CN112838511B - 一种组合电器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高压开关设备技术领域，具体涉及一种组合电器。包括组合电器本体和汇控柜，所述组合电器本体包括断路器、二工位隔离开关、接地开关、三工位隔离接地组合开关，以及断路器、二工位隔离开关、接地开关、三工位隔离接地组合开关的操动机构；汇控柜中设置有控制回路，所述控制回路包括断路器分/合闸回路、隔离开关控制回路、接地开关控制回路、以及三工位隔离接地组合开关控制回路，各回路中的继电器为板载继电器。本发明的组合电器本体采用三工位隔离接地组合开关，使产品结构更加紧凑；而且，汇控柜中各种回路的继电器采用板载继电器，大大减少了控制回路传统继电器的使用和二次配线工作量，节约了汇控柜空间。

Description

一种组合电器
技术领域
本发明属于高压开关设备技术领域，具体涉及一种组合电器。
背景技术
GIS(GAS insulated SWITCHGEAR)组合电器，也称为气体绝缘全封闭组合电器，是变电站中常见的重要电器设备。组合电器包括断路器、隔离开关、接地开关、互感器、母线、连接件和出线终端等，组合电器中开关设备的安全稳定运行直接关系到电网安全以及可靠供电。
目前，通过一键顺控改造、机器人巡检、带电检测和在线监测新技术应用等工作，开关设备状态感知能力已有很大程度提高。但是，目前GIS组合电器的一次本体普遍采用普通结构，间隔宽度大，占地面积大。GIS控制回路采用普通继电器回路，配线复杂，尤其在保护测控装置下放安装时，普遍存在就地控制柜空间不足的问题。
发明内容
本发明提供了一种组合电器，用以解决现有技术的组合电器的占地面积大、配线复杂的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案包括：
本发明提供了一种包括组合电器本体和汇控柜，所述组合电器本体包括断路器、二工位隔离开关、接地开关、三工位隔离接地组合开关，以及断路器、二工位隔离开关、接地开关、三工位隔离接地组合开关的操动机构；所述汇控柜中设置有控制回路，所述控制回路包括断路器分/合闸回路、隔离开关控制回路、接地开关控制回路、以及三工位隔离接地组合开关控制回路，各回路中的继电器为板载继电器。
上述技术方案的有益效果为：本发明的组合电器本体采用三工位隔离接地组合开关，使产品结构更加紧凑；而且，汇控柜中各种回路的继电器采用板载继电器，大大减少了控制回路传统继电器的使用和二次配线工作量，节约了汇控柜空间。整体使得组合电器结构紧凑、占地面积小，可根据用户及电网规划需求，通过标准模块设计，灵活布置实现各种主接线形式，满足城市电网建设要求。
进一步的，所述断路器的操动机构为弹簧操动机构，包括分、合闸电磁线圈和储能电机；所述组合电器还包括电阻应变式传感器和/或电流传感器，所述电阻应变式传感器用于检测弹簧操动机构的弹簧压力，所述电流传感器用于检测分、合闸电磁线圈电流及储能电机电流。
进一步的，所述组合电器还包括特高频传感器，设置在组合电器的壳体开孔法兰处，用于检测局部放电信号。
进一步的，所述组合电器还包括SF6气体状态传感器，用于检测SF6气体密度、微水、压力和温度。
进一步的，为了实现各开关的可靠分/合闸，所述二工位隔离开关、接地开关、三工位隔离接地组合开关的操动机构为电机驱动机构，所述电机驱动机构采用闭环控制方法实现各开关的分/合闸。
进一步的，为了保证组合电器的安全可靠运行，所述汇控柜中还设置有断路器储能电机回路、三相不一致回路和遥信回路，且断路器分闸回路、三相不一致回路和遥信回路冗余设置。
进一步的，汇控柜上设置有固定用途指示灯和自定义指示灯，所述固定用途指示灯用于三相不一致保护动作、三相不一致保护告警、断路器机构未储能、断路器储能电机过载超时、断路器气室SF6压力低闭锁、断路器控制回路断线、或者装置故障告警的报警指示，所述自定义指示灯用于接入驱潮加热回路断电、或者隔离接地开关控制回路断电的报警指示。
进一步的，为了减轻数据传输压力并保证数据报警的时效性，所述组合电器还包括边缘计算终端，所述边缘计算终端，用于进行各开关状态数据和/或环境数据的预处理，并将预处理后的数据进行上送。
附图说明
