KYN44-12智能化交流金属封闭开关设备设计探索

KYN44-12智能化交流金属封闭开关设备设计探索

何丽瑾

 浙江八达电子仪表有限公司时通电气分公司 浙江省 金华市 321000

摘 要   在普通中置柜结构简单、连锁可靠、互换性高及操作使用安全方便的基础上，进行结构和功能上的创新设计。采用多项智能化技术，满足智能电网对变电站所的智能化无人值守和程序化操作。

关键词  智能化  程序化  可靠性 

一、概述

12kV交流金属封闭开关设备（下面简称中置柜）在我国的应用经历了引进、消化吸收和技术再创新的过程。目前中置柜已经成为国内电力系统中压开关设备的主流产品。随着社会各行各业对供电可靠性和安全性和国网公司对坚强电网要求的进一步提高，变电站所的智能化无人值守和程序化操作已经越来越普遍。

普通中置柜的主要缺点是主要设备仍靠手动操作为主，测量和保护信号以电信号为主，对设备运行中的温升、绝缘等还缺少监测、分析及预警。远不能满足智能电网发展的需要。KYN44-12智能化交流金属封闭开关设备按照GB3906-2006《3~35kV交流金属封闭开关设备》和IEC62271-200：2003《额定电压1kV以上52kV以下交流金属封闭开关设备和控制设备》要求采用多项智能化技术。一次元件配置了采用远方遥控的电动机构的断路器底盘车和接地开关，互感器采用了电子式互感器；二次元件满足智能变电站电能传输的安全性和可靠性，是智能变电站建设工作的亮点之一。

二、结构设计

开关设备由固定的柜体和可移开部件两大部分组成。根据柜内电气设备的功能，柜体用金属隔板分成四个不同的功能单元，即母线室、断路器室、电缆室、仪表室。柜体的外壳和各功能单元之间的隔板均采用敷铝锌钢板弯折后铆接而成。可移开部件配装ZN73-12、VD4等型号的真空断路器手车、隔离手车、电压互感器手车、高压熔断器手车等，以上手车配用电动底盘车既可电动操作也可直接手动操作。

柜体。开关设备的门板面漆采用粉末静电喷涂后焙烤，表面抗冲击，耐腐蚀，外型美观。外壳和隔板选用2毫米敷铝锌钢板经数控机床加工，采用多重折边工艺制作而成。柜体采用组装式结构，用拉铆螺母和高强度的螺栓连接而成，零部件通用性强，使加工生产周期缩短。柜体机械强度高，并能保证尺寸上的统一和很强的抗氧化性。

手车。手车框架由冷轧钢板经弯折及焊接而成。手车与柜体配合精度高,机械联锁安全、可靠、灵活。根据用途可分为真空断路器手车、电压互感器手车、隔离手车、高压熔断器手车等。相同功能的手车具有完全的互换性。手车在柜内有“工作”位置和“试验/隔离”位置。每一位置均设有定位闭锁装置，手车处于特定位置时才允许进行相应的操作。

隔室。开关设备主要电气元件都有独立的隔离室、断路器室、母线室、仪表室等，各隔离室间防护等级都达到IP2X。除仪表室外，其它三隔室都分别有泄压通道。由于采用了中置式布置形式，电缆室空间较大。断路器室两侧安装了导轨，供手车在隔室内行进。手车能在“工作”位置、“试验/隔离”位置之间移动。能有效改善绝缘体内部电场分布的屏蔽静触头盒安装在中框架中部的3毫米厚不锈钢板上，屏蔽静触头盒前部为上、下活门，活门由金属板（大电流柜为绝缘板）制成。手车从“试验/隔离”位置移动至“工作”位置的过程中，上、下活门随手车移动而自动打开；手车反方向移动时活门自动闭合，直至手车退至一定位置而完全覆盖住屏蔽静触头盒，形成有效隔离。由于上、下活门之间不联动，在检修时，可锁定带电侧的活门，从而保证操作人员不会触及带电体。母线隔室选用了能有效改善绝缘体内部电场分布的屏蔽套管，如果出现内部燃弧故障，能有效地把事故限制在隔室内部而不向其它柜蔓延。开关设备采用中置式，因此电缆室空间较大。电流互感器、电动接地开关安装在后框架上。隔室前下部还可按需要安装避雷器和熔断器、电压互感器。必要时每相最多可装8根单芯电缆。电缆室的底部配制可卸式电缆封板，确保了施工的方便。仪表室供继电保护元件、仪表、带电显示器及二次设备安装。控制线路敷设在具有充裕空间的二次电缆导线槽内。进出开关柜的控制电缆通过预留于左边的导线槽进入仪表室，本柜内的控制电缆导线槽设在开关柜右侧。在仪表室的侧板上还留有控制电缆穿越孔，以方便二次线路施工。仪表室顶室部为小母线室。

