10kV SF6环网柜五防联锁改造方案实施及分析探讨

徐余丰 琚正伟

摘要:文章介绍了10kV SF6环网柜五防联锁改造方案的具体实施过程及改造过程中发现的问题及处理办法,通过改造消除了SF6环网柜容易造成带电误合接地刀的安全隐患。同时,通过对接地刀防误操作结构的进一步改进,解决了SF6环网柜不能在本柜内进行直接验电的问题,提高了操作检修的方便性和安全性。

关键词:SF6环网柜改造;接地刀;电磁闭锁;直接验电

中图分类号:TM727文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)21-0022-02

一、概况

至2006年下半年,衢州市市区已有56座使用10kV环网柜的小区开关站投运,其中绝大部分开关站配置的是SF6环网柜(SF6箱式固定式金属封闭开关柜),由核心元件SF6负荷开关或负荷开关熔断器组,再加上其他辅助元器件组成。SF6环网柜具有安全性强、可靠性高的特点,负荷开关熔断器组具有很高的短路分断能力和过负荷保护功能,且体积小,安装方便,免维护,操作简便,手动操作要求的操作力小,可以与FTU、RTU配合,满足配网自动化的需要。

SF6环网柜所配的SF6负荷开关触头为三相旋转式结构,开关具有合闸、分闸和接地三种位置,由弹簧储能操作机构驱动触头转动,具有可靠的闭锁功能。当开关位于接地位置时,开关下端触头与接地端连通,即线路侧接地。此时开关柜下门(电缆室)才能打开,可以进行检修等工作。因此,若该开关单元作为进线柜使用时,相当于接地刀位于电源进线侧,容易造成带电合接地刀的恶性误操作事故。该问题已成为近几年10kV环网开关设备操作的一重大危险点,必须进行必要的技术改造以消除该安全隐患。

衢州市电力局从2005年开始将10kV环网柜改造列入了局技改项目,从2005年下半年到2006年分两次集中安排了43座开关站共168台进线柜或联络柜的改造,涉及到ABB、施耐德、温州开元、宁波天安、杭州电力设备制造有限公司、宁波奥克斯等近十个厂家的产品。改造项目由笔者负责具体技术方案的制定及首批14个开关站现场改造任务的组织实施。

二、改造的技术关键和要求

因改造涉及的是已运行的开关站,要求开关柜的改造时间尽可能短,故必须首先考虑的问题是改造的可能性和方便性,并且要在保证改造效果的前提下,尽可能不破坏原有开关柜的整体结构和外观。

另外,还需要考虑加装的元器件和机械配件的安装方式,机械强度,加工工艺,防腐处理以及柜内的安装空间,安装部件与高压带电部位的电气间隙和爬电距离等其它因素。除此之外,还要考虑多种备用技术方案。

当然,施工的组织措施和技术措施,施工机械设备、工器具(如发电机)等也是不可或缺的,这里就不再重复了。

三、改造方案的确定及实施

(一)改造方案

经与市局用电管理所相关专职人员一起到现场查看、分析后,提出如下几个初步方案:

第一种方案:拆除接地刀;第二种方案:拆除地刀联锁机构,封掉地刀操作孔;第三种方案:在操作机构的面板上加装电磁锁,以实现进线侧带电时闭锁地刀的目的。

因考虑到负荷开关的地刀和主刀触头都密封在SF6气包中,地刀的接地点兼作外壳接地,拆除接地母排可能留下安全隐患,且没有接地刀的话,检修操作时无法合理、方便地装设接地线,故第一种方案不可行;第二种方案因各厂家的地刀联锁机构不同,且所需的安装工序较多,有一定的复杂性,时间也比较长,故也被否决;第三种是最理想的方案,但要将原来柜上的高压带电显示器更换为与电磁锁配套的带电显示器。

电磁锁的电气闭锁原理接线见下图1。当高压进线侧带电时,图中带电显示器接点K1打开,电磁锁工作电源回路被断开,使电磁锁无法打开,即处于闭锁状态。该状态下电磁锁的锁杆伸出挡住了地刀操作孔,使操作手柄不能插入。当进线侧不带电时,接点K1返回闭合,通过操作电磁锁手动按钮HA,就能接通电磁锁工作电源,从而打开电磁锁(锁杆缩回),使地刀能够正常操作合闸。

(二)实施过程

按以上第三种方案,经过仔细分析,决定将新的带电显示器固定在环网柜的上沿边框上,因为上沿框是用螺丝固定的,很容易单独拆下开孔。然后设计了一个电磁锁固定架,使电磁锁能够较容易的固定在操作机构面板上位于地刀操作孔边上的合适位置。电磁锁安装支架需经过镀铬处理,以保证其抗腐蚀性能。这两项工作是完全不需停电就可安全完成的。

在各项准备工作(包括以上安装用机械配件的加工)均就绪的情况下,实际改造中很顺利的完成了带电显示器和电磁锁的安装工作。

上述两个元件装好后,接下来就是从柜中传感器的测点处连线到带电显示器和电磁锁即可。该项工作需要停电进行。根据实际情况,只要原有传感器到带电显示器的二次线够长,就可以拆下直接利用,不再需更换二次线。

