摘要：針對(duì)某水電站10kV廠用電原綜合保護(hù)測(cè)控裝置電子元器件老化嚴(yán)重、自動(dòng)化水平低、人機(jī)界面和軟件不夠友好、維護(hù)工作困難等問(wèn)題，為提高廠用電系統(tǒng)供電的可靠性，該水電站對(duì)10kV廠用電保護(hù)裝置進(jìn)行了全新改造。新微機(jī)保護(hù)裝置的應(yīng)用，保護(hù)功能眾多、操作界面友好、運(yùn)維方便，提高了該水電廠廠用電可靠運(yùn)行，保障了電廠運(yùn)行安全、穩(wěn)定。
關(guān)鍵詞：微機(jī)保護(hù)；可靠性；水電站
0 引言
某水電站位于廣西某縣城上游15km處，是“西電東送"的標(biāo)志性工程，是西部大開(kāi)發(fā)的重要工程。水電站于2001年7月1日開(kāi)工建設(shè)，2009年底全部投產(chǎn)建成。設(shè)計(jì)蓄水位400m，壩高216.5m，壩頂長(zhǎng)度是836m，庫(kù)容273億m3，裝機(jī)容量630萬(wàn)kW，年發(fā)電量187億kWh，分兩期建設(shè)完成。因電廠輸出容量巨大，對(duì)社會(huì)有較大影響。為保障供電質(zhì)量、電力能源長(zhǎng)期安全可靠供應(yīng)，該水電站逐步對(duì)10kV廠用電綜合保護(hù)測(cè)控裝置進(jìn)行全新改造。
1 水電站10kV廠用電系統(tǒng)簡(jiǎn)介
該水電站10kV系統(tǒng)屬于小電流接地系統(tǒng)，其接線形式采用多路電源獨(dú)立供電、I～VI段母線互為“手拉手"環(huán)形備用、重要負(fù)荷分散配置等特點(diǎn)以保證供電的可靠性。整個(gè)10kV廠用電系統(tǒng)共有7段母線：I、II、III、IV、V、VI段分別取自1、2、3、4、5、7號(hào)機(jī)組對(duì)應(yīng)的高壓變壓器低壓側(cè)；VII段為外來(lái)電源、保安電源和柴油發(fā)電機(jī)的引入點(diǎn)，通過(guò)3個(gè)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)分別作為10kV的I、III、VI段母線的備用電源。廠內(nèi)的所有10kV負(fù)荷按照分散、獨(dú)立的原則均勻分布在I～VI母線上。10kV廠用母線所接設(shè)備按負(fù)荷性質(zhì)劃分類型為配電變壓器、高壓電動(dòng)機(jī)、電壓互感器、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)。該水電站10kV廠用電系統(tǒng)接線見(jiàn)圖1。
圖1 10kV廠用電接線
2 10kV廠用電保護(hù)換型改造原因
3 10kV廠用電保護(hù)換型改造要求
開(kāi)關(guān)柜及其安裝位置保持不變，對(duì)原來(lái)所有饋線負(fù)荷開(kāi)關(guān)、母聯(lián)開(kāi)關(guān)、PT柜綜合保護(hù)測(cè)控裝置及內(nèi)部二次線纜、端子排全部進(jìn)行更換；開(kāi)關(guān)柜面板根據(jù)新裝置的尺寸重新設(shè)計(jì)改造；完成新裝置接入電力監(jiān)控系統(tǒng)接線、通信接口地址設(shè)置工作。在改造過(guò)程中，保持原有保護(hù)配置不變的情況下，對(duì)操作回路等進(jìn)行優(yōu)化。
4 新綜合保護(hù)測(cè)控裝置設(shè)備的選擇
根據(jù)10kV廠用電母線所接設(shè)備負(fù)荷性質(zhì)的不同，進(jìn)線柜采用AM5SE-F線路保護(hù)測(cè)控裝置、變壓器柜采用AM5SE-T配電變保護(hù)測(cè)控裝置、電動(dòng)機(jī)柜采用AM5SE-M電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置、母聯(lián)柜采用AM5SE-B備自投保護(hù)測(cè)控裝置、PT柜采用AM5SE-UB PT監(jiān)測(cè)并列裝置，各型號(hào)保護(hù)功能如下表所示：
