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淺談微機(jī)保護(hù)在城市泵站改造中的應(yīng)用

日期：2024-12-22 17:21
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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(hù)存在的問題，在增容除險改造工程中，采用了計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，包括計算機(jī)集控系統(tǒng)、繼電保護(hù)系統(tǒng)與圖像監(jiān)控系統(tǒng)。繼電保護(hù)系統(tǒng)采用微機(jī)保護(hù)裝置，主變保護(hù)和站變保護(hù)、各機(jī)組的微機(jī)保護(hù)裝置通過RS485轉(zhuǎn)以太網(wǎng)或直接的以太網(wǎng)口與上位機(jī)通信，實現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)對保護(hù)模塊的直接管理。采用369數(shù)字式繼電器，對三相電動機(jī)和其機(jī)械設(shè)備進(jìn)行保 護(hù);采用T60作為變壓器保護(hù)、F650為站變保護(hù)，實現(xiàn)對泵站的控制和監(jiān)視。使用結(jié)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(hù)存在的問題，在增容除險改造工程中，采用了計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，包括計算機(jī)集控系統(tǒng)、繼電保護(hù)系統(tǒng)與圖像監(jiān)控系統(tǒng)。繼電保護(hù)系統(tǒng)采用微機(jī)保護(hù)裝置，主變保護(hù)和站變保護(hù)、各機(jī)組的微機(jī)保護(hù)裝置通過RS485轉(zhuǎn)以太網(wǎng)或直接的以太網(wǎng)口與上位機(jī)通信，實現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)對保護(hù)模塊的直接管理。采用369數(shù)字式繼電器，對三相電動機(jī)和其機(jī)械設(shè)備進(jìn)行保 護(hù);采用T60作為變壓器保護(hù)、F650為站變保護(hù)，實現(xiàn)對泵站的控制和監(jiān)視。使用結(jié)果表明，泵站的運行能力及自動化水平都得到了提高，達(dá)到了工程改造的預(yù)期目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：泵站；微機(jī)保護(hù)；繼電器；控制；
 
繼電保護(hù)裝置是用來對電動機(jī)、變壓器母線、輸 配電線路等電氣元件進(jìn)行監(jiān)視和保護(hù)的一種自動裝 置。當(dāng)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(kuò) 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(hù)裝置可以實現(xiàn)。繼電保護(hù)滿足選擇性、速動性、靈敏性和可靠性的要求。
繼電保護(hù)借助于各個繼電器去完成預(yù)定的任務(wù)，繼電器是繼電保護(hù)的基本元件，繼電器歷史的發(fā) 展是:保護(hù)、控制和測量功能起初是由機(jī)電式元件完 成,然后是靜態(tài)元件完成，后是由數(shù)字式設(shè)備完成。數(shù)字式設(shè)備將所有這些功能集成在一個設(shè)備 內(nèi)，被稱為智能化電子設(shè)備（IED），這些智能型電子 設(shè)備由硬件、軟件、通訊系統(tǒng)等構(gòu)成.

