智能变电站新型断路器转换开关及控制回路设计分析

张志鹏，王 维，郭朝云

（河北省电力勘测设计研究院，石家庄 050031）

1 断路器转换开关及控制回路现状

传统变电站中，断路器的正常手动控制分为三级［1］，分别是调度中心控制、站内主控室监控主机控制和测控装置柜控制。测控柜上设有断路器远方／就地转换开关及分合闸控制开关，置远方状态时由站内主控或远程调度操作，置就地状态时由测控柜上分合闸控制开关操作。断路器就地控制柜上同样设有远方／就地转换开关，正常情况下置远方状态，仅在断路器检修或紧急分闸时切换至就地状态，利用就地控制柜上的分合闸控制开关操作。

在智能变电站中，保护、测控装置取消了常规的电气二次回路，采用数字通信对断路器进行控制，用于断路器控制的接口设备由传统站的操作箱变为智能终端［2］。智能终端是安装于断路器就地控制柜，与保护、测控装置采用数字通信，与断路器控制回路采用电气接口［3］。智能变电站测控柜上一般不设置控制开关，如果要求站控层设备、测控装置或过程层网络故障时仍实现对断路器的手动控制，则应将传统变电站测控柜的转换及控制开关下移至断路器就地控制柜智能终端回路中，客观上将造成就地控制柜安装2套转换及控制开关，不仅造成柜内布置困难，而且对运维带来不利影响。

以下对智能变电站断路器转换开关的设置及相关控制回路的不同设计方案进行分析，基于智能一次设备的发展理念［4］，提出一种新型断路器转换开关及控制回路，实现其一体化设计和优化整合。

2 典型设计方案存在的不足

智能变电站断路器转换开关的设置及控制回路目前有3种典型设计方案。

2.1 方案1

方案1为只在断路器本体控制回路中设置1套转换及控制开关，控制回路如图1所示。

图1 方案1控制回路

图1中，SK1为远方／就地转换开关，QF为断路器分合闸控制开关，WFS为防误操作锁具，52C 为断路器合闸线圈，52T 为断路器分闸线圈，52a为断路器辅助常开触点，52b为断路器辅助常闭触点。

此方案与传统变电站断路器控制回路相同，从电路图可以看出，SK1置“远方”状态时，断路器能且仅能接受来自智能终端的手动控制或自动命令；置“就地”状态时，断路器与智能终端间电路断开，只能接受控制开关QF的命令，合闸时将处于无保护状态，只适用于断路器检修或紧急分闸情况。

因此，方案1仅能适应就地检修断路器，不能适应就地手动控制断路器，当测控装置或过程层网络故障时，断路器将无法手动合闸。

2.2 方案2

方案2为只在智能终端控制回路中设置1套转换及控制开关，控制回路如图2所示。

图2 方案2控制回路

图2中4QK 为远方／就地转换开关，4KK 为断路器分合闸控制开关，其余元件含义同图1。

从电路图可以看出，无论4QK 置于何种状态，断路器均能接受来自智能终端的控制命令；当4QK 置“远方”状态时，断路器能且仅能接受来自智能终端的遥控命令及自动命令；当4QK 置“就地”状态时，断路器能且仅能接受来自智能终端的就地手控命令及自动命令。由于断路器与智能终端间电路处于常通状态，断路器检修时无法隔离来自远方的保护命令，给检修人员带来安全隐患。

因此，方案2仅能适应就地手动控制断路器，难以适应就地检修断路器。

2.3 方案3

方案3为在智能终端及本体控制回路中各设置1套转换及控制开关，控制回路如图3所示。

图3 方案3控制回路

图3中，SK1为断路器本体远方／就地转换开关，QF为断路器本体分合闸控制开关，4QK 为智能终端远方／就地转换开关，4KK 为智能终端分合闸控制开关，其他元件含义同图1。

从电路图可以看出，方案3在就地控制柜安装了2套断路器转换及控制开关，分别设置在智能终端和断路器本体控制回路处，是方案1和方案2转换开关电路的串联组合，其中SK1控制级别高于4QK。通过2套远方／就地转换开关的不同状态组合，可实现3种不同的断路器操作方式，如表1所示。

表1 断路器操作方式

SK1在正常情况下应置于远方位置，断路器就地手动控制时4QK 置就地位置，断路器遥控时4QK 置远方位置；SK1置就地位置时，按照控制级别，4QK 的状态失去作用，只能实现就地检修。运行和检修人员操作断路器时，应根据不同的操作方式选择SK1和4QK 的位置状态。

方案3解决了方案1和方案2存在的问题，能够适应断路器各种操作方式，但存在以下不足。

a.智能终端和断路器本体控制回路只是简单组合叠加，不符合智能一次设备的发展理念。

b.运检人员就地操作断路器时需要牢记SK1和4QK 的用途及操作顺序，不然易造成误操作。

c.2个远方／就地转换开关安装在同一面就地控制柜，将出现“远方”与“就地”概念上的矛盾和上送监控信号的混乱。

d.就地控制柜上需要安装4个断路器转换及控制开关，增加设备制造成本，柜内布置困难。

3 新型断路器转换开关及控制回路

为了解决智能变电站断路器就地控制回路3种典型设计方案中存在的问题，提出一种新型断路器一体化转换开关及控制回路，具体方案如下。对智能终端及本体控制回路中的2个远方／就地转换开关进行整合，设计一种新型转换开关，它具有“远方控制”、“就地控制”及“检修”3个位置状态，能够适应断路器的各种操作方式。采用此种新型转换开关后，智能终端及本体控制回路中的2个分合闸控制开关也可整合为1个。新型转换开关的触点如图4所示。