电动接地开关。该接地开关是在原来的接地开关上加装电动操作机构而成的, 与接地开关的外型尺寸、安装尺寸和联锁功能完全一致,电动操作和手动操作不需要切换。电动接地开关配有手动优先操作机构，在手动操作手柄插入操作孔后，自动断开接地开关的电动回路。

接地装置。在电缆室内单独设有不小于5×50mm的接地铜排,且贯穿相邻各柜并与柜体良好连接,供直接接地元件使用。接地铜排引出柜体后与变电所接地系统相连接。确保运行人员触及柜体时的安全。

三、防误操作的功能设计

二次插头与手车的位置联锁。开关设备上的二次线与手车的二次线联络是通过手动的二次插头来实现的。二次插头的动静触头通过一个尼龙波纹管与手车相连，二次插座装设在开关柜断路器室的右上方。只有当手车处于“试验/隔离”位置时，才能插上和拔下二次插头。手车处于“工作”位置时，由于机械联锁作用，二次插头被锁定，不能被拔下。配装合闸闭锁电磁铁的断路器手车，在二次插头接通之前，手车的合闸装置被电磁铁锁定，断路器仅能分闸，无法进行合闸操作。

四、开关设备的操作程序设计

KYN44-12开关设备是以机械联锁为主，辅之以电气联锁实现其“防误”功能。联锁操作过程中如发现操作阻力增大，应在排除误操作可能的前提下及时检查联锁装置。

隔离手车不具备接通和断开负荷电流的能力,因此在带负荷的情况下不允许移动手车。在进行隔离手车柜内操作时，必须保证先将与之相配合的断路器分闸（此时其辅助触点转换，解除与之配合的隔离手车上的电气联锁）才能操作隔离手车。

虽然开关设备设计有保证各部分操作程序正确的联锁装置，但是操作人员对开关设备仍应严格按操作规程和本技术文件进行操作，不得随意操作。更不应在操作受阻时不加分析强行操作，否则，容易造成设备损坏，甚至引起事故。

五、智能控制单元设计

智能控制单元用于完成对一次元器件运行参量与运行状态的监测和纪录,对设备和被控对象的保护和控制,以及现场开关设备与远方上位控制和管理中心的通信,是电器元件及开关设备实现智能化控制的核心。

开关柜互感器采用双A/D采样模式电流电压组合型电子式互感器（ECVT），与开关柜一体化设计，提高了设备可靠性。柜内智能终端和合并单元集成设计，设备就地放置。

开关柜一体化智能电控单元作为过程层智能单元，集成了断路器手车和接地开关电动操作、动触头无线测温、状态指示、带电显示等功能。通过柜内机械、电动双重闭锁，最大程度降低误操作可能，为可靠供电提供了保证。线路采用保护、测控、计量四合一装置，减少装置数量，提高了硬件集成度。

六、结论

智能化变电站是电网发展的必然趋势，综上所述，KYN44-12智能化交流金属封闭开关设备采用无线测温技术，使用一体化、微型封装技术的无线传感器，实现智能开关设备运行温度、温升和相间温差的高可靠实时在线监测，为智能变电站的安全运行提供数据支持。