看门狗柱上分界开关断路器NKZW20F.docx

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看门狗柱上分界开关断路器NKZW20F

看门狗柱上分界开关断路器NK-ZW20F-12kv,   NK-ZW20F-24kv

配网看门狗分界断路器在10kV馈电架空线路上的应用可大大减少无故障线路的连带性事故停电、缩小故障停电范围、缩短用户停电时间，从而提高用户的供电可靠性。

随着电网迅速发展，对安全供电的可靠性要求越来越高，针对电网运行中的薄弱环节电力生产部门采取有效的治理措施，千方百计减少事故停电，缩小停电范围。

10kV馈线架空线路，由于露天架设，其安全运行直接受周围环境和气候条件的影响，存在事故率高、事故查找困难、安全可靠性差的问题。

一些架空线路较长的边远山区用户，更是经常受到恶劣气候的影响不能正常用电。

分界断路器是将断路器和微机保护测控，以及通讯模块融为一体的装置，可随杆架设、体积小、投资少，它的应用对提高架空线路的安全可靠性，保证电网的安全运行具有重要意义。

1.    10kV馈电架空线路的特点

对于远近郊区供电公司来说，在所辖主网主系统中10kV馈电出线的安全供电十分重要。

但是，10kV馈电线路特点是结构多样，事故多发，特别是在城近郊区和远郊区地区还存在大量的架空输电线路，这些架空输电线路往往都是多分支线路，安全可靠性差，遇到刮风下雨等恶劣天气，接地和短路故障频发，严重影响了电网的安全可靠供电。

1.1线路结构复杂事故查找困难

用户专线只带一两条支线，有的线路是T接多条支线或多台变压器呈放射状；有的线路短到几十米，有的线路长达几十千米；有的架空线路穿山越岭维护困难，有的配电变压器老化严重；有的全线架空，有的是电缆架空混合线路；有些架空线路临时带有电缆用户、带有临时箱变。

架空线路一旦发生故障查找困难，特别是当线路发生单相接地时，由于故障点难以确定，往往延误了事故处理，造成故障扩大，进一步发展为相间短路，或者损坏电气设备。

1.2线路保护配置相对简单

变电站10kV架空线路保护一般只配置过流、速断、重合闸保护，在小电阻接地系统中再配置两段零序保护。

因此，为保证继电保护的选择性和灵敏性，就必须使整条线路都处在保护范围之内，要求线路末端故障时，保护应有足够的灵敏度。

这样，就会由于一处故障造成全线停电，并且线路上下级保护呈阶梯性相互配合，在线路末端已经没有保护级差时间，只能失去选择性故障掉闸而致使全线掉闸。

1.3不同的10kV接地方式

对于消弧线圈接地系统，10kV配电线路发生线路单相接地故障时不掉闸，只发接地信号。

对于小电阻接地系统，10kV配电线路配置零序保护，单相接地故障时掉闸。

1.410kV馈线架空线路故障率高、可靠性差,10kV馈线的故障率高，可靠性差。

随着用户对安全供电的可靠性要求越来越高,安装带有微机保护测控，以及通讯模块融为一体的用户分界开关,成为解决配电网上述问题的有效方法之一。

2. 分界断路器的性能和主要作用

2.1性能及结构

一般分界断路器由开关本体及测控单元两大部分构成见，结构示意图1。

         图1　分界断路器控制器示意图

我公司的分界断路器其主要功能：

运行中自动断开用户侧相间短路故障、自动切除用户侧接地故障，并可用于操作断开故障电流.

