变电站新型端子箱设计方法及监控系统研究 - 学兔兔 www.bzfxw.com .pdf

2 0 1 6 年3 月2 51 3 第3 3 卷第2 期 通馋电涿技术 T e l e c o mP o w e rT e c h n o l o g y M a r 2 5 ，2 0 1 6 ，V 0 1 3 3N o 2 文章编号：1 0 0 9 3 6 6 4 ( 2 0 1 6 ) 0 2 0 1 0 6 0 3 中图分类号：T M 6 3 文献标识码：A 变电站新型端子箱设计方法及监控系统研究 潲瓣 张良1 ，叶加炜1 ，傅显峰1 ，李倩2 ( 1 国网金华供电公司，浙江金华3 2 1 ( ) 0 1 ；2 三峡大学电气与新能源学院，湖北宜昌4 4 3 0 0 2 ) 摘要：端子箱在一次设备与二次设备中起连接中转作用，为变电站的重要辅助设备。为保证端子箱内线缆和元器件 工作在合适的工作环境内，采取了提出新型户外端子箱以S M C 为箱体材料、改变端子箱结构以实现带电更换端子箱、设 计一种基于单片机和颜色传感器的端子箱温湿度自动监测控制系统、统一端子箱配置规范等一系列措施。该方法能快速 有效改善端子箱运行环境，提高电力系统的稳定运行及实现带电更换端子箱。 关键词：端子箱防护；箱体结构；带电操作；温湿度监控 D e s i g na n dC o n f i g u r a t i o nS t u d i e so fN e wT e r m i n a lB o xf o rS u b s t a t i o n s Z H A N GL i a n 9 1 ，Y EJ i a w e i l ，F UX i a n f e n g ，L IQ i a n 2 ( 1 S t a t eG r i dJ i n h u aP o w e rS u p p l yC o m p a n y ，J i n h u a3 2 10 0 1 ，C h i n a ； 2 C o l l e g eo fE l e c t r i c a lE n g i n e e r i n g N e wE n e r g y ，C h i n aT h r e eG o r g e sU n i v e r s i t y ，Y i c h a n g4 4 3 0 0 2 ，C h i n a ) A b s t r a c t ：T e r m i n a lb o xa c t sa sf u n c t i o no fc o r m e c t i o na n dt r a n s i tb e t w e e np r i m a r ye q u i p m e n ta n ds e c o n d a r ye q u i p m e n t ，w h i c hi St h ei m p o r t a n ta u x i l i a r ye q u i p m e n to fs u b s t a t i o n T oe n s u r et h et e r m i n a lb o xc a b l ea n de o m P O n e n t st Ob ei n as u i t a b l ew o r k i n ge n v i r o n m e n t ，t h ep a p e ra d o p t sap r o p o s e dn e wo u t d o o rt e r m i n a lb o xw i t hS M Cf o rt h eb o xm a t e r i a l s 。 a n dc h a n g e st h es t r u c t u r eo ft h et e r m i n a lb o xi no r d e rt Oa c h i e v ec h a r g e dr e p l a c et h et e r m i n a lb o x m e a n t i m ed e s i g n sb a s e d o nM C Ua n dc o l o rs e n s o rt e r m i n a lb o xt e m p e r a t u r ea sw e l la sh u m i d i t ym o n i t o r i n ga n dc o n t r o ls y s t e m u n i f l e dt e r m i n a lb o x c o n f i g u r a t i o ns p e c i f i c a t i o na n das e r i e so fm e a s u r e s T h es y s t e mc a nq u i c k l ya n de f f e c t i v e l yi m p r o v et h et e r m i n a lb o xo p e r a t i n ge n v i r o n m e n t ，i m p r o v et h es t a b i l i t yo ft h ep o w e rs y s t e ma n da c h i e v ec h a r g e dr e p l a c et h et e r m i n a lb o x K e yw o r d s ：T e r m i n a lb o xp r o t e c t i o n ；B o xs t r u c t u r e ；L i n ew o r k ：T e m p e r a t u r ea n dh u m i d i t ym o n i t o ra n dc o n t r o l 0 引言 端子箱是变电站现场运行设备中控制、保护、测 量、计量回路模拟量提取的中转设备，在一次设备与二 次设备中起连接中转作用，是变电站重要的户外辅助 设备。为实现电力系统智能控制、稳定供电，必须保证 户外端子箱的安全可靠运行 1 。