2009年4月吉 林 电 力Apr. 2009
第37卷 第 2期(总第201期) J ilin Electric Pow er Vo l. 37 No. 2(Ser. No. 201)
DOI:10. 16109/j.cn k i . jldl . 2009. 02. 017
12kV 单母线中置手车式高压开关柜性能优化
Perfo rmances Optimizatio n of Cent ral Hand Truck Type Breaker
on 12kV Sing le Busbar
刘宗信1, 高晶华2, 彭占江1
(1. 长春红星电器设备有限公司, 吉林 长春 130033; 2. 国电吉林龙华长春热电一厂, 吉林 长春 130052)
摘 要:针对电网运行需要, 在原V K YN 28A-12型高压开关柜的基础上, 通过增加了旁路母线间隔、避雷器小室及单独避雷器小车, 研制了增加旁路间隔的K YN 28A(p) -12型单母线中置手车式高压开关柜, 实现了零停电操作和避雷器小车闭门带电抽出试验; 采用多柜间长距离机械传动实现同步机械防误联锁; 增加了真空断路器紧急分闸机械装置, 保证了电气分闸失灵时的运行安全; 采用了第3代固体绝缘固封式真空断路器, 在实现了零停电操作的同时, 进一步优化了其结构与功能, 提高了运行安全、可靠性。关键词:旁路母线; 固封式真空断路器; 避雷器小车
中图分类号:T M 591. 2 文献标识码:B 文章编号:1009-5306(2009) 02-0018-02
近年来, 吉林省电网中推广采用了KYN 28A -12型单母线中置手车式高压开关柜, 该型号高压开关柜具有结构先进、精度高、抗腐蚀、质量轻、强度高、零件通用性好等优点, 柜体和中置手车可异地制造或组装, 现场可灵活精确配合手车互换, 运行安全可靠, 性能稳定。根据用户需求, 在KYN28A-12型单母线中置手车式高压开关柜的基础上, 开发出增加了旁路间隔(旁路母线) 的KYN 28A (p ) -12型单母线中置手车式高压开关柜, 通过技术创新, 解决了旁路隔离开关与真空断路器的机械防误联锁、真空断路器紧急分闸机械装置、设置避雷器小室和单独避雷器小车等关键性技术问题, 满足了不间断供电对开关柜检修、试验的需要, 实现了零停电作业, 进一步优化了开关柜性能。
况, 其可靠性相对较高, 其缺点是传动距离较短, 因而过去仅用于柜内短距离传动。
从可靠性考虑而采用机械防误联锁。目前国内外同类产品没有机械联锁的先例, 经过3批次试验和改进, 设计、采用了同轴同步机械防误装置, 实现了多柜间长距离同步传动。
同步机械防误联锁装置, 由固定在旁路柜中真空断路器分合主轴上的传动轴叉, 铰接在柜体上和转动轴叉的叉口相衔接的转动轴柄, 贯穿各柜体的传动轴, 固定在馈出柜旁路隔离开关操作孔旁边柜体上的挡板, 铰接在传动轴的拐臂和挡板之间的挡板联杆组成。确保旁路柜中的真空断路器处在闭合位置, 挡板挡住馈出柜的旁路隔离开关操作孔, 从而阻止误操作, 只有当旁路柜中的真空断路器处在断开位置, 挡板才偏离馈出柜上的旁路隔离开关操作孔的位置, 使旁路隔离开关只有在无负载的条件下才能分、合闸。1. 2 同步防误机械联锁对分、合闸参数的影响
由于机械联锁是由旁路柜中的真空断路器分合主轴带动的, 必然影响真空断路器的分、合闸时间和速度。有无机械联锁装置真空断路器合、分闸时间测试结果见表1。
1 隔离开关防误联锁
1. 1 联锁方式的选择
