北京特種工程設(shè)計(jì)研究院 劉惠文 張 瑩 鄧雅琦 李軼倫

供配電系統(tǒng)是航天發(fā)射場(chǎng)的動(dòng)力源泉，一旦斷電發(fā)射場(chǎng)直接癱瘓，測(cè)試流程直接終止，因此供配電系統(tǒng)的可靠性對(duì)發(fā)射場(chǎng)至關(guān)重要。目前變電站已連續(xù)運(yùn)行多年，設(shè)備老化陳舊、備件缺乏停產(chǎn)、故障陸續(xù)出現(xiàn)，系統(tǒng)智能化程度較低、可靠性逐年降低，考慮到供電系統(tǒng)的重要性和可靠性，升級(jí)改造勢(shì)在必行。

航天發(fā)射場(chǎng)供配電系統(tǒng)要求設(shè)備成熟可靠，并不是把先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性放在首位，而是要求把可靠性放在首位，確保系統(tǒng)運(yùn)行萬(wàn)無(wú)一失。故障發(fā)生后要求快速準(zhǔn)確定位、快速判讀分析、快速檢修回復(fù)，盡快縮短停電時(shí)間，盡量降低停電對(duì)任務(wù)的影響，依據(jù)這些原則和要求對(duì)供配電系統(tǒng)實(shí)施改造。同時(shí)要求改造應(yīng)用的設(shè)備和技術(shù)必須成熟可靠，在實(shí)際應(yīng)用中證明是合理可靠的。因此需經(jīng)過反復(fù)論證、充分調(diào)研，確保萬(wàn)無(wú)一失。

1 改造具體設(shè)備和技術(shù)應(yīng)用

經(jīng)前期的大量參觀調(diào)研，并結(jié)合設(shè)計(jì)人多年的發(fā)射場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，某航天發(fā)射場(chǎng)對(duì)原有老化的設(shè)備進(jìn)行了大量的升級(jí)改造，提高了智能化水平，達(dá)到了良好效果，主要包括以下幾個(gè)方面。

1.1 航天發(fā)射場(chǎng)35kV主變壓器

大容量35kV 干式變壓器在民用建筑工程中已應(yīng)用廣泛，但在發(fā)射場(chǎng)項(xiàng)目中尚無(wú)應(yīng)用，目前主變?nèi)圆捎糜徒綖橹?。樹脂澆注線圈干式變壓器具有防火難燃不爆、不污染環(huán)境、體積小噪聲低、工程安裝簡(jiǎn)單、無(wú)需集油池、可深入負(fù)荷中心、安裝費(fèi)用低、常年免維護(hù)、溫升低、超銘牌容量運(yùn)行能力大、承受突發(fā)短路能力強(qiáng)、運(yùn)行安全可靠、損耗低、節(jié)能顯著、絕緣水平高、局部放電量小等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)得到快速發(fā)展，已成為國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)必不可少的設(shè)備。缺點(diǎn)就是造價(jià)略高、大容量有限，對(duì)運(yùn)行溫濕度環(huán)境有要求；油浸式變壓器具有高穩(wěn)定性抗干擾、耐久性強(qiáng)、容量大、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但也存在體積較大、檢修維護(hù)工作量大、可燃可爆等缺點(diǎn)[1-2]。

綜合考慮發(fā)射場(chǎng)可靠性要求高、維護(hù)人員較少、防火防爆等要求，改造采用了低噪聲低損耗樹脂澆注線圈干式變壓器，目前設(shè)備運(yùn)行良好，效果顯著。

1.2 一體化繼電測(cè)控保護(hù)裝置

繼電保護(hù)系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中扮演著關(guān)鍵的角色，其作用是當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障或者異常工況時(shí)，實(shí)現(xiàn)最短時(shí)間和最小區(qū)域內(nèi)切除故障、發(fā)出信號(hào)，降低損失和影響，是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要保障。其主要作用包括：故障檢測(cè)、故障隔離、降低故障損失、人身安全保護(hù)、信號(hào)接收處理、備用電源投入、設(shè)備監(jiān)視監(jiān)控等。