產(chǎn)品圖片 | 產(chǎn)品型號(hào) | 保護(hù)功能 |
| AM5SE-F 線路保護(hù)測(cè)控裝置 | 三段式過(guò)流保護(hù)（可經(jīng)低壓閉鎖，可帶方向）、反時(shí)限過(guò)流保護(hù)（可經(jīng)低壓閉鎖）、兩段式零序I01過(guò)流/反時(shí)限過(guò)流保護(hù)、兩段式零序I02過(guò)流/反時(shí)限過(guò)流保護(hù)、重合閘、后加速過(guò)流保護(hù)（可經(jīng)低壓閉鎖）、過(guò)負(fù)荷告警、過(guò)負(fù)荷跳閘、失壓跳閘、失壓告警、過(guò)電壓保護(hù)、零序過(guò)壓保護(hù)、逆功率保護(hù)、低頻減載/高頻保護(hù)（可經(jīng)滑差閉鎖）、PT斷線告警、控制回路斷線告警、FC回路配合的過(guò)流閉鎖功能、非電量保護(hù)、CT斷線告警、檢同期 |
AM5SE-T 配電變保護(hù)測(cè)控裝置 | 三段式過(guò)電流保護(hù)（可經(jīng)復(fù)合電壓閉鎖）、反時(shí)限過(guò)流保護(hù)（可經(jīng)復(fù)合電壓閉鎖）、兩段式零序I01過(guò)流保護(hù)、兩段式零序I02過(guò)流保護(hù)、零序反時(shí)限過(guò)流保護(hù)、過(guò)負(fù)荷告警、過(guò)負(fù)荷跳閘、PT斷線告警、控制回路斷線告警、非電量保護(hù)、CT斷線告警、FC回路配合的過(guò)流閉鎖功能 | |
AM5SE-B 備自投保護(hù)測(cè)控裝置 | 三段式過(guò)流保護(hù)（可經(jīng)復(fù)合電壓閉鎖、可帶方向閉鎖）、反時(shí)限過(guò)流保護(hù)（可經(jīng)復(fù)合電壓閉鎖）、后加速過(guò)流保護(hù)（可經(jīng)復(fù)合電壓閉鎖）、備自投功能（支持11種供電系統(tǒng)的備自投要求）、PT斷線告警、控制回路斷線告警、母線充電保護(hù)、重合閘、過(guò)負(fù)荷聯(lián)切/告警、兩段式零序過(guò)流保護(hù)、零序后加速過(guò)流保護(hù)、檢同期 | |
AM5SE-M 電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置 | 過(guò)流一段保護(hù)（啟動(dòng)中、已運(yùn)行）、過(guò)流二段保護(hù)、反時(shí)限過(guò)流保護(hù)、兩段式負(fù)序過(guò)流保護(hù)、負(fù)序反時(shí)限過(guò)流保護(hù)、兩段式零序過(guò)流保護(hù)、熱過(guò)載保護(hù)、過(guò)負(fù)荷告警、過(guò)負(fù)荷跳閘、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、非電量保護(hù)、PT斷線告警、控制回路斷線告警、低電壓保護(hù)、零序過(guò)壓告警、FC回路配合的過(guò)流閉鎖功能、電壓不平衡保護(hù)、相序保護(hù)、電壓斷相保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù) | |
AM5SE-UB PT監(jiān)測(cè)并列裝置 | I母PT投入、II母PT投入、PT自動(dòng)并列解列、PT遙控并列解列、I母PT低電壓告警、I母PT過(guò)電壓告警、I母PT零序過(guò)壓告警、I母PT斷線告警、II母PT低電壓告警、II母PT過(guò)電壓告警、II母PT零序過(guò)壓告警、II母PT斷線告警 |
5 10kV廠用電保護(hù)改造圖紙?jiān)O(shè)計(jì)