隔离开关防误通常采用电磁锁和机械锁2种方式。就可靠性而言, 电磁锁相对机械锁的可靠性低, 但其传动距离较长; 机械锁是用机械部件来传动并产生约束的, 除非出现零部件损坏, 断裂等极端状
收稿日期:2009-01-14
作者简介:刘宗信(1957—) , 男, 高级工程师, 从事高、低压开关设备设计、研发、制造技术工作。
表1 有无机械联锁真空断路器合、分闸时间与速度测试结果
机械联锁
有无
合闸时间/ms
46. 442. 2
分闸时间/m s
24. 625. 4
合闸速度/(m ·s -1)
0. 570. 62
分闸速度/(m ·s -1)
1. 161. 13
从表1可以看出, 在小开距工况下, 动触头的平均速度与时间接近于反比关系。加机械联锁后, 断路器的合闸速度降低约0. 05m /s,合闸时间增加约4. 2ms; 分闸速度提高约0. 03m /s,分闸时间降低约0. 8ms , 但变化后的所有分、合闸参数均符合产品技术条件的规定, 处于中间值。
弹簧拉力/kN
挡板弹簧F d
0. 0776
断路器合闸弹簧F h
2. 4000
1. 3 主要部件机械强度的计算和试验
旁路柜真空断路器空载动作500次, 带动馈出柜旁路隔离开关操作轴孔打开或封挡, 动作正确, 零部件机械强度满足要求, 无异常现象。主要部件机械强度计算及试验结果均符合标准要求。主要部件机械强度计算结果见表2, 其中F d /F h =1/31。
表2 主要部件机械强度计算结果
轴弯曲强度/(kN ·mm -2) 空心轴强度/(kN ·mm -2) 计算值0. 021
允许值0. 054
计算值0. 031
允许值0. 054
拉杆强度/(kN ·mm -2) 计算值0. 0062
允许值0. 0720
1. 4 线路隔离开关
需要在主回路负荷侧安装线路隔离开关, 一旦需要改用旁路送电时, 用于隔离旁路回路, 确保检修人员安全检修主回路设备, 同时要求线路隔离开关具有隔离和接地功能, 并只能由一套机构来操作, 实现其间合分的程序性和相关联锁。1. 5 真空断路器机械紧急分闸辅助装置
在真空断路器小室前门安装断路器机械紧急辅助装置, 当电气分闸失灵时, 在紧急情况下, 通过闭门操作断路器上的机械分闸按钮, 使真空断路器分闸。
b. 避雷器小室应设泄压通道, 确保该隔室内发生短路时产生的高温电弧气流从隔室后部排出; c . 避雷器小车可抽出部件应接地的金属部分在试验位置和隔离位置以及所有的中间位置均应保持接地;
d . 增设避雷器小车后, 电流互感器的安装方式, 接地开关的安装位置应满足后下门开启后, 方便电缆安装、检修、试验拆接线, 同时还应满足检修作业的要求, 在主母线不停电时抽出断路器手车后安全方便地更换电流互感器。由于柜宽(800mm ) 的限制, 接地开关操作轴与带电体空气绝缘距离不满足要求时, 应做加强绝缘处理。
2 设单独避雷器小室及避雷器小车
3 真空断路器选择
单母线中置手车式高压开关柜真空断路(真空接触器) 柜内均安装有避雷器。原设计为固定安装在柜后电缆室下部。近年来应用户的要求, 柜前下部新增为避雷器小室, 避雷器采用单独小车, 氧化锌避雷器型号为Y H5W Z-17/45,便于带电抽出试验。避雷器小车有闭门操作和开门操作2种形式, 后一种开门操作的避雷器小车, 需母线停电才能抽出试验。避雷器小车应能满足下列技术标准要求:
a. 避雷器小车的操作, 必须在避雷器小车室门关闭下进行, 同时, 避雷器小室应装设上活门机构装置, 当避雷器小车抽出时, 活门挡板自动关闭, 与静触头形成有效隔离;
