12千伏一二次融合柱上断路器及配电自动化终端(FTU)标准化设计方案(2021版)-天选打工人.pdf
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1、12 千伏一二次融合柱上断路器及配电自动化终端(FTU)标准化设计方案(2021 版)天选打工人天选打工人目录1 前言.12 标准化设计原则.22.1 柱上断路器标准化设计原则.22.1.1 普通型支柱式户外柱上真空断路器.22.1.2 深度融合型支柱式户外柱上真空断路器.22.1.3 罐式户外柱上 SF6断路器.22.2 馈线终端标准化设计设计原则.23 12 千伏户外柱上断路器标准化设计方案.43.1 概述.43.1.1 额定参数.43.1.2 使用条件.43.2 普通型支柱式户外柱上真空断路器.43.2.1 典型结构方案.43.2.2 一次接口及安装接口.63.3 深度融合型支柱式户外柱
2、上真空断路器.133.3.1 典型结构方案.133.3.2 一次接口及安装接口.143.4 罐式户外柱上 SF6断路器.173.4.1 典型结构方案.173.4.2 一次接口及安装接口.194 馈线终端标准化设计.234.1 整体功能和技术要求.234.1.1 总体要求.234.1.2 技术要求.234.1.3 功能要求.264.1.4 性能要求.314.2 终端组成与结构设计.434.2.1 终端框架.43天选打工人4.2.2 终端结构设计.434.2.3 终端接口设计.494.2.4 终端供电方案.704.3 故障处理模式.724.3.1 公共处理逻辑.724.3.2 常规保护.744.3
3、.3 集中型馈线自动化.794.3.4 就地型馈线自动化.804.3.5 终端保护固有动作时间说明.844.3.6 方向自适应判断.844.3.7 电子式互感器的信息转换说明.844.3.8 典型故障处理.844.4 终端标准化运维.934.4.1 总体思路.934.4.2 运维方式.934.4.3 安全防护.944.4.4 统一运维工具.964.4.5 运维功能.964.4.6 运维协议.984.5 柱上开关一二次融合升级改造.1004.5.1 适用条件.1004.5.2 改造目标.1004.5.3 改造方案.101天选打工人11 前言按照公司“1135”配网运行服务管理要求,提高设备选型标
4、准,健全质量控制体系,提升配电网设备耐用性,突出设备好的核心,依据安全可靠、坚固耐用、标准统一、通用互换的原则,全面推进配电设备标准化工作。为满足不同厂家设备在一定范围和一定时期的通用互换使用,提升柱上断路器的运维便利性,公司组织中国电力科学研究院有限公司、设计院、运行单位、制造企业、检测机构等单位开展柱上断路器及配电自动化终端的典型结构方案、一次接口、馈线终端等标准化设计工作,本次 12kV 户外柱上断路器及配电自动化终端标准化设计面向目前一二次融合产品中应用量较大的支柱式真空灭弧及罐式 SF6气体灭弧柱上断路器。便于产品在运行过程中发生故障或抽检发现某企业产品存在质量问题时,可方便整体直接
5、更换其它厂家设备,各制造企业产品的内部结构可差异化设计。天选打工人22 标准化设计原则2.1 柱上断路器标准化设计原则2.1.1 普通型支柱式户外柱上真空断路器12kV 普通型支柱式户外柱上真空断路器标准化设计依据以下原则:(1)统一开关设备的关键技术参数,操动机构为弹簧操动机构,缩减设备物料编号;(2)现阶段一二次融合标准化主要划分为电磁式、电子式、数字式支柱式三种模式,分别针对上述三种模式开展不同互感器类别的标准化配置,统一互感器的外形、安装尺寸,机构壳体的安装尺寸,连接端子的安装尺寸。2.1.2 深度融合型支柱式户外柱上真空断路器(1)统一开关设备的关键技术参数,操动机构为弹簧操动机构,
