纵旋式隔离真空断路器在10kV变电站XGN2-12型固定柜升级改造中的应用

0. 引言

随着我国电网的发展，许多变电站内老旧XGN2-12固定式开关设备已不能满足当前智能电网发展要求；断路器固定式安装，隔离开关操作只能手动，联锁复杂，检修维护不方便，停电时间长且停电范围大，智能化水平低，因此，急需一种新的开关技术来提升配电设备操作的安全性、运行的可靠性、检修维护方便、满足配电智能化要求。

一种全新的隔离真空断路器采用了复合一体化兼容设计，将隔离开关与断路器有机复合设计，把开断、隔离、联锁三大功能有机集成，融于一体的新一代智能开关设备。即具有断路器开断功能又兼具上下隔离开关隔离功能，即可手动又可远程电动操作，检修维护方便，智能化水平高。

1. 结构和技术优势

1.1 隔离真空断路器结构

隔离真空断路器（ZN118）由三相可旋转的极柱和固定不动的双功能一体化操作机构两部分组成，通过驱动／旋转功能，将隔离开关、断路器、手车锁定及接地开关联锁集成一体，通过手车支架和纵梁将两者构成一体，形成纵旋布置，机构固定不动，且三相极柱可往返旋转90°的手车式隔离真空断路器。当隔离﹣真空断路器的极柱旋转于水平位置时，为隔离分闸（试验）位置；隔离-断路器极柱旋转于垂直位置，为隔离合闸（工作）位置；见图1-1。

图1-1 隔离真空断路器

1.2 隔离真空断路器技术优势

1）隔离真空断路器功能复合，既具有断路器开断功能又兼具隔离开关隔离功能同时还具备隔离操作和断路器操作联锁、断路器与接地开关操作联锁、手车锁定等集成功能。三相极柱内的真空灭弧室负责开断额定负载电流和短路电流，三相极柱包括上下动触头往返旋转90°承担隔离开关分、合功能。

2）涡卷弹簧机构，性能稳定。采用涡卷弹簧机构，实现真空断路器储能、分闸、合闸一簧操动，有效地降低了储能电机所需功率，提高了分、合闸操作的稳定性，无分闸缓冲器，以槽凸轮为驱动元件的分区段能量释放，可以有效的抑制合闸弹跳和分闸过冲及反弹，有效地提高了真空灭弧室的电寿命。

3）明显可见的隔离断口。三相极柱从隔离位置（水平状态）旋转到工作位置（垂直状态）一次回路接通或从工作位置（垂直状态）顺时针旋转90°到隔离位置（水平状态）一次回路断开，操作者可通过柜前观察窗看到隔离开关咬合和隔离的全过程，隔离开关可就地手动操作也可电动远程操作。见图1-2。

图1-2 开关柜断口安全可见

4）手车式开关设备与固定式开关设备的结合。隔离真空断路器推入开关柜内锁定，三相极柱从隔离位置（水平状态）旋转到工作位置（垂直位置）表明隔离开关已合闸，三相极柱从工作位置（垂直状态）旋转到隔离位置（水平位置）表明隔离开关已分闸，断路器与隔离开关联锁集成在机构箱内，隔离开关只有在断路器分闸状态，才能进行隔离开关分、合闸操作；断路器合闸状态，不能进行隔离开关分、合闸操作，凸显了固定柜的特点，开关如需检修，隔离真空断路器又具备手车功能，隔离真空断路器可移出柜外进行检修和运维，大大缩短了停电时间，提升了设备的运行可靠性。

