CN110348139A - 智能变电站gis设备二次接口的标准化设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明目的在于提供了智能变电站GIS设备二次接口的标准化设计方法，通过对二次回路整合设计、接口的标准化定义和标准接口形式的选择，按照先后顺序逐步完成；GIS设备二次回路整合研究成果是接口标准化定义的基础，接口标准化定义的完成是开展标准接口形式研究的前提，三部分内容层层递进，最终完成基于新一代220kV智能变电站GIS设备汇控端二次接口标准化研究，达到提高一、二次设备的集成度及设备标准化水平，大幅减少设计、施工调试、运维各环节工作量，总体上缩短变电站建设周期的目标。
Description
技术领域
本发明属于电力***的电气设备标准接口设计，具体涉及智能变电站GIS设备二次接口的标准化设计方法。
背景技术
当前220kV智能变电站内的二次电缆连接模式仍然沿用传统的连接方式，即通过二次专用端子排或设备原有的二次接线桩进行连接。采用这种连接方式，首先要在两种需连接的设备间敷设二次电缆；然后将电缆终端部分进行分层剥皮，逐一对芯后在接线桩进行接线。而这种传统的连接方式所带来的弊端也日渐显现，主要有以下几点：(1)变电站二次电缆规格众多、数量庞大，接线工作量极大，施工工期长，是影响变电站电气安装工程建设进度的关键环节；(2)在二次专用接线桩通过螺栓进行固定的连接方式，在施工过程中或运行过程中经常会发现螺栓松动现象导致设备误动或拒动；(3)部分二次电缆单根芯数较多，在接线过程中极易发生两端接线差错，影响后续电气调试工作的开展。显然，这种传统的二次电缆连接方式已经不能满足变电站建设的工厂化、预制式以及智能一次设备的发展总要求。因此，智能变电站GIS设备的一二次接口急需一种安全、快速的连接方案。
在较为复杂的工业自控领域中经常需要使用包在一根电缆内的多股电缆芯线来同时传输多路电信号，并且需要该电缆线在连接处能够很方便的断开或连接，以便于检查和维修设备等。为此开始使用一种插针、插孔组合的接插连接件，采用插拔连接的方式来确保准确传输信号、牢固连接以及方便迅速的连接与断开。起初这种连接件多用于飞机制造等航空领域，因此经常被俗称为“航空插头”。航空插头现广泛应用于航海、航天、电力及军事等领域，适用于电器设备及各类仪器仪表之间的线路连接。按外形可分为圆形航空插头、矩形航空插头，按连接方式可分为螺纹联接、卡口(快速)连接、卡锁连接、推拉式连接和直插式连接等，按接触体端连接形式可分为压接、焊接、绕接和螺钉(帽)固定，按环境保护可分为耐环境航空插头和普通航空插头。
航空插头由于连接可靠性高，已在高压组合电器设备本体与汇控柜的连接上应用。平高、新东北电气、新日机和ABB等GIS厂家均采用航空插头将隔离开关、断路器机构的二次接线引至该间隔的GIS汇控柜内；在AIS站中，220kV断路器的分相机构至总汇控箱的电缆连接，西门子厂家一直以来都是采用带航空插头电缆连接。
在智能变电站中使用航空插头这种接插件连接方式取代传统端子排连接，实现设备二次接口标准化，优化、简化了二次回路的设计，实现了一、二次设备模块化，对于一次设备的智能化有着重要的意义。站内控制电缆采用预制电缆，同时全站采用预制光缆，通过工厂化的预先装配和测试，可实现二次接线即插即用，将有效缩短现场施工、调试时间且显著降低现场安装人工成本。
发明内容
本发明目提供了智能变电站GIS设备二次接口的标准化设计方法，解决提高一、二次设备的集成度及设备标准化水平，实现GIS设备二次回路即插即用接口标准化，最终形成标准化图集，并在推广应用后达到设计、施工、运维等各环节大幅提升变电站建设效率的问题。
本发明所采用的技术方案为：
智能变电站GIS设备二次接口的标准化设计方法，包括以下步骤：
S1、通过调研当前国内主流一二次设备的厂家资料，根据主流一二次设备的二次回路的进行整合，采用整合后的二次回路作为标准化二次回路；
S2、根据步骤S1中整合后的二次回路，对GIS变电站进行区分间隔类型，根据间隔类型，形成各间隔通用的标准化接口定义表；
S3、根据步骤S2中根据标准接口定义表，收集分析现有各类型航空插头特性，选择适用于220kV智能站的航空插头及连接器，根据选出的航空插头及连接器用作标准接口的设计，然后形成标准化应用图集。
通过对二次回路整合设计、接口的标准化定义和标准接口形式的选择，按照先后顺序逐步完成；GIS设备二次回路整合研究成果是接口标准化定义的基础，接口标准化定义的完成是开展标准接口形式研究的前提，三部分内容层层递进，最终完成基于新一代220kV智能变电站GIS设备汇控端二次接口标准化研究，达到提高一、二次设备的集成度及设备标准化水平，大幅减少设计、施工调试、运维各环节工作量，总体上缩短变电站建设周期的目标。
