6KV变电所断路器及综合保护升级改造探析

6KV变电所断路器及综合保护升级改造探析

梁岩

（大庆油田工程建设有限公司油建公司第七工程部黑龙江大庆）

摘要：由于电力系统的快速发展对工厂的配电自动化不断提出更高要求，淘汰技术落后、老旧产品，提高供电系统稳定性和可靠性是该工厂配电系统的一项重要任务，这一目标的实现则体现在配电自动化系统的产品升级与更完善、先进的配电自动化系统架构及系统功能性的增强。

关键词：6KV变电所；断路器；配电系统；改造；升级

随着经济社会的发展，生产规模不断扩大，对电力负荷需求也在不断扩大和发展，进而对配电系统可靠性和配电自动化产品都提出了越来越高的要求。其中个别站所已服役多年，配电自动化产品在技术层面上已经属于淘汰落后产品，为了提高6kV配电自动化系统运行稳定性、可靠性和自动化水平，通过调研，提出了配电自动化系统改造与优化方案，力争用最小的投资换取最大的技术进步是改造的最终目标，但考虑到生产经营安排、经济效益等诸多因素，不可能对其进行完全的技术革新。鉴于此，提出的改造方案是针对其现有技术淘汰落后、暴露问题多、亟需改造的站所配电自动化产品，这些则是未来一段时间内的主要工作任务。因此，本文仅对6kV变电所断路器的保护升级的改造方案介绍如下。

1、6KV变电所ZN73A型真空断路器结构及特点

1.1通常情况下借助宝光陶瓷真空对ZN73A型高压真空断路器进行相应的处理，选用铜铬触头作为灭弧室的材料，按照杯状结构设计纵磁场触头，进而在一定程度上不断降低其触头的电磨损速率，延长其电寿命，同时触头的耐压水平得到巩固和强化，并且增强了介质的绝缘强度。

1.2通常情况下，采用操动机构和灭弧室前后布置的形式对ZN73A型真空断路器总体结构进行处理，按照三相落地式结构设计主导电回路，在一个管状的绝缘筒内纵向安装真空灭弧室，该绝缘筒按照APG工艺通过采用环氧树脂进行浇注，进而在一定程度上不断提高了抗爬电能力。根据这种结构进行设计，粉尘聚集程度在灭弧室表面被大大降低，一方面真空灭弧室受外部因素的影响和损坏得到控制，另一方面在湿热及环境受到严重污染的情况下，也能够保证电效应呈现高阻态。

1.3操动机构按照平面的永磁机构进行布置，在一定程度上使操动机构具备手动分闸，电动合、分的功能，通过两块中间隔板将操动机构灭弧室前的机箱分成装操动机构部分，传动部分，手动合闸部分和缓冲部分的三个装配空间，利用断路器的机箱来充当操动机构的构架。在ZN73A真空断路器的作用下，将灭弧室与操动机构前后按照整体型布局的方式将其布置成一个统一的整体，在一定程度上这种结构设计使操作机构的操作性能与灭弧室开合性能相互吻合，中间不必要的传动环节得以减少，能耗和噪声得以降低，进而增加了ZN73A断路器的可靠性。

1.4灭弧原理

通过在断路器设置相应的真空灭弧室，在一定程度上提高其真空度。在操动机构作用下，当动、静触头带电分闸时，真空电弧将会在触头间产生。同时，由于触头的特殊结构，在触头间隙中产生适当的纵磁场，进而在一定程度上使真空电弧保持扩散型，并使电弧均匀的分布在触头表面燃烧。在电流自然过零时，在微秒数量级的时间内，在触头表面和屏蔽罩上就可复合或凝聚残留的离子、电子和金属蒸汽，灭弧室端口的介质绝缘强度很快被恢复，最终实现分断的目的。

2、升级改造前6kV变电所配电自动化系统架构

以某6kV中心配电所为例，实施改造前，中心配电站采用NAS系列配电自动化系统。该自动化系统拓扑结构采用分层分布式现场总线结构，分为站控层和间隔层2层。站控层主要包括操作员工作站、远动工作站等；间隔层主要由配电自动化设备组成，配电自动化设备按电气间隔配置，安装在间隔二次设备小室内。改造前每座开闭所均配置自动化系统站控柜，配置站所配电自动化系统。其余开闭所均通过光纤通道向中心配电所传送所内遥测遥信信息。

3、改造前的主要遗留、暴露问题

3.1由于6kV变电所均经过分期扩建，不同期采用的配电自动化设备虽为同一厂家生产，但型号不同，而且型号较多。这样就造成不便于站内配电自动化设备备件的统一配备与相互更换利用，也给运维人员带来了不便，对运维人员提出更高要求。

