中压开关柜的二次优化设计

中压开关柜的二次优化设计

赵均华，梅建平，李小闰

身份证号 : 3702231973091646** 浙江 宁波 315000 身份证号 : 3601241983011745** 浙江 宁波 315000 身份证号 : 3607301995100943** 浙江 宁波 315000

摘要：近年来，随着技术的进步和对供用电质量要求的日益提高，用户对开关柜的产品性能要求也越来越高。断路器作为开关柜的核心部件，必须保证其操作的可靠性，并且在综合保护装置上必须正确反应断路器的工作状态；大电流开关柜的风机控制回路设计应趋于智能化，以保证风机的正常运行及监控，提高开关柜的产品性能。

关键词：中压开关柜；二次优化设计

引言：由于人们对供用电质量日渐提高，大家对开关柜的产品性能，提出了更多且更加严格的要求。在整个开关柜架构中，断路器为其核心部件，需确保其操作的准确性与可靠性，且在综合保护装置的紧密配合与协调下，将断路器的工作状态正确反映出来；而在设计大电流开关柜的风机控制回路方面，已经日渐走向智能化，以此来保障风机的正常监控、运行，促进开关柜产品性能的提升。

一、中压开关柜的智能化技术应用

（一）智能断路器

断路器在中压开关设备中的功能主要是用于正常或者电流过载时进行回路的承载、开断与关合，中压开关设备的智能化水平一般取决于断路器的智能化水平。断路器的智能化技术实现如下。第一，断路器的机械特性在线监测。通过安装直位移传感器，在线监测动触头动臂的直行程位移，从而计算出触头合闸速度、分闸速度、分合闸时间和分合闸行程曲线等机械参量；第二，断路器控制回路参数测量。通过集成的霍尔电压电流传感器记录操作过程中的分合闸线圈电流和储能电动机的电压、电流，通过分析线圈电流特征值点的变化提前发现断路器操作回路的故障趋势；第三，开关柜触头温度在线监测。利用无线温度传感器测量断路器梅花触头附近的温度，再通过无线发射传输模块传递至显示装置，在回路温升异常时发出报警信号。采用无线测温传感器，可解决高低压隔离问题；传感器的电源通过罗氏线圈从运行的一次回路获取电源，在一次回路电流为50-5000A的范围内传感器均可稳定工作；第四，电动底盘车。电动底盘车控制器与断路器监测控制系统融合，实现断路器的电动进出，同时具有手动优先、过电流保护、电气机械闭锁、进/退控制、紧急制动、标准通信接口、远程功能调用和报警等功能。系统测量和分析结果可通过自带LCD屏幕在断路器操作面板上立即显示出来，具体分为七个功能界面，包括：运行参数界面、分闸位移曲线界面、合闸位移曲线界面、分闸电流曲线界面、合闸电流曲线界面、储能电动机电流曲线界面和综合状态显示界面。

（二）在线监测母线发热温度

中压开关柜内部的导电连接处会因为电磨损、机械振动以及设备制造过程中的隐藏缺陷导致接触条件恶化，引起接触点温度升高，而温度升高会进一步加剧接触表面的氧化，形成恶性循环，直至绝缘损坏，最终形成电弧放电，导致设备事故。中压开关柜采用高准确度红外辐射的非接触式测温传感器实现开关柜中母线连接处发热温度的在线监测，该方式对开关柜现有的绝缘结构不造成影响且实现对红外测温结果的准确修正，以避免测试环境、距离系数、辐射率、工作波长和瞬时视场角对测量正确性的影响；测温传感器的输出为数字信号，且自身集成了相应的数字滤波器和存储器，数字信号的传输具有很强的抗电磁干扰性能；温度传感器使用寿命较长，因此，该项技术在实用性和可靠性方面都是十分可观的。

二、断路器合闸回路及跳位监视回路问题以及优化设计

（一）问题

部分断路器本身不带跳位监视回路，如VEX型断路器，该断路器的合闸回路与综合保护装置配合使用时，若将断路器接点与综合保护装置的跳位继电器输出点和合闸出口相连时，当断路器合闸后，常开接点闭合，防跳继电器启动，并形成自保持回路，线圈将与防跳继电器形成回路，使线圈、防跳继电器均长期带电，从而无法实现再次合闸，也无法起到跳位监视的功能。为了使综合保护装置能正常工作，通常做法为将断路器的辅助闭点的一端与综合保护装置的跳位继电器输出点相连，断路器的辅助闭点的另一端直接接至负电源，这样设计方式只是能够使综合保护装置的合位、跳位继电器正常工作，不出现控制回路断线报警的故障，但并没有监视断路器合闸回路的完好性，属于一种“假象”的监视回路设计方式[1]。

