CN110277271B - 一种智能变电站三工位隔离开关及其控制回路 - Google Patents

Abstract

本发明属于配电设备技术领域，具体涉及一种智能变电站三工位隔离开关及其控制回路，包括驱动电动机动作的主回路和判断智能控制器是否动作保护测控计量一体化集成装置的控制回路。主回路包括以智能控制器为控制主体联合继电器实现电动机正转的支路、以智能控制器为控制主体联合继电器实现电动机反转的支路、以智能控制器为控制主体联合继电器实现电动机闭锁的回路、继电器辅助触点控制电动机正转支路和继电器辅助触点控制电动机反转支路。控制回路包括保护测控计量一体化装置遥控智能控制器输出正转刀闸合闸动作信号的控制支路、输出正转接地刀分闸动作信号的控制支路、输出反转刀闸分闸动作信号的控制支路、输出反转接地刀合闸动作信号的控制支路。

Description

一种智能变电站三工位隔离开关及其控制回路

技术领域

本发明属于配电设备技术领域，具体涉及一种智能变电站三工位隔离开关及其控制回路。

背景技术

国网公司提出建设要以“集成化设备+一体化业务平台+标准配送式建设模式”应用为主要特征、占地少、造价省、效率高、支撑调控一体的新一代智能变电站。其中采用新型紧凑集成一体化一次设备为新要点，在110kV变电站中试点进行，在这种110kV新一代智能变电站中35kV采用充气式开关柜，且其中隔离开关采用三工位隔离开关型式，将隔离、合闸、接地三个功能整合成一个集成式微型设备布置在开关柜内，为了更好的掌握和操作这种新型设备，需要进一步的改进三工位隔离开关控制回路的操作性。

现有技术中，三工位隔离开关控制电路如图1所示。三工位隔离开关的动作是由动触头在合闸、分闸、接地三个位置间来回运动来实现的。其中从合闸位置运动到分闸位置，从分闸位置运动到接地位置都是通过闭合接触器KM2让电动机MM正转(或反转)来实现。从接地位置运动到分闸位置，从分闸位置运动到合闸位置都是通过闭合接触器KM1让电动机MM反转(或正转)来实现。在图1中，SB1是分合隔离刀的控制开关，SB2是分合接地的控制开关。S1'是动触头运动到合闸位置激发动作的行程开关、S2'是当动触头从合闸位置运动到分闸位置时激发动作的行程开关、S3'是当动触头从接地位置运动到分闸位置时激发动作的行程开关、S4'是动触头运动到接地位置激发动作的行程开关。图2是S1'-S4'自由状态和受激励状态的示意图。

结合图1和图2，当动触头从合闸→分闸→接地的过程中，将SB1的1,2触点接通，使得分隔离刀控制支路接通，接触器KM2得电，其常开触点闭合，常闭触点断开，电动机M正转，动 触头由合闸位置运动开始运动，此时行程开关S1'由受激励状态切换自由状态；当动触头运动到分闸位置时，由于动触头的作用，行程开关S2'由自由状态切换至受激励状态，将分隔离刀控制支路切断；此时，由于行程开关S3'处于受激励状态，合接地控制支路处于断开状态，动触头到分闸位置停止。如果此时继续电动接地操作，将SB2的3,4触点接通，KM2又得电，电动机M又正转带动动触头由分闸位置运动到接地位置。必须注意：在此过程中由于图1中合接地控制支路CZ29和CZ30之间的行程开关S3'的常闭接点的存在，动触头必须越过图2中所示S2'和S3'的激励重叠区域，S3'才会转换为自由状态，使得常闭接点闭合，KM2才能自保持；即必须人为保持SB2的3,4触点接通几百毫 秒(大概300～500ms)，使得机构运动越过该接点的激励区域，该接地命令电路才能一直保持到动触头运动至接地位置；当动触头运动到接地位置时，由于动触头的作用，行程开关S4'由自由状态切换至受激励状态，将合接地控制支路切断，动触头到接地位置停止。S2'和S3'之间的激励重叠区域是为了保证三位置开关分闸操作时，动触头运动到分闸位置，S2'切断分隔离刀控制支路时，合接地控制支路不能接通；即此时图1中的CZ29和CZ30之间的行程开关S3'的常闭接点必须是打开的，否则会导致电动机M在KM2的控制下一直正转，不能在分闸位置停下来，直接运动到接地位置。同样在接地→分闸→合闸的过程中，也需要S2'和S3'之间的激励重叠区域，保证三位置开关合闸操作时，动触头运动到分闸位置，S3'切断分接地控制支路时，合隔离刀控制支路不能接通；即此时图1中的CZ27和CZ28之间的行程开关S2'的常闭接点必须是打开的，否则会导致电动机M在KM1的控制下一直反转，不能在分闸位置停下来，直接运动到合闸位置。同样由于S2'和S3'之间的激励重叠区域的存在，电动合闸操作过程中，必须人为保持SB1的3,4触点接通几百毫秒(大概300-500ms)，使得动触头的运动已越过了S2 '和S3'之间的激励重叠区域，KM1已经能自保持了，方可放开SB1的控制开关。

