淺談某選煤廠東區(qū)35kV變電所的智能化改造分析

淮北礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司臨渙選煤廠 鄭琦

1 改造背景

1.1 供電情況

臨渙選煤廠東區(qū)35kV 變電所，負(fù)責(zé)選煤廠東區(qū)范圍內(nèi)辦公區(qū)、生活區(qū)及工廠區(qū)供電。兩路電源采用YJV22-26/35kV 3×120mm2電纜，分別引自臨渙焦化110kV 變電站。變電所內(nèi)35kV 室外布置，全橋接線，所內(nèi)裝有35kV 主變壓器兩臺，1#主變型號為SZ9-10000/35，2#主變型號為S9-10000/35，容量均為10000kVA，有載調(diào)壓，電壓為35/6.3kV。所內(nèi)現(xiàn)有2 個6kV 高壓室、1 個主控室，一樓高壓室有35臺GG-1A 型高壓開關(guān)柜，二樓高壓室有16 臺KYN28A-12 型高壓開關(guān)柜，主控室有7 組保護(hù)裝置組屏柜，綜合自動化系統(tǒng)1套。

1.2 現(xiàn)狀分析

東區(qū)35kV 變電所自1990 年開始投入使用，雖經(jīng)歷數(shù)次改造，但仍存在幾點問題。一是變電所一樓高壓室GG-1A型高壓開關(guān)柜，生產(chǎn)日期為1986年，隔離開關(guān)操作行程大，部分操作機(jī)構(gòu)銹蝕嚴(yán)重，變電工操作困難，存在安全隱患，同時，高壓開關(guān)柜沒有備配件可以更換，維修成本高。二是GG-1A型高壓開關(guān)柜半封閉，防護(hù)等級差，小動物容易通過電纜溝進(jìn)入開關(guān)柜中引起相間短路造成用電事故。三是高壓開關(guān)柜6kV母線長期裸露在外，防護(hù)等級僅為IP00，不具備“五防”功能，為國家強(qiáng)制淘汰產(chǎn)品，存在較大安全隱患。四是一樓高壓開關(guān)柜的真空斷路器采用無錫江開的ZN20型，已使用15年以上，目前該廠家不生產(chǎn)此型號的斷路器，無備件替代。五是高壓開關(guān)柜綜合保護(hù)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、無法顯示、觸摸屏反應(yīng)慢、不靈敏，傳感器老化、測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，同型號新舊機(jī)器通訊不兼容等問題，影響保護(hù)功能。六是變電所主控室各類保護(hù)組屏柜已使用19年以上，均為淘汰產(chǎn)品。1、2#主變綜合保護(hù)器使用SEL系列，型號為SEL-501-2，該型號綜合保護(hù)器為雙過流繼電器。試驗時發(fā)現(xiàn)，1#主變綜合保護(hù)器低后備本機(jī)不動作，2#主變綜合保護(hù)器低后備本機(jī)動作，斷路器不動作，無法實現(xiàn)雙聯(lián)動。直流屏裝置操作不方便，蓄電池帶電時間短，一旦發(fā)生掉電，保護(hù)裝置、合母和控母電源無法保持，存在較大安全隱患。七是變電所綜合自動化系統(tǒng)2002年升級投入使用，包含計量屏1組，微機(jī)測控屏1組，主變壓器控制屏1組，中央信號屏1組，直流電源屏3組，后臺監(jiān)控電腦2臺，綜合自動化系統(tǒng)1套。該綜合自動化系統(tǒng)已使用20年以上，兩個監(jiān)控電腦，一用一備，軟硬件無法更新，兼容性差，現(xiàn)已不能正常通訊和操作，只能起到監(jiān)視作用。各種開關(guān)狀態(tài)、手車位置和保護(hù)信號不顯示，數(shù)據(jù)采集和顯示不準(zhǔn)確，遠(yuǎn)程測量功能失效，電量無法上傳，需要人工定期抄表，系統(tǒng)只能查詢即時畫面和數(shù)據(jù)，無法查看歷史記錄和數(shù)據(jù)。事故跳閘監(jiān)視功能缺失，系統(tǒng)無法自主報警、推出事故畫面。站內(nèi)GPS 時鐘不準(zhǔn)確，系統(tǒng)故障記錄無法準(zhǔn)確定位和記錄，人機(jī)畫面簡單、可實現(xiàn)功能少、操作性差，主站響應(yīng)時間長。八是變電所內(nèi)全部保護(hù)裝置、綜合自動化系統(tǒng)等設(shè)備老舊，設(shè)備操作安全可靠性差，無法實現(xiàn)變電所“四遙”等功能，不符合選煤廠智能化的建設(shè)要求。

