35KV开关设计说明.docx
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35KV开关设计说明
35KV开关设计说明
第一章概况
SF6高压开关具有智能远传的新型开关,它主要有四部分组成:
开关本体,继保部分,通讯控制器以及上位机监控部分,电量计费PBS。
其中开关本体包含永磁机构,选相分闸控制,开关监视部分(指光学位移传感器、红外温度传感器、光学振动传感器等);
通讯控制器指两部分:
1、对系统内部采用RS485电气标准,协议采用modbusrtu或can。
2、对站级采用协议IEC61850-103,需要通讯转换器。
上位机监控主要指现场数据采集、记录,远程控制。
控制器通过对开关动作时间可以算出合闸速度和分闸速度。
通过对触头温度和分合闸速度的监视就可以提示使用者对开关设备进行维修和检查。
继保模块主要实现以下功能:
1)自动重合闸
2)过负荷保护
3)电流速断,限时速断及反时限过流保护
4)零序电压、过电压和低压保护
5)非电量保护
6)PT断线保护
7)CT断线保护
8)支持数据远传
9)系统自检和程序出轨措施
10)EMC等级为Ⅳ级
第二章设备参数
序号
名称
单位
数据
1
额定电压
KV
35
2
最高电压
KV
3
额定绝缘水平
KV
4
额定电流
A
5
机械寿命
次
6
SF6额定压力
Mpa
7
闭锁压力
Mpa
8
最低使用环境温度
℃
9
额定短路开断电流
KV
10
额定短路关合电流(峰值)
KV
11
额定短时耐受电流(热稳定电流)
KV
12
额定峰值耐受电流(动稳定电流)
KV
13
额定失步开断电流
KV
14
额定短路开端电流下的累计开断次
次
15
额定短路持续时间
S
16
合闸时间
S
17
分闸时间
S
18
额定操作顺序
19
额定开合单个电容器组电流
A
20
年漏气率
%年
21
六氟化硫气体水分含量
22
配CD10型永磁操动机构的额定操作
AC/DC:
220V
合闸线圈
V
储能电机电压
V
23
六氟化硫气体重量
KG
24
断路器重量
KG
25
26
27
第三章工作原理及接口
3.1永磁机构的基本工作原理
一、分类
按照不同的标准,永磁机构划分为不同的类型,主要有单稳态和双稳态、单线圈和双线圈、圆形和方形之分,它们之间没有明显的优劣之分,各自有各自的优势。
以下简略介绍一下单稳态和双稳态永磁机构的区别。
所谓双稳态永磁机构,指的是在合闸端、分闸端均采用永久磁铁保持,分、合闸的动作是分别通过两个激磁线圈通电驱动动铁心来完成;所谓单稳态永磁机构,指的是在合闸端采用永久磁铁保持,在分闸端则采用弹簧保持,合闸动作是通过合闸激磁线圈通电驱动动铁心来完成,同时在合闸的过程中对分闸保持弹簧储能,分闸动作是靠释放分闸保持弹簧来完成。
单稳态和双稳态永磁机构没有优劣的区分,具有各自的优势。
双稳态
优势:
在同样条件下,双稳态永磁机构合闸电流峰的值较小,对于控制部分而言,电流越小,意味着控制越简单可靠,控制器损坏的几率也越小。
另外,分合闸电流较小,放电电容不用太大,一般用一个100V/10万微法的电解电容就可以实现断路器的重合闸操作。
劣势:
基于双稳态的设计原理,双稳态永磁机构的刚分速度低于全开距平均速度。
单稳态
优势:
由于单稳态永磁机构的分闸动作是靠分闸弹簧来完成,因此其分闸的刚分速度和平均分闸速度优于双稳态永磁机构,与断路器的分闸反力特性曲线能较好匹配。
劣势:
由于单稳态永磁机构在合闸时同时要给分闸保持弹簧储能,因此同样条件下,合闸电流峰值比双稳态永磁机构大很多。
二、基本原理
永磁机构的基本工作原理可以用三个词概括:
永磁保持、电磁驱动、电子控制。
永磁保持:
合闸状态是通过永久磁铁来保持,克服触头簧的反力;
电磁驱动:
通电的激磁线圈产生电磁能量来驱动铁心运动,完成分合闸动作;
电子控制:
永磁机构的控制系统采用电子装置,包括电力电子开关(即IGBT、MOSFET、晶闸管)、集成电路板、CPU芯片等。
图1、2是双稳态线圈结构的永磁驱动机构的原理图
以双稳态、双线圈永磁操动机构为例介绍永磁机构动作原理:
藉助通电的分、合闸线圈产生的磁能来驱动铁心上、下运动,完成分、合闸动作,依靠动铁心和静铁心通过低磁阻通道所产生的磁场能量,将动铁心保持在分闸或合闸两个位置,不需要任何附加能量。
图1、2是双稳态线圈结构的永磁驱动机构的原理图。
它由静铁心、动铁心、永磁体、顶杆、合闸线圈、分闸线圈及辅助连杆组成。
动铁心和静铁心是通过低磁阻通道所产生强大的磁能,将动铁心保持在下端或上端位置;通有电流的合闸线圈、分闸线圈产生的磁能使动铁心向上或向下运动,完成合、分闸操作。
图3:
双稳态永磁机构 图4:
单稳态永磁机构
1-静铁心2-动铁心3-合闸线圈 1-静铁心2-动铁心3-操作线圈
4-分闸线圈5、6-永磁体7-驱动杆 4-永磁体5-驱动杆
永磁机构除可以正常分合闸和故障分闸以外,还具备以下功能:
1、分合闸线圈电流、电压采集反馈,主要用来监测电磁铁及所控制的锁门或阀门以及连接触头等操作工程中的工作情况。
2、分闸弹簧状况监测弹簧机构的弹簧压便情况
3、断路器操作次数
4、分合闸时间:
全分合闸时间。
分合闸三相端口不同期性,分合闸通向各端口不同期性,分合闸断口主触头配合时间。
3.2选相分合闸
选相合闸的基本过程是:
PC机作为主机完成控制实验任务,根据要求向单片机发出合闸命令,单片机接到命令后,执行数据采集和数据处理,并根据前期测得的合闸相角(由FFT变换求的)计算延时时间,然后进行选相合闸。
选相合闸技术要求合闸执行器的线性度要好、合闸动作快且能耐大电流等性能。
用可控硅作为合闸执行器,使开关动作时间达到了微秒级,精度很高。
从提高相位计算的精度出发,采用高速采样的高性能单片机进行数据采集;另外,在合闸时,以电压零相位取代瞬时相位作延时参考,避免了在瞬时相位计算过程中由频率波动引起的误差。
主程序采用485串口协议与下位机进行通讯,可以进行远程控制。
3.3保护原理
a)反时限保护元件
反时限保护元件是动作时限与被保护线路中电流大小自然配合的保护元件,通过平移动作曲线,可以非常方便的实现全线配合。
反时限保护元件的动作时间与被保护线路故障电流的大小有关,故障电流越大动作时限越短,故障电流越小动作线越长。
根据国际电工委员(IEC255)和英国标准规范(BS142)的规定,本装置采用下列三个标准特性方程,供用户选择使用。
✧一般反时限t=0.14tp/(I/Ip)0.02-1
✧非常反时限t=13.5tp/(I/Ip)0.02-1
✧极端反时限t=80tp/(I/Ip)0.02-1
式中:
ip为电流基准值,I为故障电流,tp为时间常数,范围为0.05~1t是跳闸时间。
归纳以上三式,本装置反时限特性表达式为
t=Tinv/(I/IP)exp-1
EXP---反时限特性,由定值选定时间特性,定值设为1为一般反时限,2为非常反时限,3为极端反时限。
反时限元件可以通过定值投退,当投反时限元件时,相间电流Ⅲ段保护采用反时限特性;当退反时限元件时,相间电流Ⅲ段保护采用定时保护。
b)低电压保护
装置配低电压保护且经TWJ闭锁,三个相间电压均小于低电压保护定值,时间超过整定时限,低电压保护动作。
可通过控制字UL选择投入或退出,并配置无流闭锁功能,通过IBSUL控制字投退。
低电压保护动作条件为:
●MAX(Ua、Ub、Uc)>Uset;Uset为过负荷电压定值