图4 新型转换开关触点

应用新型转换开关的智能变电站断路器就地控制回路如图5所示。

图5中SK1为远方控制／就地控制／检修转换开关、QF为断路器分合闸控制开关、QSF1为I母线隔离开关辅助触点、QSF2为II母线隔离开关辅助触点、QS3为进出线隔离开关辅助触点，其他元件含义同图1。

当SK1置“远方控制”状态时，断路器能且仅能接受来自智能终端的遥控命令（远方手控）及自动命令（保护动作）；当SK1置“就地控制”状态时，断路器能且仅能接受来自智能终端的就地手控命令（由控制开关QF驱动）及自动命令（保护动作）；当SK1置“检修”状态时，断路器与智能终端间电路断开，只能接受控制开关QF的命令。

为防止运检人员在就地控制柜对断路器进行就地控制时误将转换开关SK1置于“检修”位，从而出现断路器无保护合闸的危险情况，增加“检修合闸闭锁”功能，确保安全。“检修合闸闭锁”功能的实现方案为：在就地检修合闸回路中串联断路器相关隔离开关的辅助常闭触点，只有在断路器确处检修态（相关隔离开关均打开）时接通就地检修合闸回路；就地检修分闸回路不经闭锁，确保特殊情况下断路器能够紧急分闸。“检修合闸闭锁”功能同样可应用于传统变电站断路器就地控制回路的设计，提高操作安全性。

4 新型断路器转换开关及控制回路应用情况及效果

4.1 应用情况

上述新型转换开关的断路器控制回路在河北省电力公司桥西、良舍、高碑店南等220kV 智能变电站工程中应用，以220kV 系统断路器为例，分析如下。

在220kV 及以上系统应用时，转换开关SK1及控制开关QF 的触点数量应满足分相双跳圈断路器控制回路的需要，并留有信号触点；智能终端双重化配置，并能适应分相操作；图5能够满足所述应用需要。

在图5中，智能终端与断路器接口的分相合闸开出、分相跳闸开出命令分别由智能终端的分相合闸触点、分相跳闸触点驱动，而分相跳合闸触点又受智能终端接收的手动（遥控、就地手控）或自动命令（保护动作）驱动。

图5 基于新型转换开关的断路器控制回路

当智能终端通过数字接口接收到保护合分闸命令时，智能终端的分相合分闸触点将闭合；当智能终端通过数字接口接收到测控合分闸命令时，智能终端输出的遥合遥分触点将闭合，遥合遥分触点与就地控制开关QF 的合分闸触点并接后再送给智能终端的手合、手跳开入，驱动智能终端的分相合分闸触点。

SK1置“远方控制”位置时：SK1的1－2、3－4、5－6、7－8、9－10、11－12、13－14、15－16、17－18触点闭合，接通智能终端与断路器间电路；31－32触点闭合，接通遥控回路；25－26触点打开，断开就地控制回路；19－20触点打开，断开就地检修回路。

SK1置“就地控制”位置时：SK1的1－2、3－4、5－6、7－8、9－10、11－12、13－14、15－16、17－18触点闭合，接通智能终端与断路器间电路；31－32触点打开，断开遥控回路；25－26触点闭合，接通就地控制回路；19－20触点打开，断开就地检修回路。

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

触点打开，断开智能终端与断路器间电路；31－32触点打开，断开遥控回路；25－26触点打开，断开就地控制回路；19－20 触点闭合，接通就地检修回路。

就地检修合闸回路中串联了QSF1、QSF2、QS3辅助常闭触点，只有当断路器检修时（QSF1、QSF2、QS3隔离开关均打开），上述常闭触点才闭合使检修合闸回路导通，避免无保护合闸。

4.2 应用效果

a.对智能终端及本体控制回路中的2 套转换、控制开关及电路成功进行了整合和一体化设计，提高了设备集成度，减少冗余器件和设备投资，节省就地控制柜安装空间，体现了由“一次设备智能化”向“智能一次设备”设计理念的迈进。

b.在断路器就地控制回路中增加了“检修合闸闭锁”功能，可避免智能变电站及传统变电站就地操作时无保护合闸的危险情况，提高电力系统及运检人员安全性。

5 结论

以上提出了一种应用于智能变电站的新型断路器转换开关及控制回路，其优势如下：

a.新型断路器转换开关具有“远方控制”、“就地控制”及“检修”3个状态，能够适应断路器的各种操作方式。

b.对智能终端及本体控制回路中的2 套转换开关及电路进行整合和一体化设计，并增加“检修合闸闭锁”功能，提高了设备集成度和运行操作的安全性。

［1］DL／T 5149－2001，220kV～500kV 变电所计算机监控系统设计技术规程［S］.

［2］刘振亚.国家电网公司输变电工程通用设计：110（66）kV～750kV 智能变电站部分［M］.2011版.北京：中国电力出版社，2011.

［3］Q／GDW 441－2010，智能变电站继电保护技术规范［S］.

［4］Q／GDW 383－2009，智能变电站技术导则［S］.