可拆卸的繼電保護(hù)屏柜研究及工程應(yīng)用

李乃永 ，李玉敦 ，李 偉 ，王 昕，史方芳

（1.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司，山東 濟(jì)南 250001；2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250003；3.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，山東 濟(jì)南 250118）

0 引言

繼電保護(hù)是保障電力安全穩(wěn)定的重要防線，特別是在當(dāng)前特高壓交直流混聯(lián)大電網(wǎng)形勢(shì)下，可靠、準(zhǔn)確發(fā)揮繼電保護(hù)系統(tǒng)的效用意義重大。

近十年來(lái)，中國(guó)電力工業(yè)迅猛發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，繼電保護(hù)等二次裝置的數(shù)量也呈現(xiàn)指數(shù)增長(zhǎng)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)［1］，截至2015年底，國(guó)家電網(wǎng)公司220 kV及以上電壓等級(jí)系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置共有151 405臺(tái)，比2006年 （61 125臺(tái)）增加90 280臺(tái)，增幅為147.70%。繼電保護(hù)裝置的大規(guī)模增長(zhǎng)使得繼電保護(hù)裝置運(yùn)行維護(hù)以及升級(jí)改造的工作量增大，特別是近幾年來(lái)老舊設(shè)備更換工作以及落后設(shè)備技術(shù)改造工作大規(guī)模開(kāi)展，繼電保護(hù)運(yùn)行維護(hù)工作形勢(shì)變得日益嚴(yán)峻。對(duì)山東電網(wǎng)而言，隨著繼電保護(hù)裝置超期服役治理以及線路保護(hù)“雙差動(dòng)”和母差“雙失靈”改造的進(jìn)行，繼電保護(hù)技術(shù)人員面臨的現(xiàn)場(chǎng)工作壓力日益突出。

繼電保護(hù)屏柜是高集成度電子設(shè)備的支撐基礎(chǔ)，目前大量的繼電保護(hù)技術(shù)改造工作涉及繼電保護(hù)屏柜，屏柜的產(chǎn)品質(zhì)量、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)對(duì)繼電保護(hù)技術(shù)改造的效率有重要影響［2-3］。

繼電保護(hù)升級(jí)改造中，二次電纜敷設(shè)、接線等基礎(chǔ)性工作占據(jù)較多工程時(shí)間，而且往往難以壓縮，造成這一問(wèn)題的原因有多種，其中重要的一條是保護(hù)屏柜設(shè)計(jì)工藝問(wèn)題，目前的保護(hù)屏柜采用一體化整體框架結(jié)構(gòu)，安裝完成后結(jié)構(gòu)無(wú)法調(diào)整，保護(hù)裝置改造更換或者二次電纜敷設(shè)時(shí)往往先將電纜退至電纜溝，新屏組立后再將二次電纜穿上，所有電纜進(jìn)行重新排列、做頭、二次線芯重新拉直等一系列工藝，導(dǎo)致二次電纜施工工序繁瑣、效率低下。與此同時(shí)，在這種條件下進(jìn)行二次電纜敷設(shè)，存在 “誤碰運(yùn)行設(shè)備、引發(fā)直流接地、誤傷電纜線芯”等一系列問(wèn)題，影響保護(hù)裝置檢修效率和質(zhì)量。

為解決上述問(wèn)題，基于模塊化設(shè)計(jì)方法，提出一種局部可調(diào)整的框架式保護(hù)屏柜方案，采用局部拼接模式替代整體焊接結(jié)構(gòu)，屏柜后下橫梁改作拼裝件安裝，保證屏柜底部可調(diào)整，方便二次電纜移動(dòng)和調(diào)整，可有效提高二次電纜施工效率。

1 繼電保護(hù)屏柜結(jié)構(gòu)要求

繼電保護(hù)屏柜是安裝、固定、支撐和保護(hù)繼電保護(hù)裝置的骨架，是電力二次系統(tǒng)的重要輔助設(shè)施。典型繼電保護(hù)屏框架結(jié)構(gòu)包括：門楣、橫梁（上梁和下梁）、立柱、肋條、門板（正門、后門和側(cè)門），其中，橫梁、立柱、肋條是屏柜的骨架結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 典型繼電保護(hù)屏柜框架結(jié)構(gòu)