6、缩减设备物料编号;(2)融合设计互感器、控制设备、专用连接器及电缆等附件的支柱式真空户外柱上断路器,具备开关设备基本功能,统一机构壳体的安装尺寸,连接端子的安装尺寸等。2.1.3 罐式户外柱上 SF6断路器(1)统一开关设备的关键技术参数,操动机构为弹簧操动机构,缩减设备物料编号;(2)融合设计互感器、控制设备、供电电源、专用连接器及电缆等附件的户外柱上 SF6灭弧断路器,具备开关设备基本功能,统一壳体的安装尺寸,连接端子的安装尺寸等。2.2 馈线终端标准化设计设计原则a.可靠性从终端整体结构、电气接口、功能定义和配置、运行维护等方面,充分考虑终端运行稳定性、安全性和防误操作。b.通用性通过运
7、行参数、切换开关、压板等实现功能灵活配置,可配套负荷开关、断路器等不同开关类型,可设置为集中型或就地型馈线自动化模式。天选打工人3c.小型化外观结构采用小型化设计,统一外观尺寸和电气接口,以适应批量制造和自动检测的要求。d.精简性精简现有终端的产品类别,不依据控制方式、应用模式、通讯方式和配套操动机构等进行产品型号分类。e.兼容性终端外观结构为罩式结构,通过统一定义的航插接口连接到开关设备。f.先进性支持电子式互感器及就地数字化等新技术的应用,内部集成开关设备状态监测功能。天选打工人43 12 千伏户外柱上断路器标准化设计方案3.1 概述本次12kV户外柱上断路器标准化设计面向目前一二次融合产
8、品中应用量较大的普通型支柱式真空灭弧、深度融合型支柱式真空灭弧及罐式 SF6 气体灭弧柱上断路器三种产品。3.1.1 额定参数(1)额定电流及额定短路开断电流额定电流为 630A,额定短路开断电流为 20kA。(2)额定短时耐受电流额定短时耐受电流为 20kA,额定短时耐受电流的持续时间为 3s。(3)机械寿命真空灭弧柱上断路器机械寿命10000 次。SF6气体灭弧机械寿命5000 次。(4)电寿命真空灭弧柱上断路器电寿命30 次(E2 级)。SF6气体灭弧柱上断路器电寿命20 次(E2 级)。(5)年漏气率SF6气体灭弧柱上断路器气体年漏气率0.1%。3.1.2 使用条件按 GB/T 110
9、22 中第 2 章的规定。3.2 普通型支柱式户外柱上真空断路器3.2.1 典型结构方案12kV 普通型支柱式户外柱上真空断路器按照配置互感器的原理分为电磁式互感器组合模式、电子式互感器组合模式和数字式互感器组合模式。3.2.1.1 隔离开关根据运行情况及技术成熟度,不设置一体化隔离开关。如需,则配置独立隔离开关。天选打工人53.2.1.2 供电/线测量电压互感器供电及线测量 PT 为电磁式原理,独立安装。其中配合电磁式电流互感器模式时,包含供电和线电压测量双绕组,配合电子式互感器模式和数字式互感器模式时,仅包含供电单绕组。3.2.1.3 零序/相测量电压互感器零序/相测量电压互感器为电子式原
10、理,其中配合电磁式电流互感器模式时,仅实现零序电压测量功能,配合电子式互感器模式和数字式互感器模式时,实现零序和相电压测量功能。3.2.1.4 电流互感器电流互感器包括电磁式原理和电子式原理两种,可实现测量、保护和零序功能,具备相电流、零序电流采集功能。3.2.1.5 电磁式互感器组合模式测量/保护/零序 CT、零序 PT 分别为三相独立结构,且 CT 与零序 PT 为集成式结构,见图 3-1。其中:测量/保护/零序 CT 为电磁式原理。零序 PT 采用电子式原理。供电及线测量 PT 为电磁式原理,包含供电和线电压测量双绕组。图 3-1 普通型支柱式电磁式模式结构示意图3.2.1.6 电子式互