分界断路器带有一套外置电压互感器、一套内置电流互感器；有CPU内部处理器和通讯模块；故障跳闸时带有电压判断和故障记忆；具备跳闸闭锁功能。

分界断路器适用于10kV中性点不接地、经消弧线圈接地或经低电阻接地系统的10kV架空配电线路与用户（含临时用户）的分界。

2.2主要作用

2.2.1自动切除单相接地故障

当用户支线发生单相接地故障时，分界开关自动分闸，甩掉故障支线，保证变电站及馈线上的其它分支用户安全运行。

2.2.2自动断开相间短路故障

当用户支线发生相间短路故障时，分界断路器立即分闸甩掉故障线路。

故障线路被隔离，使馈线上的其它分支用户迅速恢复供电。

2.2.3快速定位故障点

用户支线故障造成分界开关动作后，仅责任用户停电，并可主动上报故障信息，使电力公司能迅速明确事故点，及时进行现场处理，使故障线路尽早恢复供电。

2.2.4监控用户负荷

分界断路器可将检测数据传送电力管理中心，实现对远方负荷的实时监控。

2.3 分界断路器的故障处理方式

分界断路器的故障处理方式见表2。

                  表2　分界断路器的故障处理方式 

系统接地方式

故障点保护处理

单相接地故障

中性点不接地系统用户界内

判定为永久接地后立即跳闸

中性点经消弧线圈接地用户界内

中性点经小电阻接地用户界内

先于变电站保护动作跳闸

中性点不接地系统用户界外

不动作

中性点经消弧线圈接地用户界外

中性点经小电阻接地用户界外

相间短路故障处理

用户界内故障

分界断路器分闸

用户界外故障

不动作

3 分界断路器的定值与变电站出线保护定值配合问题

3.1对于中性点不接地或经消弧线圈接地系统

相间短路动作电流定值：

动作时限应与变电站出线保护重合闸动作时间相配合，用户侧产生瞬时故障保护后的自动、快速断开重合恢复供电。

由于北京地区10kV馈线保护重合闸一般整定为1s，可选择0.3～0.5s。

单相接地动作电流定值：

零序电流动作定值，根据架空线路截面和长度确定，应考虑躲过线路对地电容电流。

由于在中性点不接地或经消弧线圈接地系统中，发生单相接地故障，变电站出线保护不跳闸，只发出接地信号，允许短时间接地运行。

为了便于判断故障，此时分界断路器的动作时限，应考虑躲过瞬间接地时限，并在变电站发出接地信号之后再动作跳闸，可选择6～8s。

3.2对于中性点经小电阻接地系统

相间短路动作电流定值：

同上。

单相接地动作电流定值：

中性点经小电阻接地系中，由于变电站10kV架空出线一般配置两段零序保护，一段120A、时限为0.2s；二段20A、时限为1s。

因此，此时分界断路器的零序电流动作定值和动作时限，应与变电站零序保护相配合，选择0s。

4 分界断路器在运行维护中应注意的问题

应定期检查分界断路器本体及控制器外观是否完好；分界断路器指示状态是否正确，运行状态下是否储能；瓷瓶有无裂纹、损伤；分界断路器引线间距是否符合规程要求；各部位连接是否紧固、有无过热现象；避雷器是否完好；接地装置是否完好、有无锈蚀；控制器指示灯有无闪烁告警。

检查分界断路器是否轮换或接地电阻摇测是否超期，安装有分界断路器的用户内部设备相间有无故障，变电站馈线断路器跳闸重合成功后，应及时组织查找线路故障点，发现分界断路器分闸时，应及时向用电管理部门通报（分界断路器动作后，控制器的故障指示灯持续闪烁48h）。

