具有觸頭測溫功能的電子式互感器與隔離開關(guān)組合敞開式智能組合開關(guān)研發(fā)和工程運用

1、具有觸頭測溫功能的電子式互感器與隔離開關(guān)組合敞開式智能組合開關(guān)研發(fā)和工程運用i范榮全2朱海峰彳張禪裕(四川省電力公司i成都610041,南京新寧光電自動化有限公司$南京210018,湖南長高高壓開關(guān)集團股份公司-湖南)'fan rongquan 2zhu haifeng 3zhang chanyu(sichuan electric power company1 chengdu 610041, nanjing xinning opto-electricautomation co.ltd2 nanjing 21001 & changgao highvoltage switchgea

2、r group co.,ltd3)abstract :the open-type 220kv intelligentcombination switch equipment which is a combination of contact temperature function of electronic transformer and isolating switch is introduced in the article this paper introduces in detail the principle of the device, the structure and app

3、lication of technical conditions it maximize inherited the advantages of electronic transformer , isolation switch and optical fiber sensing temperature. this device has already got the promotion and application in two 220kv intelligent substation projects, and at present it is in nonnal operation c

4、onditio n. the fact proves that the advantage of equipment in saving land resource is obvious. and it has a pioneering significance in realizing isolation switch contact temperature online monitorin g.key words：electronic transformer; isolating switch; intelligence; combination; measuring temperatur

5、e online摘要：本文闡述了一種具有觸頭測溫功能的電了式 互感器與隔離開關(guān)組合的敞開式220rv智能組合 開關(guān)設(shè)備。文中詳細介紹了該裝置的原理、結(jié)構(gòu)和 應(yīng)用的技術(shù)條件。它最人限度地繼承了電子式互感 器、隔離開關(guān)、光纖傳感測溫的優(yōu)點。此裝置在2 個220kv智能化變電站項h屮已經(jīng)得到了推廣和 應(yīng)用，目前運行情況良好。事實證明該設(shè)備在節(jié)約 土地資源方曲優(yōu)勢明顯，只在實現(xiàn)隔離開關(guān)觸頭溫 度在線監(jiān)測方面具有開拓意義。關(guān)鍵詞：電子式互感器：隔離開矢：智能：組合： 在線測溫0概述隨著國網(wǎng)提出全面建成統(tǒng)一堅強智能 電網(wǎng)的目標，電力部門和技術(shù)革新能力前列 的生產(chǎn)廠家都在積極地思索和探尋智能一 次設(shè)備的新方

6、案。融合在線智能測溫系統(tǒng)的 隔離開關(guān)和電子式電流電壓互感器集成的 敞開式智能組合電器的思路就是在這樣的 背景下應(yīng)運而生。從2008年初開始，四川 省電力公司基建部和四川省電力設(shè)計咨詢 有限責(zé)任公司就聯(lián)手湖南長高高壓開關(guān)集 團股份公司和南京新'寧光電自動化有限公 司合作研發(fā)此項目。實現(xiàn)了一次、二次設(shè)備的智能化是實現(xiàn) 變電站智能化的前提?；ジ衅髯鳛殡娏ο到y(tǒng) 進行電能訃量、測量、控制、保護等提供電 流電壓信號的重要設(shè)備是基礎(chǔ)設(shè)備，其精度 及可靠性與電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運 行密切相關(guān)。它是電力系統(tǒng)一二次設(shè)備的結(jié) 合點，它的數(shù)字化對于整個變電站的智能化 具有重大作用。高壓隔離開關(guān)在電力系統(tǒng)

7、屮使用量大、 應(yīng)用范圍廣，其性能狀態(tài)直接關(guān)系電網(wǎng)安全 運行，長期以來，由于生產(chǎn)工藝、戶外惡劣 環(huán)境、超期維護等因素影響，隔離開關(guān)發(fā)熱 故障頻繁。傳統(tǒng)電站的隔離開關(guān)、電流互感器、電 壓互感器均單獨設(shè)置，需耍單獨的支撐絕緣 子、設(shè)備支架及基礎(chǔ)，且體積大、成本高， 占地面積大。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，發(fā)電和 輸變電容量的不斷增加，為了實現(xiàn)電網(wǎng)智能 化，變事后故障分析為事前系統(tǒng)監(jiān)視維護， 減少事故發(fā)生，減小變電站的占地血積和建 筑空間，研制一種滿足“數(shù)字化、光纖化、 智能化、一體化”要求并具有在線測溫功能 的隔離開關(guān)與電流電壓互感器集成的敞開 式智能組合電器具有重大意義。1發(fā)展現(xiàn)狀目前國內(nèi)變電站普遍采用傳

