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淺談微機保護在城市泵站改造中的應用

日期：2024-12-31 07:32
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摘要： 張娟 安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801 摘要：針對諫壁抽水站繼電保護存在的問題，在增容除險改造工程中，采用了計算機監(jiān)控系統(tǒng)，包括計算機集控系統(tǒng)、繼電保護系統(tǒng)與圖像監(jiān)控系統(tǒng)。繼電保護系統(tǒng)采用微機保護裝置，主變保護和站變保護、各機組的微機保護裝置通過RS485轉以太網(wǎng)或直接的以太網(wǎng)口與上位機通信，實現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)對保護模塊的直接管理。采用369數(shù)字式繼電器，對三相電動機和其機械設備進行保 護;采用T60作為變壓器保護、F650為站變保護，實現(xiàn)對泵站的控制和監(jiān)視。使用結果表明，泵站的運行能力及自...

張娟

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801

摘要：針對諫壁抽水站繼電保護存在的問題，在增容除險改造工程中，采用了計算機監(jiān)控系統(tǒng)，包括計算機集控系統(tǒng)、繼電保護系統(tǒng)與圖像監(jiān)控系統(tǒng)。繼電保護系統(tǒng)采用微機保護裝置，主變保護和站變保護、各機組的微機保護裝置通過RS485轉以太網(wǎng)或直接的以太網(wǎng)口與上位機通信，實現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)對保護模塊的直接管理。采用369數(shù)字式繼電器，對三相電動機和其機械設備進行保 護;采用T60作為變壓器保護、F650為站變保護，實現(xiàn)對泵站的控制和監(jiān)視。使用結果表明，泵站的運行能力及自動化水平都得到了提高，達到了工程改造的預期目標。

關鍵詞：泵站；微機保護；繼電器；控制；
 
繼電保護裝置是用來對電動機、變壓器母線、輸 配電線路等電氣元件進行監(jiān)視和保護的一種自動裝 置。當這些元件發(fā)生故障或出現(xiàn)不正常運行情況 時，能發(fā)出使故障元件退出運行的操作命令，或給值 班人員發(fā)出警告信號，它和其它裝置配合工作，可以 大大地提高用電系統(tǒng)的運行水平。
排灌站運行過程中，一旦發(fā)生事故,要求盡，快地 將故障元件切除,縮小事故范圍，為了避免事故的擴 大，切除故障元件的時間要求很短，靠值班人員手動 操作有時無法辦到，借助保護裝置可以實現(xiàn)。繼電保護滿足選擇性、速動性、靈敏性和可靠性的要求。
繼電保護借助于各個繼電器去完成預定的任務，繼電器是繼電保護的基本元件，繼電器歷史的發(fā) 展是:保護、控制和測量功能起初是由機電式元件完 成,然后是靜態(tài)元件完成，后是由數(shù)字式設備完成。數(shù)字式設備將所有這些功能集成在一個設備 內，被稱為智能化電子設備（IED），這些智能型電子 設備由硬件、軟件、通訊系統(tǒng)等構成.