5）隔离动触头采用单簧单片独立组合结构，每一个弹簧片对应一个触片，如果一个弹簧片失效不会影响整体触头的导电性能。

6）更具智能化。可远程电动操作隔离真空断路器，方便故障线路快速隔离，非故障线路快速恢复，隔离真空断路器满足"一键顺控"技术要求。

2. 改造实施方案

XGN2-12固定柜是上个世纪90年代初研发出来的产品。开关柜的开关采用ZN28-12,ZN28A-12,VH1-12系列真空断路器，主开关可配用CD17系列电磁机构和CT19弹簧操作机构，隔离开关选用GN30-12旋转式隔离开关和GN22-12隔离开关。柜体骨架有角钢焊接结构， C 形成和 G 形成组合装配结构和双折弯拼装结构。柜子外形尺寸；1100X1200X2650(1250A以下）,1200X1200X2650(1250A以上）。开关及隔离开关操作繁琐，隔离开关依靠人力操作，联锁容易卡滞损坏，检修维护不方便，停电时间长，智能化水平低等已不能满足智能电网的发展。

以下从两个方面对12kV变电站XGN2-12固定柜智能化技术升级改造方案实施进行论述。

2.1 局部改造方案

有些老旧12kV变电站，由于受资金和配电室建筑空间限制，希望保留柜体外形结构，进线方式，母线布置方式，只对XGN2-12固定柜运行中存在的固定式断路器检修维护不方便，隔离开关手动操作力大，不安全等提出局部升改造，目的是提高变电站的供电质量，减少运维停电时间，提升变电站智能化水平。

以一台XGN2-12/3150-40架空进线柜为例进行分析。

改造前XGN2-12/3150-40开关柜见图2-1。

图2-1 XGN2-12开关柜改造前

2.1.1 替换断路器和隔离开关元件筛选

原先XGN2-12开关柜内安装的断路器和隔离开关是固定式的，选择替换元件最基本的要求是断路器和隔离开关要具有可电动操作性。所以固定式断路器和隔离开关不在此次筛选范围内，要选用手车式断路器。手车式断路器检修维护方便，操作简单，联锁可靠，停电时间短。首先比较ZN28-12,VS1-12和ZN118-12三种断路器在开关柜内各自承担的功能和特点，见下表，从表中反映出ZN118-12隔离真空断路器手车最有优势。他既是断路器，又具有上下隔离开关功能，隔离开关可手动并可电动操作，且隔离断口可见，开关柜运维和检修时，隔离真空断路器又兼具手车开关的功能，可移出柜外进行检修维护，完全可替代原XGN2-12开关柜内的固定式断路器和隔离开关各自的功能。

2.1.2 改造方案

隔离真空断路器模块单元化。为便于现场改造，减轻现场工作强度及停电时间，对隔离真空断路器进行模块单元化集成。模块单元分两部分，隔离断路器单元和承载手车框架单元。隔离真空断路器手车作为一个模块单元；承载手车框架单元是将上导电出线座，触头盒，下导电出线座集成在承载隔离真空断路器手车的框架上。上下出线座作为与开关柜内主母线和电流互感器电连接之用。隔离真空断路器推入承载手车框架单元内锁定，毋需再移动，通过极柱往返旋转90°实现一次回路隔离开关的接通或断开。见图2-2。这项工作由改造厂家在工厂内完成。

图2-2 隔离真空断路器模块单元

2.1.3 现场局部改造步骤

1）现场对XGN2-12固定柜内固定式断路器，上、下隔离开关，隔离开关操作机构、相关安装板及相关支母线进行清理拆除。

2）把隔离真空断路器手车从XGN2-12开关柜断路器室门放入，借助原开关柜侧板，横梁，立梁及辅助支架将承载手车框架单元通过螺栓固定（或焊接）在开关柜内预先测绘好的相应位置。见图2-3。

图2-3 XGN2-12局部改造

3）调整原电流互感器的高度尺寸（必要时）,以保证三相带电体相间，对地等空气绝缘距离大于125mm。制作承载手车框架单元上导电出线座到主母线的支母线，下导电出线座到电流互感器的支母线，电流互感到架空进线侧母线。见图2-4。