全部一次元件安装和二次接线完成后,必须对传感器、带电显示器和电磁锁整个系统进行动作试验,确认闭锁机构和程序均工作正常。试验时应将传感器与柜内一次回路断开,在传感器高压侧加试验电压,在带电显示器相应接线端加上电磁锁工作电源,然后按电磁闭锁要求逐步试验整个动作程序是否正常,即高压带电时,带电显示器正常亮,电磁锁不能被打开并且操作手柄不能插入地刀操作孔;高压不带电时,带电显示器不亮,电磁锁可以被打开并且操作手柄能正常插入地刀操作孔。另外必须注意电磁锁只有在有工作电源的情况下才能正常工作,在工作电源不正常的情况下得到的试验结果全部都是无效的。整个过程改造完成后的效果图如图2所示:

四、改造过程中发现的问题及处理

(一)传感器和带电显示器的配套问题

需要指出的是国产传感器和带电显示器一般情况下都能配套使用,但进口(国外标准)传感器和国产带电显示器就很可能不配套。由于我们事先考虑到了这个问题,并做好了补充技术方案,即更换或加装传感器工作。有些厂家原有传感器的拆卸非常不方便,若柜内空间允许的话,建议保留原有传感器和带电显示器,直接再加装三只传感器即可。

(二)带电显示器和电磁锁的配套问题

同样,带电显示器和电磁锁也存在配合的问题,特别是工作电压较低的电磁锁,如-24V电磁锁,最好是和带电显示器一起从同一厂家采购,并且事先经过确认。经过我们多次试验显示,一般-48V及以上的电磁锁存在不配套的情况很少。

还有一个需要注意的问题就是传感器到带电显示器和电磁锁的二次线不能过长。如果过长,由于导线本身产生的压降等问题,带电显示器和电磁锁可能将不能正常工作。同样,电磁锁的工作电源本身输出电压也不能太低,否则电磁锁也不能正常工作。经实际测试,-24V电磁锁由于本身工作电压就低,实际电压一般不能低于-22V。故建议一般采用-48V及以上产品更为可靠。

另外,有些开关站内开关柜本身没有配套直流电源,站内也没有直流电源,改造后必须另外增加直流电源,建议配相应容量的充电装置和蓄电池。充电装置电源可由压变柜内的压变二次绕组或其它交流低压电源提供,平时充电装置和蓄电池工作在浮充方式下。

五、总结和提高

经过本次改造积累了丰富的经验,同时对于我们公司日常的10kV开关柜(如施耐德的SM6环网柜)的制造和改进也提供了很好的参考。根据用户需要及本次技改的要求,我们已对原有10kV环网柜的制造作了改进。现场的改造方案主要考虑的是停电时间问题,因此只在原来柜的适当位置增加了一些开孔,以便固定安装带电显示器和电磁锁,其它部位尽量保持不动,以保证在尽短时间内完成所有的改造任务。而对于改进后的开关柜的日常生产问题,考虑的侧重点肯定有所不同。由于现场改造时,带电显示器和电磁锁是安装在柜的上部的,而传感器装在靠近柜的底部,这样的话,整个相应回路的二次线必须从柜底部上来,穿过负荷开关操作机构位置才能到达另一端。由于操作机构安装空间的紧凑性,二次线的施工非常不方便,有时候可能会出现由于二次线过长或接触不良,造成前面提到带电显示器和电磁锁的工作不正常情况。同时由于原来改造时电磁锁直接固定在操作机构面板上,就进一步挤占了操作机构的安装空间。如果以后电磁锁坏了需要更换或操作机构本身出现问题需要检修,则施工起来相对比较不方便。因此我们对电磁闭锁的结构布置作了整体调整设计,把环网柜下门原来的机械联锁改为电磁锁闭锁方式,将电磁锁和带电显示器装设在下门上,使线路侧带电时闭锁下门,同样达到了五防联锁的要求。这样设计后,使得带电显示器和电磁锁的安装更加灵活、方便,并使柜体整体更加美观和协调,改进效果如图3所示:

改进后,地刀成为检修专用接地刀,其它时候地刀处于打开状态,其操作机构可上锁,不用操作。检修操作时,进线侧停电后就可以打开柜下门,在柜内进线侧进行验电确认无电后,可安全的将开关操作至接地位置,然后再进行检修等工作。这样一来,不仅很好的消除了带电误合接地刀的安全隐患,同时也解决了SF6环网柜不能在本柜内进行直接验电的问题,解决了原来柜上采用的验电方式(如:到线路对侧甚至是杆上验电等)存在的不合理性及所带来的问题和麻烦,很大程度提高了操作检修的方便性和安全性。

改进后的环网柜于2007年已经在几个用户项目上投入使用,运行情况稳定可靠,得到了操作、检修及相关技术人员的充分肯定。

作者简介:徐余丰(1972-),男,浙江衢州人,衢州电力发展有限公司工程师,浙江大学电气工程硕士,研究方向:高低压开关柜、微机保护屏等的设计、生产、安装和技术管理;琚正伟(1976-),男,浙江衢州人,衢州电力发展有限公司技术员,研究方向:高低压开关柜等的电气、机械设计和技术管理。