10 kV柱上变压器台高压侧智能化技术研究

2017-10-10臧猛鲍伟

科技与创新 2017年19期

关键词：熔断器台区熔丝

臧猛，鲍伟

（江苏其厚智能电气设备有限公司，江苏南京210023）

10 kV柱上变压器台高压侧智能化技术研究

臧猛，鲍伟

（江苏其厚智能电气设备有限公司，江苏南京210023）

常规10 kV配电台区包括配电变压器、跌落式熔断器、避雷器、综合配电箱、铁附件等多种物料，安装时间长，安装精度不高，运行维护工作量大。针对上述问题，提出了一种10 kV柱上变压器台高压侧智能化方案，将高压侧的电气设备（负荷开关、接地开关、熔断器、避雷器）功能组件进行了一体化设计，替代配电台区原有的多种装置和设备，并通过传感器、继电器和智能终端对高压侧开关和熔断器状态进行实时监测，实现对配电变压器的保护和隔离，提高配电变压器运行的安全性和可靠性，降低现场运维工作的难度和复杂度。

配电台区；运行维护；智能化；一体化

传统柱上配电台区一般采用跌落式熔断器保护变压器，由于其安装质量不可控、维护不到位、老旧破损、异常掉管、熔丝单相熔断造成缺相运行等情况导致熔断器失去通电、保护作用，停电范围扩大[1-2]。目前，国内使用的跌落式熔断器主要有HRW型、PRW10型、PRW4型。HRW型由于结构设计的问题，熔断器上静触头操作后压力不足，极易造成出头烧伤或是熔管自行跌落；PRW10型由于瓷质与铁件结合处制造质量问题而导致较高的故障率，已经不再满足线路安全、稳定运行的要求，目前在日常线路故障检修或带电更换时，基本上已经替换为质量更加稳定的PRW4型熔断器，但是避免不了熔丝单相熔断造成缺相运行等情况，导致熔断器失去保护作用[3]；高压套管与10 kV进线经过裸露线耳连接，在户外潮湿、高温及紫外线照射的环境下，导体会受到含盐分或其他腐蚀性物质的腐蚀，导体和接触面遭到破坏，接触电阻上升，导体发热，甚至可能造成重大事故[4]。

一体化柱上变压器台高压侧开关装置采用负荷开关-熔断器组合电器实现过流和短路保护，同时熔断器与负荷开关的机械联锁设计避免熔断器单相熔断后导致设备缺相运行给变压器和用电设备造成损害[5-6]；采用的肘型避雷器具有结构简单、保护性能好、吸收能量大等优点，能有效限制雷电过电压幅值，减少雷害事故发生[6]。

1 柱上变压器台现状分析

我国经济发展已经进入新常态，电力消费从高速增长向下换挡为中速甚至中低速增长。尽管电力供需宽松、部分地区电力产能过剩，但配电台区依然量大面广，供电企业配电网建设运行人员短缺，配电台区建设改造与运维工作量较大。目前，10 kV柱上变压器台成套设备包括配电变压器、跌落式熔断器、避雷器、低压综合配电箱、铁附件等多种物料，各类物料均为分别招标采购，存在到货时间不统一、安装时间长、安装精度不高、建设施工时间长、运行维护工作量大等问题。跌落式熔断器时常会因为熔丝熔断后不能自动跌落导致烧管故障，开关保险管尺寸与保险器固定接触部分尺寸匹配不合适导致异常跌落，熔丝与下一级熔丝容量配合不当导致越级误断。

