剩餘電流動作繼電器的應用
[摘要] 剩餘電流動作繼電器作為低壓配電系統中使用的主保護或後備保護,主要起到消除人體傷害或火災隱患的重要作用,剩餘電流動作繼電器的正確使用和認識探討其原理,對於保證電氣系統安全可靠運作具有重要意義。
[關鍵字] 剩餘電流動作繼電器 低壓配電系統 火災隱患
引言:隨著我國低壓電力系統和經濟建設規模的不斷發展,電力電子設備的增加,特別是整流、變頻和開關電源設備的大量應用,線路波形畸變日益嚴重,人們提高供電能力和安全性也提出了更高的要求,特別是一些供電系統由專用獨立變壓器提供,監管薄弱,維護人員安全得不到保障。經常出現線路設備接觸、漏電事故和接地短路引發火災等安全隱患和經濟損失。而剩餘電流動作繼電器就是用來防止上述事故發生的一種比較好的保護裝置,它的主要作用是保護人身免遭觸電傷亡,防止電氣設備或線路漏電引起特大火災。
1:使用剩餘電流動作繼電器的必要性
近年來,隨著用電和住宅建築的發展,低壓配電線路的剩餘電流保護要求,在許多場合都需要安裝剩餘電流警報裝置。如新修訂的GB13955-2005《剩餘電流保護裝置安裝與運作》明確規定:一旦剩餘電流超過額定值而切斷電源造成重大經濟損失和不良社會影響的用電裝置或場所,應設有警報式剩餘電流保護裝置。例如公共場所的緊急供電、通道照明等;確保公共場所安全的設備;消防電梯、消防泵浦、消防通道照明等消防設備供電;防盜警報電源。GB50096- -1999《住宅設計規範》規定,每戶住宅的總電源進線斷路器應具有剩餘電流保護功能。以免總電源進線斷路器斷開而造成所有小區停電。剩餘電流警報功能一般是針對主進線保護而設計的。
2:Acrel ASJ系列剩餘電流繼電器產品
Acrel ASJ系列剩餘電流繼電器可滿足漏電保護,並可與遙控脫扣器連接,及時切斷電源,防止間接接觸,限制漏電流。也可作為訊號繼電器來監控電力設備。特別適用於學校、商業建築、工廠車間、商貿市場、工礦企業、國家重點消防單位、智慧建築及住宅小區、地鐵、石化、電信及國防部門的用電安全防護。
ASJ系列產品主要有兩種安裝方式。ASJ10系列採用DIN導軌安裝。圖片及功能如下表所示:
主要功能
1. 剩餘電流的測量
2、超限警報
3. 額定剩餘動作電流可設定 4. 不驅動時間限制可設定
5. 2路輸出繼電器
6.本地/遠端測試/重設功能
不同之處:
1.交流剩餘電流測量型
2、電流超限警報指示
主要功能
1. 剩餘電流的測量
2、超限警報
3. 額定剩餘動作電流可設定 4. 不驅動時間限制可設定
5. 2路輸出繼電器
6.本地/遠端測試/重設功能
不同之處:
1. A型剩餘電流測量
2.目前百分比光柱顯示
主要功能
1. 剩餘電流的測量
2、超限警報
3. 額定剩餘動作電流可設定 4. 不驅動時間限制可設定
5. 2路輸出繼電器
6.本地/遠端測試/重設功能
不同之處:
1. A型剩餘電流測量
2.液晶顯示
3.相互斷線警報
4.可設定預測預警值,可設定返回值
5. 25筆事件記錄
圖1 10kV廠電源接線
一、10kV電力保護裝置改造原因
10kV電廠原有綜合保護測控裝置採用進口上海阿海琺MiCOM-P122綜合保護裝置。該設備自2007年5月開始運行,保護裝置電子元件老化嚴重,保護光耦合入口元件損壞較多,影響電廠安全穩定生產。另外,廠商不再生產同型號備件,只能購買升級裝置更換,且保護裝置資料不符合要求,但備用開關保護無備件;自動化程度不高,數位化程度弱,設備資訊管理不方便,不能滿足當今的要求,人機介面和全英文軟體不友好,帶來工作更加繁瑣,降低工作效率。綜合考慮以上因素,有必要對10kV用電綜合保護測控系統進行技術改造。
