浅谈某选煤厂东区35kV变电所的智能化改造分析

淮北矿业（集团）有限责任公司临涣选煤厂 郑琦

1 改造背景

1.1 供电情况

临涣选煤厂东区35kV 变电所，负责选煤厂东区范围内办公区、生活区及工厂区供电。两路电源采用YJV22-26/35kV 3×120mm2电缆，分别引自临涣焦化110kV 变电站。变电所内35kV 室外布置，全桥接线，所内装有35kV 主变压器两台，1#主变型号为SZ9-10000/35，2#主变型号为S9-10000/35，容量均为10000kVA，有载调压，电压为35/6.3kV。所内现有2 个6kV 高压室、1 个主控室，一楼高压室有35台GG-1A 型高压开关柜，二楼高压室有16 台KYN28A-12 型高压开关柜，主控室有7 组保护装置组屏柜，综合自动化系统1套。

1.2 现状分析

东区35kV 变电所自1990 年开始投入使用，虽经历数次改造，但仍存在几点问题。一是变电所一楼高压室GG-1A型高压开关柜，生产日期为1986年，隔离开关操作行程大，部分操作机构锈蚀严重，变电工操作困难，存在安全隐患，同时，高压开关柜没有备配件可以更换，维修成本高。二是GG-1A型高压开关柜半封闭，防护等级差，小动物容易通过电缆沟进入开关柜中引起相间短路造成用电事故。三是高压开关柜6kV母线长期裸露在外，防护等级仅为IP00，不具备“五防”功能，为国家强制淘汰产品，存在较大安全隐患。四是一楼高压开关柜的真空断路器采用无锡江开的ZN20型，已使用15年以上，目前该厂家不生产此型号的断路器，无备件替代。五是高压开关柜综合保护器采用浙江三辰的SC2002-KX，SC2002-DJ系列，使用15年以上，存在屏幕不亮、无法显示、触摸屏反应慢、不灵敏，传感器老化、测量数据不准确，同型号新旧机器通讯不兼容等问题，影响保护功能。六是变电所主控室各类保护组屏柜已使用19年以上，均为淘汰产品。1、2#主变综合保护器使用SEL系列，型号为SEL-501-2，该型号综合保护器为双过流继电器。试验时发现，1#主变综合保护器低后备本机不动作，2#主变综合保护器低后备本机动作，断路器不动作，无法实现双联动。直流屏装置操作不方便，蓄电池带电时间短，一旦发生掉电，保护装置、合母和控母电源无法保持，存在较大安全隐患。七是变电所综合自动化系统2002年升级投入使用，包含计量屏1组，微机测控屏1组，主变压器控制屏1组，中央信号屏1组，直流电源屏3组，后台监控电脑2台，综合自动化系统1套。该综合自动化系统已使用20年以上，两个监控电脑，一用一备，软硬件无法更新，兼容性差，现已不能正常通讯和操作，只能起到监视作用。各种开关状态、手车位置和保护信号不显示，数据采集和显示不准确，远程测量功能失效，电量无法上传，需要人工定期抄表，系统只能查询即时画面和数据，无法查看历史记录和数据。事故跳闸监视功能缺失，系统无法自主报警、推出事故画面。站内GPS 时钟不准确，系统故障记录无法准确定位和记录，人机画面简单、可实现功能少、操作性差，主站响应时间长。八是变电所内全部保护装置、综合自动化系统等设备老旧，设备操作安全可靠性差，无法实现变电所“四遥”等功能，不符合选煤厂智能化的建设要求。

2 改造方案

为实现东区35kV变电所智能化改造，保证供配电安全，需要对东区变电所进行合理整合、分配负荷，重新核算一楼高压室负荷，去除不用负荷。经过考察后，拆除一楼高压室35 台GG-1A 型高压开关柜，重新安装34 台KYN28-12 型高压开关柜，2 台断路器柜、2台启动柜备用，改造后一楼高压开关柜布置如图1所示。拆除二楼高压室16台高压开关柜综合保护器，安装新测控保护装置。更换东区35kV变电所主控室测控保护装置和综合自动化系统[1]。