11、感器组合模式结构与电磁式模式结构相似,利用采样电阻将电流互感器输出的电流信号转变为电压信号,见图 3-2。测量/保护/零序 CT 为电子式原理。电压互感器采用电子式原理,实现零序和相电压测量功能。天选打工人6供电 PT 为电磁式原理,包含供电单绕组。图 3-2 普通型支柱式电子式模式结构示意图3.2.1.7 数字式互感器组合模式结构与电子式模式结构相似,通过 ADMU 将采集的电气模拟量信号就地数字化后传输至馈线终端,见图 3-3。测量/保护/零序 CT 为电子式原理。电压互感器采用电子式原理,实现零序和相电压测量功能。供电 PT 为电磁式原理,包含供电单绕组。图 3-3 普通型支柱式数字式模
12、式结构示意图3.2.2 一次接口及安装接口3.2.2.1 供电/线测量电压互感器(1)技术参数分为供电、线测量双绕组和供电单绕组两种结构,采用环氧树脂与硅橡胶复合绝缘结构。表 3-1 技术参数表项目双绕组参数单绕组参数额定电压比线电压测量:10kV/0.1kV供电电压:10kV/0.22 kV天选打工人7供电电压:10kV/0.22 kV准确级线电压:0.5 级供电电压:3 级供电电压:3 级温度范围-4070-4070测量绕组输出容量10VA-供电绕组输出容量300VA300VA注:供电绕组输出容量中的 300VA,要求时间 30s,不考核线电压的准确级;长期输出容量约 50VA,可满足蓄电
13、池长时间充电要求,同时测量绕组准确度满足 0.5 级要求。(2)外形图外形结构如图 3-4 所示,按照双绕组外形进行设计,其中安装尺寸 A 为190mm,B 为 180mm,C 为 13mm,安装螺栓为 4-M12mm。图 3-4 电磁式电压互感器外形图3.2.2.2 电磁式电流互感器包括相测量、保护及零序 CT 功能。(1)技术参数表 3-2 技术参数表项目参数额定电流比相电流:600A/5A 或 600A/1A零序电流:100A/1A(电流扩大倍数6)准确级相电流:保护 5P10 级、测量 0.5S 级零序电流:采用三个独立的 100A/1A 变比的电流互感器,一次侧输入电流为 1A 至额
14、定电流时,满足 1S 级(角差、比差),保护准确度等级为5P10 级。额定输出容量相 CT:额定 5A 时,10VA,额定 1A 时,1VA;零序 CT:100A/1A,0.5VA。天选打工人8温度范围-4070(2)外形图分别对应 2.1 章节中的三种结构使用,仅规定与互感器技术参数相关的最大外形尺寸,且兼顾相间绝缘,其余尺寸不做约束。规定测量/保护/零序 CT、零序 PT 三相独立结构最大外径尺寸 D 为 160mm。图 3-5 电磁式电流互感器外形图3.2.2.3 电子式电流互感器(LPCT)(1)实现原理电子式电流互感器的原理如图 3-6 所示。图 3-6 物理合成三相电流互感器原理电
15、路(2)技术参数表 3-3 电子式电流互感器技术参数天选打工人9项目参数额定变比相:600A/1V零序:20A/0.2V准确级(含线缆)相:测量 0.5S 级,保护 5P10零序:采用三个独立的 20A/0.2V 变比的电流互感器,一次侧输入电流为 1A 至额定电流时,满足 1S 级(角差、比差),保护 10P30额定负荷20 k终端输入阻抗20 k(3)外形图外形结构要求与章节 3.2.2.2 电磁式电流互感器相同。3.2.2.4 电子式电压互感器(1)实现原理电子式电压互感器的原理如图 3-7 所示。a)阻抗分压型三相电压互感器原理电路天选打工人10b)CVT 型三相电压互感器原理电路图
