某水力發電廠10kV電力保護裝置改造

摘要:為了提高10kV電站原有綜合保護測控裝置的可靠性,電子元件老化嚴重,自動化等級低,人機介面和軟體不夠友好,維護工作困難。新型保護測控裝置保護功能眾多,操作介面友好,操作維護方便,提高了水電廠用電的可靠運行,確保了電廠的安全穩定。

關鍵字:10kV保護測控裝置;可靠性;水力發電廠保護

0 簡介

廣西某縣上游15公里處有一座水力發電廠。是「西電東送」的標誌性工程,也是西部大開發的重要工程。該水力發電廠於2001年7月1日動工建設,2009年底全面投入運轉。千瓦時。建設分兩期完成。由於電廠發電量龐大,對社會影響很大。為確保供電品質及電能長期安全可靠供應,水力發電廠逐步改造了新型10kV廠用電綜合保護測控裝置。

1. 10kV廠用電力系統簡介

此水力發電廠10kV系統為小電流接地系統。其接線形式採用多路電源獨立供電,I~VI段母線「手把手」環形備用,重要負載分散配置,確保供電的可靠性。整個10kV電力系統有7條母線:I、II、III、I IV、V、VI段分別取自1、2、3、4、5、7號機組低壓變壓器側;第七節為外部電源、保全電源、柴油發電機引進點,作為10kVⅠ、Ⅲ、VI節母線的備用電源。廠內所有10kV負荷依分散獨立的原則均勻分佈在I~VI母線上。10kV工廠母線連接的設備依負載性質分為配電變壓器、高壓電動機、電壓互感器和接觸開關。接入水電站10kV供電系統如圖1。

10KV繼電器保護

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:

保護繼電器

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。給控制迴路上電,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。

10KV保護繼電器

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17日