3.26kV变电所内综保装置共108台，其中近两年扩建新投运的13台最新配电自动化产品TDR系列运行稳定；其余95台NAS系列型号的配电自动化产品均为10余年前早期产品，目前已属于淘汰落后产品，它们的人机对话界面十分不友好，运行维护不方便。经过10余年的不间断运行，产品硬件老化，经常出现电源、人机对话、通信等插件损坏，由此导致不受理遥控命令、通信中断等众多问题，增加了运维人员的维护工作量，降低了系统的可靠性，增加了工作成本。

3.3NAS配电自动化系统基于上一代现场总线的通信方式，通信速率低，而且串口服务器由于经过近10年的长期运行，环境因素等导致硬件老化现象严重，故障率增高，通信中断频繁，且运行维护相当不便，对运维人员提出更高要求。

3.4NAS配电自动化系统工作站硬件配置较低，内存为256MB，硬盘为60GB，运行速度较慢；加之经过近10年的长期运行，环境因素等硬件老化现象严重，工作站频繁重启，故障率高。

3.5NAS配电自动化系统数据库工具、图形编辑工具和报表编制工具性能较弱，人机对话界面不友好，使用很不方便，维护工作效率低；且目前的系统不支持OPC接口，无法将企业ERP系统所需用电量等数据上传至企业服务器，对成本核算造成影响。

4、改造的目标与原则

配电自动化系统改造是一项复杂、综合、多样性的工程，涉及到6KV变电所内大量设备停电，如果计划不合理，必将对生产造成影响，进而造成经济损失并使配电自动化系统的改造难以达到预期目标。针对该厂开闭所配电自动化系统的实际情况与暴露的问题，尽量利用既有设备，有效减少施工和调试工作量，制定了以下改造目标与原则。

4.1配合该厂生产计划及运维部门制定详细系统改造计划，完成阶段停电及应急预案，实行工作票制度，谨防改造过程中突发情况对生产造成影响，进而造成经济损失。开闭所的重要性决定其不可能在全所停电的运行工况下进行配电自动化系统改造工作。系统改造必然是老系统逐步退出运行、新系统逐步投入运行的阶段过程。

4.2将6KV变电所内各自电源进线共计16台NAS系列的落后淘汰产品逐步改造为TDR系列新型配电自动化产品。由于新旧产品为同一公司产品，产品开孔尺寸、背板布置等都基本一致，技术人员改造实施起来好操作。同时将原有NAS系列串口服务器更换为TDC系列通信工作站。该通信工作站作为现场总线的数据中枢，采用32位RISCCPU架构，负责实现协议转换，可实现高速处理通信数据，支持串行RS232/RS485、以太网等接口。

4.3更改原有系统拓扑结构，分为站控层，通信层和间隔层3层。以中心配电所改造后的系统架构。在原来的系统拓扑结构上增加了通信层。改造后的现场总线通信方式分为串口总线形式和工业以太网两种通信方式。本次改造在站控层全部用百兆工业以太网代替以往的现场总线，通信速率高，稳定性可靠性更高，运行维护方便。

5、改造步骤

5.1原有老式断路器的拆卸。

5.2原有操作机构的拆卸。

5.3测量并固定结构件。

5.4ZN73A型永磁式真空断路器的安装。

5.5原有电流互感器的拆卸与安装（视情况而定）。

5.6原有断路器上下口铝排的拆卸与安装。

5.7二次控制线的改配：由于该断路器为永磁操作机构，无贮能回路（弹簧操作机构贮能回路），仅有合闸回路和分闸回路。因此，二次的改配就相当简单。

5.8当以上步骤完成后，即可进入调试阶段：由专业技术人员负责整个指导调试工作。

一是机械连锁部分的调试；二是二次控制回路的调试；三是整机调试；四是投入运行。

5.9综上所述，整个改造过程变得快捷，大大缩短了以前的弹簧操作机构改造的时间，也降低了改造成本。

6结束语

为了提高断路器的功效，需要对其进行改造升级，进而满足新的消费需求。为此本文对ZN73A型真空断路器的相关技术、结构和特点进行相应的阐述，同时提出相应的改造步骤，进而在一定程度上为变电所断路器的改造升级提供参考依据。

参考文献：

[1]陈瑞民.10kV配电线路分界断路器成套装置的研究与实践[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2015（08）.

[2]陈吉.断路器检修方式及特性仪器的改进[J].价值工程，2018（04）.