16、3-7 电子式电压互感器原理电路(2)技术参数表 3-4 技术参数表项目参数额定电压比相电压:(10kV/3)/(3.25V/3)零序:(10kV/3)/(6.5V/3)准确级(含线缆)相电压:0.5 级零序电压:3P额定负荷2 M5%终端输入阻抗2M(3)外形图与章节 3.2.2.2 中要求相同,规定测量/保护/零序 CT、零序 PT 三相独立结构最大外径尺寸 D 为 160mm,见图 3-5。3.2.2.5 相间距340mm。3.2.2.6 安装接口普 通 型 支 柱 式 户 外 柱 上 真 空 断 路 器 机 构 箱 底 部 安 装 孔 为 长 圆 孔4-14-18mm,位置为中心对称布
17、置 920mm160mm,见图 3-8,包括配置电磁式、电子式互感器产品。天选打工人11图 3-8 普通型支柱式(电磁式和电子式)安装尺寸示意图3.2.2.7 进出线端子进出线端子截面尺寸为40mm8mm,材质为T2铜及以上,电导率56 S/m;外表面镀锡处理,镀层厚度12m;安装螺孔为 2-13mm,孔间距为 30mm,距离端面 15mm,见图 3-9 所示。(a)进线端子结构(b)出线端子结构图 3-9 普通型支柱式进出线端子结构示意图天选打工人123.2.2.8 机构箱材质机构箱材质的防腐蚀性能不应低于 304 不锈钢。3.2.2.9 机构箱材质厚度机构箱材质标称厚度3mm,尺寸允许偏差
18、满足 GB/T 708冷轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差的 B 级精度要求。3.2.2.10 机构箱防护等级机构箱防护等级IP65。3.2.2.11ADMU 模块ADMU 模块可以安装于机构箱侧面,如图 3-10 所示,通过密封接头与机构箱本体连接,应保证连接的密封性及可靠性。图 3-10 ADMU 安装效果和更换方式示意图3.2.2.12 支柱式极柱材质可采用环氧树脂外包硅橡胶、户外环氧树脂。3.2.2.13 支柱式极柱结构形式固封极柱式、灌封式。3.2.2.14 现场安装支架采用单杆或双杆安装结构,安装支架参照国家电网公司配电网工程典型设计 10kV 架空线路分册要求。天选打工人1
19、33.3 深度融合型支柱式户外柱上真空断路器3.3.1 典型结构方案3.3.3.1 隔离开关根据运行情况及技术成熟度,不设置一体化隔离开关。如需,则配置独立隔离开关。3.3.3.2 供电/相测量电压互感器供电 PT 为电磁式原理,独立安装,电子式电流互感器模式时,仅包含供电单绕组;相测量 PT 为电子式原理,三相独立安装,可进出线双侧布置,实现测量/保护/零序功能。3.3.3.3 电子式电流互感器包括测量、保护 CT,零序电流采用副边绕组电流合成方式获得。3.3.3.4 电子式互感器组合模式相测量 PT、测量/保护 CT 分别封装于三个极柱中,零序电流、电压通过物理合成方式获得,不限制相测量
20、PT、测量/保护 CT 的尺寸,但需满足相关技术参数要求,且不影响开关设备性能。结构如图 3-11 所示。供电 PT 为电磁式原理,包含供电单绕组。图 3-11 电子式互感器组合模式结构示意图3.3.3.5 数字式互感器组合模式相测量 PT、测量/保护 CT 分别封装于三个极柱中,零序电流、电压通过物理合成方式获得,相序/零序的电压/电流信号通过数字化模块就地转换为数字信号传输至馈线终端,不限制相测量 PT、测量/保护 CT 的尺寸,但需满足相关技天选打工人14术参数要求,且不影响开关设备性能。结构如图 3-12 所示。供电 PT 为电磁式原理,包含供电单绕组。图 3-12 数字式互感器组合模
