南京水電站10kV廠用電保護裝置改造

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用，保護功能眾多、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"的標志性工程，是西部大開發(fā)的重要工程。水電站于2001年7月1日開工建設，2009年底全部投產(chǎn)建成。設計蓄水位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。為保障供電質量、電力能源長期安全可靠供應，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號機組對應的高壓變壓器低壓側；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)絡開關分別作為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廠用母線所接設備按負荷性質劃分類型為配電變壓器、高壓電動機、電壓互感器、聯(lián)絡開關。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，只能從備用開關保護上調換；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)進行技術改造。

3 10kV廠用電保護換型改造要求

開關柜及其安裝位置保持不變，對原來所有饋線負荷開關、母聯(lián)開關、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；開關柜面板根據(jù)新裝置的尺寸重新設計改造；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備的選擇

新綜合保護測控裝置應集控制、保護、故障錄波、測量、信號報警、開關量采集、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商進行公開招標結果，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廠用電母線所接設備負荷性質的不同，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：

各型號微機保護測控裝置除配置上述保護功能外，還配置了RS485 通信接口，實現(xiàn)了與電力監(jiān)控系統(tǒng)通信；配置了獨立的操作回路監(jiān)視功能，實現(xiàn)了操作面板直觀顯示開關位置狀態(tài)，同時，對于分合閘回路監(jiān)視更為完整；內(nèi)置了防跳功能，用戶可自由選擇是否投入。新配置的微機保護測控裝置AM5SE系列保護功能豐富，且各菜單可自由設置為中文或英文，利于運維。

5 10kV廠用電保護改造圖紙設計

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設計，開關柜全部二次回路原理圖設計工作必須以原水電站10kV高壓柜二次圖紙為基礎進行圖紙設置，端子排布置以該圖紙設計為基準，圖紙設計必須符合相關規(guī)程要求。負荷性質相同的圖紙設計，其端子號、線號等要求高度統(tǒng)一，有一定的規(guī)律。圖紙設計的準確性決定著施工調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必須具備施工條件：有詳細的施工方案、圖紙；設備管理師完成新設備的驗收工作；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柜內(nèi)的端子排更換任務，也有效防止誤接線；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，局域存放，防止工作現(xiàn)場一團亂，施工現(xiàn)場應滿足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，必須對開關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。配線時嚴格按照設計圖紙進行，防止漏接、誤接、誤甩線。新裝置線纜配線應整齊、統(tǒng)一，走線合理，便于檢查和檢修。

6.2 10kV廠用電保護調試

保護調試主要分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。檢查CT二次回路不能開路、PT二次回路不能短路及性和接線應正確；檢查遙測、遙信、遙控等接線應正確；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鍵的一項工作，二次回路接線正確與否將影響到主設備的正常運行，若保護二次回路接線錯誤，一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，則可能會使開關拒動或誤動，造成設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，且動作時間應符合要求。保護裝置的靜態(tài)調試，確保保護裝置能靈敏地反應故障，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，保護裝置應出口跳閘開關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。每套保護裝置都要做一個完整的傳動試驗，保證每面開關柜保護裝置保護邏輯、保護出口跳閘、遠方分合開關、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、用戶權限管理、網(wǎng)絡拓撲圖、電能質量監(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，設備運行情況正常。新綜合保護裝置的應用，保護功能豐富、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)電廠繼電保護設計規(guī)范

[2] DL/T 5164-2002 電廠廠用電設計技術規(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