2 改造方案

為實現(xiàn)東區(qū)35kV變電所智能化改造，保證供配電安全，需要對東區(qū)變電所進(jìn)行合理整合、分配負(fù)荷，重新核算一樓高壓室負(fù)荷，去除不用負(fù)荷。經(jīng)過考察后，拆除一樓高壓室35 臺GG-1A 型高壓開關(guān)柜，重新安裝34 臺KYN28-12 型高壓開關(guān)柜，2 臺斷路器柜、2臺啟動柜備用，改造后一樓高壓開關(guān)柜布置如圖1所示。拆除二樓高壓室16臺高壓開關(guān)柜綜合保護(hù)器，安裝新測控保護(hù)裝置。更換東區(qū)35kV變電所主控室測控保護(hù)裝置和綜合自動化系統(tǒng)[1]。

圖1 改造后一樓高壓開關(guān)柜布置

3 主要設(shè)備選型

3.1 高壓開關(guān)柜

選用KYN28-12 型鎧裝移開式交流金屬封閉開關(guān)柜。因空間限制，高壓開關(guān)柜采用非標(biāo)柜，靠墻安裝，柜前檢修，柜后不留檢修通道。高壓開關(guān)柜下部電纜接線室需加高至900mm，母排室布置在柜頂。開關(guān)柜數(shù)量為34 臺，尺寸為1000（800）mm×1350mm×2900mm（W×D×H）。進(jìn)線柜2臺，消弧消諧成套柜2臺，隔離和聯(lián)絡(luò)開關(guān)柜2臺，饋出線柜21 臺，啟動柜5 臺，電容器柜2 臺。前檢修式KYN28-12型高壓柜側(cè)視圖如圖2所示。

圖2 前檢修式KYN28-12型高壓柜側(cè)視圖

3.1.1 高壓真空斷路器

選用ZN63A(VS1)型固封式極柱真空斷路器，采用彈簧操作機(jī)構(gòu),可以手動和電動儲能，能就地和遠(yuǎn)方操作，帶有機(jī)械和電氣閉鎖,防止帶電誤操作，具有電氣防跳和分合閘位置指示器、斷路器動作計數(shù)器。配有獨立8 對常開、8 對常閉輔助開關(guān)供控制、保護(hù)信號及聯(lián)鎖的外接引用。

3.1.2 高壓真空接觸器-熔斷器組合電器

選用LHJCZR2-7.2JY/D160-50TM（D）型高壓真空接觸器-熔斷器組合電器，額定電壓為7.2kV，額定電流為160A，額定頻率為50Hz，額定分合閘電壓為DC220V，額定短路開斷電流為50kA。

3.1.3 電流互感器

選用LZZBJ9-10型電流互感器，環(huán)氧樹脂澆注絕緣，戶內(nèi)型全封閉結(jié)構(gòu)，具有較高的動、熱穩(wěn)定性，其峰值耐受電流、短時耐受電流、短路持續(xù)時間必須符合高壓開關(guān)柜銘牌要求。同時，選用ZH-LJK120型零序互感器,變比150/5，容量5VA。