21、式结构示意图3.3.2 一次接口及安装接口3.3.2.1 供电/相测量电压互感器供电电压互感器为单绕组供电,为环氧树脂与硅橡胶复合绝缘结构,技术参数参见 3.2.2.1 章节中表 3-1 所示。相测量电压互感器技术参数如表 3-5 所示。表 3-5 深度融合型支柱式电子式电压互感器序号项目建议参数值1额定电压比相电压:(10kV/3)/(3.25V/3)零序:(10kV/3)/(6.5V/3)2准确级相电压:0.5 级合成零序电压:3P3负荷阻抗2 M4温度范围-40705整体局放20pC(13.2V)6互感器原理采用基于阻容/阻抗分压原理的三相电压互感器或 CVT 型三相电压互感器3.3.2
22、.2 电子式电流互感器电子式电流互感器可采用低功率线圈原理,技术参数如表 3-6 所示。天选打工人15表 3-6 深度融合型支柱式电子式电流互感器序号项目建议参数值1额定电流比相电流:600A/1V零序电流:20A/0.2V2准确级相电流:保护 5P10 级、线损采集 0.5s,测量、保护、线损采集三合一兼容合成零序电流:采用三个独立的 20A/0.2V 变比的电流互感器,一次侧输入电流为 1A 至额定电流时,满足 1S级(角差、比差),保护 10P303负荷阻抗20 k4温度范围-40705整体局放1.1Ur,20pC3.3.2.3 相间距340mm。3.3.2.4 安装接口与普通型相同,深
23、度融合型支柱式户外柱上真空断路器机构箱底部安装孔为长圆孔 4-14-18mm,位置为中心对称布置 920mm160mm,见图 3-13。图 3-13 深度融合型支柱式安装尺寸示意图3.3.2.5 进出线端子与普通型相同,材质、结构尺寸要求参见 3.2.2.7 章节要求。3.3.2.6 机构箱材质机构箱材质的防腐蚀性能不应低于 304 不锈钢。3.3.2.7 机构箱材质厚度机构箱材质标称厚度3mm,尺寸允许偏差满足 GB/T708 冷轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差的 B 级精度要求。3.3.2.8 机构箱防护等级机构箱防护等级IP65。3.3.2.9 整机局放要求天选打工人1613.2
24、kV 下,20pC3.3.2.10 支柱型极柱材质可采用环氧树脂外包硅橡胶、户外环氧树脂。3.3.2.11 支柱型极柱的结构形式固封极柱式、灌封式。3.3.2.12 现场安装支架采用单杆或双杆安装结构,安装支架参照国家电网公司配电网工程典型设计 10kV 架空线路分册要求。3.3.2.13 航插配置初阶深度融合开关与普通成套开关的航插定义一致。天选打工人173.4 罐式户外柱上 SF6断路器3.4.1 典型结构方案3.4.1.1 供电/线测量电压互感器供电及线测量 PT 为电磁式原理,独立安装。其中配合电磁式电流互感器模式时,包含供电和线电压测量双绕组,配合电子式电流互感器模式时,仅包含供电单
25、绕组。3.4.1.2 零序/相测量电压互感器零序/相测量零序电子式电压互感器为电子式原理,其中配合电磁式电流互感器模式时,仅实现零序电压互感器功能,配合电子式电流互感器模式,实现零序和相测量电压功能。3.4.1.3 电流互感器电流互感器包括电磁式原理和电子式原理两种。可实现测量、保护和零序功能,具备相电流、零序电流采集功能。3.4.1.4 电磁式互感器组合模式电磁式电流互感器、零序电压互感器安装于箱体内部,互感器的结构形式需匹配开关的相间距,融合后不影响开关的基本性能,同时需满足相序和零序电流、零序电压的采集要求。柱上 SF6灭弧断路器电磁式互感器组合模式如图 3-14 所示。测量/保护/零序
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