近年来, 单母线中置手车式高压开关柜广泛采用的V EP 型固封式真空断路器, 由固封极柱式真空灭弧室组件构成; 完全模块化的分、合闸机构设计; 小型化高可靠真空灭弧室的应用, 操作可靠、性能稳定、检修维护工作量少, 代表了第3代固封式真空断路器当今世界设计制造的先进水平。其主要技术指标及特点如下。
3. 1 主要技术指标
a . 额定短路电流开断次数:40k A 及以下为50次, 50kA 为30次。
(下转第23页)
行计算配置的, 超容量和超负荷用电, 导致TA 二次电流过流, 经常发生计量装置烧损, 使计量装置被迫停运而造成电量损失。
小型炼钢企业超容量和超负荷用电, 造成了变压器基本费损失。经测算, 每超100kW , 每年基本电费损失为22800元。按照2007年长春小炼钢企业谷段时间测算的平均负荷计算, 8家炼钢企业超容量不低于2860kW , 年基本电费损失约65. 2万元。
为进一步核实超容量问题, 采用BRC-A 型便携式变压器容量现场检测设备, 对初步认定超容用户变压器进行测试, 查出3家企业采取将大容量变压器换成小容量铭牌的方法违约用电, 发现后共追缴电费126万元。
限定电流整定值, 同用户签订供用电补充协议, 明确了由于用户超容量用电造成断路器动作责任, 使用户私自超容量用电得到有效控制。4. 2 加强用电检查的科技手段
积极应用负荷终端监控装置对用户用电负荷进行监测分析, 并应用变压器容量现场检测仪等先进检测工具, 严格依照用电检查程序, 对可疑用户的变压器容量进行检测, 取得证据, 打击各种违约用电、窃电行为。
4. 3 实施计量装置改造
针对小型炼钢企业负荷启动即达到满载或过载的特点, 使用大容量、S 级TA , 提高计量装置超负荷运行工况的计量准确性; 同时, 完善现有负荷终端监控装置, 对炼钢企业进行实时的三相电压、电流和有功功率的监控; 与部分用户协商了按照最大需用容量收取基本电费的措施, 完善计量表计最大需用容
4. 1 加装高压限流保护装置
为保障电网安全可靠运行, 限制一次电流超容对系统的影响, 在与用户分界点处杆上加装了组合式过流保护断路器, 依据用户契约运行容量, 计算出
(编辑 刘文千)
量功能, 在供用电合同中明确超出契约容量5%以上部分按最大需量追收基本电费。
4 采取的防范措施
(上接第19页)
b . 分闸反弹幅值不大于1mm (实测不大于0. 2mm ) 。
c. 3150A 及以下断路器, 具备自然冷却高于额定电流10%的过载能力。
d. 额定短路开断电流直流分量最高达62%。3. 2 主要特点
a . 采用低阻值(当额定电流为1250A 时阻值不大于(9±1) μΨ, 当额定电流为3150A 时阻值不大于(7±1) μΨ) , 并逐个老练处理和测试的阿海珐真空灭弧室。
b . 固封极柱设计采用缓冲夹层, 解决不同材料的热膨胀差异, 分别通过-40～50℃冷热循环试验; 交变湿热试验和整机-25℃低温试验, 确保环境变化时, 固封极柱不开裂。
c. 模块化、高可靠性的弹簧操作机构(含合闸、分闸及二次控制) 结构简单, 高质量的分闸缓冲器及
(编辑 刘文千)
在KYN 28A -12型单母线中置手车式高压开关柜的基础上, 通过增加旁路间隔开发出的KYN 28A (p) -12型单母线带旁路手车式高压开关柜, 以及增加单独避雷器小室和闭门操作的避雷器小车, 实现了零停电操作。通过加装紧急分闸装置, 以及采用第3代固体绝缘固封式真空断路器, 进一步提高了单母线中置手车式高压开关柜的稳定性、可靠性。设计安装独特的合闸弹簧有效减少机械故障, 合、分闸燥音小, 确保真空断路器分合闸特性稳定、长效、可靠。
4 结束语