新配置的AM5SE系列微機(jī)綜合保護(hù)測(cè)控裝置及圖紙由安科瑞電氣股份有限公司負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)，開(kāi)關(guān)柜全部二次回路原理圖設(shè)計(jì)工作必須以原水電站10kV高壓柜二次圖紙為基礎(chǔ)進(jìn)行圖紙?jiān)O(shè)置，端子排布置以該圖紙?jiān)O(shè)計(jì)為基準(zhǔn)，圖紙?jiān)O(shè)計(jì)必須符合相關(guān)規(guī)程要求。負(fù)荷性質(zhì)相同的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，其端子號(hào)、線號(hào)等要求高度統(tǒng)一，有一定的規(guī)律。圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性決定著施工調(diào)試是否順利和投運(yùn)后的安全生產(chǎn)。
6 10kV廠用電保護(hù)換型改造過(guò)程
10kV廠用電保護(hù)換型改造施工必須具備施工條件：有詳細(xì)的施工方案、圖紙；設(shè)備管理師完成新設(shè)備的驗(yàn)收工作；施工人員完成安全教育工作；工具、材料齊備。嚴(yán)格按照方案、圖紙進(jìn)行施工，保證每一個(gè)環(huán)節(jié)順利完成。
6.1 10kV廠用電保護(hù)硬件改造
10kV廠用電保護(hù)硬件改造施工主要有3個(gè)環(huán)節(jié)：開(kāi)關(guān)柜內(nèi)端子排更換、舊綜合保護(hù)測(cè)控裝置拆除和新綜合保護(hù)裝置的安裝配線及線纜整理。
6.1.1 端子排更換
接線端子的更換需要注意的問(wèn)題：接線端子需逐一更換，要求拆開(kāi)一個(gè)接線端子就換一個(gè)接線端子；禁止同時(shí)拆開(kāi)兩個(gè)及以上的接線端子進(jìn)行更換，防止交叉接錯(cuò)接線端子，造成誤接線，盡量獨(dú)自完成一個(gè)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的端子排更換任務(wù)，也有效防止誤接線；交流電源、直流電源、跳閘回路、信號(hào)回路等接線端子添加隔離片，要做好隔離，防止竄通回路；端子間的短接片要壓緊無(wú)松動(dòng)。更換端子排，要保證原回路端子及線號(hào)保持不變，下步配線、查線工作才能順利進(jìn)行。
6.1.2 舊綜合保護(hù)測(cè)控裝置拆除
根據(jù)施工方案和圖紙，拆除需廢除的元器件，包括舊綜合保護(hù)測(cè)控裝置、開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的中間繼電器、電壓繼電器、時(shí)間繼電器等元器件，以及相關(guān)的二次線纜。拆除時(shí)注意防止人為損壞元器件、誤拆除有用的二次線纜。整理廢除元器件并分類，局域存放，防止工作現(xiàn)場(chǎng)一團(tuán)亂，施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)滿足6S要求。
6.1.3 綜合保護(hù)測(cè)控裝置的安裝配線及線纜整理
由于新、舊綜合保護(hù)測(cè)控裝置尺寸不同，開(kāi)關(guān)柜面板上的安裝窗口尺寸不符合新綜合保護(hù)測(cè)控裝置的尺寸，必須對(duì)開(kāi)關(guān)柜面板上的安裝窗口進(jìn)行切割開(kāi)孔擴(kuò)大，才能安裝新綜合保護(hù)測(cè)控裝置，切割時(shí)防止刮花面板。與新裝置連接線纜應(yīng)為新線纜，把不用的線纜全部拆除，防止有寄生回路存在。配線時(shí)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行，防止漏接、誤接、誤甩線。新裝置線纜配線應(yīng)整齊、統(tǒng)一，走線合理，便于檢查和檢修。
6.2 10kV廠用電保護(hù)調(diào)試
保護(hù)調(diào)試主要分4個(gè)環(huán)節(jié)：二次回路查線、回路功能驗(yàn)證、保護(hù)裝置靜態(tài)調(diào)試及傳動(dòng)試驗(yàn)。