图1是本发明的组合电器的主接线图；
图2是本发明的组合电器的结构示意图；
图3是本发明的控制回路的原理图；
图4是本发明的智能感知及分析系统架构图；
其中，1-隔离开关的电机驱动机构，2-数字化密度继电器，3-边缘计算终端，4-汇控柜，5-弹簧机构储能压力感知单元，6-机械特性感知单元，7-绝缘状态感知单元，8-隔离开关位置感知单元。
具体实施方式
本发明的一种组合电器，包括组合电器本体(一次侧)、汇控柜(二次侧)、状态感知单元和边缘计算终端。
组合电器本体采用ZF11C-252(L)/T4000-50型气体绝缘金属封闭开关设备，间隔宽度1600mm，间隔间距2000mm。其主接线如图1所示，结构示意图如图2所示。如图1所示，组合电器包括1组分相断路器QFA、QFB、QFC，2组三工位隔离接地组合开关QSF2/QE1、QS3/QE2，1组二工位隔离开关QSF1，1组接地开关QEF，6卷电流互感器TA1～TA6，1卷单相电压互感器VTA，4个局放监测传感器JF-1A、JF-1B、JF-1C、JF-2；间隔共划分为10个独立气室GPA、GPB、GPC、GP2～GP8。组合电器本体包括断路器、电流互感器、三工位隔离接地组合开关、二工位隔离开关、接地开关、共箱母线、汇控柜、出线套管，以及断路器、隔离开关、接地开关、三工位隔离接地组合开关的操动机构。其中，三工位隔离接地组合开关不仅可使整个组合电器更加紧凑，还能实现隔离开关与接地开关的机械联锁，防止误操作。
断路器的操动机构采用断路器分相操作配低弹簧操动机构，合闸操作功率为3.0KJ，分闸操作功率为1.7KJ。二工位隔离开关、接地开关、三工位隔离接地组合开关的操动机构均采用电机驱动机构，其中隔离开关的电机驱动机构1的位置参考图2。伺服驱动器中预置隔离开关分合闸动作的控制程序以及主要特性参数，包括机构输出速度、输出角度等，伺服驱动器接到用户的分闸或合闸指令，按照预先设定的分/合闸程序来向伺服电机发送脉冲指令，控制伺服电机动作。伺服电机输出的旋转运动经机械传动装置(减速器)传动后，由机械传动装置的输出端带动隔离开关完成分合闸动作。在伺服电机运转的过程中，电机内置的编码器会将电机位置实时反馈给伺服驱动器，供伺服驱动器判断发出下一个动作指令，整个分/合闸过程是一个闭环控制过程，实现了隔离开关的精确分/合闸操作。
汇控柜4中设置有各种回路，采用智能装置、集成汇控装置实现。集成式控制回路原理框图如图3所示，该汇控柜采用双套冗余配置的智能装置，第一套智能装置A包括断路器合闸回路、断路器主分闸回路、断路器控制输入回路、断路器主储能电机回路、主分三相不一致回路、隔离开关/接地开关控制回路、遥信回路7部分，第二套智能装置B包含断路器副分闸回路、断路器副储能电机回路、副分三相不一致回路、遥信回路4部分。需说明的是，这里的冗余并不是所有回路均冗余设置，只是将一些重要的回路冗余设置。汇控柜中的各种回路所使用的继电器采用板载继电器。智能装置输入电机储能控制接点，经CPU延时及过载判据输出电机控制接点启动汇控柜内电机控制器接触器，延时时间、过载设置可整定。智能装置支持IEC61850协议，实现与保护和监控系统通信。整个汇控柜不仅能实现一次设备的控制、报警、以及闭锁等功能，还能实现电机控制、超时和过载保护；而且，基于板载继电器的集成汇控装置，大大减少了控制回路传统继电器的使用和二次配线工作量，节约了汇控柜空间，控制柜内端子排固化，便于实现标准化设计及制造。
为方便现场检修操作，汇控柜操作面板上保留模拟线和就地操作开关、远/近控转换开关、联锁/解锁转换开关。而且，智能装置上配置有信号指示灯，分固定用途指示灯和自定义信号指示灯两种。固定信号指示灯用于三相不一致保护动作、三相不一致保护告警、断路器机构未储能、断路器储能电机过载超时、断路器气室SF6压力低闭锁、断路器控制回路断线、装置故障告警等重要告警，自定义信号指示灯用于接入驱潮加入回路端点、隔离接地开关控制回路端电等告警信号。
如图2、4所示，状态感知单元包括机械特性感知单元、绝缘状态感知单元、数字化密度继电器、隔离开关位置感知单元、弹簧机构储能压力感知单元。具体的：