●MAX(Ia、Ib、Ic)>Ibset;Ibset为无流闭锁定值
●断路器在非跳位
●没有发生PT断线;PT断线闭锁低
●T>Tset;Tset为时间定值
以上为逻辑与的关系,当无流闭锁投入时条件B有效。
c)过负荷报警
过负荷保护监视三相电流,当过负荷保护动作时,只发告警信号不跳闸。
过负荷动作条件:
●MAX(Ia、Ib、Ic)>Iset;Iset为过负荷电流定值
●T>Tset;Tset为时间定值
d)PT断线
装置对电压进行实时监测,发生PT断线时,装置经10s后发PT断线信号,在屏上报出信息。
用户可选择PT断线闭锁控制字对相关保护进行处理,当PT断线闭锁控制字投入时,投入带方向元件或带电压元件的各种保护;当PT断线闭锁控制字退出时,退出方向元件或电压元件。
PT断线判定条件:
●保护没有启动
●MIN(Uab、Uba、Uca)<70v;
●U2>8v
●Max(Ia、Ib、Ic)>0.06In
以上条件A、B必须满足,C、D有一个满足即可。
e)CT断线
装置适时检测CT输入电流,发现异常延时10s报警CT断线
CT断线判定条件:
●保护没有启动;
●MAX(Ia、Ib、Ic、)>Iset;Iset为CT断线定值
●MIN(Ia、Ib、Ic、)<0.9Iset
逻辑与的关系。
f)非电量保护
装置装有超温报警、高温跳闸、振动报警、位移报警,每个非电量保护均可选择投退
保护条件为:
●对应遥测信号为高电平
●T>Tset;Tset为动作时间
g)自动重合闸
广泛应用于输电和供电线路上的有效反事故措施。
即当线路出现故障,继电保护使断路器跳闸后,自动重合闸装置经短时间间隔后使断路器重新合上。
在大多数情况下,线路故障是暂时性的(如雷击、风害等),断路器跳闸后线路的绝缘性能(绝缘子和空气间隙)能得到恢复,再次重合能成功,从而可继续供电,这样就显著提高了电力系统供电的可靠性。
少数情况属永久性故障,继电保护动作后,自动重合闸装置不再动作。
一般情况下,线路故障跳闸后重合闸越快,效果越好。
重合闸允许的最小间隔时间(断路器跳闸到断路器触头再次闭合的时间)受断路器操作机械动作时间、断路灭弧去电离时间及故障点空气去电离时间的限制,一般为0.15~0.5秒。
线路额定电压越高,绝缘去电离时间越长。
自动重合闸装置多数为三相一次重合闸,即三相同时动作,重合一次;少数为三相二次重合闸。
对于单侧供电线路,只需装设普通三相一次重合闸;双侧供电线路,需装设检查同期自动重合闸;高压远距离输电线路多采用单相自动重合闸,所以故障按相跳闸再按相重合。
根据电力系统结构和运行要求,有些需采用综合重合闸,即单相故障时,单相跳闸并重合;多相故障时,三相跳闸,然后三相重合。
自动重合闸的成功率依电压等级、线路结构、主要故障类型、气象条件等变化而定,据中国电力部门统计,一般可以达到60~90%。
用电系统中另一种广泛应用的反事故措施是备用电源自动投入。
即当工作电源因故障而被切除时,自动将备用电源迅速投入运行,从而保证了供电的连续性。
备用电源的投入时间应当愈短愈好。
它主要取决于开关合闸所需的时间,约为0.2~0.5秒。
备用电源自动投入所需增加的投资很小,而其维持正常供电带来的经济效益却甚大,所以在用电系统中得到广泛的应用。
3.4系统机构在线监测
主要监测机构机械特性、温度特性及控制回路的在线监测。
1)绝缘特性监测断路器内部高频放电电晕。
2)断路器机械振动信号由振动传感器提供,主要完成对机械部分卡滞,机构零件脱落。
在运动过程中,有无非正常碰撞等。
这里选用SZ-6振动速度传感器与DYZ-W检测仪连接后,可以监测各种位移和速度。
3)断路器动触头行程监测断路器行程,行程过冲。
分合闸动触头行程曲线总行程超行程。
考虑采用多位置安装传感器光电开关来实现。