按照国家电网公司配电网“四个一”标准化建设改造要求，满足智能配电网建设和发展的需求，亟需对配电台区高压侧进行标准化设计和智能化改造。

2 高压侧保护方案

2.1 设计原理

高压侧采用高压开关柜形式，内置三工位负荷开关加限流熔断器，实现变压器和线路的保护。三工位负荷开关整合了负荷开关和接地开关的功能，构成户外三工位开关结构，将合闸和储能合二为一，使负荷开关在完成合闸的同时同步完成储能，减少操作步骤，避免操作人员的误操作，同时在合闸后发生故障的情况下，储能完成，熔丝熔断后负荷开关可以联动断开，避免缺相运行。负荷开关-熔断器组合装置，把对电器要求的操作与保护2种功能分别由2种简单、便宜的元件来实现，即用负荷开关来完成大量的负荷合分操作，而用熔断器来发挥对极少发生的短路的保护作用，既省去了复杂昂贵的断路器，又可满足实际需要[7]。肘型避雷器是一种交流无间隙氧化物避雷器，主要由肘型橡胶外套、柱型氧化物电阻片、插入式导电杆、锁紧螺母、螺栓、外端盖和接地引线组成，为全绝缘避雷器。避雷器的内层靠近导电杆连接部分是半导电材料；外层也为半导电材料，通过接地孔接地，构成全屏蔽结构；导电杆的前一段有灭弧材料，所以使用绝缘操作杆，可以带电插拔避雷器。过电压保护通过高压侧加装肘型避雷器实现，避免配电变压器遭受雷击过电压和系统操作过电压损坏。柱上变压器高压绝缘引流线将肘型插头和10 kV电力电缆模块化的设计，代替传统压接端子与线缆，采用冷压连接方式，简化并统一了设备型式和施工工艺，生产效率高，质量可控，对施工人员无技术要求，可靠性高，品质稳定。肘型电缆头与配变高压柜一体式套管采用“插头—插座”方式配合，构成全绝缘、全密封、全屏蔽、可分离的防水结构，具备接地条件外表可带电触摸，具备灭弧装置，满足带负荷操作、消弧要求，机械强度可靠且有紧固功能，解决了带电导体裸露带来的安全隐患，大大提高了带电作业者的人身安全[8]。U型连接器是一种连接高压柜和变压器的新型高压电缆，其结构原理同柱上变压器高压绝缘引流线，由高压电缆和2个肘型电缆头一体化浇注成型。

2.2 实施方案

2.2.1 方案简述

10 kV侧采用高压绝缘引流线正面引下至高压柜一体式套管，高压柜安装在变压器正上方，通过U型连接器和变压器连接，低压综合配电箱采用悬挂式安装于变压器正下方，结构图见图1.同时，为了适应配电网自动化及提高配电可靠性要求，新型高压柜可以根据需要加装电动机构、TV及配电网控制终端单元等，具备“三遥”功能，可实现远方对主元件运行状态及故障监视、远方抄表、远方操作等功能[9]。

图1 结构图

2.2.2 详细设计

10 kV侧高压柜，吸收SF6环网开关柜技术，其紧凑式结构设计实现户外柱上安装，其具体结构为：正面正立时，结构上可按“田”字形分成4块。左上部分为三工位负荷开关和操作联锁机构，操动机构采用耐腐蚀金属，转动部分的轴承均为自润滑设计，产品不受环境影响，免除定期保养，并与外界连接方便，这样使操作功小、可靠性高、寿命更长；右上部为熔仓，内置三相熔丝，三相熔断器的每个熔断器上装有一个撞击器，撞击器通过连杆与分闸传动轴连接，当一相熔断器熔断时，熔断器熔断并用熔断器的撞针带动熔仓连杆和行程开关，使负荷开关三相同时分闸，避免缺相运行；左下部分为高压小室，预留配电自动化安装模块空间；右下部分为避雷器室，避雷器采用交流无间隙氧化物肘型避雷器，可以带电插拔，保护配电变压器避免遭受雷击过电压和系统操作过电压损坏。高压进线端子位于高压柜后面，采用一体式套管，高压引下线可采用带有美式肘型电缆头的高压绝缘引流线，方便与高压柜进线的一体式套管插拔结合。高压柜出线位于左侧面，亦采用一体式插拔套管，可通过U型连接器与变压器背面高压进线套管插拔组合。高压柜下部立脚开孔与变压器上表面4根丝杆配合，将高压部分和变压器紧固为一体。为实现高压侧的智能化，在高压柜户外三工位负荷开关上可以实现电动远程操控、开关状态实时监测、信息采集和管理。

三工位负荷开关的操作机构加直流（交流）操作电机，其弹簧操作机构是利用已储能的弹簧为动力，实现开关的分合闸操作。弹簧操作机构以其结构简单紧凑、操动灵活、机械寿命长等优点被广泛应用。高压柜电动方案原理图见图2，高压侧负荷开关状态的信息采集，可以通过负荷开关位置行程开关、储能行程开关和接触器的辅助触点的配合输出无源开关量信号，通过10芯航空插输入到FTU中。