①机械特性感知单元6包括伺服系统内置的传感器，用于采集隔离开关、接地开关电机的电流、输出扭矩、输出转速以及电机的位置等信息。进一步的，这些结合信息以及内置传动系统模型，可以得出伺服电机机构的实时输出扭矩、输出转速。隔离/接地开关电机驱动机构通过RS485总线方式输出电机电流、转矩。进一步的，断路器弹簧操作机构的分、合闸电磁线圈电流及储能电机电流通过小电流传感器实现监测。
②绝缘状态感知单元7包括局放检测装置，为特高频传感器。考虑到传感器的检测灵敏度、GIS各典型部件传输衰减特性、检测系统信号接收灵敏度等因素，以及监测范围内的全覆盖，同一电气节点处的A、B、C三相传感器宜采用同一就地模块相连接。特高频传感器在GIS制造阶段安装于GIS壳体开孔法兰处。GIS壳体介质窗试制，在GIS壳体手孔法兰上采用绝缘板进行气体密封后，形成的可以透过特高频信号的电磁泄漏窗口。检测频带应覆盖300MHz～3000MHz，在300MHz～1500MHz频带内平均有效高度不应小于8mm，且最小有效高度不应小于3mm。传感器检测灵敏度不应大于5pC。
③数字化密度继电器2为SF6气体状态传感器。每一个独立气体隔室配备一个SF6气体状态传感器，不允许多个母线气室或不同相母线气室通过管路连通共用一个传感器。SF6气体状态传感器应安装在一次本体充气口位置，一体化传感器机械指示及接点动作部分与数字信号采集及通讯部分进行一体化结构配置，安装时显示面应朝向巡视通道。SF6气体状态传感器具备监测SF6气体密度、微水、压力、温度的功能。传感器输出信号采用用RS485总线，与就地监测模块间应设置隔离集线器。
④隔离开关位置感知单元8包括用于检测辅助开关输出的信号和电机驱动机构输出的信号。这两种信号可从不同方面反映现场隔离开关的分/合闸位置状态，且二者是不同原理实现的，是电气独立的“不同源”判据，可直接作为隔离开关位置“双确认”的信号输入，支撑一键顺控操作等变电站高级应用。
⑤弹簧机构储能压力感知单元5包括内置于弹簧操动机构的两个电阻应变式传感器，分别实现断路器弹簧操动机构分闸、合闸弹簧压力监测功能。电阻应变式传感器可安装于机构拉杆上，传感器线缆应避开机构中运动零部件，保证信号安全传输。
边缘计算终端3用于通过有线、无线相结合的方式接入间隔内辅助开关、以及各类感知传感器的信号，实现组合电器设备状态信息的融合、汇聚、分析，以对开关设备运行环境信息、状态信息的采集及就地预处理，实现开关设备状态全方位感知与需求快速响应。每间隔配置1个，支持4-20mA、0-5V、RS485、无源干接点、脉冲等多种形式信号输入，具备多于400种的驱动协议并可扩展，方便实现数据采集，满足10年以上秒级数据存储，支持采用IEC61850协议与站端辅助监控系统进行数据通信。能够以软件定义的方式实现功能灵活扩展，支持数据分析需求。在边缘端对上述状态感知单元采集的数据进行重新审查和校验，检查数据一致性，处理无效值和缺失值，预先处理相关数据提供实时计算及分析，并同一接入物联网管理平台，支撑电力物联网的高级业务功能。同时，还可结合集控站数据分析，将模型拆解分片下发至边缘计算终端，提高集控站的计算效率，降低集控站的负荷。通过边缘计算终端的实时分析，快速得出开关状态诊断分析结果并实时反馈，缺陷实时报警，实现设备自我监测、诊断、预警的智慧功能。
边缘计算终端的设置，满足电力物联网架构，采用平台化方案，能够以软件定义的方式实现功能灵活扩展，完成电力设备运行状态监测、评估和控制等业务功能。而且，该边缘计算终端基于安全自主可控的国产工业级芯片开发设计，配合安全加固实时操作系统，性能稳固，功能可扩展，连接感知层各种传感单元及末端设备，就地完成边缘计算进行分析决策处理、多源信息融合建模，并统一接入物联管理平台，支撑电力物联网的高级业务功能。
具体实施应用时，将状态感知单元和边缘计算终端结合起来，其对应的智能感知及分析系统架构图如图4所示，包括感知层、网络层、平台层和应用层。
①感知层：包括传感单元和汇聚单元，传感单元为上述介绍的状态感知单元，汇聚单元包括各种汇聚节点，每个汇聚节点即为上述介绍的边缘计算终端。状态感知单元采集的数据通过有线/无线网络上送至对应的边缘计算终端，供边缘计算终端进行数据处理，满足节点设备单点接入、链式分布多态组网、边缘计算及回传、区域自治等需求，对数据实现实时采集、及时处理、就地分析。各个边缘计算终端将处理后的数据发送给站端辅助设备监控系统，再由站端辅助设备监控系统通过反向隔离装置接入集控站的主、辅设备集中监控系统。而且，集控站下发的信息(控制命令等)通过正向隔离装置发送刚给站端辅助设备监控系统，并由站端辅助设备监控系统下发给各个边缘计算终端。