按照DL／T 720—2013《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置柜（屏）通用技術(shù)條件》（以下簡(jiǎn)稱通用條件）要求［4］，繼電保護(hù)屏柜在設(shè)計(jì)和制造時(shí)，應(yīng)滿足以下要求：

1）繼電保護(hù)屏柜結(jié)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)潔，布局合理；

2）柜體應(yīng)采用冷軋鋼板、不銹鋼板等金屬材料制造，具有足夠的剛度和強(qiáng)度，使用維修方便；

3）繼電保護(hù)柜的機(jī)械結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足產(chǎn)品的技術(shù)要求和使用要求，便于安裝、巡視和檢修；

4）根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)方式及使用條件，繼電保護(hù)柜應(yīng)具備有效的防腐性、耐久性、可維護(hù)性、安全性，同時(shí)滿足人機(jī)工程學(xué)的要求。

目前，保護(hù)屏柜的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、制造工藝等已較為成熟，根據(jù)通用條件規(guī)定，保護(hù)屏柜采用標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化制造的產(chǎn)品。為保證穩(wěn)定性，柜體材料采用冷軋板折彎焊接結(jié)構(gòu)。典型的屏柜基本參數(shù)如表1所示。

表1 典型繼電保護(hù)屏柜技術(shù)指標(biāo)

2 繼電保護(hù)升級(jí)改造

保護(hù)裝置的技術(shù)升級(jí)改造有多種類型，如軟件升級(jí)、插件更換、整屏改造等，其中整屏更換最為復(fù)雜，工作量大、涉及面廣，耗時(shí)較長(zhǎng)。為縮短繼電保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)改造的時(shí)間，國(guó)內(nèi)學(xué)者從技術(shù)和管理層面做了相關(guān)研究和應(yīng)用，如繼電保護(hù)裝置自動(dòng)調(diào)試［5-6］、施工計(jì)劃管理［7-8］等，但現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用并不理想。繼電保護(hù)裝置的技術(shù)升級(jí)及改造主要分為5個(gè)層次。

1）軟件升級(jí)。軟件從低版本向高版本的更新，修復(fù)低版本的部分缺陷，提高保護(hù)裝置可靠性，不需要改動(dòng)裝置外部回路。

2）裝置插件更換。如更換電源板、開(kāi)入開(kāi)出板、功能邏輯板等，這類改造僅對(duì)裝置局部進(jìn)行升級(jí)或更換，整體功能未發(fā)生變化，無(wú)需對(duì)二次回路和屏柜接線進(jìn)行施工或改造。

3）同廠家裝置更換或升級(jí)。如RCS901升級(jí)為RCS931，這類改造僅需調(diào)整屏內(nèi)線，無(wú)需對(duì)二次回路進(jìn)行施工或改造。

4）不同廠家裝置更換。如CSC101升級(jí)為PCS931，對(duì)于這類改造，由于不同廠家裝置的尺寸、接口需求存在差異，改造技術(shù)難度和施工復(fù)雜度較大，實(shí)際生產(chǎn)中較少采取這種方案。

5）裝置整屏更換。一般裝置有重大缺陷或運(yùn)行超期情況下進(jìn)行裝置整屏更換，需重新設(shè)計(jì)、立屏、敷設(shè)電纜、接線等。

上述5類設(shè)計(jì)中，軟件升級(jí)、插件更換以及同廠家裝置更換通常情況下不需要改造二次回路，施工難度??；不同廠家裝置更換和裝置整屏更換需要調(diào)整二次回路、重新敷設(shè)電纜，施工較復(fù)雜，需要較長(zhǎng)的停電時(shí)間。500 kV變電站典型繼電保護(hù)裝置整屏更換工藝流程如圖2所示。

圖2 500 kV變電站整屏改造工藝流程

500 kV變電站整屏改造各環(huán)節(jié)耗時(shí)情況如表2所示。

表2 500 kV變電站整屏改造耗時(shí)