8、統(tǒng)電磁式 電流、電壓互感器，它存在磁路飽和、鐵磁 諧振、測量不準確等缺點。ct開路pt短路 還會嚴重影響人身安全與電網(wǎng)安全運行。同 時絕緣結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，產(chǎn)品造價越來越 高，產(chǎn)品重量大支撐結(jié)構(gòu)復(fù)雜。電磁式互感 器輸出為模擬量，不能與數(shù)字化二次設(shè)備直 接接口，不利于電力系統(tǒng)數(shù)字化進程。近兒年來，電子式互感器的研制得到了 很大發(fā)展，特別是有源型電子式互感器，已 在國內(nèi)工程中得到了一定的應(yīng)用，有了豐富 的運行經(jīng)驗。例如，南京新寧光電口動化有 限公司作為第一個工程化電子式互感器的 生產(chǎn)廠家，其2003年研制出的220kv電流 電壓一體式互感器，已在江蘇六合變、天津 陳浦、唐山郭家屯變、邯鄲大名變、廣東

9、三 鄉(xiāng)變等220kv變電站中使用且運行良好。 電子式互感器實現(xiàn)光纖傳輸，一二次系統(tǒng)隔 離，具有測量精度高，暫態(tài)特性好，不容易 受到emc影響的諸多優(yōu)點。同時它的出現(xiàn) 同時實現(xiàn)了變電站的采集數(shù)字化，為智能化 變電站奠定了基礎(chǔ)。隔離開關(guān)的觸頭是最為常見的發(fā)熱部 位，一直以來，隔離開關(guān)的測溫監(jiān)測工作均 采用人工巡視加紅外測溫儀器進行，該方法 測量準確度受環(huán)境、人員等諸多因索影響， 并且響應(yīng)速度滯后，不能在線實時監(jiān)測，容 易造成事故擴大嚴重化。因此需開發(fā)出一種 高精度、高可靠性、響應(yīng)速度快的觸頭在線 智能測溫系統(tǒng)。隔離開關(guān)本體融合溫度檢測單元（包括 溫度傳感器和傳輸光纖）、外置其余測溫智 能組件的方案

10、，國內(nèi)尚無生產(chǎn)廠家，國外有 部份廠商開發(fā)成功，如阿爾法公司就有此類 產(chǎn)品在國內(nèi)電站試運行，但因隔離開關(guān)的絕 緣子是實心結(jié)構(gòu)，傳輸光纖礙另外配備絕緣 套管，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。湖南長高高壓開關(guān)集 團股份公司作為國內(nèi)最大的隔離開關(guān)專業(yè) 制造商，一直希望在這一方面有所突破。四川省電力公司基建部和四川省電力 設(shè)計咨詢有限責(zé)任公司一直追蹤并關(guān)注如 何在設(shè)備數(shù)字化的背景下，綜合各個廠家的 單點技術(shù)，開發(fā)新型的綜合設(shè)備，實現(xiàn)系統(tǒng) 數(shù)字化，于是聯(lián)手廠家，經(jīng)過多次交流探討、 深入研究，形成此組合電器的具體方案。2設(shè)計與試驗2. 1 一次設(shè)備的集成圖1具有觸頭測溫功能的電子式互感器與隔離開 關(guān)組合敞開式智能組合開關(guān)如圖