②网络层：网络层由无线网(公网和电力专网)、有线电力光纤网和相关网络设备组成，为变电设备泛在电力物联网建设，提供高可靠、高安全、高带宽的数据传输通道。
③平台层：平台层将变电业务、数据、物联等共性需求沉淀封装成共享服务，支撑前端应用创新，包括电网资源业务中台、数据中台和物联管理平台。
④应用层：应用层基于企业中台提供的各类微服务，在统一数据模型、技术标准和框架下，开发部署开关设备运行状态精准评价、缺陷异常智能研判、远程智能巡检等高级应用，实现开关设备运行状态的综合评估和预警决策。
本发明的组合电器，其组合电器本体采用三工位隔离接地组合开关，使产品结构更加紧凑，而且，汇控柜中各种回路的继电器采用板载继电器，大大减少了控制回路传统继电器的使用和二次配线工作量，节约了汇控柜空间。进一步的，状态感知单元与组合电器本体、操动机构的一体化设计、制造及安装，以及控制回路集成化，解决了一、二次设备深度融合的问题，减少功能冗余，提升可靠性。对组合电器多种状态感知和就地信息融合、分析，实现组合电器运行状态感知更即时、缺陷判断更准确，为组合电器运维检修、故障处理及全寿命周期管理，提供远程化、可视化和智能化的解决方案。

Claims (7)

1.一种组合电器，包括组合电器本体和汇控柜，其特征在于，所述组合电器本体包括断路器、二工位隔离开关、接地开关、三工位隔离接地组合开关，以及断路器、二工位隔离开关、接地开关、三工位隔离接地组合开关的操动机构；断路器的操动机构采用断路器分相操作配低弹簧操动机构；二工位隔离开关、接地开关、三工位隔离接地组合开关的操动机构均采用电机驱动机构；
所述汇控柜中设置有控制回路，采用智能装置、集成汇控装置实现；所述控制回路包括断路器分/合闸回路、隔离开关控制回路、接地开关控制回路、以及三工位隔离接地组合开关控制回路，各回路中的继电器为板载继电器；智能装置输入电机储能控制接点，经CPU延时及过载判据输出电机控制接点启动汇控柜内电机控制器接触器，延时时间、过载设置可整定；
每个间隔中配置一个边缘计算终端，边缘计算终端通过有线和无线相结合的方式接入间隔内辅助开关、以及各类感知传感器的信号，边缘计算终端与站端辅助设备监控系统进行数据通信；状态感知单元采集的数据通过有线/无线网络上送至对应的边缘计算终端，各个边缘计算终端将处理后的数据发送给站端辅助设备监控系统，再由站端辅助设备监控系统通过反向隔离装置接入集控站的主、辅设备集中监控系统。
2.根据权利要求1所述的组合电器，其特征在于，所述断路器的操动机构为弹簧操动机构，包括分、合闸电磁线圈和储能电机；所述组合电器还包括电阻应变式传感器和/或电流传感器，所述电阻应变式传感器用于检测弹簧操动机构的弹簧压力，所述电流传感器用于检测分、合闸电磁线圈电流及储能电机电流。
3.根据权利要求1所述的组合电器，其特征在于，所述组合电器还包括特高频传感器，设置在组合电器的壳体开孔法兰处，用于检测局部放电信号。
4.根据权利要求1所述的组合电器，其特征在于，所述组合电器还包括SF6气体状态传感器，用于检测SF6气体密度、微水、压力和温度。
5.根据权利要求1所述的组合电器，其特征在于，所述电机驱动机构采用闭环控制方法实现各开关的分/合闸。
6.根据权利要求2所述的组合电器，其特征在于，所述汇控柜中还设置有断路器储能电机回路、三相不一致回路和遥信回路，且断路器分闸回路、三相不一致回路和遥信回路冗余设置。
7.根据权利要求1所述的组合电器，其特征在于，汇控柜上设置有固定用途指示灯和自定义指示灯，所述固定用途指示灯用于三相不一致保护动作、三相不一致保护告警、断路器机构未储能、断路器储能电机过载超时、断路器气室SF6压力低闭锁、断路器控制回路断线、或者装置故障告警的报警指示，所述自定义指示灯用于接入驱潮加热回路断电、或者隔离接地开关控制回路断电的报警指示。
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