智能變電站新型斷路器轉換開關及控制回路設計分析

張志鵬，王 維，郭朝云

（河北省電力勘測設計研究院，石家莊 050031）

1 斷路器轉換開關及控制回路現狀

傳統變電站中，斷路器的正常手動控制分為三級［1］，分別是調度中心控制、站內主控室監控主機控制和測控裝置柜控制。測控柜上設有斷路器遠方／就地轉換開關及分合閘控制開關，置遠方狀態時由站內主控或遠程調度操作，置就地狀態時由測控柜上分合閘控制開關操作。斷路器就地控制柜上同樣設有遠方／就地轉換開關，正常情況下置遠方狀態，僅在斷路器檢修或緊急分閘時切換至就地狀態，利用就地控制柜上的分合閘控制開關操作。

在智能變電站中，保護、測控裝置取消了常規的電氣二次回路，采用數字通信對斷路器進行控制，用于斷路器控制的接口設備由傳統站的操作箱變為智能終端［2］。智能終端是安裝于斷路器就地控制柜，與保護、測控裝置采用數字通信，與斷路器控制回路采用電氣接口［3］。智能變電站測控柜上一般不設置控制開關，如果要求站控層設備、測控裝置或過程層網絡故障時仍實現對斷路器的手動控制，則應將傳統變電站測控柜的轉換及控制開關下移至斷路器就地控制柜智能終端回路中，客觀上將造成就地控制柜安裝2套轉換及控制開關，不僅造成柜內布置困難，而且對運維帶來不利影響。

以下對智能變電站斷路器轉換開關的設置及相關控制回路的不同設計方案進行分析，基于智能一次設備的發展理念［4］，提出一種新型斷路器轉換開關及控制回路，實現其一體化設計和優化整合。

2 典型設計方案存在的不足

智能變電站斷路器轉換開關的設置及控制回路目前有3種典型設計方案。

2.1 方案1

方案1為只在斷路器本體控制回路中設置1套轉換及控制開關，控制回路如圖1所示。

圖1 方案1控制回路

圖1中，SK1為遠方／就地轉換開關，QF為斷路器分合閘控制開關，WFS為防誤操作鎖具，52C 為斷路器合閘線圈，52T 為斷路器分閘線圈，52a為斷路器輔助常開觸點，52b為斷路器輔助常閉觸點。

此方案與傳統變電站斷路器控制回路相同，從電路圖可以看出，SK1置“遠方”狀態時，斷路器能且僅能接受來自智能終端的手動控制或自動命令；置“就地”狀態時，斷路器與智能終端間電路斷開，只能接受控制開關QF的命令，合閘時將處于無保護狀態，只適用于斷路器檢修或緊急分閘情況。

因此，方案1僅能適應就地檢修斷路器，不能適應就地手動控制斷路器，當測控裝置或過程層網絡故障時，斷路器將無法手動合閘。

2.2 方案2

方案2為只在智能終端控制回路中設置1套轉換及控制開關，控制回路如圖2所示。

圖2 方案2控制回路

圖2中4QK 為遠方／就地轉換開關，4KK 為斷路器分合閘控制開關，其余元件含義同圖1。

從電路圖可以看出，無論4QK 置于何種狀態，斷路器均能接受來自智能終端的控制命令；當4QK 置“遠方”狀態時，斷路器能且僅能接受來自智能終端的遙控命令及自動命令；當4QK 置“就地”狀態時，斷路器能且僅能接受來自智能終端的就地手控命令及自動命令。由于斷路器與智能終端間電路處于常通狀態，斷路器檢修時無法隔離來自遠方的保護命令，給檢修人員帶來安全隱患。