图1 改造后一楼高压开关柜布置

3 主要设备选型

3.1 高压开关柜

选用KYN28-12 型铠装移开式交流金属封闭开关柜。因空间限制，高压开关柜采用非标柜，靠墙安装，柜前检修，柜后不留检修通道。高压开关柜下部电缆接线室需加高至900mm，母排室布置在柜顶。开关柜数量为34 台，尺寸为1000（800）mm×1350mm×2900mm（W×D×H）。进线柜2台，消弧消谐成套柜2台，隔离和联络开关柜2台，馈出线柜21 台，启动柜5 台，电容器柜2 台。前检修式KYN28-12型高压柜侧视图如图2所示。

图2 前检修式KYN28-12型高压柜侧视图

3.1.1 高压真空断路器

选用ZN63A(VS1)型固封式极柱真空断路器，采用弹簧操作机构,可以手动和电动储能，能就地和远方操作，带有机械和电气闭锁,防止带电误操作，具有电气防跳和分合闸位置指示器、断路器动作计数器。配有独立8 对常开、8 对常闭辅助开关供控制、保护信号及联锁的外接引用。

3.1.2 高压真空接触器-熔断器组合电器

选用LHJCZR2-7.2JY/D160-50TM（D）型高压真空接触器-熔断器组合电器，额定电压为7.2kV，额定电流为160A，额定频率为50Hz，额定分合闸电压为DC220V，额定短路开断电流为50kA。

3.1.3 电流互感器

选用LZZBJ9-10型电流互感器，环氧树脂浇注绝缘，户内型全封闭结构，具有较高的动、热稳定性，其峰值耐受电流、短时耐受电流、短路持续时间必须符合高压开关柜铭牌要求。同时，选用ZH-LJK120型零序互感器,变比150/5，容量5VA。

3.1.4 过电压保护装置

选用TBP-6A-7.6/24型过电压保护器，额定电压为17kV，系统额定电压为6kV，保护装置持续运行电压为13.6kV。

3.1.5 电压互感器

选用JDZX10-6 型电压互感器，额定电压比为6/√3/0.1/√3-0.1/3kV，最高工作电压为7.2kV，二次绕组负荷0.5级37.5VA，零序绕组负荷40VA。

3.1.6 开关柜智能操控装置

选用XTKB-8000D型智能操控装置，带六点测温（断路器上下触头均安装传感器），带液晶显示屏，能够显示断路器（接触器）隔离、手车状态及位置、地刀状态、温湿度监控和报警提醒，可以执行远方/就地选择、分合闸操作。

3.1.7 多功能电度表

选用DSZ666型多功能电度表，精度0.5级，为国网公司集采中标产品，需要上传数据至变电所综合自动化系统。6kV 馈线柜各安装1 个，35kV 进线、主变共4块（0.2级）。

3.1.8 消弧消谐及小电流选线装置

每段6kV 母线配置1 台MCU 型多功能控制器，对电网电压实时监测。当出现单相接地故障，控制器会判定故障相别，发出报警信号，对应相别的交流高压真空接触器吸合，出现故障的那一相在装置内实现金属性接地，可以熄灭故障点的电弧，有效避免产生弧光过电压，无故障的两相对地电压为线电压。同时，每段6kV母线还配置1台SMR-ZN09D型小电流选线装置，能够准确检测系统中发生单相接地故障的线路，通过对故障发出警报信号或跳闸指令，对线路进行绝缘监察和有效隔离。

