(jiān)視。

四、合閘回路和跳位監(jiān)視回路優(yōu)化設(shè)計(jì)

考慮到上述不合理回路設(shè)計(jì)缺陷，當(dāng)斷路器配有防跳裝置和綜合保護(hù)裝置配合時(shí)，斷路器防跳繼電器K0的輔助閉點(diǎn)可增加到跳位監(jiān)視回路中，形成完整的跳位監(jiān)視回路，以解決防跳繼電器不能對(duì)整個(gè)合閘回路維護(hù)監(jiān)視問(wèn)題。圖1所示為斷路器合閘回路和跳位監(jiān)視回路接線(xiàn)圖。接線(xiàn)過(guò)程中，將接點(diǎn)①與保護(hù)裝置TWJ連接，接點(diǎn)②接至綜合保護(hù)裝置合閘出口，以PSL691U綜合保護(hù)裝置控制回路接線(xiàn)為例。

在防跳操作期間，因綜合保護(hù)裝置的TWJ前端為正電源，若斷路器跳閘后跳位監(jiān)視回路中無(wú)防跳繼電器K0閉點(diǎn)，通過(guò)“正電源-線(xiàn)圈TWJ-QF常閉接點(diǎn)-合閘回路-負(fù)電源”回路，防跳繼電器K0通電并重新啟動(dòng)，以保持防跳繼電器且不能返回，從而使斷路器無(wú)法再次合閘;在跳位監(jiān)視回路中增加防跳繼電器K0閉點(diǎn)后，K0啟動(dòng)后，防跳繼電器K0常閉觸點(diǎn)打開(kāi)，導(dǎo)致跳位監(jiān)視回路不能啟動(dòng)斷路器防跳線(xiàn)圈回路，使防跳繼電器能可靠返回，斷路器控制回路能正常工作，此外，該設(shè)計(jì)方法還能通過(guò)綜合保護(hù)跳位監(jiān)視功能，監(jiān)視整個(gè)斷路器合閘回路的完整性。

五、大電流開(kāi)關(guān)柜風(fēng)機(jī)控制回路設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

當(dāng)開(kāi)關(guān)柜工作回路電流大于2500A時(shí)，開(kāi)關(guān)柜主分支母線(xiàn)受熱嚴(yán)重，影響其正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)可能發(fā)生開(kāi)關(guān)柜爆炸事故，因此，在設(shè)計(jì)這類(lèi)開(kāi)關(guān)柜時(shí)，應(yīng)在柜頂或柜內(nèi)安裝風(fēng)機(jī)，以降低開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行時(shí)柜內(nèi)溫度，減少其事故隱患，確保開(kāi)關(guān)柜正常運(yùn)行。

因風(fēng)機(jī)通常安裝在開(kāi)關(guān)柜或柜內(nèi)，因此正常運(yùn)行期間，無(wú)法目測(cè)觀察風(fēng)機(jī)狀態(tài)，當(dāng)前，風(fēng)機(jī)二次控制回路設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，不科學(xué)。如圖2所示，設(shè)計(jì)方法未考慮風(fēng)機(jī)二次電氣運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控，并且風(fēng)機(jī)的運(yùn)行僅依賴(lài)于風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)的手動(dòng)控制，使風(fēng)機(jī)能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行，從而縮短了風(fēng)機(jī)使用壽命，若未操作控制開(kāi)關(guān)，風(fēng)機(jī)可能因人為因素而無(wú)法啟動(dòng)，導(dǎo)致發(fā)生事故。因此，這種設(shè)計(jì)方法存在較大安全隱患，需改進(jìn)和優(yōu)化。

六、大電流開(kāi)關(guān)柜風(fēng)機(jī)控制回路的優(yōu)化設(shè)計(jì)

由于上述風(fēng)機(jī)控制回路設(shè)計(jì)無(wú)法監(jiān)控風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，風(fēng)機(jī)無(wú)法自動(dòng)啟動(dòng)，在柜頂安裝軸流風(fēng)機(jī)及柜內(nèi)斷路器底部安裝貫流風(fēng)機(jī)方式，提出了風(fēng)機(jī)控制啟動(dòng)回路的兩種優(yōu)化方案。方案一：軸流風(fēng)機(jī)安裝在柜頂時(shí)，工作原理為：開(kāi)關(guān)柜工作時(shí)，回路電流達(dá)到風(fēng)機(jī)啟動(dòng)設(shè)定值時(shí)，通過(guò)電流互感器二次繞組回路起動(dòng)繼電器線(xiàn)圈LJ1，閉合常開(kāi)接點(diǎn)LJ1，通過(guò)風(fēng)機(jī)起動(dòng)回路起動(dòng)風(fēng)機(jī)M，起動(dòng)電流繼電器線(xiàn)圈LJ2，然后，常開(kāi)接點(diǎn)LJ2閉合，風(fēng)機(jī)起動(dòng)指示回路連接，風(fēng)機(jī)指示燈BD工作。當(dāng)開(kāi)關(guān)不工作時(shí)，使用HK風(fēng)機(jī)控制開(kāi)關(guān)手動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，以檢查風(fēng)機(jī)控制回路的完整性，并確保正確操作風(fēng)機(jī)以進(jìn)行后續(xù)工作。該設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)了二次風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)功能，通過(guò)自動(dòng)檢測(cè)開(kāi)關(guān)柜一次回路的電流值來(lái)監(jiān)控風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，使風(fēng)機(jī)控制趨于智能化。LJ1繼電器的選型和動(dòng)作整定值可按公式設(shè)定，中置柜風(fēng)機(jī)KYN18C-12和KYN28A-12等一次側(cè)電流值一般設(shè)置為2500A，電流互感器一次側(cè)電流值為柜內(nèi)安裝電流互感器的電流值;LJ2繼電器按DL-31/0.6A選用，整定值一般按0.4A整定。方案二：當(dāng)貫流風(fēng)機(jī)安裝在柜內(nèi)斷路器底部時(shí)，該方案工作原理與上述方案一類(lèi)似，不同之處在于，當(dāng)開(kāi)關(guān)柜配備貫流風(fēng)機(jī)時(shí)，風(fēng)機(jī)可附帶微動(dòng)開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行時(shí)，當(dāng)回路電流達(dá)到風(fēng)機(jī)啟動(dòng)設(shè)定值時(shí)，繼電器線(xiàn)圈LJ1通過(guò)電流互感器二次繞組回路啟動(dòng)，LJ1常開(kāi)接點(diǎn)閉合，通過(guò)風(fēng)機(jī)起動(dòng)回路起動(dòng)風(fēng)機(jī)M，其風(fēng)機(jī)微動(dòng)開(kāi)關(guān)常開(kāi)接點(diǎn)S閉合，風(fēng)機(jī)起動(dòng)指示回路接通，風(fēng)機(jī)指示燈BD工作，該方案可少配備一只電流繼電器，接線(xiàn)較簡(jiǎn)單。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉丙剛.中壓開(kāi)關(guān)柜的二次優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].電工電氣，2016（02）.

[2]康在強(qiáng).中壓開(kāi)關(guān)柜的二次優(yōu)化設(shè)計(jì)研究分析[J].自然科學(xué)，2016（01）.