变电站预制式智能控制柜二次系统研究

变电站预制式智能控制柜二次系统研究

何涛,郭东方,何畅,梁亚明

平高集团有限公司 河南省平顶山市 467001

摘要：随着变电站数量的增加和土地资源的匮乏，其分布变得越来越困难。在传统的变电站建设项目中，电气二次专业施工的连接和调试只能在第一台设备安装后进行。一旦错误接线，整个施工过程将受到影响。因此，研究变电站建设的新模式，缩短建设周期，节约空间，已成为变电站建设的关键问题。提出了预制控制柜模块化二次系统的实现方案。柜内有两个模块，一个是一次模块，另一个是二次模块，使用过程二次设备。两个模块均内置智能控制柜，空间位于节能柜内，为规范220kV HGIS变电站二次回路设计，去除冗余二次回路，设计模块化设计方案，将一次、二次间隔的设备组合在一起，提高了变电站设备的设计效率和可替代性。

关键词:模块化;预制式智能控制柜;二次回路

变电站在缩短变电站建设时间、节约资源方面具有明显优势。与传统变电站结构相比，模块化结构具有方便拼接、调节效率高等优点。在操作和维护过程中，一旦模块功能出现问题，可以更换拼接，提高了操作和维护的方便性。终端预制智能控制柜是连接一、二次电气连接的接口。预制智能控制柜技术的使用已成为制约二次设备模块化设计的关键因素之一。以220kV变电站模块化建设为例，介绍了典型机柜智能控制预制模块的设计与实现，为变电站模块化建设提供了有益的参考。

一、预制式二次设备应用现状

1.传统的汇控柜一次设备。GIS制造商生产的传统设备，汇控柜一般称为变电站隔离开关和断路器。将单相机构信号和操作能量集中到就地柜中。每个GIS机柜都有一个汇控柜，为二次回路提供一个间隔里。汇控柜内的所有设备必须贴设有铭牌。使用下进线电缆，并设有盖板。母线开关柜配有模拟接线盘、操作开关、模式开关、断路器等。不同厂家生产的汇控柜尺寸与GPS不同，没有标准化。因此，在订购GIS设备后，设计单位必须根据制造商的数据提供基础数据和其他数据。由于订货时间长，工厂数据上报晚，工厂数据反复变化，现场施工计划时间可以延长。显然，GIS设备制造商提供的GIS一次控制不符合标准智能配电站的建设理念和标准设计，其规模需要标准化。

2.应用智能控制柜。目前，站内智能控制柜基本上处于“传统一次设备-智能控制设备”的模式。智能控制单元定位到位并与一次设备集成。智能控制模块包括合并、智能终端、就地保护、测控、录波装置。

3.智能控制柜故障。目前，智能变电站的建设需要将GIS汇控柜和智能控制柜中。然而，在存在一些问题。在项目实施过程中，一二次制造商必须参与设计。一次设备的工厂完成第一次和二次连接，二次接线在现场完成。一次和二次接口不明确往往会导致设计过程中的重复确认和修改。显然，这种设计模式不能满足智能配电站的设计要求，因此智能配电柜的设计需要改进。

二、汇控柜的模块化布局

传统HGIS变电站机构箱、智能控制柜是两个独立的，机构箱主要由端子和接线板组成，涉及一次设备控制和远程传输。智能控制柜配有过程层或二次设备，用于控制电流、电压转换器、断路器、刀闸等设备属于不同的专业，协调性差，容易减慢施工进度，影响施工效率。在这项工作中，开发了一种新的智能模块化机柜布局，如图1所示。机构箱底部设有合并单元、智能终端，二次设备安装在屏柜顶部，屏柜的不变长度和宽度，合理利用柜内高度，在恒定条件下减少面积的同时，便于工厂接线、安装调试，提高变电站的模块化水平

图1某220kV线路间隔设备布置

三、二次回路标准化

1.冗余防跳回路取消。断路器防跳用于防止接点粘连和频繁切换，从而对操作造成损坏。在传统的二次回路设计中，断路器本体和智能终端都有防跳回路。机构箱内的防跳回路原理与合闸回路并联实现。防跳继电器收到切换命令后，关闭合闸回路，禁止重新合闸。在智能终端操作回路，以A相为例，回路中串接中带防跳继电器的TBJa线圈，并使用触点继电器动态断开TBJVa连接电路中的触点。断路器断开电路后，TBJa电流线圈为保护继电器的释放提供电压。其动态闭合触点、TBJVa电压线圈动态闭合触点和闭合电路断开。保存手合触点（遥控）时避免重新启动和断开开关通过对两种锁定原理的分析，得出结论：断路器机构箱中防跳回路启动状态是只要闭合触点闭合，电路就可以与电路状态分离。智能终端防跳电路的启动状态为触发激活。如果启动跳闸动作，但电路没有故障，则无法防跳。因此，智能终端中的防跳电路更加合理可靠，避免了电路频繁启动。因此，本文设计并选择了一种智能防跳终端。

2.减少机构配套环节。在传统的二次回路设计中，断路器和隔离开关制造商通常有10-20对辅助触点。触点的冗余布置不利于本地辅助设备的散热，也不利于模块化和紧凑设计的发展。智能变电站的辅助触点直接与智能终端的输入电路相连，并由单独的机构将其发送至智能终端。单个机构只需要一开一闭和两个触点。对于二次设备220kV，每个机构只需要4副接点。考虑到备用预留，每个主要设备配备六个触点。

3.冗余压力闭锁回路取消。如果断路器中出现异常SF6气体压力，则必须将其闭合。一般来说，该功能可以通过智能变电站中的两个二次回路来实现。一个是本体的二次回路，另一个是智能连接的二次回路。在机构箱内中，制造商通常通过安装密度继电器来检查SF6气体压力，如果气压力异常，则依次打开和关闭电路中的永久闭合串接。

四、机构尺寸标准化

传统机柜采用前门旋转结构，设备安装在前门上，旋出后连接到设备后侧。然而，由于柜门支撑限制了设备的数量，频繁布线将导致电线故障。本文采用的是二次设备前接线、前显示，设备的连接都是通过排线与装置实现的。提供一个通用的显示和控制面板。掀起后，可能会发生内部插入。它可以通过模块连接。这种结构类似于翻盖电话，可以解决设备运行前后以及布线后的空间问题。预制智能柜与预制柜内二次设备之间的光缆连接采用双端预制光缆。安装基于HGIS的预制模块。从控制电缆到竖井的HGIS主要部件在工厂内连接良好，需要整体布置和升级各个处理设施。由于本节所述设备到达施工现场时无需布线，HGIS的“即装即用”或“预制”设备可大大缩短安装时间。

根据220kV模块化变电站二次设备的特点，分析了预制式智能控制柜的集成电路一、二次设备标准设计。提高了设备运行可靠性，节省了机柜控制空间和控制电缆。位于工艺层或预装智能控制单元的所有二次设备应配备前开门、前配线连接装置，以减小机柜尺寸，便于操作和维护。

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