随着电网智能化建设的发展，开关器件的动作越来越多通过智能终端发出命令来实现。而智能终端发出命令信号的持续时间通常在100ms-200ms左右，这使得三工位隔离开关的电气控制电路在分闸位置动作还没有来得及自保持，信号就结束，动作停止。因此，现有技术中的三工位隔离开关控制电路在电动操作过程中，也需要人为操作控制转换开关，非常不利于远距离控制和智能控制，阻碍了气体绝缘开关柜在智能变电站中的推广应用。

公告号为CN104851738B的发明专利公开一种充气开关柜三工位隔离开关及其控制电路,控制电路包括驱动动触头动作的主回路和控制动触头动作的控制回路；所述主回路包括控制电动机M正转的支路和控制电动机M反转的支路；所述控制回路包括控制动触头从合闸位置运动到分闸位置的分隔离刀控制支路；从分闸位置运动到接地位置的合接地控制支路；以及控制动触头从接地位置运动到分闸位置的分接地控制支路，再从分闸位置运动到合闸位置的合隔离刀控制支路。该三工位隔离开关的控制电路，其行程开关S1’-S4’、控制转换开关SB1和SB2、接触器KM1-KM4的线圈与触点构成控制动触头动作的控制回路，其继电器辅助触点串接和并接过多，导致回路复杂、繁琐，容易导致次生回路危害，且其中控制回路不清晰，运维人员需要花费时间来一一辨认，而且该专利中的操控三工位隔离开关主要是常规方式，在智能化和集成化上程度不高，另外其没有包含后台对测控装置进而对三工位隔离开关操作的控制回路的阐述。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题提供一种智能变电站三工位隔离开关及其控制回路，本发明控制回路中主回路及控制回路两个回路完全独立隔离，使得智能控制器只接受保护测控集成装置的开入开出量，及把手操控的开入量。使得二次回路简单化、实用化，不产生二次隐蔽复杂回路导致的次生危害。

本发明的技术方案是：

一种智能变电站三工位隔离开关控制回路，包括驱动电动机M动作的主回路和判断智能控制器P是否动作的保护测控集成装置的控制回路。

所述的主回路包括以智能控制器P为控制主体联合继电器实现电动机M正转的支路、以智能控制器P为控制主体联合继电器实现电动机M反转的支路、以智能控制器P为控制主体联合继电器实现电动机M闭锁的回路、继电器辅助触点控制电动机M正转支路和继电器辅助触点控制电动机M反转支路。