根據(jù)施工圖紙認(rèn)真核對(duì)每個(gè)端子、每根線號(hào)。檢查CT二次回路不能開(kāi)路、PT二次回路不能短路及性和接線應(yīng)正確；檢查遙測(cè)、遙信、遙控等接線應(yīng)正確；檢查直流控制回路無(wú)短路或接地、交流電壓回路LN之間無(wú)短路；測(cè)量直流控制回路對(duì)地絕緣電阻滿足要求（1000V）；測(cè)量交直流回路是否有電互相竄人。值得注意的是，由于外包單位對(duì)該廠二次回路不熟悉，在改造過(guò)程中易漏接、誤接、誤甩線等問(wèn)題，所以二次回路查線是很關(guān)鍵的一項(xiàng)工作，二次回路接線正確與否將影響到主設(shè)備的正常運(yùn)行，若保護(hù)二次回路接線錯(cuò)誤，一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，則可能會(huì)使開(kāi)關(guān)拒動(dòng)或誤動(dòng)，造成設(shè)備損壞或影響電力系統(tǒng)運(yùn)行。
交流電壓、直流控制回路上電，對(duì)各回路功能進(jìn)行驗(yàn)證。檢查遙測(cè)、遙信、遙控信號(hào)正確，表計(jì)、指示燈、照明、加熱器回路正常；開(kāi)關(guān)本體防跳功能正確。控制回路上電，進(jìn)一步驗(yàn)證各回路接線正確無(wú)誤。
保護(hù)裝置靜態(tài)調(diào)試是進(jìn)行裝置采樣檢查、定值上傳核對(duì)、裝置功能檢驗(yàn)。通過(guò)CT二次側(cè)加電流、PT柜端子加電壓模擬量的方法檢查線路保護(hù)裝置AM5SE-F、變壓器保護(hù)裝置AM5SE-T、電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置AM5SE-M、備自投裝置AM5SE-B、PT監(jiān)測(cè)并列裝置AM5SE-UB、電壓表、電流表、監(jiān)控系統(tǒng)顯示正確，同時(shí)驗(yàn)證交流電壓、交流電流回路相序、相位正確。根據(jù)定值單對(duì)保護(hù)裝置設(shè)置定值并核對(duì)，確保定值正確。保護(hù)功能檢驗(yàn)是通過(guò)加模擬量驗(yàn)證AM5SE系列微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置的動(dòng)作邏輯和動(dòng)作時(shí)間正確性，不會(huì)出現(xiàn)拒動(dòng)和誤動(dòng)，且動(dòng)作時(shí)間應(yīng)符合要求。保護(hù)裝置的靜態(tài)調(diào)試，確保保護(hù)裝置能靈敏地反應(yīng)故障，可靠地、快速地發(fā)出報(bào)警信號(hào)和跳閘指令。
綜合保護(hù)測(cè)控裝置與電力監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)連接正確，在后臺(tái)能實(shí)時(shí)采集保護(hù)裝置上的運(yùn)行情況、定值、事件記錄等信息。保護(hù)裝置接入后臺(tái)，提高了繼保系統(tǒng)的管理和故障信息處理的自動(dòng)化水平。
傳動(dòng)試驗(yàn)是模擬保護(hù)裝置采集到故障量，保護(hù)裝置應(yīng)出口跳閘開(kāi)關(guān)以驗(yàn)證裝置保護(hù)邏輯、跳閘回路和信號(hào)回路的正確性；以及驗(yàn)證通過(guò)上位機(jī)操作能遠(yuǎn)方正確分合開(kāi)關(guān)。每套保護(hù)裝置都要做一個(gè)完整的傳動(dòng)試驗(yàn)，保證每面開(kāi)關(guān)柜保護(hù)裝置保護(hù)邏輯、保護(hù)出口跳閘、遠(yuǎn)方分合開(kāi)關(guān)、信號(hào)指示正確。
6.3 改造中遇到的問(wèn)題及優(yōu)化
新綜合保護(hù)測(cè)控裝置改造完成后，在做傳動(dòng)試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)只能進(jìn)行一次合閘，如果再次合閘，只能重啟控制電源后才能合閘。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)斷路器合閘線圈內(nèi)沒(méi)有常閉點(diǎn)，由于保護(hù)裝置里設(shè)置了合保持繼電器以確保斷路器能夠可靠合閘，此時(shí)斷路器合閘線圈內(nèi)由于沒(méi)有常閉點(diǎn)，在合閘之后沒(méi)有斷點(diǎn)形成，導(dǎo)致合保持繼電器能量無(wú)法釋放，以致需重啟，釋放合保持繼電器，才能進(jìn)行下一次合閘。經(jīng)過(guò)與斷路器廠家以及該水電站相關(guān)人員多次溝通，在合閘線圈前串入一組常閉點(diǎn)，從而解決了上述產(chǎn)生的問(wèn)題。以AM5SE-T變壓器保護(hù)測(cè)控裝置為例，該水電站改造的分合閘回路二次圖如圖2所示。
