摘要:某冶鋼動(dòng)力廠(chǎng)原有6kV兩段母線(xiàn),現新增III段母線(xiàn),通過(guò)對新增母線(xiàn)從設備選型、控制回路原理設計等方面進(jìn)行改造,尤其配置的AM5SE系列微機保護測控裝置的應用,集控制、保護、測量、開(kāi)關(guān)量采集、通訊功能于一體,提高了設備的可靠性、先進(jìn)性和自動(dòng)化水平。
關(guān)鍵詞:冶鋼動(dòng)力廠(chǎng);微機保護測控裝置;可靠性;先進(jìn)性;自動(dòng)化
0 引言
某冶鋼動(dòng)力廠(chǎng)二總降原有2條6kV母線(xiàn),擔負著(zhù)水泵站、軋鋼站、電爐等負載的主要供電任務(wù),原出線(xiàn)柜均采用傳統繼電保護方式,并且有獨立的直流供電系統和計量系統。在10000m3/h制氧設備增容改造中,與此配套的二總降新增了1臺31500kVA變壓器及III段6kV母線(xiàn),采用安科瑞AM5SE系列微機保護裝置,并增設Acrel-2000Z電力監控系統,實(shí)現對整個(gè)廠(chǎng)區10kV變電站的用電監控與管理,提高自動(dòng)化管理水平。
1 AM5SE系列裝置簡(jiǎn)介
AM5SE系列微機保護裝置采用主頻為168MHz的處理器,16位同步采樣A/D,每周波48點(diǎn)采樣實(shí)時(shí)并行計算;配置512K字節Flash、(192+4)K字節Sram、外置4M字節NorFlash、外置512K字節Sram,硬件資源充足,可靠性高。裝置硬件包括電源模塊、CPU 模塊、開(kāi)入開(kāi)出模塊、控制回路模塊、模擬量采集、通訊模塊等采用模塊化設計,通用性強。同時(shí),裝置具有上電自檢功能,可對MCU內核時(shí)鐘、ADC芯片及外設、液晶模塊、開(kāi)入采集、繼電器輸出、SRAM/FLASH/鐵電、以太網(wǎng)芯片及外設、串口通信外設、USB通信外設等電路上電自檢,若有異??砷]鎖繼電器出口防止保護誤動(dòng)并發(fā)出告警信號。
2 具體應用
該冶鋼動(dòng)力廠(chǎng)新增的1臺31500kVA變壓器容量較大,故針對該變壓器,配置AM5SE-D2差動(dòng)保護裝置、AM5SE-TB后備保護測控裝置,兩臺保護裝置搭配使用,實(shí)現變壓器的差動(dòng)保護、高壓側過(guò)流保護、變壓器的非電量保護;使用AM5SE-F線(xiàn)路保護測控裝置進(jìn)行線(xiàn)路保護,主要設置電流速斷保護、定時(shí)限過(guò)流保護;使用AM5SE-C電容器保護測控裝置對電容器進(jìn)行保護,主要設置電流速斷保護、定時(shí)限過(guò)流保護、欠電壓保護、過(guò)電壓保護、不平衡電壓保護;使用AM5SE-B母聯(lián)保護及備自投裝置,實(shí)現母聯(lián)備自投功能,同時(shí)設置在進(jìn)線(xiàn)出現故障或者手動(dòng)分閘情況下,閉鎖備自投的功能。
2.1 操作回路控制原理
上述AM5SE系列各型號雖然在功能上有所區別,但操作回路控制原理基本一致。對比改造前后的二次操作回路,取消了原防跳繼電器電流起動(dòng)電路,原因在于傳統防跳操作電路一般采用電流起動(dòng)、電壓保持實(shí)現電氣防跳,需要根據斷路器跳、合閘回路通過(guò)的電流值選擇防跳繼電器,通用性差,特別對于跳合閘電流較小的斷路器往往難以實(shí)現。
圖1 控制回路二次原理圖
改造后的操作回路控制原理如圖1所示,可自適應0.25~5A斷路器跳合閘電流。根據圖1,無(wú)論是就地控制還是遠方控制,如此時(shí)回路發(fā)生故障,當斷路器出現手動(dòng)合閘或保護合閘粘連時(shí),TBJ繼電器線(xiàn)圈得電,對應防跳回路的TBJ常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,FTJ繼電器線(xiàn)圈得電,合閘回路的FTJ常閉觸點(diǎn)斷開(kāi),盡管此時(shí)仍有合閘信號輸入,但合閘回路已被斷開(kāi),所以不會(huì )再次合閘,從而可有效防止發(fā)生斷路器跳躍現象,同樣的,若出現分閘粘連,也可觸發(fā)防跳繼電器,實(shí)現防止斷路器跳躍功能。此外,針對該操作回路,增加了跳保持繼電器TBJ和合保持繼電器HBJ,確保無(wú)論是瞬時(shí)還是常保持的分合閘命令,斷路器都可以有效分合閘,在斷路器完成分合閘后,再釋放TBJ繼電器和HBJ繼電器。