11、1所示將電子式電流電壓互感器的 套管代替水平型隔離開關(guān)的靜側(cè)絕緣子安 裝在隔離開關(guān)底座上，同時隔離開關(guān)靜觸頭 作特殊處理，以適應(yīng)隔離開關(guān)動側(cè)高度。隔 離開關(guān)靜觸頭設(shè)置在互感器頭部側(cè)面，固定 在互感器套管和頭部之間的一塊強度高合 金鋁板上，用鋁接頭將兩種設(shè)備的一次導(dǎo)體 連接；在隔離開關(guān)動靜觸頭接觸部位嵌入溫 度傳感器探頭，傳感光纖延著隔離開關(guān)靜觸 頭進入互感器頭部，再和互感器信號光纖一 起引至隔離開關(guān)底座上的光纜交接箱內(nèi)。圖22. 2隔離開關(guān)觸頭光纖傳感溫度實時檢測系 統(tǒng)如圖2所示，將光纖傳感器直接安裝于 戶外隔離開關(guān)靜觸頭上,通過圖2系統(tǒng)流程, 可準確實時的測出戶外隔離開關(guān)觸頭點溫 度。將溫度

12、信號引至戶外終端盒，在終端盒 內(nèi)將下引光纖與鎧裝光纜對接再引至主控 室的總分路器?？偡致菲鲗⒍嗦返臏囟却?數(shù)據(jù)集中至光纖光柵解調(diào)儀，再通過交換機 傳輸?shù)奖O(jiān)測計算機。監(jiān)測計算機對所接收的 所有溫度數(shù)據(jù)解析后并顯示，視需求還可將 溫度數(shù)據(jù)通過iec61850報文傳給后臺監(jiān)控 系統(tǒng)。用戶足不出戶，只需在監(jiān)控室的客戶 端就可以實現(xiàn)戶外隔離開關(guān)溫度實時監(jiān)測。2. 3主要技術(shù)性能參數(shù)序號參數(shù)名稱單位指標要求1額定電壓kv2522額定頻率hz503額定電流a25004額定絕緣水平lmin工頻耐受電壓 （有效值）相間/對地kv460隔離斷口460+ (145)雷電沖擊耐受電壓 （峰值）相間/對地1050隔離

13、斷口1050(+200)輔助和控制冋路工頻耐壓25無線電干擾電壓測量和電暈試驗uvw5006額定短吋耐受電流ka507額定峰值耐受電流ka1258額定短路持續(xù)時間s39主回路電阻u qw10010接線座的機械負載額定值n水平縱向水平橫向垂直力30002000200011配用機構(gòu)cj12電動機構(gòu)（主刀）cj12電動機構(gòu)（地刀）csb手操機構(gòu)電機電壓vac380、 dc220控制電壓vac380、 dc220分合閘時間s主刀:(9±1.5)地刀:(9±1.5)輸出角度度主刀：90°地刀:90°操作手柄作用力nw60 （在總轉(zhuǎn)數(shù)10%范圍內(nèi)允許為12開、合母線

14、轉(zhuǎn)換電流的能力額定母線轉(zhuǎn)換電流a2500額定母線轉(zhuǎn)換電壓v40013接地開關(guān)開、合感應(yīng)電流能力a/b電磁感應(yīng)額定感性電流a80/300額定感性電壓kv1.4/25靜電感應(yīng)額定電容性電流a1.25/25額定電容性電壓kv竝514隔離開關(guān)開、合 小電流能力額定電容性電流a1額定電感性電流a0.515機械壽命次300016電了式電流互感器一次傳感器原理/羅氏線圈和低功率線圈組合一次傳感器數(shù)量（個/相）個2每傳感器a/d個數(shù)個2一次轉(zhuǎn)換器獲取能量方式/激光供能17電子式電壓互感器一次傳感器原理/電感分壓一次傳感器數(shù)量（個/相）個2每傳感器a/d個數(shù)個2一次轉(zhuǎn)換器獲取能量方式vdc22018合合并單元輸