因此，方案2僅能適應就地手動控制斷路器，難以適應就地檢修斷路器。

2.3 方案3

方案3為在智能終端及本體控制回路中各設置1套轉換及控制開關，控制回路如圖3所示。

圖3 方案3控制回路

圖3中，SK1為斷路器本體遠方／就地轉換開關，QF為斷路器本體分合閘控制開關，4QK 為智能終端遠方／就地轉換開關，4KK 為智能終端分合閘控制開關，其他元件含義同圖1。

從電路圖可以看出，方案3在就地控制柜安裝了2套斷路器轉換及控制開關，分別設置在智能終端和斷路器本體控制回路處，是方案1和方案2轉換開關電路的串聯組合，其中SK1控制級別高于4QK。通過2套遠方／就地轉換開關的不同狀態組合，可實現3種不同的斷路器操作方式，如表1所示。

表1 斷路器操作方式

SK1在正常情況下應置于遠方位置，斷路器就地手動控制時4QK 置就地位置，斷路器遙控時4QK 置遠方位置；SK1置就地位置時，按照控制級別，4QK 的狀態失去作用，只能實現就地檢修。運行和檢修人員操作斷路器時，應根據不同的操作方式選擇SK1和4QK 的位置狀態。

方案3解決了方案1和方案2存在的問題，能夠適應斷路器各種操作方式，但存在以下不足。

a.智能終端和斷路器本體控制回路只是簡單組合疊加，不符合智能一次設備的發展理念。

b.運檢人員就地操作斷路器時需要牢記SK1和4QK 的用途及操作順序，不然易造成誤操作。

c.2個遠方／就地轉換開關安裝在同一面就地控制柜，將出現“遠方”與“就地”概念上的矛盾和上送監控信號的混亂。

d.就地控制柜上需要安裝4個斷路器轉換及控制開關，增加設備制造成本，柜內布置困難。

3 新型斷路器轉換開關及控制回路

為了解決智能變電站斷路器就地控制回路3種典型設計方案中存在的問題，提出一種新型斷路器一體化轉換開關及控制回路，具體方案如下。對智能終端及本體控制回路中的2個遠方／就地轉換開關進行整合，設計一種新型轉換開關，它具有“遠方控制”、“就地控制”及“檢修”3個位置狀態，能夠適應斷路器的各種操作方式。采用此種新型轉換開關后，智能終端及本體控制回路中的2個分合閘控制開關也可整合為1個。新型轉換開關的觸點如圖4所示。

圖4 新型轉換開關觸點

應用新型轉換開關的智能變電站斷路器就地控制回路如圖5所示。

圖5中SK1為遠方控制／就地控制／檢修轉換開關、QF為斷路器分合閘控制開關、QSF1為I母線隔離開關輔助觸點、QSF2為II母線隔離開關輔助觸點、QS3為進出線隔離開關輔助觸點，其他元件含義同圖1。

當SK1置“遠方控制”狀態時，斷路器能且僅能接受來自智能終端的遙控命令（遠方手控）及自動命令（保護動作）；當SK1置“就地控制”狀態時，斷路器能且僅能接受來自智能終端的就地手控命令（由控制開關QF驅動）及自動命令（保護動作）；當SK1置“檢修”狀態時，斷路器與智能終端間電路斷開，只能接受控制開關QF的命令。

為防止運檢人員在就地控制柜對斷路器進行就地控制時誤將轉換開關SK1置于“檢修”位，從而出現斷路器無保護合閘的危險情況，增加“檢修合閘閉鎖”功能，確保安全。“檢修合閘閉鎖”功能的實現方案為：在就地檢修合閘回路中串聯斷路器相關隔離開關的輔助常閉觸點，只有在斷路器確處檢修態（相關隔離開關均打開）時接通就地檢修合閘回路；就地檢修分閘回路不經閉鎖，確保特殊情況下斷路器能夠緊急分閘。“檢修合閘閉鎖”功能同樣可應用于傳統變電站斷路器就地控制回路的設計，提高操作安全性。

