中低壓開關柜缺陷分析及二次回路設計優化

楊 奇

(京能集團山西漳山發電有限責任公司，山西 長治 046021)

0 引言

隨著國家電網公司“六統一”的貫徹執行，線路保護、元器件保護在功能配置、回路設計、端子排布置等技術在設計要求上得到了有效規范。相比較之下，10 kV，6 kV和380 V等中低壓開關柜在現場使用中仍存在諸多缺陷，主要包括：柜內二次回路在端子排上的接線不統一；端子排的安裝位置不統一；電源回路在二次插頭中的分配區域不統一；柜內回路與其他設備回路的配合不統一。這些缺陷不利于設備的可靠運行，也不利于繼電保護人員對設備的維護和檢修工作。

通過現場實例，詳細分析了上述缺陷產生的原因和現象，并提出了設計優化方案，以供相關從業人員參考。

1 端子排的接線分析

1.1 端子排接線不統一的原因分析

(1) 部分開關柜交流電壓回路使用普通接線端子而非試驗端子，導致校驗開關柜綜合保護裝置時，不能通過斷開試驗端子短接片斷開回路，而需要將接線甩開，不利于設備的檢修工作。

(2) 部分開關柜合閘回路未預留備用端子，在節能改造中出現弊端。如在某6 kV電機電源變頻器改造中，在合閘回路中接入變頻器合閘允許信號時，因未預留備用端子，需對整個端子排進行移位，增加改造工作的難度。

(3) 部分開關柜事故按鈕、遠方分閘指令接在同一端子上，導致開關跳閘時無法分析分閘原因，不利于隱患的排查和治理。

(4) 部分開關柜工作位/試驗位未預留備用接點，給后期檢修維護增加困難。如在某廠用6 kV開關柜“五防”改造中，因無足夠的位置接點，現場需重新引出接點至端子排，增加了改造的工作量。

1.2 端子排接線設計優化

針對上述問題，現對采樣回路、操作回路、信號回路提出以下優化建議。

1.2.1 1D交流采樣電流、電壓段

1D交流采樣電流、電壓段宜按照交流采樣電流、電壓設置，交流電流、電壓回路應采用試驗端子。每組電壓、電流互感器的二次側宜在開關柜端子排處按照星形或三角形等方式連接，并做好一點接地。

1.2.2 2D操作回路段

2D操作回路段宜按照正電源、經遠方/就地切換的正電源、合閘回路、跳閘回路、負電源設置?？紤]開關合閘回路需與其他設備回路相配合(如變頻運行時，需串聯變頻器合閘允許信號)，在合閘回路段預留1—2個空端子，方便接入其他信號。若開關有多個分閘指令，如電動機開關DCS遠方分閘、事故按鈕分閘，應將分閘指令分別接入端子，再接入綜保裝置。

1.2.3 3D信號回路段

3D信號回路段宜按照綜保裝置動作/告警信號、遠方/就地信號、接地刀閘位置信號、開關分閘/合閘位置信號、工作/試驗位置信號設置?；芈方泳€較多時，應采用中間絕緣的雙層端子，減少柜內空間的占用。其中，合閘/分閘位置、工作/試驗位置、接地刀閘位置等信號，除接入綜保裝置、就地狀態指示、遠方狀態指示外，還應預留1—2組備用信號，以便在“五防”操作等系統需要上述信號時，可由廠用電監控后臺轉發。

1.2.4 4D交流電源回路段

加熱照明回路、與其他設備回路有聯系的交流信號，宜采用紅色端子加以警示。

1.2.5 其他

通信回路為避免干擾，宜不經端子直接連接至綜保裝置。端子排接線優化示意如圖1所示。

圖1 端子排接線優化示意

2 端子排的結構分析

2.1 端子排安裝位置不合理

部分開關柜在端子排布置及回路接線設計上沒有充分考慮后期維護檢修工作的需要，將二次回路端子排布置在繼電器后，或端子排安裝在380 V母線下方，如圖2所示，導致設備在運行中出現異常時無法對二次回路進行在線檢查，且有可能造成人身觸電傷害。

2.2 端子排結構設計優化

二次回路端子排的安裝布置應充分考慮與一次設備的物理隔離，應避開繼電器、接觸器等元器件，保證設備在運行中出現異常時能對所有回路進行測量檢查。

圖2 開關柜端子排安裝布置不合理

3 二次插頭接線分析

3.1 二次插頭接線分配區域不合理

3.1.1 二次插頭內正負極短路造成插頭燒損

中低壓開關柜操作頻繁，二次插頭插拔次數較多，內部插針易出現傾斜。正負極電源的插針相鄰，在插拔過程中可能造成短路。如某10 kV開關柜送電過程中，由于110 V直流控制電源帶電且帶負電的插針傾斜，與相鄰帶正電的插針短路，造成二次插頭燒損；需更換整個二次插頭，并重新配線。