2009年4月吉 林 电 力Apr. 2009
第37卷 第 2期(总第201期) J ilin Electric Pow er Vo l. 37 No. 2(Ser. No. 201)
DOI:10. 16109/j.cn k i . jldl . 2009. 02. 017
12kV 单母线中置手车式高压开关柜性能优化
Perfo rmances Optimizatio n of Cent ral Hand Truck Type Breaker
on 12kV Sing le Busbar
刘宗信1, 高晶华2, 彭占江1
(1. 长春红星电器设备有限公司, 吉林 长春 130033; 2. 国电吉林龙华长春热电一厂, 吉林 长春 130052)
摘 要:针对电网运行需要, 在原V K YN 28A-12型高压开关柜的基础上, 通过增加了旁路母线间隔、避雷器小室及单独避雷器小车, 研制了增加旁路间隔的K YN 28A(p) -12型单母线中置手车式高压开关柜, 实现了零停电操作和避雷器小车闭门带电抽出试验; 采用多柜间长距离机械传动实现同步机械防误联锁; 增加了真空断路器紧急分闸机械装置, 保证了电气分闸失灵时的运行安全; 采用了第3代固体绝缘固封式真空断路器, 在实现了零停电操作的同时, 进一步优化了其结构与功能, 提高了运行安全、可靠性。关键词:旁路母线; 固封式真空断路器; 避雷器小车
中图分类号:T M 591. 2 文献标识码:B 文章编号:1009-5306(2009) 02-0018-02
近年来, 吉林省电网中推广采用了KYN 28A -12型单母线中置手车式高压开关柜, 该型号高压开关柜具有结构先进、精度高、抗腐蚀、质量轻、强度高、零件通用性好等优点, 柜体和中置手车可异地制造或组装, 现场可灵活精确配合手车互换, 运行安全可靠, 性能稳定。根据用户需求, 在KYN28A-12型单母线中置手车式高压开关柜的基础上, 开发出增加了旁路间隔(旁路母线) 的KYN 28A (p ) -12型单母线中置手车式高压开关柜, 通过技术创新, 解决了旁路隔离开关与真空断路器的机械防误联锁、真空断路器紧急分闸机械装置、设置避雷器小室和单独避雷器小车等关键性技术问题, 满足了不间断供电对开关柜检修、试验的需要, 实现了零停电作业, 进一步优化了开关柜性能。
况, 其可靠性相对较高, 其缺点是传动距离较短, 因而过去仅用于柜内短距离传动。
从可靠性考虑而采用机械防误联锁。目前国内外同类产品没有机械联锁的先例, 经过3批次试验和改进, 设计、采用了同轴同步机械防误装置, 实现了多柜间长距离同步传动。
同步机械防误联锁装置, 由固定在旁路柜中真空断路器分合主轴上的传动轴叉, 铰接在柜体上和转动轴叉的叉口相衔接的转动轴柄, 贯穿各柜体的传动轴, 固定在馈出柜旁路隔离开关操作孔旁边柜体上的挡板, 铰接在传动轴的拐臂和挡板之间的挡板联杆组成。确保旁路柜中的真空断路器处在闭合位置, 挡板挡住馈出柜的旁路隔离开关操作孔, 从而阻止误操作, 只有当旁路柜中的真空断路器处在断开位置, 挡板才偏离馈出柜上的旁路隔离开关操作孔的位置, 使旁路隔离开关只有在无负载的条件下才能分、合闸。1. 2 同步防误机械联锁对分、合闸参数的影响
由于机械联锁是由旁路柜中的真空断路器分合主轴带动的, 必然影响真空断路器的分、合闸时间和速度。有无机械联锁装置真空断路器合、分闸时间测试结果见表1。
1 隔离开关防误联锁
1. 1 联锁方式的选择