1  諫壁站改造前的保護
諫壁抽水站是原太湖湖西水利規(guī)劃中蘇南的一座大型電力抽水站，是湖西沿江引排工程的重要組 成部分，擔負著太湖流域分泄洪水入江、引水沖淤和區(qū)域性灌排的多重任務，其中區(qū)域受益總面積約八千平方公里。諫壁抽水站是我國大型泵站中成功地采用雙向進出水流道設計的泵站，于1975年興 建,1978年建成投產(chǎn)，主體工程包括站房、機電設 備、35 kV變電所，上下游引河及交通橋等,站房內安裝2. 8CJ- 70型立式全調節(jié)軸流泵6臺，配套 TDL- 325/30 - 40型立式同步電動機，設計總引排 流量為120 m’/s,總裝機容量為9 600 kW。從建成 以來，在排澇、抗旱中發(fā)揮了巨大的作用。
繼電保護是泵站電氣二次系統(tǒng)的重要組成部 分，關系到泵站的運行以及泵站的自動化水 平⑵。諫壁站原主機繼電保護屏為BK型,安裝于 主廠房北側6 kV開關柜旁，受潮嚴重，內裝電磁型 繼電器，經(jīng)多年運行，機械失靈、觸頭氧化,調整困 難，動作時間不滿足要求。電磁式繼電保護存在的 問題主要有保護回路元件多、精度不高、維護工作量 大，繼電器不能在線整定調試,不具備記憶和存儲功 能,不利于事故檢查和分析,不能適應現(xiàn)代化水利管 理的需要，改造勢在必行。
2003年10月開始進行增容除險改造工程，設 計總引排派量為160 m’/s,總裝機容量為10 800 kW。對主機泵、電氣設備、輔機系統(tǒng)、液壓啟閉機系 統(tǒng)等進行了更新改造，增設計算機監(jiān)控系統(tǒng),包括計 算機集控系統(tǒng)、繼電保護系統(tǒng)與圖像監(jiān)視系統(tǒng)，改造 后的泵站電氣主接線如圖1所示。繼電保護系統(tǒng)采 用了美國GE公司的微機保護裝置，使諫壁抽水站 的繼電保護系統(tǒng)得到了很好的改善，提高了泵站的運行能力及自動化水平.
 
2  微機保護
諫壁抽水站的繼電保護裝置配置有:主變保護（差 動保護、重瓦斯保護、輕瓦斯保護、溫度保護、過電流保 護、過負荷保護）JO kV進線保護（速斷保護、過電流保 護）、同步電機保護（速斷保護、過流保護、過負荷保護、 低電壓保護、溫度保護、冷卻水中斷保護、勵磁保護）、 站變保護（速斷保護、過流保護、過負荷保護、低電壓保 護、溫度保護）。本改造工程微機保護系統(tǒng)由_臺主變 壓器保護、6臺電動機保護和一臺站變保護組成，其中: 主變壓器保護采用T60C00HCHF8BH6KM8BP6DU6D W5E；電動機保護采用SgHIRMOOO；站變保護采用 F65OBABF1GOHI（選擇 RS485 接口）。
主變保護和站變保護及各機組的微機保護裝置 通過RS485轉以太網(wǎng)（站變保護、各機組保護）或直 接的以太網(wǎng)口 （主變保護）與上位機通信，并通過以太網(wǎng)通信口向各PLC傳輸保護相關數(shù)據(jù)，包括事件 集等，從而實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)對保護模塊的直接管記錄、故障報警、事故錄波、電量和非電量(溫度)采 理⑷。泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)組成如圖2所示。
 
圖2泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)
 
2.1.1 電動機保護
改造后的6臺同步電動機采用TL1800 - 40/ 3300型，單機功率1800 kW,電壓等級為10 kV,電動機保護采用SR369綜合保護單元，安裝于開關柜上，其控制保護測量原理如圖3所示。
 
圖3主機控制保護測量原理圖
 
369是一種數(shù)字式繼電器，它提供三相電動機 和其機械設備保護。369電動機保護系統(tǒng)的一個獨特的功能是其具有基于電動機實際負荷電流計算電動機尹&值的能力。熱模型根據(jù)電動機所采用的熱容量來計算該值。RTD能夠測量定子的溫度，其作為一項熱容量檢查來確認由熱模型計算出來的值是否正確。然后，所采用的熱容量將被更新以反映兩個值中的較高值。這一數(shù)值既反映尸血所產(chǎn)生的熱量也反映冷卻損失或惡劣的外部環(huán)境溫度產(chǎn)生的熱量。
在面板前有一個RS232和三個RS485。對所有 的接口都用標準的ModBus® RTU規(guī)約，整定值可以 通過前面的鍵盤或采用計算機和369PC軟件輸入, 通過面板前的顯示器或通信訪問電動機的實際工作 狀態(tài)。模擬方式可以進行試驗和確認運行正確性。 
2.1.2主變壓器保護
改造后的主變壓器采用S9 - 16000/35型雙圈油浸式變壓器，容量16 000 kVA,35匕x2.5%/10 kV,%=8.5%,Y/△接線，主變壓器保護釆用T60 綜合保護單元，安裝于主變開關柜上。T60是屬于 UR保護繼電器家族成員之一，三相、多繞組變壓器 保護繼電器，用于大中小型電力變壓器主保護和管 理。UR概念塊示意圖如圖4所示。
 
