變電站合閘回路的改進(jìn)方案

摘 要：

針對廣州某110 kV變電站發(fā)生過多起合閘回路控制回路斷線導(dǎo)致的送電延時或開關(guān)重合閘拒動事件，對該站10 kV饋線備用柜的合閘回路進(jìn)行整體細(xì)致的檢查，發(fā)現(xiàn)該站10 kV開關(guān)柜合閘回路存在多方面的安全隱患。在分析運(yùn)行中可能出現(xiàn)的各種異常情況后，結(jié)合多年來的運(yùn)行經(jīng)驗和實際接線情況，因地制宜，巧妙利用原有設(shè)備的接線端子及電纜，以最簡潔的改動方式完成了對合閘回路的改進(jìn)。改進(jìn)技術(shù)方案巧妙利用原有設(shè)備和回路，無須重新放電纜、打孔或增加端子排，具有成本低、風(fēng)險小、施工時間短、成效顯著的特點。由于同期投運(yùn)的許多舊站均沿用同樣的設(shè)計模式，該技術(shù)方案具有較強(qiáng)的可推廣性。

0 引言

廣州增城地區(qū)某110 kV變電站的10 kV配電設(shè)備投產(chǎn)運(yùn)行超過14年，所有10 kV開關(guān)柜設(shè)備型號均為汕頭正超電氣集團(tuán)有限公司的XGN2B-12。隨著運(yùn)行年限增加，一二次設(shè)備老化，該站10 kV開關(guān)柜合閘回路暴露出諸多運(yùn)行缺陷。據(jù)統(tǒng)計，該站10 kV設(shè)備在最近一年內(nèi)發(fā)生過多起因為合閘回路控制回路斷線導(dǎo)致的送電延時事件，此外，還發(fā)生過一起饋線開關(guān)事故跳閘后開關(guān)拒動導(dǎo)致重合閘失敗的事件。經(jīng)對該站10 kV饋線備用柜的合閘回路進(jìn)行細(xì)致排查，發(fā)現(xiàn)該站10 kV開關(guān)柜合閘回路存在多方面的安全隱患，包括設(shè)計回路圖與現(xiàn)場實際接線不一致、開關(guān)機(jī)構(gòu)原理設(shè)計不合理等問題，這些問題既增加了變電站實際運(yùn)維的難度，又給該區(qū)域的供電可靠性埋下了影響極大的安全隱患。近年來，各級公司層面對供配電可靠性的要求越來越高，而該站所擔(dān)負(fù)的負(fù)荷又是廣州增城城區(qū)的重要負(fù)荷，重合閘失敗及送電延時導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)及社會效益損失日益突出，必須對原來的合閘回路進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。此外，除了此座變電站，增城片區(qū)同期投運(yùn)的幾個變電站均沿用同樣的設(shè)計，都存在很大的安全隱患。因此，通過對該站10 kV開關(guān)柜合閘回路的勘察及改造，可以探索出一個最優(yōu)解決方案，為日后其他舊站改造提供借鑒。

1 缺陷排查及技術(shù)分析

為徹底查明該變電站10 kV開關(guān)柜合閘回路頻繁發(fā)控制回路斷線的問題，對該站站內(nèi)的10 kV備用饋線開關(guān)柜的合閘回路進(jìn)行仔細(xì)勘察及測試，發(fā)現(xiàn)設(shè)計院出具的設(shè)計原理圖中的合閘回路與廠家原理圖及機(jī)構(gòu)內(nèi)部實際接線不一致，圖1為設(shè)計原理圖，圖2、圖3為經(jīng)過現(xiàn)場查線后繪出的變電站10 kV開關(guān)柜合閘回路及儲能回路實際接線圖。

圖2中，端子1D59、1D60是開關(guān)柜內(nèi)的機(jī)構(gòu)外部端子排，I-1、I-5端子是機(jī)構(gòu)內(nèi)部端子排。經(jīng)過回路分析及實際試驗認(rèn)證，該合閘回路存在如下技術(shù)缺陷：

