/西安高壓電器研究院有限責(zé)任公司 付魯軍 王平 李樹平 韓辰光/

中壓智能化二次配電12kV氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備

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本文介紹了一種智能化12kV箱型固定式戶內(nèi)交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備，著重介紹了其配用的智能電子裝置的功能及試驗驗證情況。

智能化 智能電子裝置 交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備 型式試驗

0 引言

隨著我國智能電網(wǎng)的建設(shè)，對電器產(chǎn)品的智能化水平提出了新的要求。根據(jù)市場調(diào)研，國外有部分環(huán)網(wǎng)柜已經(jīng)具有了智能化功能，因此研發(fā)出適合國內(nèi)電網(wǎng)的智能化12kV氣體絕緣環(huán)網(wǎng)柜，能夠填補(bǔ)國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品的空白。

中壓智能化二次配電12kV氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備是開關(guān)設(shè)備和智能電子裝置的有機(jī)結(jié)合，使開關(guān)設(shè)備在具有傳統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，還具備測量數(shù)字化、控制網(wǎng)絡(luò)化、狀態(tài)可視化、功能一體化和信息互動化等功能。

1 產(chǎn)品簡介

本產(chǎn)品為12kV氣體絕緣環(huán)網(wǎng)柜和智能電子裝置的有機(jī)結(jié)合，是新一代智能化、模塊化、小型化的開關(guān)產(chǎn)品，如圖1所示。開關(guān)設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)為：

額定電壓：12kV；

圖1 產(chǎn)品外觀

額定電流：負(fù)荷開關(guān)柜和斷路器柜為630A、組合電器柜為100A；

機(jī)械壽命：斷路器10000次、負(fù)荷開關(guān)5000次、接地開關(guān)3000次；

負(fù)荷開關(guān)柜：100%有功負(fù)載電流操作循環(huán)次數(shù)為100次，閉環(huán)開斷電流操作循環(huán)次數(shù)為10次，短路關(guān)合電流操作循環(huán)次數(shù)為2次；

組合電器柜：熔斷器額定短路開斷電流為31.5kA，負(fù)荷開關(guān)轉(zhuǎn)移電流為1700A；

斷路器柜：斷路器額定短路開斷電流為20kA，短路關(guān)合電流操作循環(huán)次數(shù)為2次；

產(chǎn)品的外觀尺寸（寬×高×深）：3 5 0 m m×1 8 0 0 mm×810mm，斷路器柜為420mm×1800mm×810mm，開關(guān)設(shè)備的參數(shù)均達(dá)到或高于國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍。

產(chǎn)品在滿足絕緣、溫升、開斷和機(jī)械壽命等傳統(tǒng)開關(guān)設(shè)備技術(shù)要求的同時，還附加了智能電子監(jiān)控裝置，智能裝置的加入不影響開關(guān)設(shè)備的原有性能。

本產(chǎn)品配用的智能電子裝置包括智能保護(hù)單元（主IED）、電纜頭溫度在線監(jiān)測裝置、氣體密度檢測報警裝置等智能電子裝置，安裝在環(huán)網(wǎng)柜控制室內(nèi)，可以完成遠(yuǎn)方/就地控制、測量數(shù)字化、控制網(wǎng)絡(luò)化、狀態(tài)可視化、功能一體化和信息互動化的功能。

產(chǎn)品符合易擴(kuò)展、易升級、易改造、易維護(hù)的工業(yè)化應(yīng)用要求，具有很高的可靠性，產(chǎn)品在電力系統(tǒng)中服務(wù)期間可以做到免維護(hù)，極大地提高了供電部門的維護(hù)時間和精力，節(jié)省了大量的社會資源。

2 智能電子裝置的功能

智能電子裝置由一個執(zhí)行保護(hù)的多功能智能化數(shù)字電子繼電器組成。根據(jù)模式可以完成就地控制、遠(yuǎn)方控制、電氣參數(shù)測量、自動化監(jiān)控等功能，可以滿足當(dāng)前和未來對變電和配電站自動化、控制及保護(hù)的需要。

本裝置采用當(dāng)前較流行的32位高性能芯片（硬件乘法器、大容量快速閃存、并行結(jié)構(gòu)及流水線技術(shù)），提高了保護(hù)裝置的數(shù)據(jù)處理能力，便于實現(xiàn)更快的算法和優(yōu)化的高級語言操作；同時，采用寬溫型圖形液晶顯示器，全中文顯示，人機(jī)界面友好、操作方便、維護(hù)簡單。其主要性能參數(shù)如下：

工作電源：AC或DC 85～265V；

二次額定輸入電流：1A；

電流精度：0.5級；

電磁兼容試驗：4級；

工作溫度：-25℃～ +70℃ ≤95RH；

使用場合：無腐蝕性氣體及粉塵；

控制器：采用IEC61850協(xié)議Goose指令與站控層進(jìn)行通信；

外型尺寸（寬×高×深）：126mm×126mm×102mm ；

開孔尺寸：113mm×113mm。

2.1 系統(tǒng)功能設(shè)置

智能電子裝置滿足IEC 61850通訊協(xié)議，可對斷路器、隔離開關(guān)或負(fù)荷開關(guān)進(jìn)行分合閘操作。不同種類的開關(guān)設(shè)備可以通用一種智能電子裝置，只需要更改內(nèi)部參數(shù)設(shè)定便能夠滿足負(fù)荷開關(guān)柜、組合電器柜或斷路器柜的使用要求，易用性好，設(shè)置界面如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置界面