3.1.2 航空插頭內交直流回路短路導致機組跳閘

部分開關柜航空插頭內交直流回路的插針相鄰，插拔過程中可能造成交直流回路短路。如某廠3號機組檢修后啟動，機組并網負荷升至225 MW，主變啟動通風，繞組溫度控制器輸出(2組接點：一組為發信號至發變組保護B柜的直流回路，另一組為啟動冷卻風機的交流回路)的航空插頭內交直流回路插針絕緣不良發生短路，造成交流電源串入直流回路，使操作箱誤動跳發變組斷路器。

3.2 開關柜二次插頭接線設計優化

相關規程對端子排布置有明確規定，隨著國家電網公司“六統一”標準的執行，輸電線路和元器件保護等也對交直流回路設計提出了明確要求。相較之下，中低壓開關柜和就地控制箱設計缺少統一標準，在現場的實際運用中也存在很多缺陷，近年來屢有事故發生，且直流正負極短路、交直流短路等交流串入直流的事故也多發生在中低壓開關柜和就地控制箱中。

生產現場可推拉式的中低壓開關柜都設計有二次插頭，當相鄰的插針分別為直流正、負極回路或交、直流回路時，極易發生電源互相串入導致設備異常動作。參照端子排布置原則，二次插頭的回路應按照電源、功能分區布置。具體要求如下：

(1) 對所有接入二次插頭的回路進行標注，按照正電源、負電源、分合閘回路分區布置；

(2) 二次回路接入插頭時，應特別注意帶正電與帶負電的插針不應相鄰；帶正電源的插針不應與合閘或跳閘回路的插針相鄰；

(3) 盡可能避免交流回路通過二次插頭進入開關內部；若無法避免，在二次插頭中預留特定區域用于交流回路接入，并與直流回路插針保持距離。

4 柜內回路與其他設備回路配合分析

4.1 柜內回路與其他設備回路配合問題

4.1.1 開關位置擴展繼電器失電造成開關誤動

某廠1號機組進行直流系統交流串入檢測改造，改造中將脫硫段直流分屏電源1切至電源2。切換時，脫硫保安MCC工作進線開關處于合閘狀態，DCS發指令合備用進線開關，發生脫硫保安MCC 2路電源開關同時合閘的異?，F象。

異常發生后，檢查開關柜二次回路、DCS合閘邏輯，發現DCS采用工作進線開關輔助接點的擴展繼電器常閉接點作為開關分閘反饋。在切換過程中，直流電源瞬時消失，擴展繼電器失電，接點閉合，DCS判斷工作進線開關分閘，發合備用進線開關合閘指令，如圖3所示。

圖3 開關位置擴展繼電器至外部回路

4.1.2 高壓電動機電加熱回路設計缺陷

高壓電動機均設計有電加熱裝置，控制回路取電源開關常閉輔助接點，開關分閘后常閉接點閉合，控制回路導通。若該常閉接點取開關本體輔助接點，會導致交流電源經過二次插頭進入開關內部，出現相鄰的二次插針分別為交、直流回路的情況，極易發生類似于參考文獻[1]中交流串入直流發生設備異常動作的情況。

4.2 柜內回路與其他設備回路配合優化設計

(1) 其他設備回路使用開關位置接點時，應盡可能采用開關本體輔助接點，防止因采用4.1.1案例中的擴展繼電器接點而發生繼電器失電。

(2) 外回路為交流回路，如4.1.2電機電加熱連鎖投入等回路時，為避免交流回路通過二次插頭進入開關內部，可按圖4設置擴展繼電器。

圖4 電動機電加熱回路設計

(3) 對于必須接入開關本體位置接點的交流回路，除設置專用的交流接入二次插頭區域外，可考慮在外回路增加隔離變壓器。隔離變壓器二次側不接地，即使發生交流串入直流，也不會對直流系統產生影響。以電動機電加熱回路為例，增加隔離變壓器后如圖5所示。

圖5 交流回路經隔離變壓器接入開關柜

5 結束語

從提高中低壓開關柜運行可靠性和利于繼保人員維護檢修的目的出發，結合現場實例，分析了中低壓開關柜在二次回路設計上存在的缺陷，提出了跳合閘回路、信號回路接線方式的優化設計方案，對端子排安裝位置進行了合理規劃，建議按照電源、功能分區布置二次插頭接線，并闡述了開關柜本體輔助接點、擴展繼電器接點與外回路配合的注意事項，供同行討論參考。