2.2 備自投控制回路原理
該冶鋼動(dòng)力廠(chǎng)原有I段、II段兩段母線(xiàn),新增加的III段母線(xiàn)需要與原有的兩段母線(xiàn)實(shí)現分段運行,即若I段、II段母線(xiàn)均失電,則投入3號進(jìn)線(xiàn),由3號進(jìn)線(xiàn)帶全段母線(xiàn)運行。該廠(chǎng)區原有的母聯(lián)備自投裝置由于沒(méi)有過(guò)流失壓閉鎖裝置,即使6kV I段母線(xiàn)因短路故障跳閘失壓,備自投裝置仍然動(dòng)作。如果是過(guò)流保護動(dòng)作跳閘,6kV II段母線(xiàn)電源投入故障母線(xiàn),將對故障點(diǎn)造成再次沖擊,形成更大破壞,甚至使6kV II段母線(xiàn)跳閘,全站停電。在這次改造中,設置了在進(jìn)線(xiàn)出現故障或者手動(dòng)分閘情況下,閉鎖備自投的功能,從而確保了母聯(lián)備自投的選擇性、靈敏性和可靠性。
本次改造后,停用原有的備自投保護功能,根據該冶鋼動(dòng)力廠(chǎng)三進(jìn)線(xiàn)兩聯(lián)絡(luò )的供電方式,在A(yíng)M5SE-B上定制對應的備自投邏輯,根據輸入的6kV I段、II段、III段母線(xiàn)電壓信號、電流信號、各斷路器的位置信號,實(shí)現以下功能:
1)正常情況下,1號進(jìn)線(xiàn)、2號進(jìn)線(xiàn)分列運行,母聯(lián)斷開(kāi),若1號進(jìn)線(xiàn)或2號進(jìn)線(xiàn)失電(無(wú)壓無(wú)流)則備自投跳開(kāi)對應的進(jìn)線(xiàn)斷路器,合母聯(lián)斷路器;若1號進(jìn)線(xiàn)和2號進(jìn)線(xiàn)均失電,則備自投跳開(kāi)1、2號進(jìn)線(xiàn),合3號進(jìn)線(xiàn),最后合上2個(gè)母聯(lián)斷路器。
圖2 AM5SE-B開(kāi)入二次原理圖
2)AM5SE-B備自投保護裝置的開(kāi)入原理圖如圖2所示,在X5.7接入1號進(jìn)線(xiàn)和2號進(jìn)線(xiàn)的保護跳閘、手動(dòng)分閘信號,在回路出現故障時(shí),對應的保護跳閘輸出至閉鎖備自投開(kāi)入,同時(shí),裝置的備自投功能被閉鎖,無(wú)法實(shí)現。
3 6kV電力監控系統改造
為實(shí)時(shí)監視該冶鋼動(dòng)力廠(chǎng)整個(gè)配電室的運行以及數據采集,針對該廠(chǎng)配置一套Acrel-2000Z電力監控系統,將微機保護的數據上傳至電力監控系統,實(shí)現對6kV變電站的用電監控與管理,提高自動(dòng)化管理水平。其可實(shí)現的主要功能如下。
3.1 實(shí)時(shí)監測
可以直觀(guān)顯示變電站一次系統圖,并實(shí)時(shí)顯示各電壓等級各回路的遙測量、遙信量和報警信號等。
3.2 電參量查詢(xún)
在配電一次圖中,可以直接查看該回路詳細電參量,界面也可用棒圖的形式更直觀(guān)的展示三相電流、三相電壓、有功功率、無(wú)功功率、功率因數、電能等。
3.3曲線(xiàn)查詢(xún)
在曲線(xiàn)查詢(xún)界面,可以直接查看各電參量曲線(xiàn),包括三相電流、三相電壓、有功功率、無(wú)功功率、功率因數、溫度等曲線(xiàn)。并統計該曲線(xiàn)查詢(xún)范圍內極值、極值發(fā)生時(shí)間、平均值等。
3.4實(shí)時(shí)告警
