淺析開(kāi)閉所環(huán)網(wǎng)柜應(yīng)用的若干技術(shù)問(wèn)題:
【摘要】結(jié)合配電網(wǎng)對(duì)配電設(shè)備的要求,對(duì)開(kāi)閉所環(huán)網(wǎng)柜應(yīng)用中的一次接線、環(huán)網(wǎng)柜型式、五防裝置、開(kāi)關(guān)設(shè)備及操作電源系統(tǒng)的選擇配置問(wèn)題作了探討。
隨著城市配電網(wǎng)的發(fā)展,對(duì)設(shè)備的要求不斷提高,經(jīng)歷了不同時(shí)期與不同類(lèi)型的發(fā)展。其中以10kV環(huán)網(wǎng)柜為基礎(chǔ)的開(kāi)閉所,由于其經(jīng)濟(jì)、便捷、***的優(yōu)勢(shì),在城市配網(wǎng)中發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。本文總結(jié)我局近年來(lái)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),結(jié)合實(shí)際,對(duì)開(kāi)閉所環(huán)網(wǎng)柜應(yīng)用中的若干技術(shù)問(wèn)題作如下探討,供讀者參考。
1、一次主接線選擇:
開(kāi)閉所要求一次接線簡(jiǎn)單清晰,采用單母線或者單母線分段接線。當(dāng)采用單母線分段接線時(shí),2路電源進(jìn)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(jiǎn)單,運(yùn)行維護(hù)方便。如負(fù)荷較集中但超出單個(gè)開(kāi)閉所的供電范圍的居民小區(qū),需多個(gè)分散的開(kāi)閉所供電,這類(lèi)開(kāi)閉所以設(shè)計(jì)為"手拉手"接線為優(yōu),"***狀"接線(即單電纜環(huán)網(wǎng)聯(lián)結(jié),開(kāi)環(huán)運(yùn)行)方式為次,其優(yōu)點(diǎn)是:遇故障時(shí),甩開(kāi)故障點(diǎn),可用環(huán)網(wǎng)***供電,提高供電可靠性。
2、環(huán)網(wǎng)柜的選型:
按照開(kāi)關(guān)型式來(lái)分,國(guó)內(nèi)環(huán)網(wǎng)柜主要有產(chǎn)氣式、壓氣式、真空和SF6等4種。 產(chǎn)氣式和壓氣式環(huán)網(wǎng)柜由于存在開(kāi)斷負(fù)荷時(shí)弧光外露,電壽命較低,檢修維護(hù)工作量大,可靠性不高等缺陷,一般不被采用。 真空環(huán)網(wǎng)柜具有負(fù)荷開(kāi)關(guān)操作功率小,開(kāi)斷轉(zhuǎn)移電流大,容易實(shí)現(xiàn)操作等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。 SF6環(huán)網(wǎng)柜開(kāi)斷和絕緣性能優(yōu)異,操作過(guò)電壓低,操作功率小,是一種全封閉、全絕緣、免維護(hù)的產(chǎn)品。由于其性能優(yōu)良、運(yùn)行可靠、體積小等優(yōu)點(diǎn)而受供電部門(mén)和用戶的普遍歡迎。
小型化智能箱式開(kāi)閉所的開(kāi)關(guān)柜推薦選用進(jìn)口的SF6開(kāi)關(guān)柜,比如施耐德、ABB、西門(mén)子等公司的負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜。這些產(chǎn)品的可靠性高、體積小、免維護(hù)周期在 20a以上。
以施耐德***6環(huán)網(wǎng)柜為例,此柜是可擴(kuò)展模塊組合式金屬密封SF6開(kāi)關(guān)柜。開(kāi)關(guān)具有閉合—斷開(kāi)—接地3種位置并具有閉鎖功能。模擬母線能可靠地顯示開(kāi)關(guān)的閉合、斷開(kāi)及接地3種位置; 所有控制功能元件集中在正面操作板上,簡(jiǎn)化了操作;并有明顯的帶電指示器;柜內(nèi)可配置電流互感器、繼電器、跳閘線圈等,滿足自動(dòng)化及計(jì)量要求;開(kāi)關(guān)柜與電纜的連接無(wú)須使用電纜頭。
3、"五防"裝置:
開(kāi)閉所環(huán)網(wǎng)柜"五防"是指防止誤分、合開(kāi)關(guān),防止帶負(fù)荷拉、合隔離開(kāi)關(guān),防止帶電掛(合)接地線(開(kāi)關(guān)),防止帶接地線(開(kāi)關(guān))合斷路器(隔離開(kāi)關(guān)),防止誤入帶電間隔等五項(xiàng)措施?,F(xiàn)有的環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)負(fù)荷開(kāi)關(guān)一般有2種結(jié)構(gòu):①只有合、分功能的二工位負(fù)荷開(kāi)關(guān) ②具有三工位的負(fù)荷開(kāi)關(guān)。產(chǎn)氣式、壓氣式及真空負(fù)荷開(kāi)關(guān)以二工位居多,而SF6負(fù)荷開(kāi)關(guān)以三工位為多。這類(lèi)負(fù)荷開(kāi)關(guān)用于饋電回路時(shí)優(yōu)勢(shì)非常明顯。接地工位提供了很好的安全措施??梢詽M足"五防"要求。對(duì)防止帶電合接地開(kāi)關(guān)(或掛接地線),通過(guò)負(fù)荷開(kāi)關(guān)與接地開(kāi)關(guān)的聯(lián)鎖來(lái)實(shí)現(xiàn),具有當(dāng)負(fù)荷開(kāi)關(guān)斷開(kāi),出線側(cè)無(wú)電時(shí),才可操作接地開(kāi)關(guān)。電纜室門(mén)板與接地開(kāi)關(guān)之間設(shè)有閉鎖裝置,只有接地開(kāi)關(guān)閉合時(shí)才能打開(kāi)門(mén)板,反之,只有門(mén)板閉合時(shí)才允許打開(kāi)接地開(kāi)關(guān)。但當(dāng)三工位負(fù)荷開(kāi)關(guān)用于進(jìn)線柜時(shí),由于現(xiàn)在開(kāi)閉所一般采用電纜進(jìn)出線,進(jìn)線柜接線是下進(jìn)上出,則有可能發(fā)生帶接地刀合負(fù)荷開(kāi)關(guān)的誤合事故。為防止誤操作,對(duì)三工位開(kāi)關(guān)應(yīng)采取防誤聯(lián)鎖措施,可采取如下措施:采用加裝進(jìn)線側(cè)和接地開(kāi)關(guān)的電磁閉鎖方式。確保在進(jìn)線帶電時(shí),不能操作接地開(kāi)關(guān),從而也就無(wú)法打開(kāi)前柜門(mén),防止誤入帶電間隔操作。
4、進(jìn)出線開(kāi)關(guān)設(shè)備的選用:
環(huán)網(wǎng)柜開(kāi)關(guān)保護(hù)設(shè)備選擇一般有兩種途徑:一是利用斷路器,另一種是用負(fù)荷開(kāi)關(guān)。斷路器既可斷開(kāi)正常負(fù)荷電流也可斷開(kāi)短路電流。負(fù)荷開(kāi)關(guān)一般用于開(kāi)斷正常工作電流。即負(fù)荷電流,但它與熔斷器配合使用時(shí),則具有一定的開(kāi)斷短路電流能力。
對(duì)環(huán)網(wǎng)供電單元來(lái)說(shuō),開(kāi)閉所進(jìn)線大多數(shù)情況下沒(méi)有必要采用斷路器,而是用負(fù)荷開(kāi)關(guān)。其一是經(jīng)濟(jì)上比較合算。對(duì)于同樣的電壓等級(jí),同樣容量的負(fù)荷開(kāi)關(guān)+熔斷器,價(jià)格僅為斷路器的幾分之一。其二是斷路器保護(hù)的上下級(jí)級(jí)差配合非常困難,因?yàn)榄h(huán)網(wǎng)配電網(wǎng)絡(luò)首端斷路器(即變電所的10kV饋線斷路器)的保護(hù)設(shè)置一般為:速斷0s,過(guò)流0.5s。若環(huán)網(wǎng)柜中采用斷路器,即使整定為0s動(dòng)作,由于斷路器固有動(dòng)作的分散性,也很難保證不是上級(jí)斷路器動(dòng)作,所以開(kāi)閉所進(jìn)線宜采用負(fù)荷開(kāi)關(guān)。在實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化前,當(dāng)主線發(fā)生短路故障時(shí),由變電所動(dòng)作切除故障。
對(duì)于出線保護(hù)而言,其負(fù)荷為直接的配電變壓器,其容量一般不大于1250kVA,***數(shù)達(dá)1600kVA,對(duì)于容量不超過(guò)1600kVA的配電變壓器采用負(fù)荷開(kāi)關(guān)+熔斷器的組合比采用斷路器更為有效:一是結(jié)構(gòu)型式簡(jiǎn)單,造價(jià)低;二是保護(hù)特性好,短路試驗(yàn)證明,當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí),為使油箱不***,必須在20ms內(nèi)切除短路故障,而斷路器的全開(kāi)斷時(shí)間由三部分組成:繼電器保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間+斷路器的固有動(dòng)作時(shí)間+燃弧時(shí)間,一般需要三周波60ms,而限流熔斷器則可保證在10ms內(nèi)切除故障,熔斷器與負(fù)荷開(kāi)關(guān)配合使用,熔斷器動(dòng)作后,由撞擊器啟動(dòng)負(fù)荷開(kāi)關(guān)的脫扣器,負(fù)荷開(kāi)關(guān)定時(shí)聯(lián)動(dòng)開(kāi)斷,從而保證變壓器的安全。如果配變?nèi)萘枯^大大于1600kVA則宜選用斷路器。