圖2 AM5SE-T分合閘回路二次圖
7 10kV電力監(jiān)控系統(tǒng)改造
為實(shí)時(shí)監(jiān)視整個(gè)配電室的運(yùn)行以及數(shù)據(jù)采集，針對(duì)該水電站配置一套Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)，將微機(jī)保護(hù)的數(shù)據(jù)上傳至電力監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)10kV變電站的用電監(jiān)控與管理，提高自動(dòng)化管理水平。其可實(shí)現(xiàn)的主要功能如下：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、電參量查詢、運(yùn)行報(bào)表、實(shí)時(shí)報(bào)警、歷史事件查詢、電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表、用戶權(quán)限管理、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、遙控功能、通信管理、故障錄波、事故追憶、曲線查詢、Web訪問(wèn)、APP訪問(wèn)。
8 結(jié)語(yǔ)
該水電站10kV廠用電保護(hù)裝置換型改造，解決了原綜合保護(hù)測(cè)控裝置電子元器件老化嚴(yán)重、自動(dòng)化水平低、人機(jī)界面和軟件不夠友好、維護(hù)工作困難等問(wèn)題。更換后的AM5SE系列微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置更加功能化和人性化，裝置液晶更直觀顯示電壓、電流采樣量以及各種事件記錄；調(diào)試軟件功能強(qiáng)大、易操作、易掌握、軟件界面友好；操作回路具有監(jiān)視開(kāi)關(guān)分合閘狀態(tài)及控制回路斷線功能；裝置面板指示燈直接顯示了開(kāi)關(guān)跳位、合位狀態(tài)，對(duì)于運(yùn)行維護(hù)人員來(lái)說(shuō)更為直觀；配置的AM5SE-M電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置加入了電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)中/已運(yùn)行的狀態(tài)識(shí)別，并配備有啟動(dòng)中過(guò)流一段、運(yùn)行過(guò)流一段、運(yùn)行過(guò)流二段等保護(hù)功能，解決了電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流較大，容易造成誤跳的問(wèn)題；保護(hù)裝置配置有RS485通信接口，各保護(hù)裝置之間通過(guò)“手拉手"將通信接口連接，數(shù)據(jù)送至Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)，方便查看保護(hù)信息及故障信息管理。
自10kV廠用電新綜合保護(hù)測(cè)控裝置換型改造完成投運(yùn)以來(lái)，設(shè)備運(yùn)行情況正常。新綜合保護(hù)裝置的應(yīng)用，保護(hù)功能豐富、操作界面友好、運(yùn)維方便，提高了該水電站廠用電可靠運(yùn)行，保障了該廠安全、穩(wěn)定生產(chǎn)，具有明顯意義。
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