进一步的，在步骤S1中所述通过调研当前国内主流一二次设备的厂家资料，根据主流一二次设备的二次回路的进行整合的方法是：根据国内主流一二次设备的厂家资料，对二次回路图纸进行整理，找出共性与个性配置，并结合实际应用工程对共性回路进行调整，对其表达方式进行标准化设计。
进一步的，所述对共性回路进行调整是取消个性回路及冗余的元器件，简化二次回路接线，形成标准的二次回路图纸，为GIS本体侧与汇控柜侧的连接接口标准化做基础。
进一步的，二次回路为GIS本体设备至GIS汇控柜二次回路，含电流回路、电压回路、交流电源回路、直流电源回路、信号回路、控制回路、以及电气防跳回路、间隔纵向及跨间隔横向控制联锁回路、断路器三相不一致保护、位置指示、断路器总位置信号以及压力闭锁回路。
进一步的，步骤S2中根据间隔类型，形成各间隔通用的标准化接口定义表，所述间隔类型为220kV GIS变电站中的220kV线路母联间隔、220kV PT间隔、110kV线路母联间隔、110kV PT间隔、主变220kV侧间隔、主变110kV侧间隔以及主变本体间隔的GIS设备。
进一步的，在步骤S3中所述分析现有各类型航空插头特性，选择适用于220kV智能站的航空插头及连接器的方法是：分析现有各种航空插头产品的特性，从连接可靠性、插拔次数以及环境适应各方面考虑，选择适合本项目的航空插头及连接器。
进一步的，在步骤S3中所述分析现有各类型航空插头特性，选择适用于220kV智能站的航空插头及连接器的方法是：通过试验及调研从设计、施工调试、运行维护以及装置更换各方面综合考虑，提出的标准接口布置需满足通用性以及可靠性方面的要求。
进一步的，在步骤S3中所述根据选出的航空插头及连接器用作标准接口的设计是将GIS设备本体与GIS汇控柜之前的连接规范为双端预制电缆及航空插头安装，并将GIS智能汇控柜侧航空插头针脚和机构侧航空插头针脚做一一对应的定义。
进一步的，在步骤S3中所述选出的航空插头及连接器航插采用高密度圆形航插。通过对国内矩形和圆形两种航插对比端子排在安全可靠、外壳导电、接触件密度、电缆选型等综合对比，圆形航插优势明显，因此本研究方案采用圆形高密度航空插头。
本发明具有如下的优点和有益效果：
1、本发明通过对二次回路整合设计、接口的标准化定义和标准接口形式的选择，按照先后顺序逐步完成；GIS设备二次回路整合研究成果是接口标准化定义的基础，接口标准化定义的完成是开展标准接口形式研究的前提，三部分内容层层递进，最终完成基于新一代220kV智能变电站GIS设备汇控端二次接口标准化研究，达到提高一、二次设备的集成度及设备标准化水平，大幅减少设计、施工调试、运维各环节工作量，总体上缩短变电站建设周期的目标；
2、本发明通过对国内矩形和圆形两种航插对比端子排在安全可靠、外壳导电、接触件密度、电缆选型等综合对比，圆形航插优势明显，因此本研究方案采用圆形高密度航空插头。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
本实施例提供了智能变电站GIS设备二次接口的标准化设计方法，包括以下步骤：
GIS设备二次回路整合设计，优化二次回路，收集国内主流一二次设备厂家资料，分别对220kV GIS变电站中的220kV线路(母联)间隔、220kV PT间隔、110kV线路(母联)间隔、110kV PT间隔、主变220kV侧间隔、主变110kV侧间隔、主变本体间隔的GIS设备二次回路图纸进行整理，找出共性与个性配置，并结合实际应用工程，对共性回路进行优化设计，对其表达方式进行标准化设计，优化电流、电压、控制、防跳、非全相、电气连锁等回路，取消个性回路及冗余的元器件，设计标准的二次回路图纸，为两侧连接的接口标准化工作做基础。
接口标准化定义
在二次回路完成整合优化设计的基础上，对接口的标准化进行研究。按间隔类型，分别对220kV线路(母联)间隔、220kV PT间隔、110kV线路(母联)间隔、110kV PT间隔、主变220kV侧间隔、主变110kV侧间隔、主变本体间隔所用电缆线芯进行分析，研究形成各间隔通用的标准化接口定义表，详见下表。
三、标准接口形式选型(1)航空插头及电缆连接器选型。了解新型航空插头产品信息，分析现有各种航空插头产品的特性，从连接可靠性、插拔次数、环境适应等各方面考虑，选择适合本项目的航空插头及连接器。(2)标准接口的布置形式。标准接口作为GIS设备与智能组件的连接器有多种布置方式，通过试验及调研从设计、施工调试、运行维护、装置更换等各方面综合考虑，提出的标准接口布置，满足通用性、可靠性等各方面的要求。。