3 10kV電廠電源保護改造要求
開關櫃及其安裝位置不變,更換原有饋線負載開關、母線開關、PT櫃、內部二次電纜及端子排;開關櫃面板根據新裝置的尺寸進行重新設計和修改;完成新設備接入電力監控系統的接線及通訊介面位址設定。改造過程中,在維持原有保護配置不變的情況下,優化運轉迴路。
4 新型綜合保護測控設備的選用
新型綜合保護測控裝置應集控制、保護、故障錄波、測量、訊號警報、開關量擷取及通訊功能於一體。以三級無向電流保護為核心,配備線路參數監控擷取功能,測量資料和保護資訊可透過通訊口上傳至電力監控系統,方便線路參數的自動化控制。根據該水電站10kV廠用電保護裝置改造計畫全國供應商公開招標結果,最終選定安科瑞爾有限公司生產的AM5SE系列測控裝置。根據10kV廠電母線的不同負載特性,AM5SE-F線路保護測控裝置、AM5SE-T變壓器保護測控裝置、AM5SE-M電動馬達保護測控裝置、AM5SE-B自控保護測控裝置、PT機AM5SE-UB PT監控裝置,各型號保護功能如下表所示:
模型 | 保護功能 |
AM5SE-F 線路保護測控裝置 | 三段過電流保護(可低電壓閉合,可方向保護),反向時限過電流保護(可低壓閉合W保護,兩段零序101過流/反向時限過電流保護,兩級零階1. 2電流/逆時限過電流保護,重合閘,加速過電流保護(透過低電壓閉合),過載警報,過載跳閘,失壓跳閘,失壓警報,過電壓保護,零階過壓保護、逆功率保護、低頻降載/高頻保護(轉差差)、PT斷線警報、控制迴路斷線警報、帶過電流鎖定功能的FC迴路、失電保護、CT斷線警報、並檢查 |
AM5SE-T 配電保護測控裝置 | 三級過電流保護(可透過複合電壓閉合完成)、反向時限過電流保護(可透過複合電壓鎖定完成)、兩級零階101過電流保護、兩級零階102過電流保護、零階反向時限過電流保護、過載警報、過載跳脫、PT斷線警報、控制電路斷線警報、無電保護、CT斷線警報、帶過電流鎖定功能的FC迴路 |
AM5SE-B 自投式保護測控裝置 | 三段過電流保護(複合電壓鎖定、帶方向鎖定)、逆時限過電流保護(複合電壓鎖定)、加速過電流保護(複合電壓鎖定)、待機功能(支援11種供電系統) 、PT斷線警報、控制斷路警報、母線充電保護、重合閘、過載耦合/警報、兩段零序過電流保護、零序加速過流保護、同期檢查 |
AM5SE-M 馬達保護測控裝置 | 電流保護(啟動、運轉)、電流二級保護、反向時限保護、二級負序保護、負序反向時限保護、二級零序過電流保護、熱過載、過載保護、過載警報、過載跳閘、堵轉保護、長啟動時間、失電保護、PT斷線警報、控制斷線警報、低電壓保護、零階過壓警報、FC環過流鎖定功能、電壓不平衡保護、相序保護、電壓缺相保護、過壓保護 |
除上述保護功能外,每台微機保護測控裝置均具有RS485通訊接口,實現與電力監控系統的通訊,實現獨立運行迴路監控功能,實現開關狀態,開關迴路監控更加完整;內建跳躍功能,使用者可以選擇是否要投資。新配置的微電腦保護測控裝置AM5SE系列保護功能豐富,各選單可自由設定中文或英文,有助於操作維護。
5.10kV電站設計