5、操作電源配置:
在開(kāi)閉所中,由于開(kāi)關(guān)柜數(shù)量較少,線路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,多為單回路或雙回路進(jìn)線,基本上沒(méi)有所用電源或外電源,這給開(kāi)關(guān)操作電源的選取帶來(lái)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供電方式主要是利用TV向操作回路提供電源。一種方法是直接利用TV提供100V操作電源;另一種方式是由TV經(jīng)中間變壓器提供220V操作電源。當(dāng)進(jìn)線柜要承擔(dān)電能計(jì)量功能時(shí),由于計(jì)量用TA或TV必須使用***的二次線圈,如果計(jì)量和操作回路分別使用一組TV,則很難裝在一臺(tái)高壓開(kāi)關(guān)柜中,對(duì)于這種情況,往往對(duì)TV二次側(cè)采用雙繞組的方式,一組精度為0.2級(jí)的繞組用于計(jì)量,另一組大容量繞組用于提供操作電源。因此,如果操作回路中有整流器件,將產(chǎn)生諧波并耦合到計(jì)量回路中,對(duì)計(jì)量精度產(chǎn)生影響。此外,對(duì)于TV供電方式,當(dāng)高壓母線或進(jìn)線發(fā)生兩相或三相短路時(shí),電壓互感器安裝處的殘壓非常低,二次電壓下降到低于斷路器分閘線圈***低動(dòng)作電壓,若采用微機(jī)保護(hù),將使保護(hù)設(shè)備不能正常工作。
(2)DC供電方式是采用蓄電池通過(guò)直流電源屏向操作回路提供電源。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí),由整流回路或高頻開(kāi)關(guān)電源提供直流操作電源。交流失電時(shí),由蓄電池經(jīng)穩(wěn)壓回路提供直流操作電源。直流電源可靠性好但造價(jià)高,開(kāi)閉所由于結(jié)構(gòu)緊湊,放置直流屏也很困難。目前,直流電源箱和壁掛直流電源這種小型直流電源體積小,可掛在墻上或墻角安裝且價(jià)格為同類(lèi)直流電源屏的1/3~1/2,在很多項(xiàng)目中已開(kāi)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(tǒng)交流電源通過(guò)UPS向操作回路供電。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),UPS通過(guò)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(hù)設(shè)備供電。高壓電源正常時(shí),由低壓電源向操作回路供電,系統(tǒng)失電或故障時(shí)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(shí)出線的計(jì)量問(wèn)題和保護(hù)拒動(dòng)現(xiàn)象。總之,開(kāi)關(guān)操作電源采用TV供電方式,雖然不需要在高壓柜以外增加設(shè)備,但對(duì)電能計(jì)量和保護(hù)回路都有潛在的影響,在工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免使用TV供電方式。DC供電方式和UPS供電方式?jīng)]有對(duì)高壓電源的依賴(lài)性,對(duì)計(jì)量和保護(hù)沒(méi)有影響并具有很高的可靠性。對(duì)于有條件的開(kāi)閉所可優(yōu)先選擇操作電源采用DC供電。如果從節(jié)省工程造價(jià)角度出發(fā)可選用UPS供電方式也完全可以滿足可靠性的要求。
6、結(jié)語(yǔ):
環(huán)網(wǎng)柜在城市配電中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,在開(kāi)閉所環(huán)網(wǎng)柜設(shè)計(jì)選型時(shí),只有根據(jù)實(shí)際要求制定適當(dāng)?shù)姆桨福拍茉诒WC安全可靠的前提下,提高經(jīng)濟(jì)性。