GIS设备二次回路整合设计、接口的标准化定义和标准接口形式必须按先后顺序完成，GIS设备二次回路整合研究成果是接口标准化定义的基础，接口标准化定义的完成是开展标准接口形式研究的前提，三部分内容层层递进，最终完成基于新一代220kV智能变电站GIS设备汇控端二次接口标准化研究，达到提高一、二次设备的集成度及设备标准化水平，大幅减少设计、施工调试、运维各环节工作量，总体上缩短变电站建设周期的目标。
设计成果：二次回路航空插头针脚定义
220kV智能变电站GIS设备二次接口的设计,主要对即插即用的预制电缆做以下定义：
1.与断路器接口的预制电缆数量及线芯定义
220kV GIS汇控柜与断路器机构之间采用双端预制电缆连接，共采用9根航空插头电缆，其中每相3根，现以A相为例说明介绍(B、C相同A相)。
CB#1(A)航插为26芯航插，规格为26x2.5，功能为断路器A相控制及信号回路(A相合闸、跳闸1及信号回路)；CB#2(A)航插为26芯航插，规格为26x2.5，功能为断路器A相控制及信号回路(A相跳闸2及信号、位置辅助触点回路)；CB#3(A)航插为12芯航插，规格为12x2.5，功能为交流电机、加热照明及信号回路。
CB#1～3(A)各针脚定义详见表1-1～1-3。
表1-1断路器预制电缆CB#1(A)航空插头针脚定义表(A相合闸、跳闸1及信号回路)
表1-2断路器预制电缆CB#2(A)航空插头针脚定义表(A相跳闸2及信号、位置辅助触点回路)
表1-3断路器预制电缆CB#3(A)航空插头针脚定义及回路编号表(电机、加热照明及信号回路)
2.与隔离开关和接地开关机构接口的预制电缆数量及线芯定义。
220kV GIS汇控柜与隔离开关、接地开关机构之间采用双端预制电缆连接，GIS汇控柜侧航空插头针脚定义和机构侧航空插头针脚定义一一对应，采用1根12芯、1根19芯预制电缆，规格为12x2.5、19x2.5、各针脚定义详见表2-1～表2-2。
表2-1隔离开关/接地开关电缆1航空插头针脚定义及回路编号表(交流电源、控制与联锁)
表2-2隔离开关/接地开关电缆2航空插头针脚定义及回路编号表(辅助接点闭锁信号)
3.与电流互感器接口的预制电缆数量及线芯定义
220kV GIS汇控柜与常规电流互感器间采用双端预制电缆实现，采用3根8芯预制电缆，规格为8x4、针脚定义以A相为例详见表5-6，B、C相同A相。详见表3-1。
表3-1电流互感器电缆航空插头针脚定义及回路编号表(以A相采样为例)
电流互感器电缆1航空插头针脚定义表(采样)
4.与线路电压互感器接口的预制电缆数量及线芯定义
220kV GIS汇控柜与常规线路电压互感器间采用双端预制电缆实现，采用1根4芯预制电缆，规格为4x4、各针脚定义详见表4-1。
表4-1线路电压互感器电缆航空插头针脚定义及回路编号表(采样)
| 针脚编号 | 1 | 2 | 3 | 4 |
| 信号定义 | A609 | N609 | A609’ | N609’ |
5.与主变本体接口标准化定义
主变非电量保护回路采用2根控制电缆：1根直流信号回路电缆26芯、1根油温及绕组温度测量等模拟量采集(弱电)回路电缆12芯。采用的双端预制电缆其插芯数量与针脚定义参见表5-1～5-2。
表5-1预制电缆1针脚定义表(非电量保护回路)
表5-2预制电缆2针脚定义表(油温及绕组温度测量等模拟量)
有载调压机构箱采用2根控制电缆：1根有载调压机构电源及遥控回路电缆16芯、1根有载调压机构档位信号电缆26芯。外引电缆采用标准插接件，其插芯数量与定义参见表5-3～5-4。
表5-3预制电缆3针脚定义及回路编号表(有载调压机构电源及遥控)
表5-4预制电缆4针脚定义表(有载调压机构档位信号)
主变高、中压侧零序、间隙电流采用4根控制电缆：各针脚定义参见表5-5～5-9。
表5-5与主变高、中侧零序电流互感器电缆航空插头针脚定义及回路编号表(采样)
| 针脚编号 | 1 | 2 | 3 | 4 |
| 信号定义 | 零序电流L401 | 零序电流N401 | 备用 | 备用 |
表5-6与主变高、中侧间隙电流互感器电缆航空插头针脚定义表(采样)
| 针脚编号 | 1 | 2 | 3 | 4 |
| 信号定义 | 间隙电流J401 | 间隙电流N401 | 备用 | 备用 |
主变高、中压侧中性点接地开关机构与汇控柜之间采用双端预制电缆连接GIS汇控柜侧航空插头针脚定义和机构侧航空插头针脚定义一一对应，每一侧采用1根12和1根7芯预制电缆，各针脚定义详见表5-7～5-8。