所述的主回路中智能控制器P联合继电器实现电动机M正转支路包括：串联的智能控制器刀闸辅助触点Q1和继电器1ZJ。

所述主回路中智能控制器P联合继电器实现电动机M反转支路包括：串联的智能控制器刀闸辅助触点Q2和继电器2ZJ。

所述主回路中智能控制器P联合继电器实现电动机M闭锁回路包括：串联的智能控制器刀闸辅助触点Q3和继电器3ZJ。

所述的继电器辅助触点控制电动机正转支路包括与电动机M连接的继电器辅助触点1ZJ；所述的继电器辅助触点控制电动机反转支路包括与电动机M连接的继电器辅助触点1ZJ。

所述的控制回路包括保护测控集成装置遥控智能控制器P输出正转刀闸合闸动作信号的控制支路、输出正转接地刀分闸动作信号的控制支路、输出反转刀闸分闸动作信号的控制支路、输出反转接地刀合闸动作信号的控制支路。

具体的，所述的控制回路还包括不经过保护测控集成装置直接通过正转和反转按钮控制智能控制器的支路。

具体的，所述控制回路还包括保护测控集成装置遥控智能控制器P的开关量输出支路，该支路包括：内部微机逻辑进行保护判断电流的保护测控计量多合一装置1n、与其连接的压板1YLP1、与其连接的压板1YLP2及开关量输出面板，所述的开关量输出面板输出正转刀闸合闸、正转接地刀分闸、反转刀闸分闸、反转接地刀合闸四个动作信号。

具体的，所述控制回路还包括手控智能控制器支路，所述的手控智能控制器支路包括与智能控制器P串联连接的正转按钮ZZ、与智能控制器P串联连接的反转按钮FZ，所述的正转按钮ZZ和反转按钮FZ配置在保护屏柜上。

具体的，还包括有与主回路串联的空气开关3DK。

具体的，还包括有与控制回路串联的空气开关5DK。

一种智能变电站三工位隔离开关，包括操作机构及上述所述的智能变电站三工位隔离开关控制回路。

传统三工位隔离开关设计配用弹簧机构，速度设计较高，通常在1.5m/s以上，然而三工位机构多为电动机构，要想有很高的速度比较困难，另外速度低一点有利于减小电机的功率，也能同时减弱本体的机械冲击。所以使用尽量低的速度满足本体的需要。就隔离开关本身来看，一方面要能切合母线转换电流，110KV隔离开关切割母线转换电流的实验电压10V、母线转换电流的最大值1600A，如果触头采用耐烧损设计，隔离开关触头慢速简单开断可以熄弧。另一方面隔离开关要切合小电容电流，为了限制多次重燃而产生的快速暂态电压，要求隔离开关合分时有关的要求，三工位机构的设计就机械上来说，就是通过一定的结构，最后使用输出轴实现正、反两个方向的一定角度的运动。具体实施可以通过电机带动蜗杆、丝杠、齿轮系等结构实现，如果结构合理使用两个电机，分别进行隔离和接地运动是比较好的，而二次回路控制部分，就是讲两个独立的隔离开关和接地开关的二次控制综合在一起，只是相应的连锁为了保险，应增强。值得注意的问题是：由于速度较高，电机电流一般较大，电机回路不容易切断，容易烧接触器，为了解决这个问题一般通过加大接触器的容量来解决，但是一味增大接触器的容量也不是好办法，所以正常设计中就想到在电机回路中多串接一个接触器的常开触点，这样容易熄弧切断回路，只是至今也没有人想到将智能控制器和继电器控制电动机M正转和反转控制回路及保护测控集成装置与智能控制器的开入开出控制回路独立分开设计。因为此种设计继电器触点串接和并接过多，会导致回路复杂、繁琐，容易导致次生回路危害，且其中控制回路不清晰，运维人员需要花费时间来一一辨认。