3 。 端子箱一般安置于环境各异的户外，易受自然环 境以及人为因素的影响，如金属外壳锈蚀、内部潮湿、 温差变化等。这些影响都一定程度上给户外端子箱造 成损害，不利于端子箱的安全稳定运行。因此有必要 针对上述问题展开研究，提出全面有效的户外端子箱 防护措施，这对维护电力系统的安全稳定运行具有重 要的意义。设计端子箱需要提高其安全可靠性，防止 人员误操作，保障变电站的安全运行。 目前对户外端子箱的研究主要集中于箱内的防潮 和除湿 7 | ，如华北电力大学、相关企业等都对这一方 面做了研究，但研究内容缺乏对端子箱在箱体材料、机 械结构、带电维修更换、内部温湿度控制等方面的综合 考虑，内容形式比较单一，所以当务之急是要研究合理 的端子箱结构、维护及监控方法 8 。1 0 。 本文户外端子箱的结构设计及防护方法，提出了 相应的户外端子箱的防护措施及其设计规范。首先从 户外端子箱的整体出发，分析户外端子箱现存的问题， 并针对问题对防护措施逐一进行了探讨，分别在箱体 收稿日期：2 0 1 5 - 0 9 2 3 作者简介：张良( 1 9 7 9 - ) ，男，浙江金华人，本科，研究方向为 继电保护及自动化技术应用。 1 0 6 材料、箱体结构、温湿度调控等方面提出了一系列防护 措施与设计规范。 1目前端子箱存在的缺点及不足 ( 1 ) 箱体材料方面存在的问题。目前变电站端子 箱常用的材料有普通钢和不锈钢等。普通钢板制作的 户外端子箱最常见，为了防止锈蚀，一般需要在箱体表 面刷油漆防腐，这种方式油漆需定期补刷，维护工作量 较大。其箱体隔热保温性能较差，在骤冷、骤热的环境 条件下箱体内部易发生凝露。不锈钢箱体耐腐蚀性较 强，但长期在户外环境运行后，焊接点易发生锈蚀。其 箱体隔热保温性能也较差，在骤冷、骤热的环境条件下 箱体内部易发生凝露。 ( 2 ) 端子箱带电操作困难。目前变电站用的端子 箱基本为一体式结构，一般需要停电才能更换，且更换 过程复杂，更换时间长。长时间停电，给供电公司和用 户带来较大影响。由于变电站停电时间的限制，某些 变电站无法在一次停电时将所有需要更换或维护的端 子箱处理好，导致部分需要更换的端子箱依然在运行， 给电网的安全稳定运行埋下了巨大的隐患。 ( 3 ) 箱内防潮困难。端子箱内除湿设备现在多是 装置烘潮灯，但其效果并不理想，灯的发热量不足，在 较潮湿天气状况下，除湿效果很不明显；一些端子箱内 安装了加热器，在一定程度上保证了端子箱内的湿度， 但加热器控制不够灵活，导致箱内湿度降低以后，加热 器还在运行，长时间下来容易引起端子箱内器件绝缘 程度降低，从而导致击穿引起停电事故。 ( 4 ) 箱内温湿度的控制困难。由于端子箱内部的 温度、湿度等环境因素无法控制，导致箱体内部温湿度 万方数据 通镶电潦技术 2 0 1 6 年3 月2 5 日第3 3 卷第2 期 张良，等：变电站新型端子箱 设计方法及监控系统研究 T e l e c o mP o w e rT e c h n o l o g y M a r 2 5 ，2 0 1 6 ，V 0 1 3 3N o 2 变化较大，尤其是季节不同时，这种现象更为明显。巨 大的温度变化对端子箱内部的电缆和元器件是一种严 峻的考验，它会加速端子箱内部元器件和电缆的老化 速度，减少其使用寿命。而端子箱内部的湿度也会影 响其运行状态。 2 新型端子箱设计 针对目前存在和需要解决的问题，本文从箱体材 料、箱体结构、箱内温湿度控制系统等方面进行了改 进。对于材料问题，在一定成本下，端子箱本体材料可 采用先进的复合材料，减少凝露；对于温湿度的控制问 题，本文考虑为箱内加热器装设自动控制系统，使箱内 温湿度维持在稳定值，保证端子排处在良好的工作环 境下。同时，本文提出了一种端子箱带电更换方法，用 于解决现存端子箱无法带电更换的问题。 2 1端子箱体材料选择 在现有基础上对端子箱体进行改进，本文采用了 玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂复合材料( S M C ) 对端 子箱箱体进行设计。S M C 端子箱的箱体具有以下优 点： ( 1 ) S M C 端子箱的箱体轻、机械强度高，并具有良 好的阻燃性。 ( 2 ) S M C 端子箱的箱体抗腐蚀、耐老化、高压防护 性能好、绝缘性能强，能够适应强酸、强碱等恶劣环境。 且其箱体具有比金属材料优良的隔热保温性能，耐高 温，并有效防止水汽凝结。 ( 3 ) S M C 端子箱的箱体采用经高温一次模压成 型，箱体表面平整光滑，不易刮伤。 选用S M C 材料制作端子箱的箱体之后，可以有 效克服原金属材料焊接成型箱体的易腐蚀、绝缘性 差、使用寿命短等缺陷，大大提高端子箱的使用寿命 和安全性。 2 2 端子箱结构设计 在电力电网中，相当一部分变电所已经过较长时 间的使用，这些变电所中的端子箱使用年限已超过1 0 年，很多端子箱外壳已锈蚀严重。现有技术中端子箱 更换时，需要先停电，然后将接线从端子箱的电器安装 架上拆除，以对端子箱进行更换，将连接线又重新安装 到新的端子箱中，最后再接电。这种操作方式安装步 骤多，效率低，并且停电会造成供电公司和用户较大的 经济损失。 为解决此问题，本文设计一种端子箱，安装更换方 便。其包括前端敞开的壳体，壳体前端连接有前面板， 前面板上设有前窗门，壳体内设有用于安装端子排的 连接件，连接件包括固定块，固定块通过螺钉连接方式 连接端子排。连接件包括导轨和与导轨活动连接的滑 块，滑块上设有用于安装端子排的锁紧扣。锁紧扣包 括挂板和压板，滑块的底部延伸出挂板，压板的底部与 挂板的底部转动连接，压板将端子排压紧在挂板上后， 压板的转动端通过锁紧螺钉与挂板连接。压板为纵 向，截面为弧形的弹性金属体，压板的转动端设有连接 孔，挂板上沿高度方向设有导向孔，锁紧螺钉穿过连接 孔和导向孑L 后连接锁紧螺母。壳体内设有隔板，隔板 的前端设有镂空孔，壳体的内顶面和隔板的底面设置 连接件。壳体的底部设有折边，折边上