应定期安排对分界断路器清扫检查，检查周期与线路登杆清扫检查周期相同。

原则上分界断路器运行超过10年应安排轮换检修。

5安装分界断路器应注意的问题

分界断路器装置只能装于分支线路或末端线路上，不得串连使用，见图2。

                                   图2　分界断路器安装示意图

分界断路器作为电力公司与用户分界第一断路器，其一般安装在10kV架空配电线路支线第一棵杆上，负荷侧接用户。

当用户进户线为架空线路，则分界断路器的负荷侧以悬式绝缘子悬挂架空绝缘线引入，用户第一基电杆电源侧绝缘线安装挂接地线环，保留单极隔离开关。

当用户进户线为电缆线路，则从分界断路器的负荷侧以悬式绝缘子悬挂架空绝缘线引至用户第一基电杆，直接联接电缆。

用户第一基电杆电源侧绝缘线安装挂接地线环，不再安装跌落式熔断器，保留单极隔离开关。

分界断路器本体安装时，安装前有关部门应组织进行绝缘电阻测定、工频耐压的检测及试验；绝缘电阻测定标准：

使用2500V兆欧表摇测绝缘电阻，分界断路器，相对地及断口间≥1000　MΩ。

工频耐压试验标准：

分界断路器，相对地及断口间：

42kV 1min。

分界断路器分合闸操作面及指示面应朝向外侧。

分界断路器控制器的安装：

控制器的对地安装高度应不小于2.5m，将开关控制电缆（随控制器附件）的控制器端插头插入控制器面板插孔，另一端插入分界断路器底座专用插孔，插头应旋紧。

控制电缆缆身端头处、转弯处及直线段每隔1m应采用2.5mm2单股铜芯绝缘线固定，拧小辫5圈。

缆身应横平竖直，不应扭斜。

6结束语

分界断路器在10kV架空线路上的应用，大大减少了无故障线路的连带性事故停电、缩小故障停电范围、缩短用户停电时间，从而提高所带用户的供电可靠性。

分界断路器较好地解决了变电站10kV出线发生相间短路，以及单相接地故障时快速定位查找故障点的要求。

一、技术特点:

   NK-ZW20F-12/24型户外交流高压分界真空断路器是一款用户分界开关.