隔离开关防误通常采用电磁锁和机械锁2种方式。就可靠性而言, 电磁锁相对机械锁的可靠性低, 但其传动距离较长; 机械锁是用机械部件来传动并产生约束的, 除非出现零部件损坏, 断裂等极端状
收稿日期:2009-01-14
作者简介:刘宗信(1957—) , 男, 高级工程师, 从事高、低压开关设备设计、研发、制造技术工作。
表1 有无机械联锁真空断路器合、分闸时间与速度测试结果
机械联锁
有无
合闸时间/ms
46. 442. 2
分闸时间/m s
24. 625. 4
合闸速度/(m ·s -1)
0. 570. 62
分闸速度/(m ·s -1)
1. 161. 13
从表1可以看出, 在小开距工况下, 动触头的平均速度与时间接近于反比关系。加机械联锁后, 断路器的合闸速度降低约0. 05m /s,合闸时间增加约4. 2ms; 分闸速度提高约0. 03m /s,分闸时间降低约0. 8ms , 但变化后的所有分、合闸参数均符合产品技术条件的规定, 处于中间值。
弹簧拉力/kN
挡板弹簧F d
0. 0776
断路器合闸弹簧F h
2. 4000
1. 3 主要部件机械强度的计算和试验
旁路柜真空断路器空载动作500次, 带动馈出柜旁路隔离开关操作轴孔打开或封挡, 动作正确, 零部件机械强度满足要求, 无异常现象。主要部件机械强度计算及试验结果均符合标准要求。主要部件机械强度计算结果见表2, 其中F d /F h =1/31。
表2 主要部件机械强度计算结果
轴弯曲强度/(kN ·mm -2) 空心轴强度/(kN ·mm -2) 计算值0. 021
允许值0. 054
计算值0. 031
允许值0. 054
拉杆强度/(kN ·mm -2) 计算值0. 0062
允许值0. 0720
1. 4 线路隔离开关
需要在主回路负荷侧安装线路隔离开关, 一旦需要改用旁路送电时, 用于隔离旁路回路, 确保检修人员安全检修主回路设备, 同时要求线路隔离开关具有隔离和接地功能, 并只能由一套机构来操作, 实现其间合分的程序性和相关联锁。1. 5 真空断路器机械紧急分闸辅助装置
在真空断路器小室前门安装断路器机械紧急辅助装置, 当电气分闸失灵时, 在紧急情况下, 通过闭门操作断路器上的机械分闸按钮, 使真空断路器分闸。
b. 避雷器小室应设泄压通道, 确保该隔室内发生短路时产生的高温电弧气流从隔室后部排出; c . 避雷器小车可抽出部件应接地的金属部分在试验位置和隔离位置以及所有的中间位置均应保持接地;
d . 增设避雷器小车后, 电流互感器的安装方式, 接地开关的安装位置应满足后下门开启后, 方便电缆安装、检修、试验拆接线, 同时还应满足检修作业的要求, 在主母线不停电时抽出断路器手车后安全方便地更换电流互感器。由于柜宽(800mm ) 的限制, 接地开关操作轴与带电体空气绝缘距离不满足要求时, 应做加强绝缘处理。
2 设单独避雷器小室及避雷器小车
3 真空断路器选择
单母线中置手车式高压开关柜真空断路(真空接触器) 柜内均安装有避雷器。原设计为固定安装在柜后电缆室下部。近年来应用户的要求, 柜前下部新增为避雷器小室, 避雷器采用单独小车, 氧化锌避雷器型号为Y H5W Z-17/45,便于带电抽出试验。避雷器小车有闭门操作和开门操作2种形式, 后一种开门操作的避雷器小车, 需母线停电才能抽出试验。避雷器小车应能满足下列技术标准要求:
a. 避雷器小车的操作, 必须在避雷器小车室门关闭下进行, 同时, 避雷器小室应装设上活门机构装置, 当避雷器小车抽出时, 活门挡板自动关闭, 与静触头形成有效隔离;