3.2 测控保护装置

3.2.1 功能要求

测控保护装置应具有完整性、独立性，含有可以有效反应各种故障的保护功能，如35kV线路保护、主变差动保护、主变后备保护、变压器非电量保护、6kV线路保护、厂用变保护及电容器保护等。具备线上自检功能，可以报出装置异常告警信号，保证不会发生误动作。设有硬件闭锁回路，当电力系统出现故障时，保护装置起动时，才允许开启跳闸回路。带有自我复位功能，当出现程序宕机情况，可以自动恢复正常工作。配有通信接口，通过通讯规约，可以实现设备间各类信息传递和采集数据上传。具有事件记录和故障录波功能，当发生掉电时，保证数据不会丢失。通过液晶显示的人机界面可以进行数据和参数监视，正常运行时显示电流、电压幅值和相位及其他有关状态，故障时显示保护动作元件及时间。

3.2.2 测控保护配置

为提高供电系统可靠性，及时有效地对高压设备进行保护，本次改造选配了许继电气WFB系列测控保护装置。35kV进线、主变保护装置、公共测控屏及综合自动化系统集中安装在主控室，6kV保护测控装置安装在对应高压开关柜，明细具体包括电度表柜1组，含4台电度表。主变保护测控柜1组，含主变测控装置2台、主变差动保护测控装置2台，主变后备保护测控装置2 台。35kV 综合保护测控柜1 组，含35kV 进线保护装置2 台，35kV 母联保护装置1 台，公用测控装置1台。远动通讯及GPS时钟柜1组，含远动装置1台，通讯管理机1台，站控层交换机2 台，逆变电源装置1 台，GPS 对时设备1 台。PK-10 型交流电源柜1 组，两路交流电源可切换。PZ61-65AH/220V型直流电源柜1组，直流电池柜1组（含18只12V/65Ah固定阀控密封铅酸蓄电池）。6kV微机保护测控装置47台，含WFB-8204型线路保护13 台，WFB-8201 型厂用变保护23 台，WFB-8203型电动机保护8台，WFB-8207型电容器保护2台，WFB-8206型充电保护1台。

WFB系列测控保护装置的应用，为系统提供了可靠保障，细致准确的参数设定，使设备能够准确地切除故障，保障系统稳定运行。良好的通信功能，为后台监控提供实时全面的运行数据，良好的遥控操作功能，为远程监视和操作提供了稳定的基础。

3.3 综合自动化系统

变电所综合自动化系统是综合性、完整性、可靠性的自动化系统，通过计算机运用、电子信息应用、通信处理等技术手段对变电所内继电保护、过程控制、数据采集、信号处理、远动装置通讯等功能进行顶层设计、优化，更好地实现对变电所全部设备的集中管理、运行监视、测量控制和统筹协调。综合自动化系统通过系统内各设备相互之间的数据交换、信息共享，可以有效实现变电所实时监测和运行管控。

本次改造选用继电气MCS-8500监控系统。系统硬件含工作站电脑2 台（CPU 配置I7-9700k，16G内存，GTX1660独立显卡，USB3.0接口，2TG硬盘，100M/1000M自适应双网卡），34寸4K曲面液晶显示屏2台，2kVA不间断电源2台，工作台及激光打印机1 套。系统软件安装于Linux 操作系统上，数据库软件采用Mysql 数据库。通过分层分布式系统，可实现实时数据采集，安全监视与控制，屏幕显示与操作，运行和事故记录，制表打印、画面拷贝及“四遥”等功能，有效提高了变电所自动化程度和安全可靠性，达到了降本增效、综合管理的目的，为变电所的安全管理提供了重要保障。

4 改造效果

临涣选煤厂东区35kV变电所智能化改造，设备投运后稳定运行，改造后的高压开关柜、测控保护装置和综合自动化系统如图3。

图3 改造后的高压开关柜、测控保护装置和综合自动化系统

此次改造提高了供电可靠性，提升操作安全系数，有效保障变配电工安全，保证供电安全，实现选煤厂安全生产，实现了数据采集化、设备操作智能化、设备检修状态化，建成数字化变电所，符合智能化选煤厂建设的企业愿景。