主要由ZW20F-12型真空断路器本体,NKR-02型故障检测控制器及外置电压互感器三大部分组成

三者通过航空插座及户外密封控制电缆进行电气连接，具有故障检测功能,保护控制功能及通讯功能

能可靠判断,检测界内与界外毫安级零序电流及相间短路故障电流,实现自动切除单相接地故障和相间短路故障

本体开关是真空方式灭弧并且采用SF6气体绝缘,箱体采用了引进日本东芝公司的气体密封,防爆,绝缘结构技术

整体密封性能优良,内部充入的SF6气体不泄漏,不受外界环境影响,

其弹簧操动机构进行了小型化及性能优化设计,动作可靠性比国内传统的弹簧机构提高了好几倍

主回路的轴与套之间的接触采用了内收外张式表链结构，主回路的接触电阻小，温升低。

产品性能可靠是一种真正的免维护产品。

二、本产品主要符合以下国家标准：

开关部分：

 GB1984 《高压交流断路器》

GB/T11022-1999 《高压开关设备控制和设备标准的共同技术条件》

控制终端部分：

 GB/T726-2000 《继电器及装置基本试验方法》

GB/T17626-1998 《电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群搞扰度试验》

三、使用环境条件

1、周围空气温度：

-40℃~+40℃；日温差：

日温变化不大于25℃；根据SF6气体物质性质，当环境温度在-40℃时，如箱体内部气压为0.05Mpa，此时SF6仍为气态，保证产品正常工作。

（当环境温度-40℃，表压为0.05Mpa时，SF6液化点为-55℃；零表压，SF6液化点不会超过-60℃）。

2、风速不大于35m/s； 

3、无易燃、爆炸危险、强烈化学腐蚀物（如各种酸、碱或浓烟等）和剧烈振动的场所。

4、海拔：

≤1000m； 

5、覆盖厚度：

10mm； 

6、空气污秽程度：

IV级； 

7、地震烈度：

≤7度； 

8、电网中性点接地方式：

中性点不接地、中性点经消弧线圈接地、中性点经低电阻接地。

四、主要技术参数 

4.1断路器的额定参数见表1

序号

项目

单位

数值

1

额定电压

KV

12

2

额定频率

Hz

50

3

额定电流

A

630

4

额定短路开断电流

KA

20

5

额定峰值耐受电流（峰值）

KA

50

6

额定短时耐受电流（4S）

KA

20

7

额定短路关合电流（峰值）

KA

50

8

机械寿命次数

次

10000

9

额定短时开断电流开断次数

次

30

10

工频耐压（1min）：

干试（相间、对地/断口）

KV

42/48

11

雷电冲击耐受电压（峰值）相间、相对/断口

KV

75/85

12

额定操作顺序

分-0.3s-合分-180s-合分

13

额定操作电压辅助回路额定电压

V

AC220

注：

当产品使用场地的海拔超过1000m时，绝缘耐压应按GB/T11022-1999进行相应的修正。

4.2断路器装配调整参数见表2

序号

项目

单位

数值

1

触头开距

mm

9+1-0.5

2

触头超行程

mm

3+1-0.5

3

平均分闸速度

m/s

1.2±0.2

4

平均合闸速度

m/s

0.6±0.2

5

触头合闸弹跳时间

ms

≤2

6

箱体内极间中心距离

mm

135±1.5

7

箱体外极间中心距离

mm

280±2

8

三相分闸同期性时差

ms

≤2

9

每极回路直流电阻

µΩ

≤200

10

合闸时间

ms

≤45

11

分闸时间

ms

≤45

12

动触头允许磨损厚度

mm

3

13

合闸时触头压力

N

2000±200

14

SF6气体额定压力（表压）

MPa

“0”

15

净重

Kg

185

4.3 操作机构主要技术参数 

4.3.1 、储能电机：

采用直流串激电动机，其技术数据如表3

型号YJ220-5301BS      额定电压（交流220V）     正常工作范围（85%~120%额定工作电压）       

 额定功率（20W）         额定电压下储能时间（≥5s） 

4.3.2、手动储能操作力：

采用机构所配储能手柄时最大操作力小于25公斤。

4.3.3、合闸电磁铁：

采用螺管式电磁铁，其线圈技术数据如表4。

额定电压（交流220V）  额定电流（3．9A）    额定功率（860W）  20℃时线圈电阻（56Ω）          

正常工作电压范围（65%~110%额定工作电压） 

4.3.4分闸电磁铁线圈技术参数，

额定电压（直流220V）  额定电流（3．9A）    额定功率（860W）  20℃时线圈电阻（56Ω）          

正常工作电压范围（65%~110%额定工作电压） 

4.4

电流互感器在断路器的本体内A、C相各配置1只电流互感器，变比400/5，用于相间保护。

4.5 零序电流互感器 

在断路器本体内配置零序电流互感器1只，变比20/1，在零序电流0.1~5A区段，有着良好的线性关系，额定负载下（0.1VA）的变比误差小于3%，当零序电流为400A时，二次输出电流不小于5A。