本发明的有益效果是：该智能变电站三工位隔离开关控制回路包括驱动电动机M动作的主回路和判断智能控制器P是否动作保护测控集成装置的控制回路。所述的主回路包括以智能控制器P为控制主体联合继电器实现电动机M正转的支路、以智能控制器P为控制主体联合继电器实现电动机M反转的支路、以智能控制器P为控制主体联合继电器实现电动机M闭锁的回路、继电器辅助触点控制电动机M正转支路和继电器辅助触点控制电动机M反转支路。所述的控制回路包括保护测控集成装置遥控智能控制器P输出正转刀闸合闸动作信号的控制支路、输出正转接地刀分闸动作信号的控制支路、输出反转刀闸分闸动作信号的控制支路、输出反转接地刀合闸动作信号的控制支路。该控制回路中引入了智能控制器P（FBZ2660），可加快反应速度，也可自动循环读取由保护测控集成装置开出的信息量，且支持各种通信协议，便于组网。35kV开关柜数量多、操作繁杂，使用智能控制器P可扩充I/0(开入开出）数量，集成率更高，使得操作简便，数据刷新率更快，解决了继电器触点串接和并接过多，会导致回路复杂、繁琐，容易导致次生回路危害，且其中控制回路不清晰，运维人员需要花费时间来一一辨认等一系列问题。

尤其采用智能控制器和简单继电器为主回路这种模式，使得二次回路简单化、实用化，不产生二次隐蔽复杂回路导致的次生危害。本发明中主回路（智能控制器和继电器控制电动机M正转和反转回路）及控制回路（保护测控集成装置与智能控制器的开入开出）两个回路完全独立隔离，使得智能控制器只接受保护测控集成装置的开入开出量，及把手操控的开入量，而控制回路只是智能控制器和继电器控制电动机M正转和反转的回路。

附图说明

图1是现有技术中三工位隔离开关控制电路；

图2是现有技术中三工位控制开关中行程开关受控示意图；

图3是本发明提供的智能变电站三工位隔离开关控制回路电路原理图；

图4是本发明提供的35kV线路保护测控集成装置遥控接线至智能控制器P的具体配线示意图；

图5是遥控操作使用本发明提供的三工位隔离开关控制回路的35kV出线开关柜三工位隔离开关的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的智能控制三工位隔离开关控制回路进行详细说明。

如图3所示为本发明提供的智能变电站三工位隔离开关控制回路电路原理图，包括驱动电动机M动作的主回路和判断智能控制器P是否动作的保护测控集成装置的控制回路。

所述的主回路包括以智能控制器P为控制主体控制继电器实现电动机M正转的支路、以智能控制器P为控制主体控制继电器实现电动机M反转的支路、以智能控制器P为控制主体控制继电器实现电动机M闭锁的回路、继电器辅助触点控制电动机M正转支路和继电器辅助触点控制电动机M反转支路，还包括有与主回路串联的空气开关3DK。

所述的主回路中智能控制器P控制继电器实现电动机M正转支路包括：串联的智能控制器刀闸辅助触点Q1和继电器1ZJ。

所述主回路中智能控制器P控制继电器实现电动机M反转支路包括：串联的智能控制器刀闸辅助触点Q2和继电器2ZJ。

所述主回路中智能控制器P控制继电器实现电动机M闭锁回路包括：串联的智能控制器刀闸辅助触点Q3和继电器3ZJ。

所述的继电器辅助触点控制电动机正转支路包括与电动机M连接的继电器辅助触点1ZJ；所述的继电器辅助触点控制电动机反转支路包括与电动机M连接的继电器辅助触点1ZJ。

+HM和-HM分别接到开关柜柜顶的屏顶小母线上，由预制舱中的直流屏供直流电到小母线上，从而使空气开关3DK的1、3分别带直流的正电位和负电位。当空气开关3DK合上后，整个二次回路带直流电，整个二次回路可以带电工作运行。本发明中所述的三工位隔离开关的智能控制器使用的型号为FBZ2660，即操作三工位隔离开关的装置。其操作过程如下：

刀闸合位控制：当智能控制器P上Q1继电器接到信号，Q1触点合上，833这个回路通电，1ZJ继电器带电，1ZJ附属触点闭合，电动机M通过连个1ZJ连接直流电带电，电动机工作且正转，带动刀闸正转由接地位打到刀闸合位。