表5-7航空插头针脚定义表(交流电源与控制)
表5-8航空插头针脚定义及回路编号表(信号)
6.与220kV母线电压互感器接口标准化定义
220kV GIS汇控柜与母线电压互感器间采用双端预制电缆实现，采用3根8芯预制电缆，各针脚定义详见表6-1～6-3。
表6-1母线电压互感器电缆1航空插头针脚定义表(采样)
| 针脚编号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 信号定义 | A相0.5(3P) | N | A相3P | N | A相0.2 | N | A相3P | N |
表6-2母线电压互感器电缆2航空插头针脚定义表(采样)
| 针脚编号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 信号定义 | B相0.5(3P) | N | B相3P | N | B相0.2 | N | B相3P | N |
表6-3母线电压互感器电缆3航空插头针脚定义表(采样)
| 针脚编号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 信号定义 | C相0.5(3P) | N | C相3P | N | C相0.2 | N | C相3P | N |
7.与110kV母线电压互感器接口标准化定义
110kV GIS汇控柜与常规电压互感器间采用双端预制电缆实现，采用3根8芯预制电缆，各针脚定义详见表7-1～7-3。
表7-1母线电压互感器电缆1航空插头针脚定义及回路编号表(采样)
| 针脚编号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 信号定义 | A相0.5(3P) | N | A相3P | N | A相0.2 | N | A相3P | N |
表7-2母线电压互感器电缆2航空插头针脚定义及回路编号表(采样)
| 针脚编号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 信号定义 | B相0.5(3P) | N | B相3P | N | B相0.2 | N | B相3P | N |
表7-3母线电压互感器电缆3航空插头针脚定义及回路编号表(采样)
| 针脚编号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 信号定义 | C相0.5(3P) | N | C相3P | N | C相0.2 | N | C相3P | N |
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.智能变电站GIS设备二次接口的标准化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、通过调研当前国内主流一二次设备的厂家资料，根据主流一二次设备的二次回路的进行整合，采用整合后的二次回路作为标准化二次回路；
S2、根据步骤S1中整合后的二次回路，对GIS变电站进行区分间隔类型，根据间隔类型，形成各间隔通用的标准化接口定义表；
S3、根据步骤S2中根据标准接口定义表，收集分析现有各类型航空插头特性，选择适用于220kV智能站的航空插头及连接器，根据选出的航空插头及连接器用作标准接口的设计，然后形成标准化应用图集。
2.根据权利要求1所述的智能变电站GIS设备二次接口的标准化设计方法，其特征在于，在步骤S1中所述通过调研当前国内主流一二次设备的厂家资料，根据主流一二次设备的二次回路的进行整合的方法是：根据国内主流一二次设备的厂家资料，对二次回路图纸进行整理，找出共性与个性配置，并结合实际应用工程对共性回路进行调整，对其表达方式进行标准化设计。
3.根据权利要求2所述的智能变电站GIS设备二次接口的标准化设计方法，其特征在于：所述对共性回路进行调整是取消个性回路及冗余的元器件，简化二次回路接线，形成标准的二次回路图纸，为GIS本体侧与汇控柜侧的连接接口标准化做基础。
4.根据权利要求1所述的智能变电站GIS设备二次接口的标准化设计方法，其特征在于：所述二次回路为GIS本体设备至GIS汇控柜二次回路，含电流回路、电压回路、交流电源回路、直流电源回路、信号回路、控制回路、电气防跳回路、间隔纵向及跨间隔横向控制联锁回路、断路器三相不一致保护回路、位置指示回路、断路器总位置信号回路以及压力闭锁回路。
