某水電站10kV廠用電保護裝置改造

安科瑞 華楠

摘要：針對某水電站10kV廠用電原綜合保護測控裝置電子元器件老化嚴重、自動化水平低、人機界面和軟件不夠友好、維護工作困難等問題，為提高廠用電系統(tǒng)供電的可靠性，該水電站對10kV廠用電保護裝置進行了全新改造。新微機保護裝置的應(yīng)用，保護功能全方面、操作界面友好、運維方便，提高了該水電廠廠用電可靠運行，保障了電廠運行安全、穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：微機保護；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，是西部大開發(fā)的著重工程。水電站于2001年7月1日開工建設(shè)，2009年底全部投產(chǎn)建成。設(shè)計蓄水位400m，壩高216.5m，壩頂長度是836m，庫容273億m3，裝機容量630萬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，對社會有較大影響。為保障供電質(zhì)量、電力能源長期安全可靠供應(yīng)，該水電站逐步對10kV廠用電綜合保護測控裝置進行全新改造。

1 水電站10kV廠用電系統(tǒng)簡介

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立供電、I～VI段母線互為“手拉手”環(huán)形備用、重要負荷分散配置等特點以保證供電的可靠性。整個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號機組對應(yīng)的高壓變壓器低壓側(cè)；VII段為外來電源、保安電源和柴油發(fā)電機的引入點，通過3個聯(lián)絡(luò)開關(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負荷按照分散、獨立的原則均勻分布在I～VI母線上。10kV廠用母線所接設(shè)備按負荷性質(zhì)劃分類型為配電變壓器、高壓電動機、電壓互感器、聯(lián)絡(luò)開關(guān)。該水電站10kV廠用電系統(tǒng)接線見圖1。

圖1 10kV廠用電接線

2 10kV廠用電保護換型改造原因

該電廠10kV廠用電原綜合保護測控裝置采用進口上海阿海琺MiCOM-P122綜合保護裝置，從2007年5月份設(shè)備投產(chǎn)至今，運行年限較長。保護裝置電子元器件老化嚴重，保護光耦開入元件損壞比較頻繁，對電廠的安全穩(wěn)定生產(chǎn)造成影響。且廠家已不再生產(chǎn)同型號裝置的備品備件，只能購買升級裝置更換，檢修發(fā)現(xiàn)保護裝置數(shù)據(jù)不符合要求，因無備品備件，只能從備用開關(guān)保護上調(diào)換；其自動化水平不高，數(shù)字化程度弱，裝置信息管理不方便，在自動化程度普遍提高的今天已不能滿足要求；同時由于設(shè)備人機界面和全英文軟件不夠友好，給運維帶來更多的繁瑣工作，降低工作效率。綜合考慮以上因素，有必要對10kV廠用電綜合保護測控系統(tǒng)進行技術(shù)改造。

3 10kV廠用電保護換型改造要求

開關(guān)柜及其安裝位置保持不變，對原來所有饋線負荷開關(guān)、母聯(lián)開關(guān)、PT柜綜合保護測控裝置及內(nèi)部二次線纜、端子排全部進行更換；開關(guān)柜面板根據(jù)新裝置的尺寸重新設(shè)計改造；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。在改造過程中，保持原有保護配置不變的情況下，對操作回路等進行優(yōu)化。

4 新綜合保護測控裝置設(shè)備的選擇

新綜合保護測控裝置應(yīng)集控制、保護、故障錄波、測量、信號報警、開關(guān)量采集、通訊功能于一體。以三段式無方向電流保護為核心，配備線路參數(shù)的監(jiān)視及采集功能，并可通過通訊口將測量數(shù)據(jù)及保護信息上傳電力監(jiān)控系統(tǒng)，方便實現(xiàn)配網(wǎng)自動化。根據(jù)該水電站10kV廠用電保護裝置換型改造項目對全國供應(yīng)商進行公開招標(biāo)結(jié)果，終選擇采用安科瑞電氣股份有限公司生產(chǎn)的AM5SE系列微機保護測控裝置。

根據(jù)10kV廠用電母線所接設(shè)備負荷性質(zhì)的不同，進線柜采用AM5SE-F線路保護測控裝置、變壓器柜采用AM5SE-T配電變保護測控裝置、電動機柜采用AM5SE-M電動機保護測控裝置、母聯(lián)柜采用AM5SE-B備自投保護測控裝置、PT柜采用AM5SE-UB PT監(jiān)測并列裝置，各型號保護功能如下表所示：