原有系統(tǒng)保護(hù)功能單一、種類較少、靈敏度較低，更新改造后采用新一代一體化繼電測(cè)控保護(hù)裝置，應(yīng)用了保護(hù)測(cè)控一體化裝置中的六功能合一技術(shù)，通過一個(gè)裝置實(shí)現(xiàn)了保護(hù)、測(cè)量、控制、遙信、合并單元、遠(yuǎn)端模塊功能，減少中間連接及傳輸環(huán)節(jié)，就地柜面安裝，提高了可靠性。具備接入保護(hù)及故障信息處理系統(tǒng)的接口，并采用符合IEC870-5-103標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約[3]。

各單元設(shè)置完善的保護(hù)裝置，主要包括：每臺(tái)35kV 主變壓器配置主保護(hù)和后備保護(hù)，主變保護(hù)安裝于35kV 和10kV 開關(guān)柜內(nèi)，保護(hù)具體配置為主變差動(dòng)保護(hù)、主變后備保護(hù)、主變非電量保護(hù)等；35kV 進(jìn)線保護(hù)配置為線路光纖差動(dòng)保護(hù)、過流保護(hù)、接地保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、加速保護(hù)、低周保護(hù)、重合閘、小電流接地選線功能，單獨(dú)的操作控制回路和斷路器遙控分合閘；35kV 饋線保護(hù)為線路距離保護(hù)、過流保護(hù)、接地保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、加速保護(hù)、低周保護(hù)、重合閘、小電流接地選線功能、單獨(dú)的操作控制回路和斷路器遙控分合閘；10kV 饋線保護(hù)為過流保護(hù)、接地保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、加速保護(hù)、低周保護(hù)、重合閘、小電流接地選線功能，獨(dú)立的操作回路和防跳回路、電源監(jiān)視回路，斷路器遙控跳、合。

備用電源自投裝置具備如下功能：4種備自投方式實(shí)現(xiàn)進(jìn)行和母聯(lián)的自動(dòng)投切、過負(fù)荷減載、過流保護(hù)、零序過流保護(hù)、加速保護(hù)、充電保護(hù)。遙信量開入采集，裝置內(nèi)部遙信，突發(fā)事故遙信遙測(cè)參數(shù)如：電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、頻率、零序電流等；高速現(xiàn)場(chǎng)總線通訊口。

1.3 在線式微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)

電力系統(tǒng)中配電柜因內(nèi)部改造和運(yùn)行檢修需要，需要對(duì)配電設(shè)備進(jìn)行檢修操作，為防止操作過程中可能產(chǎn)生的誤操作、誤動(dòng)作，需要通過電腦操作規(guī)程及程序來(lái)防止誤操作，保護(hù)操作人員和設(shè)備的安全。防誤裝置做到表面防腐、內(nèi)部防銹、抗電磁干擾、防金屬體強(qiáng)行開啟。室外的防誤裝置需防水IP55、耐高低溫。與微機(jī)五防系統(tǒng)配套的機(jī)械掛鎖宜采用不銹鋼鎖具，以有效防止因鎖具生銹導(dǎo)致的掛鎖失效。開關(guān)柜的“五防”和聯(lián)鎖控制功能主要如下。

防止斷路器誤操作或誤動(dòng)作、防止帶電操作斷路器或檢修設(shè)備、防止帶電操作接地刀閘、防止送電時(shí)合接地刀閘、防止操作人員帶電進(jìn)入間隔檢修操作；配電柜的電纜室檢修門與接地刀閘之間采取機(jī)械聯(lián)鎖方式，并配有緊急機(jī)械解鎖機(jī)構(gòu)；當(dāng)送電的斷路器處在合閘送電位置時(shí)，斷路器操作小車無(wú)法推進(jìn)拉出；當(dāng)斷路器小車后面連接套扣未與送電底座可靠連接到位時(shí)，斷路器無(wú)法進(jìn)行送電操作。

當(dāng)柜內(nèi)檢修用的接地刀閘處在合閘位置時(shí)，斷路器小車無(wú)法從“試驗(yàn)”位置進(jìn)入“工作”位置；當(dāng)斷路器小車處在“試驗(yàn)”位置與“工作”位置之間（包括“工作”位置）時(shí)，無(wú)法操作配電柜內(nèi)下部接地刀閘；開關(guān)柜應(yīng)裝自動(dòng)檢測(cè)進(jìn)線側(cè)電壓，并配電柜表面安裝具有自檢功能的帶電顯示裝置；開關(guān)柜電氣閉鎖裝置采用可靠的獨(dú)立電源供電。