3.1.4 過電壓保護(hù)裝置

選用TBP-6A-7.6/24型過電壓保護(hù)器，額定電壓為17kV，系統(tǒng)額定電壓為6kV，保護(hù)裝置持續(xù)運行電壓為13.6kV。

3.1.5 電壓互感器

選用JDZX10-6 型電壓互感器，額定電壓比為6/√3/0.1/√3-0.1/3kV，最高工作電壓為7.2kV，二次繞組負(fù)荷0.5級37.5VA，零序繞組負(fù)荷40VA。

3.1.6 開關(guān)柜智能操控裝置

選用XTKB-8000D型智能操控裝置，帶六點測溫（斷路器上下觸頭均安裝傳感器），帶液晶顯示屏，能夠顯示斷路器（接觸器）隔離、手車狀態(tài)及位置、地刀狀態(tài)、溫濕度監(jiān)控和報警提醒，可以執(zhí)行遠(yuǎn)方/就地選擇、分合閘操作。

3.1.7 多功能電度表

選用DSZ666型多功能電度表，精度0.5級，為國網(wǎng)公司集采中標(biāo)產(chǎn)品，需要上傳數(shù)據(jù)至變電所綜合自動化系統(tǒng)。6kV 饋線柜各安裝1 個，35kV 進(jìn)線、主變共4塊（0.2級）。

3.1.8 消弧消諧及小電流選線裝置

每段6kV 母線配置1 臺MCU 型多功能控制器，對電網(wǎng)電壓實時監(jiān)測。當(dāng)出現(xiàn)單相接地故障，控制器會判定故障相別，發(fā)出報警信號，對應(yīng)相別的交流高壓真空接觸器吸合，出現(xiàn)故障的那一相在裝置內(nèi)實現(xiàn)金屬性接地，可以熄滅故障點的電弧，有效避免產(chǎn)生弧光過電壓，無故障的兩相對地電壓為線電壓。同時，每段6kV母線還配置1臺SMR-ZN09D型小電流選線裝置，能夠準(zhǔn)確檢測系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障的線路，通過對故障發(fā)出警報信號或跳閘指令，對線路進(jìn)行絕緣監(jiān)察和有效隔離。

3.2 測控保護(hù)裝置

3.2.1 功能要求

測控保護(hù)裝置應(yīng)具有完整性、獨立性，含有可以有效反應(yīng)各種故障的保護(hù)功能，如35kV線路保護(hù)、主變差動保護(hù)、主變后備保護(hù)、變壓器非電量保護(hù)、6kV線路保護(hù)、廠用變保護(hù)及電容器保護(hù)等。具備線上自檢功能，可以報出裝置異常告警信號，保證不會發(fā)生誤動作。設(shè)有硬件閉鎖回路，當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，保護(hù)裝置起動時，才允許開啟跳閘回路。帶有自我復(fù)位功能，當(dāng)出現(xiàn)程序宕機(jī)情況，可以自動恢復(fù)正常工作。配有通信接口，通過通訊規(guī)約，可以實現(xiàn)設(shè)備間各類信息傳遞和采集數(shù)據(jù)上傳。具有事件記錄和故障錄波功能，當(dāng)發(fā)生掉電時，保證數(shù)據(jù)不會丟失。通過液晶顯示的人機(jī)界面可以進(jìn)行數(shù)據(jù)和參數(shù)監(jiān)視，正常運行時顯示電流、電壓幅值和相位及其他有關(guān)狀態(tài)，故障時顯示保護(hù)動作元件及時間。