新配置的AM5SE系列電腦綜合保護測控裝置及圖面由Acrel有限公司設計。二次迴路原理圖設計必須依據原10kV高壓櫃二次圖。端子排佈局以圖面設計為依據,圖面設計必須符合相關規定的要求。相同負載性質的圖面設計,端子數和線數高度統一,有一定的規則。圖紙設計的準確性決定著施工、調試是否順利以及投產後的安全生產。
6、6座10kV廠電源保護改造流程
10kV電站須滿足建造條件:詳細施工方案及圖面;設備管理人員完成新設備的驗收;施工人員完成安全教育;以及齊全的工具和材料。嚴格依照方案和圖面施工,確保各環節順利完成。
6.1 10kV廠用電保護硬體改造
10kV電站改造施工主要有開關櫃內端子排的更換、舊綜合保護測控裝置的拆除、新綜合保護裝置的安裝裝配線路及電纜佈置三個環節。
6.1.1.更換端子排
終端更換需逐一更換,更換一台終端機;禁止同時更換兩個或多個端子,防止誤接,造成誤接線,單獨更換開關櫃內的端子排,有效防止誤接線;交流電源、直流電源、跳脫電路、訊號電路要加隔離,應隔離,防止短路,端子間連接應壓緊無鬆脫。更換端子排,確保原有迴路端子及線數不變,並能順利進行下一步接線及校線工作。
6.1.2 舊綜合保護測控裝置拆除
根據施工方案和圖紙,拆除擬廢止的零件,包括舊的綜合保護測控裝置、開關櫃內的中間繼電器、電壓繼電器、時間繼電器等零件以及相關的二次電纜。拆解時要注意防止人為損壞元件和誤拆有用的二次電纜。整理、拆除構件並分類,指定就地存放,防止作業現場混亂,施工現場應符合6S要求。
6.1.3 綜合保護測控裝置安裝裝配線及電纜佈置
由於新、舊式綜合保護測控裝置尺寸不同,開關櫃面板上安裝視窗的尺寸不符合新綜合保護測控裝置的尺寸。開關櫃面板上的安裝窗口必須切割和擴大,以安裝新型綜合保護測控裝置,並防止切割時刮傷面板。新設備連接的電纜應為新電纜,並將所有未使用的電纜拆除,以防止寄生電路的存在。接線應嚴格依照設計圖進行,以防止漏電、誤接、誤切換。新設備的電纜佈線應整齊、統一、佈線合理,以便於檢查和維護。
6.2 10kV電站電源保護及調試
保護調試主要分為二次環路檢查、環路功能驗證、保護裝置靜態調試和傳輸測試四個環節。依照施工圖仔細核對每個端子、每個線號。重點檢查CT二次迴路有無斷路、PT二次迴路、極性及接線應正確;檢查遙測、遙信、遙控接線應正確;檢查直流控制迴路有無短路,接地迴路LN間無短路;測量直流控制迴路絕緣電阻符合要求(1000V);測量AC/DC電路是否帶電。值得注意的是,由於外協單位對工廠二次電路不熟悉,改造過程中很容易漏接、誤接。
將交流電壓和直流控制迴路上電,驗證各迴路的功能。檢查遙測、遙信、遙控訊號是否正確,儀表、指示燈、照明、加熱器電路是否正常;開關體的防跳功能正確。給控制迴路電,進一步驗證各迴路接線是否正確。
保護裝置的靜態調試是對裝置進行抽樣檢驗、定值的上傳和檢查以及裝置的功能檢查。檢查線路保護裝置AM5SE-F、變壓器保護裝置AM5SE-T、電動馬達保護裝置AM5SE-M、備用自投裝置AM5SE-B,以及在CT二次側施加電流和施加類比電壓來檢查PT監測。終端。裝置AM5SE-UB、電壓表、電流表、監控系統顯示正確,驗證交流電壓、交流電流環相序、相位正確。根據定值單對保護裝置設定定值並檢查,確保定值正確。保護功能檢查是透過增加類比量來驗證AM5SE系列微機保護測控裝置動作邏輯和動作時間的正確性,不會出現拒動和誤動作,動作時間應符合要求。保護裝置的靜態調試保證了保護裝置能夠對故障做出靈敏的回應,可靠、快速地發出警報訊號和跳閘指令。