圖4 UR概念塊示意圖
 
T60把比例式差動和過流保護元件，自適應諧波制動、變壓器接線組別制動編程和多整定組組合在一個包內。
輸入、保護功能和輸出自檢相互關系的邏輯可 以用邏輯方程式(HexLogicTM)進行重新編程。除 用硬件外，還可以用通信口進行內部的虛擬輸入輸出，減少了輔助元件和接線。輸入輸出硬件可以擴 展。T60的自檢功能包括1024事件記錄，時間標志能夠確定整個系統(tǒng)的事件順序。同時事件可以觸發(fā)數(shù)字式的錄波記錄。URPC軟件用于觀察這 些記錄。
2.1.3站變保護
原兩臺315 kVA站用變壓器因6 kV母線改為 10 kV而不能使用，經(jīng)改造后采用一臺SCB10 - 500/10型雙圈干式變壓器，容量500 kVA, 35蘭x 2.5%/0.4 kV,站變保護采用F650綜合保護單元 (選擇RS485接口)，安裝于開關柜內。
F650用一系列的互聯(lián)模塊來執(zhí)行保護和控制 功能如圖5所示。它包括了一組AC互感器，用以檢測電流和電壓。這些幅值一經(jīng)數(shù)字化就被送到一個數(shù)字信號處理器(DSP)。該數(shù)字信號處理器執(zhí)行 測量功能并通過一個寬帶總線同主處理器進行通 訊。可使采樣速率多達64次/周波。包括一個 CPU,該CPU可對多種輸入/輸出信號進行控制。
 


圖5站變控制保護測量原理
 
F650主要用于為間隔層設備提供快速的保護， 控制和監(jiān)視，包括過流、方向元件、電壓、頻率、斷路 器失靈、自動重合閘、檢同期等保護。
2.2系統(tǒng)性能及特點
微機保護具有下列特點:①保護功能由軟件實 現(xiàn);②采用數(shù)字信號處理技術;③具有數(shù)字儲存功 能,如過程記憶、錄波等;④容易實現(xiàn)遠方通信,接口 簡單;⑤具有自動測試和監(jiān)視功能;軟硬件標準化; ⑥公共數(shù)據(jù)可重復使用實現(xiàn)不同功能。
微機保護裝置不單獨組屏，全部安裝在相應的 高壓柜上。
微機保護系統(tǒng)具有跳閘和報警準確、故障錄波、 順序記錄、故障報告、自動檢測、參數(shù)整定等功能。
2.3應用結果
經(jīng)改造后的微機保護系統(tǒng)投入使用后，運行It況良好。該系統(tǒng)保留繼電保護獨立完整的功能，保 證繼電保護的可靠性和抗干擾性;大屏幕顯示實時電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、 頻率及其它所需的電氣量;保護和測量具有獨立的 交流采樣回路，保證保護裝置所要求的抗飽和性能 和測量精度;具有完善的自檢系統(tǒng)。
微機保護除輸入量的采集外，所有計算、邏輯判斷都是由軟件完成,因此系統(tǒng)維護、調試簡單，操作也很方便。微機保護系統(tǒng)中的6臺主機管理繼電器 (SR369)、站變保護控制器(F650)、主變管理繼電 器(T60)配合完成了包括過流、過負荷、速斷、差動 等各項試驗，各繼電器進行了動作、返回值的校驗, 試驗結果符合要求。
由于有了完整的系統(tǒng)保護,一方面它與監(jiān)控系統(tǒng) 有良好的通訊連接，出現(xiàn)故障能及時向監(jiān)控系統(tǒng)傳送實時的信息和數(shù)據(jù)，并記錄動作前相關電氣數(shù)據(jù)和故障動作類型,另一方面方便了值班人員的巡視檢査, 可直接在繼電器的面板上了解運行狀況和故障査詢, 使故障得到及時處理，機組能夠繼續(xù)正常運行。
 