微機(jī)五防系統(tǒng)反映的是變電站一次設(shè)備的工作狀態(tài)，具有故障定位功能和事件相應(yīng)告警顯示功能。防誤裝置應(yīng)有專用的解鎖工具，且專用解鎖工具的保管與使用需要有專門的規(guī)范與流程，以確保操作工具的正確使用。斷路器的事故狀態(tài)下跳閘不允許閉鎖和操作。

1.4 建立完善的變電站綜合防火控制體系

原有變電站消防設(shè)施簡(jiǎn)單落后，電纜密集、易燃易爆設(shè)備較多，存在重大消防安全隱患。改造后變電站建立完善的變電站綜合防火控制體系，包括重新規(guī)劃了防火分區(qū)，更換防火門；地面采用防火絕緣防靜電地坪漆，美觀整潔，防火絕緣性能好；電纜溝內(nèi)設(shè)置智能感溫光纖火災(zāi)探測(cè)器，提高火災(zāi)探測(cè)準(zhǔn)確度；配電室內(nèi)設(shè)置可視火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，早期發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，保護(hù)設(shè)備可靠運(yùn)行；配電柜內(nèi)安裝火探管自動(dòng)氣體滅火裝置，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、精準(zhǔn)撲滅，保護(hù)設(shè)備安全[4-6]。

1.5 變電站內(nèi)設(shè)置智能環(huán)控系統(tǒng)

溫濕度是配電室管理的重要指標(biāo)，要求室溫10～30℃，相對(duì)濕度不大于60%。改造后設(shè)備房間內(nèi)設(shè)置溫濕度傳感器，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)節(jié)能運(yùn)行，每天通風(fēng)次數(shù)達(dá)到8次/小時(shí)，排除變電站內(nèi)設(shè)備散發(fā)的有毒氣體，保障崗位巡視人員的生命安全，確保設(shè)備在最佳環(huán)境下運(yùn)行，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。配電柜內(nèi)設(shè)置溫濕度控制裝置，改善柜內(nèi)局部環(huán)境，加強(qiáng)配電柜運(yùn)行的可靠性，不產(chǎn)生靜電干擾。

1.6 采用消弧線圈小電流中性點(diǎn)接地系統(tǒng)

電網(wǎng)中性點(diǎn)接地是指三相交流配電網(wǎng)的中性點(diǎn)與大地間連接的方式。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式又稱補(bǔ)償接地電網(wǎng)系統(tǒng)。經(jīng)消弧線圈接地方式，單相接地故障電流將可以被補(bǔ)償或中和到很小的數(shù)值，從實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和資料表明，當(dāng)接地故障電流小于10A 時(shí)一般情況下接地電弧不能維持，而且在電流經(jīng)過零點(diǎn)使電弧熄滅，顯著減小故障電壓的恢復(fù)速度，減小電弧重燃的可能性。尤其是在架空配電網(wǎng)中，單相故障占多數(shù)特別是瞬時(shí)故障，如樹枝或雷電造成的閃落一般能自動(dòng)消弧，線路絕緣子在電弧熄滅后絕緣能迅速自行恢復(fù)。

按規(guī)程規(guī)定，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式運(yùn)行，電網(wǎng)可帶故障運(yùn)行2h，從而獲得排除故障時(shí)間，相對(duì)提高供電可靠性，目前國(guó)內(nèi)的架空線配電網(wǎng)和架空線、電纜混合配電網(wǎng)多數(shù)采用消弧線圈接地方式。當(dāng)系統(tǒng)電容電流超過30A 時(shí)，消弧線圈容量增大，處理過程中對(duì)線路逐條進(jìn)行拉閘，不易排除故障，而且產(chǎn)生較高的過電壓，消弧線圈目前多是手動(dòng)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)不夠方便，雖有了自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置但仍存在價(jià)格偏高問題，需另配備檢測(cè)裝置。

提高供電系統(tǒng)可靠性是發(fā)射場(chǎng)10kV 配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式選擇時(shí)考慮的重要因素之一，因?yàn)樗婕暗綀?chǎng)區(qū)人員安全和測(cè)發(fā)工藝設(shè)備運(yùn)行安全等問題。確定接地方式時(shí)必須考慮場(chǎng)區(qū)供電可靠性，以及單相接地故障時(shí)短路電流限制、故障線路繼電保護(hù)的靈敏度和選擇性及健全相最大過電壓等因素。另外，經(jīng)濟(jì)因素也是選擇中性點(diǎn)接地方式必須考慮的重要參考因素，因?yàn)殡S著電壓等級(jí)的提高，輸變電設(shè)備的絕緣費(fèi)用在總投資中的比重愈來(lái)愈大。