1  諫壁站改造前的保護(hù)
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(dān)負(fù)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(wù)，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(jìn)出水流道設(shè)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(jī)電設(shè) 備、35 kV變電所，上下游引河及交通橋等,站房內(nèi)安裝2. 8CJ- 70型立式全調(diào)節(jié)軸流泵6臺，配套 TDL- 325/30 - 40型立式同步電動機(jī)，設(shè)計總引排 流量為120 m’/s,總裝機(jī)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(hù)是泵站電氣二次系統(tǒng)的重要組成部 分，關(guān)系到泵站的運行以及泵站的自動化水 平⑵。諫壁站原主機(jī)繼電保護(hù)屏為BK型,安裝于 主廠房北側(cè)6 kV開關(guān)柜旁，受潮嚴(yán)重，內(nèi)裝電磁型 繼電器，經(jīng)多年運行，機(jī)械失靈、觸頭氧化,調(diào)整困 難，動作時間不滿足要求。電磁式繼電保護(hù)存在的 問題主要有保護(hù)回路元件多、精度不高、維護(hù)工作量 大，繼電器不能在線整定調(diào)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(yīng)現(xiàn)代化水利管 理的需要，改造勢在必行。
2003年10月開始進(jìn)行增容除險改造工程，設(shè) 計總引排派量為160 m’/s,總裝機(jī)容量為10 800 kW。對主機(jī)泵、電氣設(shè)備、輔機(jī)系統(tǒng)、液壓啟閉機(jī)系 統(tǒng)等進(jìn)行了更新改造，增設(shè)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng),包括計 算機(jī)集控系統(tǒng)、繼電保護(hù)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(hù)系統(tǒng)采 用了美國GE公司的微機(jī)保護(hù)裝置，使諫壁抽水站 的繼電保護(hù)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(jī)保護(hù)
諫壁抽水站的繼電保護(hù)裝置配置有:主變保護(hù)（差 動保護(hù)、重瓦斯保護(hù)、輕瓦斯保護(hù)、溫度保護(hù)、過電流保 護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)）JO kV進(jìn)線保護(hù)（速斷保護(hù)、過電流保 護(hù)）、同步電機(jī)保護(hù)（速斷保護(hù)、過流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、 低電壓保護(hù)、溫度保護(hù)、冷卻水中斷保護(hù)、勵磁保護(hù)）、 站變保護(hù)（速斷保護(hù)、過流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、低電壓保 護(hù)、溫度保護(hù)）。本改造工程微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)由_臺主變 壓器保護(hù)、6臺電動機(jī)保護(hù)和一臺站變保護(hù)組成，其中: 主變壓器保護(hù)采用T60C00HCHF8BH6KM8BP6DU6D W5E；電動機(jī)保護(hù)采用SgHIRMOOO；站變保護(hù)采用 F65OBABF1GOHI（選擇 RS485 接口）。
主變保護(hù)和站變保護(hù)及各機(jī)組的微機(jī)保護(hù)裝置 通過RS485轉(zhuǎn)以太網(wǎng)（站變保護(hù)、各機(jī)組保護(hù)）或直 接的以太網(wǎng)口 （主變保護(hù)）與上位機(jī)通信，并通過以太網(wǎng)通信口向各PLC傳輸保護(hù)相關(guān)數(shù)據(jù)，包括事件 集等，從而實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)對保護(hù)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(jī)監(jiān)控系統(tǒng)組成如圖2所示。
 
圖2泵站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)
 
2.1.1 電動機(jī)保護(hù)
改造后的6臺同步電動機(jī)采用TL1800 - 40/ 3300型，單機(jī)功率1800 kW,電壓等級為10 kV,電動機(jī)保護(hù)采用SR369綜合保護(hù)單元，安裝于開關(guān)柜上，其控制保護(hù)測量原理如圖3所示。
 
圖3主機(jī)控制保護(hù)測量原理圖
 
369是一種數(shù)字式繼電器，它提供三相電動機(jī) 和其機(jī)械設(shè)備保護(hù)。369電動機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的一個獨特的功能是其具有基于電動機(jī)實際負(fù)荷電流計算電動機(jī)尹&值的能力。熱模型根據(jù)電動機(jī)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(rèn)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(biāo)準(zhǔn)的ModBus® RTU規(guī)約，整定值可以 通過前面的鍵盤或采用計算機(jī)和369PC軟件輸入, 通過面板前的顯示器或通信訪問電動機(jī)的實際工作 狀態(tài)。模擬方式可以進(jìn)行試驗和確認(rèn)運行正確性。 
2.1.2主變壓器保護(hù)
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(hù)釆用T60 綜合保護(hù)單元，安裝于主變開關(guān)柜上。T60是屬于 UR保護(hù)繼電器家族成員之一，三相、多繞組變壓器 保護(hù)繼電器，用于大中小型電力變壓器主保護(hù)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(hù)元件，自適應(yīng)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(nèi)。
輸入、保護(hù)功能和輸出自檢相互關(guān)系的邏輯可 以用邏輯方程式(HexLogicTM)進(jìn)行重新編程。除 用硬件外，還可以用通信口進(jìn)行內(nèi)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(kuò) 展。T60的自檢功能包括1024事件記錄，時間標(biāo)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(hù)
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(hù)采用F650綜合保護(hù)單元 (選擇RS485接口)，安裝于開關(guān)柜內(nèi)。
F650用一系列的互聯(lián)模塊來執(zhí)行保護(hù)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(jìn)行通 訊。可使采樣速率多達(dá)64次/周波。包括一個 CPU,該CPU可對多種輸入/輸出信號進(jìn)行控制。
 