接地位控制：而当Q2继电器接到信号，Q2触点合上，835这个回路通电，2ZJ继电器带电，2ZJ附属触点闭合，电动机M通过连个2ZJ连接直流电带电，电动机工作且反转，带动刀闸反转由刀闸合位打到接地位。

而给智能控制器P的发信号的为35kV线路保护测控集成装置，图4则为35kV线路保护测控集成装置遥控接线至智能控制器P的具体配线示意图。所述的控制回路包括保护测控集成装置遥控智能控制器P输出正转刀闸合闸动作信号的控制支路、输出正转接地刀分闸动作信号的控制支路、输出反转刀闸分闸动作信号的控制支路、输出反转接地刀合闸动作信号的控制支路。所述的控制回路还包括不经过保护测控集成装置直接通过正转和反转按钮控制智能控制器的支路。所述控制回路还包括保护测控集成装置遥控智能控制器P的开关量输出支路，该支路包括：内部微机逻辑进行保护判断电流的保护测控计量多合一装置1n、与其连接的压板1YLP1、与其连接的压板1YLP2及开关量输出面板，所述的开关量输出面板输出正转刀闸合闸、正转接地刀分闸、反转刀闸分闸、反转接地刀合闸四个动作信号。控制回路还包括有与控制回路串联的空气开关5DK。所述控制回路还包括手控智能控制器支路，所述的手控智能控制器支路包括与智能控制器P串联连接的正转按钮ZZ、与智能控制器P串联连接的反转按钮FZ。所述的正转按钮ZZ和反转按钮FZ配置在保护屏柜上。

由于电动机M和机械配合情况的限制，总原则为：当三工位开关处于接通位置时，只能反转，当三工位开关处于接地位置时，只能正转。可将三工位隔离开关的三个工位：隔离位、刀闸合位、接地刀位转换成四个指示，即正转刀闸合闸、正转接地刀分闸、反转刀闸分闸、反转接地刀合闸，分别对应35kV线路保护测控集成装置的四个开出量，这样才能有效遥控发送刀闸具体的动作信号。

如图5所示为遥控操作使用本发明提供的三工位隔离开关控制回路的35kV出线开关柜三工位隔离开关的流程图，35kV出线开关柜里包含所有出线的一次设备和二次设备，包括母线、三工位隔离开关、断路器、电流互感器、电缆终端、保护测控计量三合一集成装置、避雷器、带电显示器等。而操作出线开关柜三工位隔离开关的可以分为遥控操作和就地手动操作。遥控操作即通过远台传信号给出线开关柜内的保护测控计量多合一装置，再通过这个装置中的二次回路来带动三工位隔离开关的电动机，电动机M转动带动机械转动来实现操作三工位隔离开关的目的。而手动操作就是在开关柜上有拉动操作把手，直接操作三工位隔离开关分合闸。

三工位隔离开关有三个位置，分别为刀闸在接地位置、隔离位置、刀闸接通位置，操作机构按操作方式分别有正转和反转，当三工位开关处于接地位置时，只能正转，正转顺序为：刀闸在接地位-隔离位-接通位。当三工位开关处于接通位置时，只能反转，反转顺序为：刀闸在接通位--隔离位--刀闸在接地位。

出线柜：出线柜中三工位隔离开关由柜内保护测控计量多合一装置操作，在整个变电站监控系统后台上定义一套完整的操作刀闸分闸合闸的流程；所述定义微机测控遥控量含义包括定义两个遥控出口（遥控2和遥控3）为遥控2控制隔离刀闸，遥控3控制地刀。定义如下：

遥控2跳闸：反转，刀闸分开；

遥控2合闸：正转，刀闸合上；

遥控3跳闸：正转，地刀分开；

遥控3合闸：反转，地刀合上。

操作流程如下：

分刀闸的操作顺序为：首先：遥控2跳闸--电动机M反转，刀闸分开；然后：遥控3合闸--电动机M反转，接地合上；合刀闸的操作顺序为：首先：遥控3跳闸--电动机M正转，接地分开；然后：遥控2合闸--电动机M正转，刀闸合上。