3  安科瑞微機保護產(chǎn)品介紹與選型
3.1概述 
AM5系列微機保護測控裝置（以下簡稱裝置）集保護、測量、控制于一體，適用于35kV 及以下電壓等級的用戶終端變電站(所)，可實現(xiàn)用戶變電站的保護和測控。應用領域覆蓋電 力、水利、交通、石油、化工、煤炭、冶金等行業(yè)。 
裝置采用先進成熟可靠的保護原理和算法，抗干擾性能強，可靠性高，保護實現(xiàn)方式靈活，通訊采用冗余設計。裝置具備獨立的高精度電流測量回路，16路開關量采集和10路繼 電器輸出，能與 Acrel-2000 電力監(jiān)控軟件配合，可以實現(xiàn)無人值班的終端用戶變電站配電自動化系統(tǒng)。 
 


安科瑞微機保護產(chǎn)品選型
 
3.2 特點
成熟完善的保護功能 
裝置針對不同一次設備可以靈活配置不同的保護功能，可以實現(xiàn) 35kV 及以下電壓等級 
變配電站保護測控功能，適用于線路、母聯(lián)、配電變壓器、高壓電動機、高壓電容器等設備的保護和自動控制功能。 
高性能硬軟件平臺 
裝置采用高性能的硬件平臺，全部采用工業(yè)級元器件，專業(yè)的 EMC 設計，配合完善的在 線自檢測試程序，采用高性能處理器作為保護 CPU，配置以大容量的 RAM 和 Flash，使本產(chǎn)品具有較強的數(shù)據(jù)處理、邏輯運算和信息存儲能力。 
人性化 
裝置采用全漢化大屏幕液晶顯示，人機界面清晰易懂； 
靈活的按鈕設計，菜單式操作簡單、便捷； 
配備的計算機界面的調試與分析軟件，調試及維護簡單方便。
豐富的接口資源
8 路交流電流通道、4 路交流電壓通道； 
16 路開關量輸入通道（交直流兩用)、10 路開關量輸出通道； 
2 個 RS485 通訊接口、1 個 RS232 維護口、1 個 IRIG-B 對時口。 
靈活方便的接線方式 
AM5 的交流電壓輸入端口可接相電壓，也可接線電壓或零序電壓或不平衡電壓，適應各 
種 PT 接線方式。保護電流和測量電流通道可分別接三相電流；另外兩個交流電流通道可以 
接零序電流、不平衡電流或者線路電流。 
透明化
實時記錄交流量、開入量、開出量和所有保護模塊的狀態(tài)； 
記錄內部各元件動作行為、動作時間和錄波數(shù)據(jù)。 
強大的圖形可編程 
采用全圖形化編程技術，可以根據(jù)需要對裝置進行邏輯編程，滿足多數(shù)用戶的要求。如 
果裝置在使用過程中需要更換保護功能，只需通過裝置的維護端口更新內置邏輯圖即可，實 現(xiàn)方式簡單靈活。
高可靠性設計
通過 5 項電磁兼容檢測認證，電快速瞬變脈沖群、靜電放電、浪涌抗干擾性能均達到 
IV 級標準。 
 
4 結束語 

繼電保護技術未來的趨勢是向計算機化、網(wǎng)絡化、智能化，保護、控制、測量和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展。隨著泵站自動化程度的提高，對泵站電氣二次系統(tǒng)的要求也相應提高，要求保護設備的功能更加齊全，性能更加完善。諫壁抽水站通過增容除險工程，對電氣設備進行了改造，不但使泵站實現(xiàn)了綜合自動化，還降低了工作人員的勞動強度，提高了設備運行的可靠性，達到了改造工程的預期目標。

作者簡介：

張娟，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網(wǎng)供配電，Email: 2885050128@qq.com手機：18701997519  QQ:2885050128 



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