4)断路器动触头速度监测断路器运动速度,可以包括分合闸动触头速度曲线。
刚分合瞬时速度、平均速度、最大速度。
5)温度特性触头温度监测触头的发热情况,采用红外温度传感器实时监测变化。
6)开断电流加权值以断路器开断电流峰值,开断电流加权值和开断电流的次数的乘积为依据。
通过测量主回路电流,采用高速采样记录一次电流波形,通过与断路器机械运行波形集合分析,可由系统分析触头情况,预测触头寿命。
7)静态回路电阻
8)动态回路电阻
9)合闸弹簧状况监测合闸弹簧机构的弹簧压缩过程和储能情况。
10)断路器操作次数监测断路器是否达到规定机械寿命使用次数和达到需要维修(润滑及紧固螺钉)的次数。
11)分合闸时间全分合闸、时间。
分合闸三相断口不同期性。
合闸时间是指从接到合闸指令瞬间到所有极触头都接触瞬间的时间间隙。
分闸时间是指处于合闸位置的断路器,从分闸回路带电(即接到分闸指令)瞬间起到所有极的弧触头均分离瞬间为止的时间间隔。
12)分合闸线圈电流测量分合闸动作时回路中电压、电流,记录波形,通过波形分析,判断电回路和机械回路的状态。
13)分合闸线圈电压
14)上位机的数据库用来管理和分析数据,运用专家系统分析在线监测数据,合理判断断路器故障。
3.5系统控制器
第四章参数设置
4.1交流参数
CT变比
PT变比
CT额定电流
测量方式
一次电流/5A(1A)
一次电压/100V
5A或1A
1:
三元件;0:
两元件
出厂值
出厂值100
订货参数
出厂值1
4.2通讯参数
序号
名称
整定范围
默认值
1
通讯地址
1--127
1
2
波特率
4800B,9600B,19200B
9600
3
通讯规约
103
103
4
Can波特率
5K,10K,20K,50K,125K
125K
4.3电度参数
脉宽时间:
设定脉冲电度分辨宽度,出厂默认值为100ms;
电表常数:
设定多少脉冲对应一度电,出厂默认值1000;
积分电度底数:
P+、Q+、P-、Q-设定积分电度电度底数,出厂默认值为0;
脉冲电度底数:
MC0、MC1设定有功、无功脉冲电度底数,出厂默认值为0。
第五章定值管理
5.1数值定值
序号
名称
整定范围
单位
默认值
1
过流反时限类型
2
过负荷报警电流定值
3
过负荷报警时限
4
零序过压定值
5
零序过压时限
6
低压定值
7
低压无流闭锁定值
8
低压时限
9
超温动作时限
10
高温动作时限
11
非电量动作时限
12
CT断线电流定值
13
14
5.2软件压板
序号
名称
整定范围
单位
默认值
1
反时限过流投入
2
过负荷报警投入
3
零序过压保护投入
4
低压保护投入
5
低压无流闭锁投入
6
超温保护投入
7
高温保护投入
8
PT断线判别投入
9
PT断线闭锁投入
10
CT断线判别投入
11
零序电流自产投入
12
13
14
5.3出口配置
序号
名称
默认值
出口配置说明备注
1
反时限过流
0000010101
跳闸、跳闸重动、信号出口
2
过负荷报警
0000100000
报警信号出口
3
零序过压保护
0000010101
跳闸、跳闸重动、信号出口
4
低压保护
0000010101
跳闸、跳闸重动、信号出口
5
超温开入
0000100000
报警信号出口
6
高温开入
0000010101
跳闸、跳闸重动、信号出口
7
非电量备用入
0000100000
报警信号出口
8
PT断线
0000100000
报警信号出口
9
CT断线
0000100000
报警信号出口
10
11
12
13
第六章接线端子
第七章接线原理图
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