风电机组35 kV断路器控制回路改造

李强强，刘宏全，常 强

(内蒙古华电蒙东能源有限公司，内蒙古 通辽 028000)

0 引言

某风电场SL3000型陆上风电机组采用35 kV干式变压器升压，干式变压器安装于风电机组基础环内，高压侧设置1组35 kV断路器、1组35 kV负荷开关及接地刀闸、1组35 kV隔离开关及接地刀闸组成的开关柜，并安装于机组二层平台。

1 发现问题

在风电机组的日常运行检修工作中，发现开关柜存在以下几个方面的问题。

(1) 每次倒闸操作均需要人员乘坐电梯至二层平台，干式变压器停电后导致电梯断电，人员无法乘坐电梯下塔，且在下塔过程中人员无法采取任何防坠落措施。

(2) 35 kV断路器无手动电控分合闸按钮，停送电操作必须面向成套开关柜采用手动方式按下断路器本体分合闸按钮，当人员突遇紧急情况时，无法快速作出响应。

(3) 在操作过程中，一旦遇到塔基机组设备不安全事件或干式变压器事故时，人员无法快速撤离至安全地带。

(4) 存在无电控操作按钮、无分合闸电气指示信号、无故障指示等问题。

2 设备属性

开关柜为某公司生产的Safe系列CV型，运行设计寿命30年，额定电压40.5 kV，额定频率50 Hz，雷电冲击耐受电压185 kV，额定电流630 A，短路开断电流20 kA，温度等级-25 ℃。

开关柜由C模块和V模块组合而成，其中C模块主要由气吹结构的双工位负荷开关和双操作轴的接地刀闸构成；V模块主要由真空断路器(机械操作顺序为O—0.3 s—CO—3 min—CO)、隔离开关和接地刀闸构成，开关柜电气原理如图1所示。上述所有带电设备全部密封在充满SF6气体的IP67不锈钢气室内，年泄漏率小于0.25 ‰。

图1 CV型开关柜电气原理

开关柜配备REF 610数字式馈线保护继电器，二次操作电压DC 24 V，配备三相热过负荷保护(定时限或反时限过电流保护、定时限延时电流速断保护）、零序电流速断保护(定时限或反时限零序电流I段保护、零序电流I段保护)、电流不平衡保护等，4个模拟量输入、5个开关量输入(DI1～DI5)、3个功率输出接点(PO1双极带跳闸回路监视、PO2和PO3）、5个信号输出接点(SO1～SO5）及1个内部故障自检输出接点(一常开一常闭)。

3 改造实施

为提高SL3000机组35 kV干式变压器倒闸操作安全性，通过增加成套开关柜断路器电控操作回路并设置在塔基的措施予以实现，总体方案要求是在塔基实现35 kV干式变压器高压侧断路器的分闸控制、合闸控制、故障指示、合闸指示及分闸指示。

(1) 方案一。通过7 m 10芯电缆将所需控制线缆和信号线缆接引至塔基，在机组TBC100塔基控制柜门板上开孔，增加35 kV断路器分合闸操控功能及相应的信号指示，分区布置分闸按钮、合闸按钮、故障指示灯、合闸指示灯、分闸指示灯。方案一涉及在机组控制柜内布线、门板开孔等作业，工序繁琐，且操作过程中如发生干式变压器事故，无法保障人员安全撤离。

(2) 方案二。通过15 m 10芯电缆将所需控制线缆和信号线缆接引至塔基，制作手控操作盒，分区布置分闸按钮、合闸按钮、故障指示灯、合闸指示灯、分闸指示灯。方案二布置形式灵活，除实现要求的功能外，可在塔架外实现断路器的控制和状态监视，可最大程度保证人员安全。

综合以上考虑，最终选定方案二实施。

3.1 增加分、合闸操作控制

(1) 在X1.25和X1.55间接入红色S2分闸按钮开关(平头、自复位、1常开辅助触点)，用于实现分闸操作功能。

(2) 在X1.24和X1.54间接入绿色S1合闸按钮(平头、自复位、1常开辅助触点)，用于实现合闸操作功能。

3.2 增加断路器分、合闸状态指示

(1) 将X1.17和X3.17间短接，接入分闸指示灯的正极电源；将X1.16和X3.18间短接，接入合闸指示灯的正极电源。

(2) X1.47接绿色H2分闸DC 24 V指示灯的正极端；X1.46接红色H1合闸DC 24 V指示灯的正极端；绿色H2分闸指示灯和红色H1合闸指示灯的负极端接至X2.33，用于实现断路器分合闸状态实时指示。

3.3 增加继保装置故障指示

在X2.46和X2.48间接入红色H3保护装置故障DC 24 V指示灯，用于监测保护装置内部故障。

3.4 增加手控操作盒

通过1根15 m长的阻燃、柔性控制电缆(4×0.75 mm2，600 V)和1根信号电缆(6×0.75 mm2，400 V)将接线全部引至塔基，线缆穿于内径为23 mm的黑色、阻燃塑料波纹管内，且两端配直插接头，并通过内径25 mm带3M背胶固定扣将其固定于风电机组塔架内壁。

手控操作盒分为两大区，即操控区和指示区。操控区包括分闸按钮和合闸按钮；指示区包括故障指示、分闸指示和合闸指示。根据现场实际检验，手控操作盒可监测到保护装置的状态，分闸控制、合闸控制可正常操作，断路器的分、合闸状态亦能准确指示，可应用于实际工作。

检修人员应日常巡视检查保护装置是否正常，其红色指示灯灭说明正常，如遇红灯亮说明保护装置故障，应及时检查处理，以免保护误动或拒动；分闸操作前，检查确认红色保护装置故障指示灯灭、红色合闸指示灯亮；合闸操作前，检查确认红色保护装置故障指示灯灭、绿色分闸指示灯亮。

4 应用效果

(1) 实现了断路器远距离的工作状况监控，准确指示设备的状态；实现了对设备的远距离倒闸操作，不但间接简化了操作流程，大幅提高了倒闸操作效率，倒闸操作安全性也得到有效保障，确保了工作全过程的人身安全。

(2) 每次停、送电操作大约缩短2 h，按照批复电价0.521 6元/kWh计算，在机组满负荷情况下，单台机组每次操作节省的时间可减少上网电费损失约0.31万元。

5 结束语

针对实际生产过程中遇到的安全问题，开发设计出了SL3000型陆上风电机组35 kV开关柜手控操作盒，并在2台蒙东区域示范性SL3000型陆上风电机组上推广使用，实现了断路器的远距离分闸、合闸操作以及对断路器的状态实时监视，下一步该手控操作盒将推广应用至行业同类型风电机组。