經(jīng)計(jì)算，變電站單相接地電容電流為21A，場(chǎng)區(qū)架空線居多易發(fā)生單相短路，因此采用消弧線圈接地方式。利用消弧線圈產(chǎn)生的電感電流補(bǔ)償電網(wǎng)對(duì)地的電容電流，故障點(diǎn)接地電流變小、電弧熄滅，保護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。控制器采用高可靠性、高集成度專用于工業(yè)應(yīng)用的功能模塊作為核心控制單元，模塊化結(jié)構(gòu)有利于功能擴(kuò)展；自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)電容電流，跟蹤電容電流變化，及時(shí)補(bǔ)償電感電流，使接地故障點(diǎn)電流限制在整定范圍內(nèi)，裝置能夠根據(jù)需要調(diào)整和設(shè)置脫諧度及殘流；控制器能夠滿足靜電放電、快速脈沖群、浪涌、射頻場(chǎng)感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾、工頻磁場(chǎng)、阻尼振蕩磁場(chǎng)、電壓暫降短時(shí)中斷和電壓變化、振蕩波、脈沖磁場(chǎng)的抗度試驗(yàn)，并滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的嚴(yán)酷性等級(jí)的要求。

1.7 建立成熟先進(jìn)的直流操作系統(tǒng)

直流系統(tǒng)應(yīng)用于作斷路器分合閘以及二次回路中控制、保護(hù)、信號(hào)和事故照明的電源。直流系統(tǒng)電壓220V，控制母線電壓范圍220V±5%，交流輸入為雙路AC380V 電源并可自動(dòng)切換，直流系統(tǒng)接線為單母線接線，蓄電池型式為閥控式密封鉛酸免維護(hù)蓄電池，蓄電池容量100Ah，蓄電池運(yùn)行方式為浮充電方式。

高頻開關(guān)內(nèi)的充電裝置采用電腦智能控制，控制方式分為自動(dòng)和手動(dòng)兩種控制，當(dāng)自動(dòng)控制發(fā)生故障無(wú)法操作時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)入手動(dòng)控制；裝置故障、整流模塊過熱均能向變電所監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)；直流系統(tǒng)配置絕緣監(jiān)察裝置，實(shí)時(shí)顯示母線電壓及監(jiān)測(cè)直流系統(tǒng)對(duì)地絕緣狀況，當(dāng)直流回路某一極對(duì)地絕緣下降時(shí)發(fā)出“直流接地”信號(hào)；設(shè)置母線調(diào)壓裝置，具有自動(dòng)/手動(dòng)調(diào)壓功能；采用模塊化屏架結(jié)構(gòu)，功能單元分隔布置；饋線開關(guān)配有報(bào)警觸點(diǎn)；觸點(diǎn)信號(hào)應(yīng)輸入直流總監(jiān)控單元；高頻開關(guān)充電裝置滿足工程對(duì)電磁兼容性能的要求；高頻開關(guān)充電電池的輸出電壓范圍滿足蓄電池放電后期和充電末期電壓的要求。

2 應(yīng)用效果

改造完成后效果顯著，具有以下特點(diǎn)：設(shè)備成熟，技術(shù)先進(jìn)。選用的是國(guó)內(nèi)應(yīng)用廣泛，運(yùn)行可靠的設(shè)備，較為先進(jìn)；可靠運(yùn)行，保障有力。改造完成后已連續(xù)運(yùn)行多年，無(wú)故障發(fā)生，有力地保障了航天任務(wù)的持續(xù)進(jìn)行；高效集中，作用突出。改造后把多個(gè)監(jiān)控分中心集中為一個(gè)中心，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、專家集中、決策迅速，核心作用明顯；操作簡(jiǎn)單，深受歡迎。改造后系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智慧運(yùn)行，自動(dòng)化程度高，節(jié)約人力，深受崗位人員歡迎。改造達(dá)到良好效果，有力地保障了航天任務(wù)的順利實(shí)施。