4.6 、操作电源 

4.6.1 断路器工作时需要操作电源。

操作电流可以外引交流或直流220V电源，但一般是在10KV线路上外置操作电源变压器或电压互感器，以获得交流220V操作电源,容量1kva,重量45kg。

JDZW-10R  户外环氧浇注加硅橡胶外壳复合绝缘型电压互感器

J--------------电压互感器

 D------------单相

    Z-----------环氧浇注

       W--------户外装置

              10---额定电压（kV）

                  R-带高压侧熔断器

爬电距离580mm

4.7控制器技术参数见表5

序号

项目

单位

参数

1

输入工作电压

V

AC220

2

输入工作电压频率

HZ

50

3

输入工作电压允许波动范围

%

±20

4

整机功耗

W

＜10

5

采样相二次电流输入值

A

0~9

6

采样零序一次电流输入值

0~4

7

电量输入值采样误差

%

±5

8

过流保护二次电流整定范围

A

0.8~9可调

9

速断保护二次电流整定范围

1.0~9可调

10

过流保护动作延时时间值

ms

200~5000可调

11

零序保护一次电流整定范围

A

0.2~4可调

12

零序保护动作延时时间值

S

0.2~1200可调

13

重合闸次数

次

1~3

14

第一次重合时间

S

0.3~10

15

简单遥控器距离

米

100

16

控制器净重

kg

12

   五、断路器本体的基本结构

5.1 断路器本体结构见图1 

断路器本体结构由导电回路、绝缘系统、密封件及壳体组成（如图1），其外形如图2。

 导电回路由进出线导电杆、导电夹、软连结与真空灭弧室连接而成。

 本产品采用SF6气体绝缘。

进出线绝缘套管采用环氧树脂和硅橡胶整体浇注，为减少开关体积，A、C两相采用拐角套管，保证良好的外绝缘；内部采用复合绝缘结构，在不充SF6气体的情况下，也能达到相应的绝缘水平。

本产品采用成熟的密封结构。

机构罩及壳体上盖采用冲压成型槽密封，输出指针轴采用双层“O”型圈密封，进出线套管整体浇注，保证良好的气密性。

5.2 操动机构 本产品操动机构为电动储能，电动分合，同时具有手动储能，手动分合，整个结构合闸弹簧、储能系统、分合闸线圈、手动分合闸系统、辅助开头及储能指示等部件组成（如图4、图5）

图1断路器内部结构示意图

图2外形图

六、断路器本体的工作原理 

6.1 储能 

机构储能如图3所示，图3（a）为合闸弹簧未储能状态，图3（b）为合闸弹簧已储能状态。

6.1.1电动储能原理：

电动机将输出扭矩作用于机构的小齿轮，经链条，传动至主轴上的大链轮，从而带动拐臂旋转，使合闸弹簧储能，当拐臂上的螺丝压下行程开关时，切断电动机电源、弹簧储能完毕。

6.1.2手动储能原理：

由手动储能传动机构输出轴，通过输出轴上的小齿轮将旋转扭矩传递给小齿轮，充分啮合的大齿轮（位于主轴上，并与大链轮铆紧），从而带动拐臂旋转，使合闸弹簧储能。

6.2 合闸图4为机构合闸操作示意图。

6.2.1电动合闸：

机构接到合闸信号以后，合闸电磁铁的动铁心向上运动，推动合闸脱扣杆向上运动，使合闸半轴逆时针方向旋转，解除对合闸挚子的约束；与此同时，合闸挚子受滚子的压迫而逆时针转动，解除储能维持，位于主轴上的凸轮因合闸弹簧的释放产生冲击力，撞上手动储能轴（即输出轴）上的摇臂，通过连杆传动给开关，从而完成合闸操作。

6.2.2手动操作：

拉动合闸手动手柄，施加外力（约为80~120N）带动合闸半轴上的拔插逆时针转动时，带动合闸半轴沿逆时针方向旋转，从而产生与合闸电磁铁操作同样的效果。

6.2.3重合闸操作：

机构释放储能弹簧的能量后，完成合闸操作；在合闸状态下，机构再进行储能操作，完成储能操作，机构处于合闸已储能状态；在此状态一旦接到正确的信号，机构便能实现一次自动重合闸操作。

6.3 分闸图5为机构分闸操作示意图 

6.3.1电动分闸：

机构接到分闸信号后，分闸电磁铁的动铁心向上运动，推动分闸脱扣杆作向上运动，使分闸半轴逆时针方向旋转，解除对分闸挚子的约束。

与此同时，分闸挚子受滚子的压迫而逆时针转动，摇臂因受开关内部分闸弹簧的推动而逆时针方向旋转，从而完成合闸操作。

6.3.2手动分闸：

拉动分闸手动手柄，施加外力（约为80~120N）带动分闸半轴上的拔插逆时针转动时，带动分闸半轴沿逆时针方向旋转，从而产生与分闸电磁铁操作同样的效果。

6.4 操动机构二次控制回路电气原理图在图6中，当机构处于末储能状态时，行程开关 WD常闭接点接通，电动机M带动合闸弹簧开始储能，储能完成后，行程开关WD常闭接点断开，切断电源，电动机停转。

