中低压开关柜缺陷分析及二次回路设计优化

杨 奇

(京能集团山西漳山发电有限责任公司，山西 长治 046021)

0 引言

随着国家电网公司“六统一”的贯彻执行，线路保护、元器件保护在功能配置、回路设计、端子排布置等技术在设计要求上得到了有效规范。相比较之下，10 kV，6 kV和380 V等中低压开关柜在现场使用中仍存在诸多缺陷，主要包括：柜内二次回路在端子排上的接线不统一；端子排的安装位置不统一；电源回路在二次插头中的分配区域不统一；柜内回路与其他设备回路的配合不统一。这些缺陷不利于设备的可靠运行，也不利于继电保护人员对设备的维护和检修工作。

通过现场实例，详细分析了上述缺陷产生的原因和现象，并提出了设计优化方案，以供相关从业人员参考。

1 端子排的接线分析

1.1 端子排接线不统一的原因分析

(1) 部分开关柜交流电压回路使用普通接线端子而非试验端子，导致校验开关柜综合保护装置时，不能通过断开试验端子短接片断开回路，而需要将接线甩开，不利于设备的检修工作。

(2) 部分开关柜合闸回路未预留备用端子，在节能改造中出现弊端。如在某6 kV电机电源变频器改造中，在合闸回路中接入变频器合闸允许信号时，因未预留备用端子，需对整个端子排进行移位，增加改造工作的难度。

(3) 部分开关柜事故按钮、远方分闸指令接在同一端子上，导致开关跳闸时无法分析分闸原因，不利于隐患的排查和治理。

(4) 部分开关柜工作位/试验位未预留备用接点，给后期检修维护增加困难。如在某厂用6 kV开关柜“五防”改造中，因无足够的位置接点，现场需重新引出接点至端子排，增加了改造的工作量。

1.2 端子排接线设计优化

针对上述问题，现对采样回路、操作回路、信号回路提出以下优化建议。

1.2.1 1D交流采样电流、电压段

1D交流采样电流、电压段宜按照交流采样电流、电压设置，交流电流、电压回路应采用试验端子。每组电压、电流互感器的二次侧宜在开关柜端子排处按照星形或三角形等方式连接，并做好一点接地。

1.2.2 2D操作回路段

2D操作回路段宜按照正电源、经远方/就地切换的正电源、合闸回路、跳闸回路、负电源设置。考虑开关合闸回路需与其他设备回路相配合(如变频运行时，需串联变频器合闸允许信号)，在合闸回路段预留1—2个空端子，方便接入其他信号。若开关有多个分闸指令，如电动机开关DCS远方分闸、事故按钮分闸，应将分闸指令分别接入端子，再接入综保装置。

1.2.3 3D信号回路段

3D信号回路段宜按照综保装置动作/告警信号、远方/就地信号、接地刀闸位置信号、开关分闸/合闸位置信号、工作/试验位置信号设置。回路接线较多时，应采用中间绝缘的双层端子，减少柜内空间的占用。其中，合闸/分闸位置、工作/试验位置、接地刀闸位置等信号，除接入综保装置、就地状态指示、远方状态指示外，还应预留1—2组备用信号，以便在“五防”操作等系统需要上述信号时，可由厂用电监控后台转发。

1.2.4 4D交流电源回路段

加热照明回路、与其他设备回路有联系的交流信号，宜采用红色端子加以警示。

1.2.5 其他

通信回路为避免干扰，宜不经端子直接连接至综保装置。端子排接线优化示意如图1所示。

图1 端子排接线优化示意

2 端子排的结构分析

2.1 端子排安装位置不合理

部分开关柜在端子排布置及回路接线设计上没有充分考虑后期维护检修工作的需要，将二次回路端子排布置在继电器后，或端子排安装在380 V母线下方，如图2所示，导致设备在运行中出现异常时无法对二次回路进行在线检查，且有可能造成人身触电伤害。

2.2 端子排结构设计优化

二次回路端子排的安装布置应充分考虑与一次设备的物理隔离，应避开继电器、接触器等元器件，保证设备在运行中出现异常时能对所有回路进行测量检查。

图2 开关柜端子排安装布置不合理

3 二次插头接线分析

3.1 二次插头接线分配区域不合理

3.1.1 二次插头内正负极短路造成插头烧损

中低压开关柜操作频繁，二次插头插拔次数较多，内部插针易出现倾斜。正负极电源的插针相邻，在插拔过程中可能造成短路。如某10 kV开关柜送电过程中，由于110 V直流控制电源带电且带负电的插针倾斜，与相邻带正电的插针短路，造成二次插头烧损；需更换整个二次插头，并重新配线。