(1)機(jī)構(gòu)內(nèi)部防跳回路設(shè)計不合理，影響合閘可靠性。從圖2可以看出，在開關(guān)柜實際的合閘回路中，無論是重合閘還是手動合閘，只要合閘脈沖已經(jīng)發(fā)出，開關(guān)柜內(nèi)的防跳繼電器FJ立刻得電動作，其常閉接點會切斷合閘回路。現(xiàn)場防跳繼電器FJ的型號為JQX-13F，經(jīng)查閱廠家資料，得知其得電吸合時間與失電釋放時間為25 ms左右，而由檢修班的開關(guān)機(jī)械特性試驗得知10 kV開關(guān)柜斷路器的合閘時間約為35 ms(從收到指令到主觸頭完全閉合)。假如斷路器合閘線圈由于老化或卡阻的原因?qū)е潞祥l線圈吸合時間超過25 ms，這時開關(guān)操動機(jī)構(gòu)還未脫扣，而合閘回路已被切斷，就會導(dǎo)致開關(guān)拒動合閘失敗。另外，由于防跳繼電器FJ長期保持得電狀態(tài)，容易發(fā)熱加速接點老化。且機(jī)構(gòu)箱內(nèi)部振動頻繁又無除濕裝置，運(yùn)行環(huán)境惡劣，導(dǎo)致其常閉接點往往接觸不良，從而增加了合閘回路的電阻[現(xiàn)場測量得到斷路器合閘回路電阻為154.1 Ω，而合閘線圈的額定參數(shù)為130×(1±5%) Ω]，抬高了最低合閘電壓，因此該機(jī)構(gòu)內(nèi)部的防跳回路嚴(yán)重影響到合閘回路的可靠性。

(2)儲能中間繼電器ZJ冗余，長期帶電容易損壞而導(dǎo)致控制回路斷線，影響重合閘成功率。由圖3可知，儲能中間繼電器ZJ受彈簧儲能行程開關(guān)1WK控制，在儲能電源空開2ZK合上的情況下，彈簧一經(jīng)儲能，則行程開關(guān)閉合，儲能中間繼電器ZJ動作。由此可知，在饋線正常運(yùn)行情況下，儲能中間繼電器長期處于動作狀態(tài)，極易燒毀，事實上近幾年也確曾出現(xiàn)過多次儲能中間繼電器損壞的情況。另外，由于該儲能中間繼電器的節(jié)點僅用于儲能指示燈回路，而遙信“彈簧未儲能”信號取的是儲能行程開關(guān)的接點，故當(dāng)儲能中間繼電器損壞時無任何信號發(fā)出，僅能通過儲能指示燈來判斷該中間繼電器是否損壞，不利于運(yùn)行人員及時發(fā)現(xiàn)告警隱患，并極有可能導(dǎo)致運(yùn)行中的設(shè)備重合閘不成功。

(3)跳位監(jiān)視回路設(shè)計不合理，未能監(jiān)視完整的合閘回路。按照圖2原先的設(shè)計，跳位監(jiān)視回路僅能監(jiān)視合閘線圈HQ或開關(guān)輔助接點b1的狀態(tài)，當(dāng)儲能中間繼電器接點ZJ或防跳繼電器接點FJ或開關(guān)輔助接點b2斷開時，跳位繼電器TWJ依然動作，裝置不會發(fā)控制回路斷線信號。

2 改進(jìn)方案

根據(jù)現(xiàn)場檢查得出的分析結(jié)果，結(jié)合南方電網(wǎng)《110 kV變電站二次接線標(biāo)準(zhǔn)》(Q/CSG 1201010—2016)以及現(xiàn)場接線情況，制訂了一個既簡潔又符合規(guī)范要求的改進(jìn)方案。具體改動有如下幾方面：

(1)根據(jù)南方電網(wǎng)《110 kV變電站二次接線標(biāo)準(zhǔn)》，就地防跳和操作箱防跳應(yīng)優(yōu)先保留就地機(jī)構(gòu)防跳，在沒有機(jī)構(gòu)防跳時才考慮使用保護(hù)防跳，這樣可避免保護(hù)退出時防跳也同時失去的風(fēng)險[1]。但該變電站的10 kV開關(guān)柜廠家機(jī)構(gòu)內(nèi)部防跳回路設(shè)計不合理，且繼電器運(yùn)行存在不可靠風(fēng)險，故將其防跳繼電器FJ拆除?？紤]到廠家內(nèi)部接線為U型冷壓銅接頭，底座螺絲接線緊固，故直接利用其原有底座可靠短接其常閉接點，經(jīng)測量短接后的接點電阻接近于0，短接效果良好。改進(jìn)后的防跳回路采用保護(hù)裝置操作箱內(nèi)部的防跳回路。