35kV分段隔离柜和PT柜三工位隔离开关接线配置及操作方案：柜内三工位隔离开关由PT柜内母线测控装置操作与出线柜基本相同。

在操作本发明具体的三工位隔离开关时，将后台中微机测控的遥控信号定义具体含义，便于运维和施工，规定了分刀闸和合刀闸的操作顺序，可以将这种操作顺序和定义直接固化下来，形成典型设计和运维操作方案，使得采用这种集成型设备真正实现智能化、简单化操作。国网在新一代智能变电站的试点工程中大规模采用这种高集成率的三工位隔离开关，也为日后在模块化智能变电站建设的推广运行起到了至关重要的作用。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (7)

1.一种智能变电站三工位隔离开关控制回路，其特征在于，包括驱动电动机M动作的主回路和判断智能控制器P是否动作的保护测控集成装置的控制回路；

所述的主回路包括以智能控制器P为控制主体联合继电器实现电动机M正转的支路、以智能控制器P为控制主体联合继电器实现电动机M反转的支路、以智能控制器P为控制主体联合继电器实现电动机M闭锁的回路、继电器辅助触点控制电动机M正转支路和继电器辅助触点控制电动机M反转支路；

所述的主回路中智能控制器P联合继电器实现电动机M正转支路包括：串联的智能控制器刀闸辅助触点Q1和继电器1ZJ；

所述主回路中智能控制器P联合继电器实现电动机M反转支路包括：串联的智能控制器刀闸辅助触点Q2和继电器2ZJ；

所述主回路中智能控制器P联合继电器实现电动机M闭锁回路包括：串联的智能控制器刀闸辅助触点Q3和继电器3ZJ;

所述的继电器辅助触点控制电动机正转支路包括与电动机M连接的继电器辅助触点1ZJ；所述的继电器辅助触点控制电动机反转支路包括与电动机M连接的继电器辅助触点1ZJ；

所述的控制回路包括保护测控集成装置遥控智能控制器P输出正转刀闸合闸动作信号的控制支路、输出正转接地刀分闸动作信号的控制支路、输出反转刀闸分闸动作信号的控制支路、输出反转接地刀合闸动作信号的控制支路。

2.根据权利要求1所述智能变电站三工位隔离开关控制回路，其特征在于，所述的控制回路还包括不经过保护测控集成装置直接通过正转和反转按钮控制智能控制器的支路。

3.根据权利要求1所述智能变电站三工位隔离开关控制回路，其特征在于，所述控制回路还包括保护测控集成装置遥控智能控制器P的开关量输出支路，该支路包括：内部微机逻辑进行保护判断电流的保护测控计量多合一装置1n、与其连接的压板1YLP1、与其连接的压板1YLP2及开关量输出面板，所述的开关量输出面板输出正转刀闸合闸、正转接地刀分闸、反转刀闸分闸、反转接地刀合闸四个动作信号。

4.根据权利要求1所述智能变电站三工位隔离开关控制回路，其特征在于，所述控制回路还包括手控智能控制器支路，所述的手控智能控制器支路包括与智能控制器P串联连接的正转按钮ZZ、与智能控制器P串联连接的反转按钮FZ，所述的正转按钮ZZ和反转按钮FZ配置在保护屏柜上。

5.根据权利要求1所述智能变电站三工位隔离开关控制回路，其特征在于，还包括有与主回路串联的空气开关3DK。

6.根据权利要求1所述智能变电站三工位隔离开关控制回路，其特征在于，还包括有与控制回路串联的空气开关5DK。

7.一种智能变电站三工位隔离开关，其特征在于，包括操作机构及上述1-6任一权利要求所述的智能变电站三工位隔离开关控制回路。

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