3.1.2 航空插头内交直流回路短路导致机组跳闸

部分开关柜航空插头内交直流回路的插针相邻，插拔过程中可能造成交直流回路短路。如某厂3号机组检修后启动，机组并网负荷升至225 MW，主变启动通风，绕组温度控制器输出(2组接点：一组为发信号至发变组保护B柜的直流回路，另一组为启动冷却风机的交流回路)的航空插头内交直流回路插针绝缘不良发生短路，造成交流电源串入直流回路，使操作箱误动跳发变组断路器。

3.2 开关柜二次插头接线设计优化

相关规程对端子排布置有明确规定，随着国家电网公司“六统一”标准的执行，输电线路和元器件保护等也对交直流回路设计提出了明确要求。相较之下，中低压开关柜和就地控制箱设计缺少统一标准，在现场的实际运用中也存在很多缺陷，近年来屡有事故发生，且直流正负极短路、交直流短路等交流串入直流的事故也多发生在中低压开关柜和就地控制箱中。

生产现场可推拉式的中低压开关柜都设计有二次插头，当相邻的插针分别为直流正、负极回路或交、直流回路时，极易发生电源互相串入导致设备异常动作。参照端子排布置原则，二次插头的回路应按照电源、功能分区布置。具体要求如下：

(1) 对所有接入二次插头的回路进行标注，按照正电源、负电源、分合闸回路分区布置；

(2) 二次回路接入插头时，应特别注意带正电与带负电的插针不应相邻；带正电源的插针不应与合闸或跳闸回路的插针相邻；

(3) 尽可能避免交流回路通过二次插头进入开关内部；若无法避免，在二次插头中预留特定区域用于交流回路接入，并与直流回路插针保持距离。

4 柜内回路与其他设备回路配合分析

4.1 柜内回路与其他设备回路配合问题

4.1.1 开关位置扩展继电器失电造成开关误动

某厂1号机组进行直流系统交流串入检测改造，改造中将脱硫段直流分屏电源1切至电源2。切换时，脱硫保安MCC工作进线开关处于合闸状态，DCS发指令合备用进线开关，发生脱硫保安MCC 2路电源开关同时合闸的异常现象。

异常发生后，检查开关柜二次回路、DCS合闸逻辑，发现DCS采用工作进线开关辅助接点的扩展继电器常闭接点作为开关分闸反馈。在切换过程中，直流电源瞬时消失，扩展继电器失电，接点闭合，DCS判断工作进线开关分闸，发合备用进线开关合闸指令，如图3所示。

图3 开关位置扩展继电器至外部回路

4.1.2 高压电动机电加热回路设计缺陷

高压电动机均设计有电加热装置，控制回路取电源开关常闭辅助接点，开关分闸后常闭接点闭合，控制回路导通。若该常闭接点取开关本体辅助接点，会导致交流电源经过二次插头进入开关内部，出现相邻的二次插针分别为交、直流回路的情况，极易发生类似于参考文献[1]中交流串入直流发生设备异常动作的情况。

4.2 柜内回路与其他设备回路配合优化设计

(1) 其他设备回路使用开关位置接点时，应尽可能采用开关本体辅助接点，防止因采用4.1.1案例中的扩展继电器接点而发生继电器失电。

(2) 外回路为交流回路，如4.1.2电机电加热连锁投入等回路时，为避免交流回路通过二次插头进入开关内部，可按图4设置扩展继电器。

图4 电动机电加热回路设计

(3) 对于必须接入开关本体位置接点的交流回路，除设置专用的交流接入二次插头区域外，可考虑在外回路增加隔离变压器。隔离变压器二次侧不接地，即使发生交流串入直流，也不会对直流系统产生影响。以电动机电加热回路为例，增加隔离变压器后如图5所示。

图5 交流回路经隔离变压器接入开关柜

5 结束语

从提高中低压开关柜运行可靠性和利于继保人员维护检修的目的出发，结合现场实例，分析了中低压开关柜在二次回路设计上存在的缺陷，提出了跳合闸回路、信号回路接线方式的优化设计方案，对端子排安装位置进行了合理规划，建议按照电源、功能分区布置二次插头接线，并阐述了开关柜本体辅助接点、扩展继电器接点与外回路配合的注意事项，供同行讨论参考。