5.根据权利要求1所述的智能变电站GIS设备二次接口的标准化设计方法，其特征在于，所述步骤S2中所述间隔类型为220kV GIS变电站中的220kV线路母联间隔、220kV PT间隔、110kV线路母联间隔、110kV PT间隔、主变220kV侧间隔、主变110kV侧间隔以及主变本体间隔。
6.根据权利要求1所述的智能变电站GIS设备二次接口的标准化设计方法，其特征在于，在步骤S3中所述分析现有各类型航空插头特性，选择适用于220kV智能站的航空插头及连接器的方法是：分析现有各种航空插头产品的特性，从连接可靠性、插拔次数以及环境适应各方面考虑，选择适合本项目的航空插头及连接器。
7.根据权利要求1或6所述的智能变电站GIS设备二次接口的标准化设计方法，其特征在于，在步骤S3中所述分析现有各类型航空插头特性，选择适用于220kV智能站的航空插头及连接器的方法是：通过试验及调研从设计、施工调试、运行维护以及装置更换各方面综合考虑，提出的标准接口布置需满足通用性以及可靠性方面的要求。
8.根据权利要求1所述的智能变电站GIS设备二次接口的标准化设计方法，其特征在于，在步骤S3中所述根据选出的航空插头及连接器用作标准接口的设计方法是：将GIS设备本体与GIS汇控柜之前的连接方式规范为双端预制电缆及航空插头安装，并将GIS智能汇控柜侧航空插头针脚和机构侧航空插头针脚做一一对应的定义。
9.根据权利要求1所述的智能变电站GIS设备二次接口的标准化设计方法，其特征在于，在步骤S3中所述选出的航空插头及连接器航插采用高密度圆形航插。
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| CN201910637360.5A CN110348139A (zh) | 2019-07-15 | 2019-07-15 | 智能变电站gis设备二次接口的标准化设计方法 |
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| CN201910637360.5A CN110348139A (zh) | 2019-07-15 | 2019-07-15 | 智能变电站gis设备二次接口的标准化设计方法 |
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| CN110348139A true CN110348139A (zh) | 2019-10-18 |
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| CN201910637360.5A Pending CN110348139A (zh) | 2019-07-15 | 2019-07-15 | 智能变电站gis设备二次接口的标准化设计方法 |
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| CN (1) | CN110348139A (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102608450A (zh) * | 2012-02-24 | 2012-07-25 | 江苏凌创电气自动化股份有限公司 | 适用于智能变电站的测试校验***及校验方法 |
| CN103594895A (zh) * | 2013-11-08 | 2014-02-19 | 江苏省电力设计院 | 一种220kV GIS汇控柜航空插头针脚定义方法 |
| CN107104375A (zh) * | 2017-05-16 | 2017-08-29 | 天津市三源电力设备制造有限公司 | 一种便于二次电缆施工的变电站设备的设计和施工方法 |
-
2019
- 2019-07-15 CN CN201910637360.5A patent/CN110348139A/zh active Pending
Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN102608450A (zh) * | 2012-02-24 | 2012-07-25 | 江苏凌创电气自动化股份有限公司 | 适用于智能变电站的测试校验***及校验方法 |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 窦青春: "智能变电站二次***施工图标准化设计研究" * |
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