(2)考慮到圖2合閘回路中已有彈簧儲能行程開關(guān)1WK作為閉鎖接點，故將柜內(nèi)的儲能中間繼電器ZJ取消，并直接在該繼電器的接線端子處短接其合閘回路中的常開接點，解開儲能中間繼電器的A1端電纜接入儲能指示燈，直接采用彈簧儲能行程開關(guān)1WK驅(qū)動儲能指示燈，圖4為改進(jìn)后的儲能回路。

(3)根據(jù)南方電網(wǎng)《110 kV變電站二次接線標(biāo)準(zhǔn)》的要求，TWJ應(yīng)能監(jiān)視包括“遠(yuǎn)方/就地”切換把手、斷路器輔助接點、合閘線圈等的完整合閘回路[2]。故將跳位監(jiān)視回路前移至機(jī)構(gòu)外部的端子排，即將1D60至I-5的配線兩側(cè)均解開，直接在端子排處用短接片短接1D59、1D60。圖5為改進(jìn)后的合閘回路，TWJ可監(jiān)視完整的合閘回路。

3 現(xiàn)場施工及測試情況

形成改進(jìn)方案后，結(jié)合檢修班組對該站10 kV開關(guān)機(jī)構(gòu)進(jìn)行特性試驗的契機(jī)，開展了10 kV開關(guān)柜合閘回路的改造。由于改進(jìn)方案涉及所有10 kV配電設(shè)備，但停電時間短，涉及的改動多，且設(shè)備處于投運(yùn)狀態(tài)，不方便重新放電纜、加端子排、穿孔，故制訂的改線方案中的每一項改動都力求做到最簡，同時在現(xiàn)場施工過程中，巧妙利用原有設(shè)備及回路，最終做到不放電纜，無須配線，無須增加端子排或穿孔，安全高效地完成改造工作，改造一個間隔平均只需花費(fèi)15 min。

經(jīng)過現(xiàn)場試驗，防跳回路可靠有效，彈簧未儲能時可以有效閉鎖合閘回路，同時保護(hù)裝置發(fā)控制回路斷線信號[3]。從I-1和I-2測量得合閘回路電阻約為138.5 Ω，經(jīng)檢修班機(jī)械特性校驗得到最低合閘電壓約為168.4 V<80%Un(Un為220 V)，合閘時間為35 ms左右，滿足南網(wǎng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，可以投入運(yùn)行。

4 成果效益及推廣價值

該站10 kV開關(guān)柜改造后，該站10 kV饋線未發(fā)生開關(guān)拒動，10 kV配電設(shè)備操作送電20余次，均順利送電。此10 kV開關(guān)柜合閘回路改進(jìn)方案的實施，一方面提高了運(yùn)行人員操作的成功率和及時性，另一方面又減輕了繼保檢修人員的維護(hù)壓力，同時大大提高了該站供電區(qū)域的運(yùn)行可靠性，避免了因開關(guān)拒動而造成的經(jīng)濟(jì)損失。

5 結(jié)語

10 kV配電設(shè)備作為與用戶連接的最后一段通道，其開關(guān)動作的可靠性與配網(wǎng)供電可靠性息息相關(guān)。與該變電站類似的一批舊站在投產(chǎn)之初，受限于技術(shù)設(shè)備及其他原因，所設(shè)計的合閘回路存在一定缺陷，特別是在繼電器等設(shè)備老化后，該合閘回路的安全隱患暴露無疑，不符合現(xiàn)在公司所規(guī)定的規(guī)范要求，亟需改進(jìn)。此次10 kV開關(guān)柜合閘回路改造成本低、風(fēng)險小、施工時間短、成效大，實踐證明該改進(jìn)方案是可行且成功的，可以直接有效地推廣到有相似問題的舊站改造中。

審核編輯：湯梓紅