图2-4 XGN2-12局部改造

4）完善隔离断路器与断路器室门的联锁，必要时可增加程序锁和挂锁。保证满足开关柜"五防"要求。完善隔离断路器手车与柜子二次线连接。

5）将隔离真空断路器手车推入柜内框架单元内并且锁定，将二次插头与柜内插座插接好，关断路器室门，进行各项调试，检测。改造后的方案见图2-5。

图2-5 XGN2-12改造后

2.2 XGN-12配电房旧柜更新改造方案

由于隔离真空断路器自身结构和特点，与开关柜成套后自然会带来更加显著的优势：

1)明显可见的隔离断口。隔离真空断路器从工作位置到隔离位置无需移动手车，手动并可电动操作隔离开关。操作者可通过柜前的观察窗，直接看见隔离断口。隔离开关操作满足智能电网一键顺控要求。

2）柜子更具小型化。额定电流1250A及以下，开关柜柜宽650mm，额定电流1600A-2500A（自然风冷）3150A（强制风冷），开关柜柜宽800mm，额定电流3150A（自然风冷）4000A（强制风冷），柜宽1000mm。

3）开关柜全空气绝缘，且带电体之间及与地之间净距离均大于125mm，既可靠墙安装，又可双面维护，节省占地面积。

结合两个实际改造工程为例进行说明。

第一个实例是贵州某地区110kV变电站10kV配电室内XGN2-12固定柜需要智能化提升改造，见图2-6。

图2-6 XGN2-12平面布置图

柜子为双列面对面布置，两路主变架空进线，柜间有母线桥连接，两列柜子均靠墙安装。改造有如下条件限制：

1）配电室主变架空进线位置不变。

2）原XGN2-12开关柜电缆沟和各个出线电缆还要利用。

3）柜子靠墙安装，两列柜柜间距不变。受这些因素的制约，常规产品如KYN28-12开关柜不符合要求。柜子深度1500mm，超出改造前XGN2-12固定柜300mm，会造成柜间距尺寸改变。第二柜子靠墙安装，KYN28-12开关柜不能靠墙安装，如靠墙安装将无法安装电缆和维护柜内元器件。而以隔离真空断路器为核心元件的成套开关设备（纵旋移开式开关柜）不仅满足改造条件而且对变电站智能化改造做了提升。第一柜子深度可以做到1200mm，第二柜子可以靠墙安装，电缆可以从柜前安装、维护和检修柜内元器件。第三隔离真空断路器即可固定安装又可以移出柜外，检修维护方便。第四隔离真空断路器既是断路器又是隔离开关，即可手动，又可电动，且隔离断口可见，智能化水平高。具备这些优势，改造变顺理成章，只是考虑借用原来每台XGN2-12开关柜的出线电缆，所以纵旋移开式开关柜的柜宽采用1200mm柜型。改造后的开关柜见图2-7。

图2-7 改造后纵旋移开式开关柜（内配隔离真空断路器）

第二个实例是广东佛山某地区110kV变电站10kV配电室内XGN2-12固定柜需要智能化提升改造，原配电室主变平面布置图见图2-8。

图2-8 改造前平面布置图

原柜子占用了配电室内的大部分面积，对后期配电站的增容改造考虑不足。为了考虑后期增容的需要，通过采用纵旋移开式开关柜进行改造。每台柜体有原来1100mm宽度减小到800mm宽度，大大提高了配电室使用面积，这对变电站空间有限，需要改造增容工程项目是非常有利的，为后期配电站增容留有足够的空间，同时纵旋移开式智能化开关柜（内配隔离真空断路器）也满足电网智能化配电要求。改造后见图2-9、2-10。

图2-9 改造后平面布置图

图2-10  XGN2-12与纵旋移开式开关柜（内配隔离真空断路器）应用对比

3. 结语

以隔离真空断路器为核心元件的户内交流金属封闭开关设备，既具有中置式手车柜优点，断路器检修维护方便；又具有固定柜优势；隔离断口可见。

开关柜小型化，主回路简单，利于散热，可靠墙安装，节省变电站土地资源。其核心隔离真空断路器既具有断路器的功能又具有隔离开关的功能，手动、电动操作均可，集成联锁系统，可靠安全，隔离开关智能化操作符合电网"一键顺控"要求。

对于变电站老旧XGN2-12固定柜的局部和整体改造和提升隔离真空断路器有着上述几方面的优势，完全满足变电站开关柜智能化提升和发展要求。