4 新型斷路器轉換開關及控制回路應用情況及效果

4.1 應用情況

上述新型轉換開關的斷路器控制回路在河北省電力公司橋西、良舍、高碑店南等220kV 智能變電站工程中應用，以220kV 系統斷路器為例，分析如下。

在220kV 及以上系統應用時，轉換開關SK1及控制開關QF 的觸點數量應滿足分相雙跳圈斷路器控制回路的需要，并留有信號觸點；智能終端雙重化配置，并能適應分相操作；圖5能夠滿足所述應用需要。

在圖5中，智能終端與斷路器接口的分相合閘開出、分相跳閘開出命令分別由智能終端的分相合閘觸點、分相跳閘觸點驅動，而分相跳合閘觸點又受智能終端接收的手動（遙控、就地手控）或自動命令（保護動作）驅動。

圖5 基于新型轉換開關的斷路器控制回路

當智能終端通過數字接口接收到保護合分閘命令時，智能終端的分相合分閘觸點將閉合；當智能終端通過數字接口接收到測控合分閘命令時，智能終端輸出的遙合遙分觸點將閉合，遙合遙分觸點與就地控制開關QF 的合分閘觸點并接后再送給智能終端的手合、手跳開入，驅動智能終端的分相合分閘觸點。

SK1置“遠方控制”位置時：SK1的1－2、3－4、5－6、7－8、9－10、11－12、13－14、15－16、17－18觸點閉合，接通智能終端與斷路器間電路；31－32觸點閉合，接通遙控回路；25－26觸點打開，斷開就地控制回路；19－20觸點打開，斷開就地檢修回路。

SK1置“就地控制”位置時：SK1的1－2、3－4、5－6、7－8、9－10、11－12、13－14、15－16、17－18觸點閉合，接通智能終端與斷路器間電路；31－32觸點打開，斷開遙控回路；25－26觸點閉合，接通就地控制回路；19－20觸點打開，斷開就地檢修回路。

SK1置“檢修”位置時：SK1 的1－2、3－4、5－6、7－8、9－10、11－12、13－14、15－16、17－18

觸點打開，斷開智能終端與斷路器間電路；31－32觸點打開，斷開遙控回路；25－26觸點打開，斷開就地控制回路；19－20 觸點閉合，接通就地檢修回路。

就地檢修合閘回路中串聯了QSF1、QSF2、QS3輔助常閉觸點，只有當斷路器檢修時（QSF1、QSF2、QS3隔離開關均打開），上述常閉觸點才閉合使檢修合閘回路導通，避免無保護合閘。

4.2 應用效果

a.對智能終端及本體控制回路中的2 套轉換、控制開關及電路成功進行了整合和一體化設計，提高了設備集成度，減少冗余器件和設備投資，節省就地控制柜安裝空間，體現了由“一次設備智能化”向“智能一次設備”設計理念的邁進。

b.在斷路器就地控制回路中增加了“檢修合閘閉鎖”功能，可避免智能變電站及傳統變電站就地操作時無保護合閘的危險情況，提高電力系統及運檢人員安全性。

5 結論

以上提出了一種應用于智能變電站的新型斷路器轉換開關及控制回路，其優勢如下：

a.新型斷路器轉換開關具有“遠方控制”、“就地控制”及“檢修”3個狀態，能夠適應斷路器的各種操作方式。

b.對智能終端及本體控制回路中的2 套轉換開關及電路進行整合和一體化設計，并增加“檢修合閘閉鎖”功能，提高了設備集成度和運行操作的安全性。

［1］DL／T 5149－2001，220kV～500kV 變電所計算機監控系統設計技術規程［S］.

［2］劉振亞.國家電網公司輸變電工程通用設計：110（66）kV～750kV 智能變電站部分［M］.2011版.北京：中國電力出版社，2011.

［3］Q／GDW 441－2010，智能變電站繼電保護技術規范［S］.

［4］Q／GDW 383－2009，智能變電站技術導則［S］.