中压智能化二次配电12kV气体绝缘金属封闭开关设备

2014-10-09西安高压电器研究院有限责任公司付鲁军王平李树平韩辰光

电器工业 2014年7期

关键词：电子装置电缆头开关设备

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本文介绍了一种智能化12kV箱型固定式户内交流金属封闭开关设备，着重介绍了其配用的智能电子装置的功能及试验验证情况。

智能化智能电子装置交流金属封闭开关设备型式试验

0 引言

随着我国智能电网的建设，对电器产品的智能化水平提出了新的要求。根据市场调研，国外有部分环网柜已经具有了智能化功能，因此研发出适合国内电网的智能化12kV气体绝缘环网柜，能够填补国内相关产品的空白。

中压智能化二次配电12kV气体绝缘金属封闭开关设备是开关设备和智能电子装置的有机结合，使开关设备在具有传统功能的基础上，还具备测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化和信息互动化等功能。

1 产品简介

本产品为12kV气体绝缘环网柜和智能电子装置的有机结合，是新一代智能化、模块化、小型化的开关产品，如图1所示。开关设备的主要技术参数为：

额定电压：12kV；

图1 产品外观

额定电流：负荷开关柜和断路器柜为630A、组合电器柜为100A；

机械寿命：断路器10000次、负荷开关5000次、接地开关3000次；

负荷开关柜：100%有功负载电流操作循环次数为100次，闭环开断电流操作循环次数为10次，短路关合电流操作循环次数为2次；

组合电器柜：熔断器额定短路开断电流为31.5kA，负荷开关转移电流为1700A；

断路器柜：断路器额定短路开断电流为20kA，短路关合电流操作循环次数为2次；

产品的外观尺寸（宽×高×深）：3 5 0 m m×1 8 0 0 mm×810mm，断路器柜为420mm×1800mm×810mm，开关设备的参数均达到或高于国家标准规定的范围。

产品在满足绝缘、温升、开断和机械寿命等传统开关设备技术要求的同时，还附加了智能电子监控装置，智能装置的加入不影响开关设备的原有性能。

本产品配用的智能电子装置包括智能保护单元（主IED）、电缆头温度在线监测装置、气体密度检测报警装置等智能电子装置，安装在环网柜控制室内，可以完成远方/就地控制、测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化和信息互动化的功能。

产品符合易扩展、易升级、易改造、易维护的工业化应用要求，具有很高的可靠性，产品在电力系统中服务期间可以做到免维护，极大地提高了供电部门的维护时间和精力，节省了大量的社会资源。

2 智能电子装置的功能

智能电子装置由一个执行保护的多功能智能化数字电子继电器组成。根据模式可以完成就地控制、远方控制、电气参数测量、自动化监控等功能，可以满足当前和未来对变电和配电站自动化、控制及保护的需要。

本装置采用当前较流行的32位高性能芯片（硬件乘法器、大容量快速闪存、并行结构及流水线技术），提高了保护装置的数据处理能力，便于实现更快的算法和优化的高级语言操作；同时，采用宽温型图形液晶显示器，全中文显示，人机界面友好、操作方便、维护简单。其主要性能参数如下：

工作电源：AC或DC 85～265V；

二次额定输入电流：1A；

电流精度：0.5级；

电磁兼容试验：4级；

工作温度：-25℃～ +70℃ ≤95RH；

使用场合：无腐蚀性气体及粉尘；

控制器：采用IEC61850协议Goose指令与站控层进行通信；

外型尺寸（宽×高×深）：126mm×126mm×102mm ；

开孔尺寸：113mm×113mm。

2.1 系统功能设置

智能电子装置满足IEC 61850通讯协议，可对断路器、隔离开关或负荷开关进行分合闸操作。不同种类的开关设备可以通用一种智能电子装置，只需要更改内部参数设定便能够满足负荷开关柜、组合电器柜或断路器柜的使用要求，易用性好，设置界面如图2所示。

图2 系统参数设置界面

2.2 测量和显示功能

可进行一次回路状态显示、三相电流，三相电缆头温度，SF6气体密度和环境温度的测量和显示功能，根据不同开关可选择不同的状态显示图，根据不同开关状态实时显示开关的状态。采用宽温型图形液晶显示器，全中文显示，人机界面友好、操作方便、维护简单，如图3所示。

图3 智能电子装置的显示界面及气体密度传感器装置

2.3 监控和保护功能

可实现三相过流定时限保护、三相过流反时限保护、零序过流定时限保护、零序过流反时限保护、短路电流闭锁、防跳闸等保护功能。

当前国内的大多数熔断器在电流大于其额定电流的四倍值时才会确保熔断，在1～4倍的额定电流下为其保护死区，很难起保护作用。有了这一智能保护装置，便可有效弥补这一空白区的不足，起到更好的保护作用。

2.4 数据记录和查询功能

可进行保护时间、温度报警和压力报警等信息的记录，可记录10个故障动作的时间值及动作电流值，可对所记录的历史数据进行查询。

3 试验验证情况

本产品完成了全套智能化开关设备型式试验，全套智能组件伴随完成所有试验过程，试验过程在高电压、大电流的电磁环境下智能电子装置工作正常。本产品是国内首台完成全部智能化环网柜型式试验的配电设备产品。

在电磁兼容试验过程中，进行了如下表所示的几个试验项目。各项电磁兼容试验均通过远程控制对环网柜进行分合闸操作，保证开关设备配用智能电子装置后在电磁干扰的情况下正常运行，不发生误动、拒动、通讯故障等异常情况，通过观察智能电子装置液晶显示屏，显示开关状态、SF6气体密度和电缆头温度的在线监测功能工作正常。

表电磁兼容试验项目

在大容量试验中，解决了智能电子装置和开关设备本体进行联调时各个环节间出现的通讯连接和配合等问题，试验结束后智能电子装置工作正常。

在温升试验中进行了温度比对试验，电缆头温度在线监测装置的分辨率为0.1℃，试验结果显示电缆头温度监测值与实际电缆头连接处的温度值比对误差小于3℃ 。

由于试验条件限制，智能电子装置的保护功能没有与开关设备一起进行试验验证，但智能电子装置独立进行了型式试验。

在全套型式试验中，经过与国家高压电器质量监督检验中心的协商，逐步形成了智能化开关设备试验内容、检验方法和评判准则，为制定《3.6kV～40.5kV智能交流金属封闭开关设备和控制设备》标准提供了依据。型式试验全部采用基于IEC61850 Goose指令的网络控制方式，试验过程中进行了开关的状态监测、气体密度在线监测，进行电缆头温度在线监测，如图4～图5所示。