小型化户内金属铠装移开式开关柜在水电站改造中的应用

董彩宏，韩　宁，聂金平

(石家庄科林电气股份有限公司，河北 石家庄 050200)



小型化户内金属铠装移开式开关柜在水电站改造中的应用

董彩宏，韩宁，聂金平

(石家庄科林电气股份有限公司，河北 石家庄 050200)

摘要：某水电站6 kV高压开关柜存在五防不完善、保护拒动、设备老化等常见故障，针对防护等级、绝缘、设备功能落后等方面存在的问题进行了技术改造和柜体结构升级，使高压开关柜在可靠性、简便性及运行、保护方面得到了较大提升，从而提高了系统运行的稳定性、安全性、可靠性，实现了水电站运行的自动化、远动化。图2幅。

关键词：水电站；技术改造；开关柜；真空断路器；微机保护装置

1概述

某小型水电站原有装机容量为4×1 000 kW，于1980年投入运行，原6 kV开关柜为GG—1A型高压开关设备，主开关为SN—10少油断路器。此设备没有完善的五防功能，绝缘老化严重，事故率高，技术性能改变超出了允许范围，严重威胁着发电系统的安全运行。

2改造前开关柜状况

2.1五防措施不完善

开关柜倒闸操作完全依靠人为判据，门锁损坏严重，导致事故率高。

2.2断路器技术落后，保护拒动或误动

主开关为少油断路器，易漏油，造成开关不能在安全灭弧情况下切断事故电路，严重时会造成断路器爆炸起火。CD型电磁操动机构合闸功耗大，机构存在卡涩、部件变形、脱扣失灵等问题，有可能造成保护拒动或误动。此外，原保护为常规继电器保护，其灵敏度和准确度都存在问题。

2.3抗谐振能力差

6.3 kV系统的PT均没有防谐振装置，铁磁谐振发生时，极易烧坏高压熔断器或电压互感器。

2.4防护等级低

防护等级低，主母线柜顶裸露。正常运行时电气设备不可避免地会受到潮湿空气、尘土污垢等外部因素影响，为绝缘降低埋下隐患。原开关柜各隔室没有明显分区，发生事故时易引起事故扩大。

2.5关键部件老化

开关柜的关键部件经多年运行，均接近设计寿命，再由于短路事故或者操作不当导致的元件加速老化、变质，高压开关柜的整体性能也随之降低，成为事故的诱因。

综上所述，原有开关柜落后的技术性能及常见的故障严重影响了发电系统的正常运行，给机组安全带来了隐患，对高压开关柜的改造势在必行。

3改造后开关柜特性

改造后的高压开关柜选用户内金属铠装移开式开关柜KYN28B—12，主开关为真空断路器，配微机保护装置，具有断路器本体与弹簧操动机构一体式结构，电压互感器也进行了无油化改造。整体设备灭弧性能稳定，耐腐蚀性能高，绝缘性能好，适合频繁操作。整体一次系统方案由4面机组柜、2面主变柜、1面母线设备柜组成。

3.1主要参数

主母线额定电流：1 250 A

额定电压：6.3 kV

额定短路开断电流：31.5 kA

额定短路开断次数：50次

额定峰值耐受电流：80 kA

额定短时耐受电流：31.5 kA

额定短时耐受时间：4 s

机械寿命：20 000次

图1改造前柜型示意

3.2电气方案优化

改造前高压配电室内开关柜及励磁柜共计11面，直流系统容量为300 Ah。改造后结合发电机组无刷励磁特性，将励磁变压器(容量2 000 VA)及励磁PT均装于相应的机组开关柜内；开关柜由11面简化为7面，缩短了动力电缆及控制电缆长度，降低了施工难度。母线PT及机端PT加装了防谐振装置，最大限度保护了高压熔断器及PT装置,进、出线端加装了带电显示装置，具有完善的五防闭锁功能。由于采用了弹簧操作机构，直流系统由300 Ah改为了100 Ah免维护铅酸蓄电池系统。

3.3不改动现场基础，柜体结构优化

改造前柜型为GG—1A,外形尺寸为1 200 mm×1 200 mm×3 100 mm(宽×深×高，见图1)。但市场上常规的中置柜柜深均为1 500 mm，这样就会造成用户必须修改现场地基的问题，但往往水电站的基础是无法改动的。

图2改造后柜型示意

为了减小改造工程工作量，改造后的高压开关柜选用的是石家庄科林电气股份有限公司专利产品：小型化的户内金属铠装移开式开关柜KYN28B—12，外形尺寸为800 mm×1 200 mm×2 200 mm(宽×深×高)。此柜型完全具备常规中置柜的所有优点，其独特特点在于安装基础与原有柜型安装基础完全通用，电缆沟及基础槽钢均不用重新施工制作，省去了土建施工费用，缩短了施工周期；并且可以靠墙安装，内部设备全部实现前检修(见图2)。开关设备主要电气元件都有其独立的隔室，即断路器手车室、母线室、电缆室、继电器仪表室。各隔室间防护等级都达到了IP2X；除继电器室外，其他三隔室都分别有其泄压通道。由于采用了中置式形式，电缆室位置大大增加，因此设备可接多路电缆。开关设备内装有安全可靠的连锁装置，完全满足五防的要求。

3.4保护功能升级

保护系统由原来的常规电磁保护升级到了微机保护。所有保护装置及计量表计均为中控室集中组屏，由于CT、PT的信号需要远距离传输，开关柜内的互感器都按加大容量配置，机组、主变差动保护CT的容量由原来的15 VA提高到了30 VA，PT的保护绕组容量由原来的40 VA提高到了100 VA。另外，还配置了智能显示屏，通过网络提供电力系统故障信息，有助于运行部门对事故的分析和处理，系统保护性能得到了改善，动作更加可靠、灵敏，大大降低了拒动、误动的概率，实现了自动化、远动化运行。

4结语

2014年2月，该水电站对新设备进行了安装、调试，通过1 a多的运行，改造后的6 kV开关柜与原开关柜相比，外形美观、节约空间、操作简单、安全可靠。由于采用了新技术，加大了科技含量，以最小的投入获得了最佳的经济效益和社会效益，提高了水电站的自动化水平，有很完善的中央保护及信号，实现了少人值班和远方监控。

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责任编辑吴昊

作者简介：董彩宏(1966-)，女，工程师，主要从事水电站自动化系统的研究工作。

收稿日期：2016-01-05

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