圖5站變控制保護(hù)測量原理
 
F650主要用于為間隔層設(shè)備提供快速的保護(hù)， 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(hù)。
2.2系統(tǒng)性能及特點
微機(jī)保護(hù)具有下列特點:①保護(hù)功能由軟件實 現(xiàn);②采用數(shù)字信號處理技術(shù);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(yuǎn)方通信,接口 簡單;⑤具有自動測試和監(jiān)視功能;軟硬件標(biāo)準(zhǔn)化; ⑥公共數(shù)據(jù)可重復(fù)使用實現(xiàn)不同功能。
微機(jī)保護(hù)裝置不單獨組屏，全部安裝在相應(yīng)的 高壓柜上。
微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)具有跳閘和報警準(zhǔn)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(yīng)用結(jié)果
經(jīng)改造后的微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)投入使用后，運行It況良好。該系統(tǒng)保留繼電保護(hù)獨立完整的功能，保 證繼電保護(hù)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(hù)和測量具有獨立的 交流采樣回路，保證保護(hù)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(jī)保護(hù)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(hù)、調(diào)試簡單，操作也很方便。微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)中的6臺主機(jī)管理繼電器 (SR369)、站變保護(hù)控制器(F650)、主變管理繼電 器(T60)配合完成了包括過流、過負(fù)荷、速斷、差動 等各項試驗，各繼電器進(jìn)行了動作、返回值的校驗, 試驗結(jié)果符合要求。
由于有了完整的系統(tǒng)保護(hù),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(guān)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(jī)組能夠繼續(xù)正常運行。
 
3  安科瑞微機(jī)保護(hù)產(chǎn)品介紹與選型
3.1概述 
AM5系列微機(jī)保護(hù)測控裝置（以下簡稱裝置）集保護(hù)、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(hù)和測控。應(yīng)用領(lǐng)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(jìn)成熟可靠的保護(hù)原理和算法，抗干擾性能強(qiáng)，可靠性高，保護(hù)實現(xiàn)方式靈活，通訊采用冗余設(shè)計。裝置具備獨立的高精度電流測量回路，16路開關(guān)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(jī)保護(hù)產(chǎn)品選型
 
3.2 特點
成熟完善的保護(hù)功能 
裝置針對不同一次設(shè)備可以靈活配置不同的保護(hù)功能，可以實現(xiàn) 35kV 及以下電壓等級 
變配電站保護(hù)測控功能，適用于線路、母聯(lián)、配電變壓器、高壓電動機(jī)、高壓電容器等設(shè)備的保護(hù)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(shè)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(hù) CPU，配置以大容量的 RAM 和 Flash，使本產(chǎn)品具有較強(qiáng)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(jī)界面清晰易懂； 
靈活的按鈕設(shè)計，菜單式操作簡單、便捷； 
配備的計算機(jī)界面的調(diào)試與分析軟件，調(diào)試及維護(hù)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(guān)量輸入通道（交直流兩用)、10 路開關(guān)量輸出通道； 
2 個 RS485 通訊接口、1 個 RS232 維護(hù)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(yīng)各 
種 PT 接線方式。保護(hù)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(hù)模塊的狀態(tài)； 
記錄內(nèi)部各元件動作行為、動作時間和錄波數(shù)據(jù)。 
強(qiáng)大的圖形可編程 
采用全圖形化編程技術(shù)，可以根據(jù)需要對裝置進(jìn)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(hù)功能，只需通過裝置的維護(hù)端口更新內(nèi)置邏輯圖即可，實 現(xiàn)方式簡單靈活。
高可靠性設(shè)計
通過 5 項電磁兼容檢測認(rèn)證，電快速瞬變脈沖群、靜電放電、浪涌抗干擾性能均達(dá)到 
IV 級標(biāo)準(zhǔn)。 
 
4 結(jié)束語 

繼電保護(hù)技術(shù)未來的趨勢是向計算機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，保護(hù)、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(yīng)提高，要求保護(hù)設(shè)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(shè)備進(jìn)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(qiáng)度，提高了設(shè)備運行的可靠性，達(dá)到了改造工程的預(yù)期目標(biāo)。

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(jī)：18701997519  QQ:2885050128 



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