（二）优化措施

当断路器带防跳，并与综合保护装置配合时，可在跳位监视回路中增加断路器防跳继电器的辅助闭点，组成完整的跳位监视回路，以解决防跳继电器保持和无法监视整个合闸回路的问题。在进行防跳操作时，由于综合保护装置前端为正电源，若跳位监视回路无防跳继电器的闭点，断路器跳闸后，通过“正电源—TWJ线圈—合闸回路—负电源”回路，可导致防跳继电器再次得电启动，防跳继电器继续保持，不能返回，致使断路器无法再次合闸；在跳位监视回路中增加防跳继电器闭点后，防跳继电器启动后，防跳继电器常闭接点打开，使得跳位监视回路无法启动断路器的防跳线圈回路，使得防跳继电器可靠返回，断路器控制回路可正常操作，并且此种设计方式也可通过综保的跳位监视功能监视断路器整个合闸回路的完好性。

三、大电流开关柜的风机控制回路的设计问题以及优化设计措施

（一）设计问题

若开关柜的运行回路电流大于2500A时，由于开关柜的主、分支母线发热较为严重，会影响开关柜的正常运行，严重时会发生开关柜的爆炸事故，故此类开关柜在设计时均需在柜顶或柜内安装风机，以降低开关柜在运行时的柜内温度，减少开关柜的事故隐患，确保开关柜正常运行。由于风机常规安装在开关柜的柜顶或柜内，开关柜在正常运行时无法通过目测观察到风机的状态，而目前对风机的二次控制回路设计较为简单，不科学，这种设计方式并没有考虑在电气二次方面对风机的运行状态进行监控，而且风机是否工作只是单纯的依靠风机开关进行手动控制，可使风机长期不停地运行进而缩短了风机的工作寿命，也有可能由于人为因素没有操作控制开关致使风机未启动，从而导致事故的发生，故这种设计方式存在很大的安全隐患，亟需改进优化[2]。

（二）二次优化措施

对于上述风机控制回路设计无法监控风机运行状态、风机无法自启动的缺陷，本次按柜顶安装轴流风机和柜内断路器底部安装ABB公司配置的贯流风机两种安装方式，提出了两种风机控制启动回路优化的方案。第一，当在柜顶安装轴流风机时工作原理：开关柜运行时，当回路电流达到设定的风机启动值时，通过电流互感器二次绕组回路启动继电器线圈，通过风机启动回路启动风机，并启动电流继电器线圈，然后风机启动指示回路接通，风机指示灯工作。风机控制开关用于在开关柜没有运行时手动启动风机，以检测风机控制回路的完好性，确保后续工作时风机可正常运行。此种设计方式可以实现通过自动检测开关柜一次回路电流值进行启动二次风机的功能，并可实现风机的运行状态进行监控，使风机的控制趋于智能化；第二，当柜内断路器底部安装ABB公司配置的贯流风机时工作原理：此方案的工作原理与上述方案一相似，不同之处为当开关柜配ABB公司配置的贯流风机时，此风机可附带微动开关，开关柜运行时，当回路电流达到设定的风机启动值时，通过电流互感器二次绕组回路启动继电器线圈，通过风机启动回路启动风机，此时风机的微动开关常开接点闭合，风机启动指示回路接通，风机指示灯工作，此方案可少配置一只电流继电器，接线较方案一简单。

结论：

简而言之，在解决工程设计出现的综合保护装置和断路器跳位监视、合闸回路接口配合问题的过程中，完善断路器的接线方式对开关柜的可靠运行有着重要的意义，并且不断完善风机控制回路的设计，可以进一步提高开关柜的智能化、可靠性，后续将不断完善、优化开关柜的二次回路设计，提高开关柜的产品性能。

单位信息:宁波奥克斯高科技有限公司

参考文献：

[1]陈必胜.智能化中压开关设备的应用及发展前景[J].中国高新技术企业，2014(5):31-32.

[2]潘永伟，赵宁，智能化开关柜浅析[J].电气制造，2017（11）.

[3]孙健秧，郭建钊，姚良铸，等.中压智能开关柜技术综述及解决方案的探讨[J].华东电力,2016，4(4):684-687.