3.2.2 測控保護(hù)配置

為提高供電系統(tǒng)可靠性，及時有效地對高壓設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，本次改造選配了許繼電氣WFB系列測控保護(hù)裝置。35kV進(jìn)線、主變保護(hù)裝置、公共測控屏及綜合自動化系統(tǒng)集中安裝在主控室，6kV保護(hù)測控裝置安裝在對應(yīng)高壓開關(guān)柜，明細(xì)具體包括電度表柜1組，含4臺電度表。主變保護(hù)測控柜1組，含主變測控裝置2臺、主變差動保護(hù)測控裝置2臺，主變后備保護(hù)測控裝置2 臺。35kV 綜合保護(hù)測控柜1 組，含35kV 進(jìn)線保護(hù)裝置2 臺，35kV 母聯(lián)保護(hù)裝置1 臺，公用測控裝置1臺。遠(yuǎn)動通訊及GPS時鐘柜1組，含遠(yuǎn)動裝置1臺，通訊管理機(jī)1臺，站控層交換機(jī)2 臺，逆變電源裝置1 臺，GPS 對時設(shè)備1 臺。PK-10 型交流電源柜1 組，兩路交流電源可切換。PZ61-65AH/220V型直流電源柜1組，直流電池柜1組（含18只12V/65Ah固定閥控密封鉛酸蓄電池）。6kV微機(jī)保護(hù)測控裝置47臺，含WFB-8204型線路保護(hù)13 臺，WFB-8201 型廠用變保護(hù)23 臺，WFB-8203型電動機(jī)保護(hù)8臺，WFB-8207型電容器保護(hù)2臺，WFB-8206型充電保護(hù)1臺。

WFB系列測控保護(hù)裝置的應(yīng)用，為系統(tǒng)提供了可靠保障，細(xì)致準(zhǔn)確的參數(shù)設(shè)定，使設(shè)備能夠準(zhǔn)確地切除故障，保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行。良好的通信功能，為后臺監(jiān)控提供實時全面的運行數(shù)據(jù)，良好的遙控操作功能，為遠(yuǎn)程監(jiān)視和操作提供了穩(wěn)定的基礎(chǔ)。

3.3 綜合自動化系統(tǒng)

變電所綜合自動化系統(tǒng)是綜合性、完整性、可靠性的自動化系統(tǒng)，通過計算機(jī)運用、電子信息應(yīng)用、通信處理等技術(shù)手段對變電所內(nèi)繼電保護(hù)、過程控制、數(shù)據(jù)采集、信號處理、遠(yuǎn)動裝置通訊等功能進(jìn)行頂層設(shè)計、優(yōu)化，更好地實現(xiàn)對變電所全部設(shè)備的集中管理、運行監(jiān)視、測量控制和統(tǒng)籌協(xié)調(diào)。綜合自動化系統(tǒng)通過系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備相互之間的數(shù)據(jù)交換、信息共享，可以有效實現(xiàn)變電所實時監(jiān)測和運行管控。

本次改造選用繼電氣MCS-8500監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件含工作站電腦2 臺（CPU 配置I7-9700k，16G內(nèi)存，GTX1660獨立顯卡，USB3.0接口，2TG硬盤，100M/1000M自適應(yīng)雙網(wǎng)卡），34寸4K曲面液晶顯示屏2臺，2kVA不間斷電源2臺，工作臺及激光打印機(jī)1 套。系統(tǒng)軟件安裝于Linux 操作系統(tǒng)上，數(shù)據(jù)庫軟件采用Mysql 數(shù)據(jù)庫。通過分層分布式系統(tǒng)，可實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集，安全監(jiān)視與控制，屏幕顯示與操作，運行和事故記錄，制表打印、畫面拷貝及“四遙”等功能，有效提高了變電所自動化程度和安全可靠性，達(dá)到了降本增效、綜合管理的目的，為變電所的安全管理提供了重要保障。

4 改造效果

臨渙選煤廠東區(qū)35kV變電所智能化改造，設(shè)備投運后穩(wěn)定運行，改造后的高壓開關(guān)柜、測控保護(hù)裝置和綜合自動化系統(tǒng)如圖3。

圖3 改造后的高壓開關(guān)柜、測控保護(hù)裝置和綜合自動化系統(tǒng)

此次改造提高了供電可靠性，提升操作安全系數(shù)，有效保障變配電工安全，保證供電安全，實現(xiàn)選煤廠安全生產(chǎn)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集化、設(shè)備操作智能化、設(shè)備檢修狀態(tài)化，建成數(shù)字化變電所，符合智能化選煤廠建設(shè)的企業(yè)愿景。