由表2可以看出，500 kV變電站整屏改造從屏內(nèi)二次電纜拆除到二次工藝收尾，每面保護(hù)屏柜的工時(shí)約45人·h。

由圖2可以看出，為拆除舊屏柜，首先需將所有二次電纜退至電纜溝，新屏組立后再將所有二次電纜穿上，所有電纜需進(jìn)行重新排列、做頭、二次線芯重新拉直等一系列工藝，存在“誤碰運(yùn)行設(shè)備跳閘、易發(fā)生直流接地、誤傷電纜線芯、二次施工繁瑣、工作強(qiáng)度大、工作效率低”等一系列問(wèn)題。同時(shí)由于一次設(shè)備停電時(shí)間有限，保護(hù)邏輯調(diào)試、二次回路驗(yàn)證、帶開(kāi)關(guān)傳動(dòng)等關(guān)鍵工作時(shí)間不足，無(wú)法保證二次設(shè)備“零缺陷”投運(yùn)。

3 模塊化保護(hù)屏柜設(shè)計(jì)

現(xiàn)有的保護(hù)屏柜采用冷軋板折彎焊接結(jié)構(gòu)，橫梁、立柱等骨架結(jié)構(gòu)一體化焊接，不利于現(xiàn)場(chǎng)二次電纜的移動(dòng)、敷設(shè)，提出一種模塊化設(shè)計(jì)方案。

3.1 設(shè)計(jì)思路

新型繼電保護(hù)屏柜采用局部拼接模式替代整體焊接結(jié)構(gòu)，如圖3所示。屏柜后下橫梁改作拼裝件安裝，保證屏柜底部可調(diào)整，方便二次電纜移動(dòng)和調(diào)整，其他部分保持焊接結(jié)構(gòu)不變，確保屏柜整體穩(wěn)定。

圖3 新型繼電保護(hù)屏柜結(jié)構(gòu)

3.2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1）局部焊接。上梁、立柱、左下梁、右下梁以及前下梁采用一體化焊接結(jié)構(gòu)，后下橫梁?jiǎn)为?dú)制造，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)插孔，如圖4所示，后下橫梁材料與其他部位一致。

圖4 屏柜后下梁部分

2）拼接接入。采用拼接方式與下梁剩余部分連接，在保證框架強(qiáng)度的情況下，以方便拆卸為目的，左右兩邊采用4-M6螺絲進(jìn)行緊固，如圖5所示。

圖5 新型屏柜組裝方式

4 應(yīng)用案例分析

設(shè)計(jì)的新型繼電保護(hù)屏柜已在山東某500 kV變電站多個(gè)線路間隔的保護(hù)裝置改造工程中投入應(yīng)用。

4.1 施工方案

應(yīng)用新型屏柜進(jìn)行改造時(shí)候，基本施工要點(diǎn)為：

拆除改造時(shí)，拆除舊屏柜后下橫梁，即可將屏柜整體向前拉出，二次電纜不阻礙屏體移動(dòng)，不需要抽拉電纜；

屏柜組立時(shí)，將新屏柜后下橫梁拆除，向后平推即可，新屏柜就位后，安裝后下橫梁即可完成屏柜組立工作。

4.2 效果分析

以500 kV線路保護(hù)屏柜改造為例，現(xiàn)場(chǎng)改造平均耗時(shí)統(tǒng)計(jì)如表3所示。

表3 應(yīng)用新屏柜時(shí)的保護(hù)改造耗時(shí)統(tǒng)計(jì)

由表3可以看出，新屏柜有效節(jié)省了二次電纜抽、穿、整理及新屏組立時(shí)間，平均每面屏柜由原來(lái)的45人·h縮短為19.5人·h，效果明顯。

5 結(jié)語(yǔ)

繼電保護(hù)屏柜是繼電保護(hù)系統(tǒng)的重要輔助設(shè)施，對(duì)保護(hù)裝置正常發(fā)揮作用具有重要意義。提出并研制了一種局部可拼接的繼電保護(hù)屏柜，在屏柜整體改造時(shí)，將后下梁拆除，推出屏柜即可開(kāi)展二次回路改造工作，無(wú)需整理二次電纜，有效縮短了二次回路改造時(shí)間。工程應(yīng)用表明，利用新型屏柜進(jìn)行二次改造時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)改造平均耗時(shí)由45人·h降至19.5人·h，效果明顯。