近年来, 单母线中置手车式高压开关柜广泛采用的V EP 型固封式真空断路器, 由固封极柱式真空灭弧室组件构成; 完全模块化的分、合闸机构设计; 小型化高可靠真空灭弧室的应用, 操作可靠、性能稳定、检修维护工作量少, 代表了第3代固封式真空断路器当今世界设计制造的先进水平。其主要技术指标及特点如下。
3. 1 主要技术指标
a . 额定短路电流开断次数:40k A 及以下为50次, 50kA 为30次。
(下转第23页)
行计算配置的, 超容量和超负荷用电, 导致TA 二次电流过流, 经常发生计量装置烧损, 使计量装置被迫停运而造成电量损失。
小型炼钢企业超容量和超负荷用电, 造成了变压器基本费损失。经测算, 每超100kW , 每年基本电费损失为22800元。按照2007年长春小炼钢企业谷段时间测算的平均负荷计算, 8家炼钢企业超容量不低于2860kW , 年基本电费损失约65. 2万元。
为进一步核实超容量问题, 采用BRC-A 型便携式变压器容量现场检测设备, 对初步认定超容用户变压器进行测试, 查出3家企业采取将大容量变压器换成小容量铭牌的方法违约用电, 发现后共追缴电费126万元。
限定电流整定值, 同用户签订供用电补充协议, 明确了由于用户超容量用电造成断路器动作责任, 使用户私自超容量用电得到有效控制。4. 2 加强用电检查的科技手段
积极应用负荷终端监控装置对用户用电负荷进行监测分析, 并应用变压器容量现场检测仪等先进检测工具, 严格依照用电检查程序, 对可疑用户的变压器容量进行检测, 取得证据, 打击各种违约用电、窃电行为。
4. 3 实施计量装置改造
针对小型炼钢企业负荷启动即达到满载或过载的特点, 使用大容量、S 级TA , 提高计量装置超负荷运行工况的计量准确性; 同时, 完善现有负荷终端监控装置, 对炼钢企业进行实时的三相电压、电流和有功功率的监控; 与部分用户协商了按照最大需用容量收取基本电费的措施, 完善计量表计最大需用容
4. 1 加装高压限流保护装置
为保障电网安全可靠运行, 限制一次电流超容对系统的影响, 在与用户分界点处杆上加装了组合式过流保护断路器, 依据用户契约运行容量, 计算出
(编辑 刘文千)
量功能, 在供用电合同中明确超出契约容量5%以上部分按最大需量追收基本电费。
4 采取的防范措施
(上接第19页)
b . 分闸反弹幅值不大于1mm (实测不大于0. 2mm ) 。
c. 3150A 及以下断路器, 具备自然冷却高于额定电流10%的过载能力。
d. 额定短路开断电流直流分量最高达62%。3. 2 主要特点
a . 采用低阻值(当额定电流为1250A 时阻值不大于(9±1) μΨ, 当额定电流为3150A 时阻值不大于(7±1) μΨ) , 并逐个老练处理和测试的阿海珐真空灭弧室。
b . 固封极柱设计采用缓冲夹层, 解决不同材料的热膨胀差异, 分别通过-40～50℃冷热循环试验; 交变湿热试验和整机-25℃低温试验, 确保环境变化时, 固封极柱不开裂。
c. 模块化、高可靠性的弹簧操作机构(含合闸、分闸及二次控制) 结构简单, 高质量的分闸缓冲器及
(编辑 刘文千)
在KYN 28A -12型单母线中置手车式高压开关柜的基础上, 通过增加旁路间隔开发出的KYN 28A (p) -12型单母线带旁路手车式高压开关柜, 以及增加单独避雷器小室和闭门操作的避雷器小车, 实现了零停电操作。通过加装紧急分闸装置, 以及采用第3代固体绝缘固封式真空断路器, 进一步提高了单母线中置手车式高压开关柜的稳定性、可靠性。设计安装独特的合闸弹簧有效减少机械故障, 合、分闸燥音小, 确保真空断路器分合闸特性稳定、长效、可靠。
4 结束语