15、出額定值電壓/測量、計量、保護：2d41h電流/測量、計量：2d41h保護：01cfh19準確級輸出電壓/0.2s/5tpe/5tpe電流/0mp/3p20測溫系統(tǒng)工作溫度范圍°c45150反應(yīng)時間s0.3長期精度°c±0.52.4樣品試驗本文所研制的電子式互感器與隔離開 關(guān)組合的敞開式智能組合電氣整體結(jié)構(gòu)仍 為隔離開關(guān)結(jié)構(gòu)，所以試驗項目必須包含隔 離開關(guān)的所有型式試驗項目，參考標準為 gb 1985-2004 （高壓交流隔離開關(guān)和接地開 關(guān)）。由于電子式互感器代替來原來的靜觸 頭支柱，所以試驗項目必須增加電子式互感 器的型式試驗項目，參考標準為 gb/t2084

16、0.7-2007 （電子式電壓互感器） 和gb/t20840.8-2007 （電子式電流互感 器）。將兩者重疊項目整理后列出以下試驗 項目：1）lmin工頻耐壓試驗（干，濕）2）1.2/50 us雷電沖擊電壓試驗3）輔助和控制冋路的絕緣試驗4）主回路的電阻測量5）溫升試驗7）操作和機械壽命8）隔離開關(guān)施加額定端子靜態(tài)機械負 荷時操作試驗9）動熱穩(wěn)定電流試驗10）電子式互感器電流，電壓誤差試驗11）電子式互感器溫度循環(huán)下的誤差試 驗12）電子式互感器電磁兼容試驗13）隔離開關(guān)分合容性電流試驗經(jīng)試驗后，所有項目試驗結(jié)果均達到試 驗標準的要求。值得注意的是：由于將電子 式互感器與隔離開關(guān)組合安裝，隔

17、離開關(guān)在 分合操作時會產(chǎn)生很高的暫態(tài)過電壓，并伴 有很強的空i'可電磁干擾，這就對電子式互感 器內(nèi)的采集器的抗干擾能力提岀更髙的要 求。所以強化試驗項目12）,并增加試驗項 目 13）。圖3樣品試驗3工程應(yīng)用介紹3.1工程應(yīng)用一1）項目名稱：綿陽勁松220千伏變電 站新建工程。2）業(yè)主名稱：四川省電力公司。3）工程規(guī)模：主變：本期及終期 2x180mva； 220kv出線：本期6回，終期 10回；110kv出線：本期10回，最終14 冋；10kv出線：無;10kv無功補償：本期 2x3x10.02mvar,終期 2x4x 10.02mvaro4）電子式互感器與隔離開關(guān)組合的敞 開式智能

18、組合電氣使用數(shù)量:220kv 33臺， uokv 39 臺。5）工程狀態(tài)：已投運，各系統(tǒng)工作正 常，達到預(yù)期效果。3. 2工程應(yīng)用二1）項目名稱：成都團結(jié)220千伏變電 站新建工程。2）業(yè)主名稱：四川省電力公司。3）工程規(guī)模：主變：本期2x180mva, 終期3x180mva； 220kv出線：本期4回， 終期6回；110kv出線：本期7回，最終15 回；35kv出線：本期6回，最終9回；35kv 無功補償：本期2x3x10.02mvar,終期3 x3x10.02mvaro4）電子式互感器與隔離開關(guān)組合的敞 開式智能組合電氣使用數(shù)量:220kv 21臺， uokv 30 臺。5）工程狀態(tài)：已投運，各系統(tǒng)工作正 常，達到預(yù)期效果。4產(chǎn)品特點4. 1將電子式互感器和隔離開關(guān)集成在一 起，大幅地減小變電站的占地面積和建筑空 間，減少支撐絕緣子、設(shè)備支架及基礎(chǔ)，有 效降低成本。4. 2電子式互感器具有傳統(tǒng)電磁式互感器 無法比擬的優(yōu)點絕緣性能好、無磁飽和 鐵磁共振和磁滯效應(yīng)、二次開路影響小、暫 態(tài)響應(yīng)及穩(wěn)定性好、暫態(tài)響應(yīng)范圍大、測量 精度高、適應(yīng)電力計量與保護數(shù)字化、微機 化和數(shù)字化發(fā)展潮流。4.3設(shè)置有高精度、高可靠性、響應(yīng)速度 快的隔離開關(guān)在線智能測溫系統(tǒng)，對觸頭溫 度實時監(jiān)測，能提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備故