5 10kV廠用電保護改造圖紙設(shè)計

新配置的AM5SE系列微機綜合保護測控裝置及圖紙由安科瑞電氣股份有限公司負責(zé)設(shè)計，開關(guān)柜全部二次回路原理圖設(shè)計工作須以原水電站10kV高壓柜二次圖紙為基礎(chǔ)進行圖紙設(shè)置，端子排布置以該圖紙設(shè)計為基準(zhǔn)，圖紙設(shè)計須符合相關(guān)規(guī)程要求。負荷性質(zhì)相同的圖紙設(shè)計，其端子號、線號等要求高度統(tǒng)一，有一定的規(guī)律。圖紙設(shè)計的準(zhǔn)確性決定著施工調(diào)試是否順利和投運后的安全生產(chǎn)。

6 10kV廠用電保護換型改造過程

10kV廠用電保護換型改造施工須具備施工條件：有詳細的施工方案、圖紙；設(shè)備管理師完成新設(shè)備的驗收工作；施工人員完成安全教育工作；工具、材料齊備。嚴格按照方案、圖紙進行施工，保證每一個環(huán)節(jié)順利完成。

6.1 10kV廠用電保護硬件改造

10kV廠用電保護硬件改造施工主要有3個環(huán)節(jié)：開關(guān)柜內(nèi)端子排更換、舊綜合保護測控裝置拆除和新綜合保護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題：接線端子需逐一更換，要求拆開一個接線端子就換一個接線端子；禁止同時拆開兩個及以上的接線端子進行更換，防止交叉接錯接線端子，造成誤接線，盡量獨自完成一個開關(guān)柜內(nèi)的端子排更換任務(wù)，也合理防止誤接線；交流電源、直流電源、跳閘回路、信號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松動。更換端子排，要保證原回路端子及線號保持不變，下步配線、查線工作才能順利進行。

6.1.2 舊綜合保護測控裝置拆除

根據(jù)施工方案和圖紙，拆除需廢除的元器件，包括舊綜合保護測控裝置、開關(guān)柜內(nèi)的中間繼電器、電壓繼電器、時間繼電器等元器件，以及相關(guān)的二次線纜。拆除時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，指定局域存放，防止工作現(xiàn)場一團亂，施工現(xiàn)場應(yīng)滿足6S要求。

6.1.3 綜合保護測控裝置的安裝配線及線纜整理

由于新、舊綜合保護測控裝置尺寸不同，開關(guān)柜面板上的安裝窗口尺寸不符合新綜合保護測控裝置的尺寸，須對開關(guān)柜面板上的安裝窗口進行切割開孔擴大，才能安裝新綜合保護測控裝置，切割時防止刮花面板。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。配線時嚴格按照設(shè)計圖紙進行，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廠用電保護調(diào)試

保護調(diào)試主要分4個環(huán)節(jié)：二次回路查線、回路功能驗證、保護裝置靜態(tài)調(diào)試及傳動試驗。

根據(jù)施工圖紙認真核對每個端子、每根線號。著重檢查CT二次回路不能開路、PT二次回路不能短路及極性和接線應(yīng)正確；檢查遙測、遙信、遙控等接線應(yīng)正確；檢查直流控制回路無短路或接地、交流電壓回路LN之間無短路；測量直流控制回路對地絕緣電阻滿足要求（1000V）；測量交直流回路是否有電互相竄人。值得注意的是，由于外包單位對該廠二次回路不熟悉，在改造過程中易漏接、誤接、誤甩線等問題，所以二次回路查線是很關(guān)鍵的一項工作，二次回路接線正確與否將影響到主設(shè)備的正常運行，若保護二次回路接線錯誤，一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，則可能會使開關(guān)拒動或誤動，造成設(shè)備損壞或影響電力系統(tǒng)運行。

交流電壓、直流控制回路上電，對各回路功能進行驗證。檢查遙測、遙信、遙控信號正確，表計、指示燈、照明、加熱器回路正常；開關(guān)本體防跳功能正確?？刂苹芈飞想?，進一步驗證各回路接線正確無誤。