綜合保護測控裝置與電力監控系統資料連接正確,後台可即時擷取保護裝置的運作狀態、整定值、事件記錄等資訊。保護裝置連接到後台,提高了繼電器保護系統的管理和故障訊息處理的自動化水準。
傳輸測試是類比保護裝置擷取的故障量,保護裝置應退出跳脫開關,以驗證裝置保護邏輯、跳脫電路和訊號電路的正確性;並透過上位機操作遠端驗證開關是否能正確開啟和關閉。每套保護裝置應做完整的傳輸試驗,確保每組開關櫃保護裝置的保護邏輯、保護出口跳脫、遠距離分合閘、訊號指示正確。
6.3 改造優化時遇到的問題
新型綜合保護測控裝置改造完成後,送電試驗時發現開關只能合閘一次。如果再次合閘,則必須重新啟動控制電源後才能關閉。透過分析發現,斷路器合閘線圈無常閉點。由於保護裝置中設置了合閘繼電器,以確保斷路器能夠可靠地合閘,此時,由於斷路器合閘線圈中沒有常閉點,合閘後如果沒有斷點,則合閘保持繼電器能量無法釋放,需重新啟動,下次合閘前才能釋放合閘保持繼電器。經過與斷路器廠商及水力發電廠相關人員多次溝通,在合閘線圈前串聯一組常閉點,解決了上述問題。以AM5SE-T變壓器保護測控裝置為例,水力發電廠改造分合閘迴路二次圖如圖2所示。
圖2 AM5SE-T分路電路二次圖
7 10kV電力監控系統改造
為了即時監控整個配電室的運作與資料收集,水力發電廠配置了一套Acrel-2000Z電力監控系統,將微機保護資料上傳至電力監控系統,實現電力監控與資料擷取。管理水平。其主要可實現的功能有:即時監控、電參數查詢、運作報表、即時警報、歷史事件查詢、電量統計報表、使用者權限管理、網路拓樸、電能品質監控、遠端控制功能、通訊管理、故障錄波、事故回憶、曲線查詢、Web存取、APP訪問。
八、結論
水力發電廠10kV電力保護裝置改造,解決了電子元件老化嚴重、自動化等級低、人機介面和軟體不友善、維護工作困難等問題。更換的AM5SE系列微機保護測控裝置更加功能化、人性化,裝置液晶更直觀地顯示電壓、電流採樣量及各種事件記錄;調試軟體功能強大,操作方便,易於掌握,軟體介面友善;操作電路具有監控開關開關及控制電路斷路的功能;設備面板指示燈直接顯示開關跳變位置和閉合狀態,對操作維護人員來說更直覺;配置的AM5SE-M馬達保護測控裝置增加了馬達啟動/運行狀態識別,並配備了啟動段、運行段、運行二段等保護功能,解決了馬達啟動電流較大,易於造成假跳問題;保護裝置配備RS485通訊接口,通訊接口在保護裝置之間「手拉手」連接,將資料傳送到Acrel-2000Z電力監控系統,方便查看保護資訊和故障資訊管理。新綜合保護測控裝置改造自投入運作以來,設備運作正常。新型綜合保護裝置的應用,保護功能豐富、操作介面友善、操作維護方便,對於提高水力發電廠廠房的可靠運作、保障電站安全穩定生產具有明顯意義。
參考
[1]NB/T 35010-2013水電廠繼電器繼電器保護設計規範
[2] DL/T 5164-2002 發電廠廠用電源設計技術規範
[3]GB/T 50171-2012電氣設備安裝工程盤、櫃台及二次迴路接線施工及驗收規範
[4] 黃錦新.龍灘水力發電廠10kV廠用電源保護裝置改造
[5]安科瑞用戶變電所綜合自動化及維運解決方案。2021 年 11 月
發佈時間:2022年8月31日