2.2 測量和顯示功能

可進(jìn)行一次回路狀態(tài)顯示、三相電流，三相電纜頭溫度，SF6氣體密度和環(huán)境溫度的測量和顯示功能，根據(jù)不同開關(guān)可選擇不同的狀態(tài)顯示圖，根據(jù)不同開關(guān)狀態(tài)實時顯示開關(guān)的狀態(tài)。采用寬溫型圖形液晶顯示器，全中文顯示，人機(jī)界面友好、操作方便、維護(hù)簡單，如圖3所示。

圖3 智能電子裝置的顯示界面及氣體密度傳感器裝置

2.3 監(jiān)控和保護(hù)功能

可實現(xiàn)三相過流定時限保護(hù)、三相過流反時限保護(hù)、零序過流定時限保護(hù)、零序過流反時限保護(hù)、短路電流閉鎖、防跳閘等保護(hù)功能。

當(dāng)前國內(nèi)的大多數(shù)熔斷器在電流大于其額定電流的四倍值時才會確保熔斷，在1～4倍的額定電流下為其保護(hù)死區(qū)，很難起保護(hù)作用。有了這一智能保護(hù)裝置，便可有效彌補(bǔ)這一空白區(qū)的不足，起到更好的保護(hù)作用。

2.4 數(shù)據(jù)記錄和查詢功能

可進(jìn)行保護(hù)時間、溫度報警和壓力報警等信息的記錄，可記錄10個故障動作的時間值及動作電流值，可對所記錄的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。

3 試驗驗證情況

本產(chǎn)品完成了全套智能化開關(guān)設(shè)備型式試驗，全套智能組件伴隨完成所有試驗過程，試驗過程在高電壓、大電流的電磁環(huán)境下智能電子裝置工作正常。本產(chǎn)品是國內(nèi)首臺完成全部智能化環(huán)網(wǎng)柜型式試驗的配電設(shè)備產(chǎn)品。

在電磁兼容試驗過程中，進(jìn)行了如下表所示的幾個試驗項目。各項電磁兼容試驗均通過遠(yuǎn)程控制對環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)行分合閘操作，保證開關(guān)設(shè)備配用智能電子裝置后在電磁干擾的情況下正常運行，不發(fā)生誤動、拒動、通訊故障等異常情況，通過觀察智能電子裝置液晶顯示屏，顯示開關(guān)狀態(tài)、SF6氣體密度和電纜頭溫度的在線監(jiān)測功能工作正常。

表 電磁兼容試驗項目

在大容量試驗中，解決了智能電子裝置和開關(guān)設(shè)備本體進(jìn)行聯(lián)調(diào)時各個環(huán)節(jié)間出現(xiàn)的通訊連接和配合等問題，試驗結(jié)束后智能電子裝置工作正常。

在溫升試驗中進(jìn)行了溫度比對試驗，電纜頭溫度在線監(jiān)測裝置的分辨率為0.1℃，試驗結(jié)果顯示電纜頭溫度監(jiān)測值與實際電纜頭連接處的溫度值比對誤差小于3℃ 。

由于試驗條件限制，智能電子裝置的保護(hù)功能沒有與開關(guān)設(shè)備一起進(jìn)行試驗驗證，但智能電子裝置獨立進(jìn)行了型式試驗。

在全套型式試驗中，經(jīng)過與國家高壓電器質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心的協(xié)商，逐步形成了智能化開關(guān)設(shè)備試驗內(nèi)容、檢驗方法和評判準(zhǔn)則，為制定《3.6kV～40.5kV智能交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備》標(biāo)準(zhǔn)提供了依據(jù)。型式試驗全部采用基于IEC61850 Goose指令的網(wǎng)絡(luò)控制方式，試驗過程中進(jìn)行了開關(guān)的狀態(tài)監(jiān)測、氣體密度在線監(jiān)測，進(jìn)行電纜頭溫度在線監(jiān)測，如圖4～圖5所示。

圖4 通過IEC61850協(xié)議Goose指令由智能電子裝置發(fā)出控制信號完成大容量試驗

圖5 在線監(jiān)測功能的溫度比對試驗

4 結(jié)束語

本產(chǎn)品具有基本開關(guān)功能的同時，還具有測量、報警、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)查詢和通訊等功能；結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、性能穩(wěn)定，集成性好、體積小、重量輕、價格便宜、安裝方便，具有完善的機(jī)械聯(lián)鎖與電氣聯(lián)鎖，防護(hù)等級符合要求，全部采用國產(chǎn)材料和元器件。

該產(chǎn)品有機(jī)地融合了一次設(shè)備與智能化單元，首家通過了智能交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備型式試驗，綜合技術(shù)水平處于同類產(chǎn)品國際領(lǐng)先。