保護裝置靜態(tài)調(diào)試是進行裝置采樣檢查、定值上傳核對、裝置功能檢驗。通過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裝置AM5SE-F、變壓器保護裝置AM5SE-T、電動機保護裝置AM5SE-M、備自投裝置AM5SE-B、PT監(jiān)測并列裝置AM5SE-UB、電壓表、電流表、監(jiān)控系統(tǒng)顯示正確，同時驗證交流電壓、交流電流回路相序、相位正確。根據(jù)定值單對保護裝置設(shè)置定值并核對，確保定值正確。保護功能檢驗是通過加模擬量驗證AM5SE系列微機保護測控裝置的動作邏輯和動作時間正確性，不會出現(xiàn)拒動和誤動，且動作時間應(yīng)符合要求。保護裝置的靜態(tài)調(diào)試，確保保護裝置能靈敏地反應(yīng)故障，可靠地、快速地發(fā)出報警信號和跳閘指令。

綜合保護測控裝置與電力監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)連接正確，在后臺能實時采集保護裝置上的運行情況、定值、事件記錄等信息。保護裝置接入后臺，提高了繼保系統(tǒng)的管理和故障信息處理的自動化水平。

傳動試驗是模擬保護裝置采集到故障量，保護裝置應(yīng)出口跳閘開關(guān)以驗證裝置保護邏輯、跳閘回路和信號回路的正確性；以及驗證通過上位機操作能遠方正確分合開關(guān)。每套保護裝置都要做一個完整的傳動試驗，保證每面開關(guān)柜保護裝置保護邏輯、保護出口跳閘、遠方分合開關(guān)、信號指示正確。

6.3 改造中遇到的問題及優(yōu)化

新綜合保護測控裝置改造完成后，在做傳動試驗時發(fā)現(xiàn)開關(guān)只能進行一次合閘，如果再次合閘，只能重啟控制電源后才能合閘。通過分析發(fā)現(xiàn)斷路器合閘線圈內(nèi)沒有常閉點，由于保護裝置里設(shè)置了合保持繼電器以確保斷路器能夠可靠合閘，此時斷路器合閘線圈內(nèi)由于沒有常閉點，在合閘之后沒有斷點形成，導(dǎo)致合保持繼電器能量無法釋放，以致需重啟，釋放合保持繼電器，才能進行下一次合閘。經(jīng)過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，從而解決了上述產(chǎn)生的問題。以AM5SE-T變壓器保護測控裝置為例，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

為實時監(jiān)視整個配電室的運行以及數(shù)據(jù)采集，針對該水電站配置一套Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)，將微機保護的數(shù)據(jù)上傳至電力監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對10kV變電站的用電監(jiān)控與管理，提高自動化管理水平。其可實現(xiàn)的主要功能如下：實時監(jiān)測、電參量查詢、運行報表、實時報警、歷史事件查詢、電能統(tǒng)計報表、用戶權(quán)限管理、網(wǎng)絡(luò)拓撲圖、電能質(zhì)量監(jiān)測、遙控功能、通信管理、故障錄波、事故追憶、曲線查詢、Web訪問、APP訪問。

8 結(jié)語

該水電站10kV廠用電保護裝置換型改造，解決了原綜合保護測控裝置電子元器件老化嚴重、自動化水平低、人機界面和軟件不夠友好、維護工作困難等問題。更換后的AM5SE系列微機保護測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)試軟件功能強大、易操作、易掌握、軟件界面友好；操作回路具有監(jiān)視開關(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關(guān)跳位、合位狀態(tài)，對于運行維護人員來說更為直觀；配置的AM5SE-M電動機保護測控裝置加入了電動機啟動中/已運行的狀態(tài)識別，并配備有啟動中過流一段、運行過流一段、運行過流二段等保護功能，解決了電動機啟動電流較大，容易造成誤跳的問題；保護裝置配置有RS485通信接口，各保護裝置之間通過“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)，方便查看保護信息及故障信息管理。

自10kV廠用電新綜合保護測控裝置換型改造完成投運以來，設(shè)備運行情況正常。新綜合保護裝置的應(yīng)用，保護功能全方面、操作界面友好、運維方便，提高了該水電站廠用電可靠運行，保障了該廠安全、穩(wěn)定生產(chǎn)，具有明顯意義。

參考文獻

[1] NB/T 35010-2013 水力發(fā)電廠繼電保護設(shè)計規(guī)范

[2] DL/T 5164-2002 電廠廠用電設(shè)計技術(shù)規(guī)范

[3] GB/T 50171-2012 電氣裝置安裝工程盤、柜及二次回路接線施工及驗收規(guī)范

[4] 黃錦新.龍灘水電站10kV廠用電保護裝置改造

[5] 安科瑞用戶變電站綜合自動化與運維解決方案.2021.11月版