合闸弹簧储能结束后，机构如果处于分闸位置，辅助开关常闭接点S1接通，只要有合闸信号，合闸电磁铁HQ通电，机构进行电动合闸。

电动合闸结束，辅助开关

常闭接点S1断开，切断合闸电磁铁电源。

WD常闭接点接通储能电动机M电源，电机M带动合闸弹簧储能，直到储能完毕，行程开关WD常闭接点再断开。

开关合闸之后，辅助开关常开接点S2闭合，只要有分闸信号，分闸电磁铁线圈TQ就通电，机构进行分闸操作。

分闸后，辅助开关常开接点S2打开，切断分闸电磁铁线圈电源。

 七、控制和保护装置 

为了获得优良的保护性能，产品采用了NKR-02型控制器。

用户可以就地进行对控制器的参数整定、进行分合闸操作，也可以用掌上电脑对控制器的参数整定，查阅保护定值、进行分合闸操作和查阅各种事件记录，或通过指定的手机以短信的方式代替掌上电脑。

此外，还可以用简单无线遥控器对断路器进行分、合闸操作。

ZW20F-12/T630-16型户外交流高压分界断路器的控制和保护系统的组成如图7。

其中电力管理后台机为用户自备设备。

即使没有，也不影响分界断路器的使用。

简单无线遥控器的有效控制半径为30米，且只能进行断路器的分、合闸操作。

简单无线遥控器为专用型。

专用型简单无线遥控器与控制器是一对一的，其优点是在操作某一台分界断路器时，不会造成其它分界断路器误分、误合。

图7为控制保护系统组成的实物图。

 由图7可以看出，人与NKR-02型控制器之间的界面，可以使用掌上电脑或手机短信的方式。

这两种方式各有千秋。

 掌上电脑方式的优点是可以方便地控制，但它的有效服务半径为30米，用手机短信与控制器界面，只要分界断路器与人员所在处通信信号良好，对距离没有限制，但分界断路器安装地点通信信号必须良好。

且手机短信服务需要付费。

用户必须综合考虑后，再自行选择其中任一种界面方式。

7.1 控制器 

7.1.1盘面 

控制器的底部的就是其盘面，如图8所示。

7.1.2定值窗 

打开定值窗盖后，即可见定值窗面板。

7.1.3控制器定值的整定 

用户可通过分界断路器控制装置的定值窗来整定以下定值：

相间过流保护定值、延时时间；相间短路速断保护定值；零序（单相接地）电流保护定值、零序保护延时时间；重合次数、重合时间。

7.1.3.1 零序电流定值大小：

与分界断路器负荷侧线路的参数有关（线路长度、是架空线还是电缆线路），可按下表选择：

零序保护电流定值整定原则推荐表

开关负荷侧架空线长度（m）

＜1000

＜4000

开关负荷侧电缆长度（m）

50

100

150

200

250

300

350

400

450

定值（A）

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

开关负荷侧电缆长度（m）

480

500

550

600

650

700

750

800

850

900

定值（A）

2.2

2.4

2.6

2.8

3.0

3.2

3.4

3.6

3.8

4.0

如果不采用表中的推荐定值，用户也可以采用下面的计算式对零序电流的整定值进行计算。

定值计算公式

7.1.3.2零序保护延时定值原则推荐 

中性点不接地系统或经消弧线圈接地整定为60s档，中性点经低电阻接地为30s档。

也可根据线路系统实际情况来整定。

按照运行经验推荐:

 零序保护电流定值4A档20, 零序保护延时定值600s档29

7.1.4定值对照表

打开定值窗盖，可看到在定值窗盖上贴有定值对照表及控制器显示定义表。

定值对照表明确整定值拨码开关显示的数值所对应的实际整定值。

通过改变整定值拨码开关，可