具有實(shí)時(shí)告警功能,系統能夠對配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀分、合動(dòng)作等遙信變位,保護動(dòng)作、事故跳閘等事件發(fā)出告警,便于及時(shí)的針對異常情況給用戶(hù)預警。
3.5歷史事件查詢(xún)
能夠對遙信變位,保護動(dòng)作、事故跳閘,以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件記錄進(jìn)行存儲和管理,方便用戶(hù)對系統事件和進(jìn)行歷史追溯、查詢(xún)統計、事故分析??梢园磿r(shí)間、類(lèi)型和設備進(jìn)行查詢(xún)和排序。
3.6用戶(hù)權限管理
為保障系統安全穩定運行,系統設置了用戶(hù)權限管理功能。通過(guò)用戶(hù)權限管理能夠防止未經(jīng)授權的操作(如遙控的操作,數據庫修改等)??梢远x不同級別用戶(hù)的登錄名、密碼及操作權限,為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。
3.7電能質(zhì)量在線(xiàn)監測
可以對整個(gè)配電系統范圍內的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進(jìn)行持續性的監測。
實(shí)時(shí)監測總進(jìn)線(xiàn)和重要出線(xiàn)回路的供電電源電能質(zhì)量,包括穩態(tài)數據監測、暫態(tài)數據監測和故障錄波分析。對供電系統中的電壓偏差、頻率偏差、三相電壓不平衡、三相電流不平衡、2~63次諧波電壓、2~63次諧波電流、0.5~63.5次間諧波電壓、0.5~63.5次間諧波電流、諧波功率、諧波畸變率等實(shí)時(shí)監測,并以柱狀圖進(jìn)行諧波分析。
監測重要回路的電壓波動(dòng)與閃變、電壓暫升/暫降、短時(shí)中斷情況,實(shí)時(shí)記錄事件并故障錄波,為電能質(zhì)量分析與治理提供數據來(lái)源。及時(shí)采取相應的措施提高配電系統的可靠性,減少因諧波造成的供電事故的發(fā)生。
3.8遙控
可以對整個(gè)配電系統范圍內的設備進(jìn)行遠程遙控操作。例如配電系統維護人員可以通過(guò)監控系統的主界面點(diǎn)擊相應的斷路器遙信點(diǎn)調出遙控操作界面,可以及時(shí)執行調度系統或站內相應的操作命令。
3.9故障錄波
可在系統發(fā)生故障時(shí),自動(dòng)準確地記錄故障前、后過(guò)程的各種電氣量的變化情況,通過(guò)對這些電氣量的分析、比較,對分析處理事故、判斷保護是否正確動(dòng)作、提高電力系統安全運行水平有著(zhù)重要作用。
3.10事故追憶
可自動(dòng)記錄事故時(shí)刻前后一段時(shí)間的所有實(shí)時(shí)穩態(tài)信息,包括開(kāi)關(guān)位置、 保護動(dòng)作狀態(tài)、遙測量等,形成事故分析的數據基礎。
3.11通信管理
可以對整個(gè)配電系統范圍內的設備通信情況進(jìn)行管理、控制、數據的實(shí)時(shí)監測??梢圆榭茨硞€(gè)設備的通信和數據報文。
可以完成與各種智能電子設備的通信和數據轉發(fā),包括微機保護、電力儀表、智能操控、直流屏、模擬屏、五防系統和調度等。
3.12 GPS校時(shí)
可集成配置北斗/GPS授時(shí)設備,對系統主機進(jìn)行同步授時(shí),以保證整個(gè)系統設備有統一的時(shí)間基準,為電力系統故障分析提供準確的時(shí)間基準。
該冶鋼動(dòng)力廠(chǎng)改造后的電力監控系統拓撲圖如圖3所示。
圖3 電力監控系統拓撲圖
4 結束語(yǔ)
該冶鋼動(dòng)力廠(chǎng)供電增容改造項目微機綜合保護測控裝置自2020年投運以來(lái),目前裝置運行良好。改造后的AM5SE系列微機保護測控裝置配置全面,記憶功能強大,為今后事故準確分析,正確解決問(wèn)題提供了依據;新配置的Acrel-2000Z電力監控系統,方便查看保護信息及故障信息管理,保障了該廠(chǎng)安全、穩定生產(chǎn)。
參考文獻
[1] 楊正軒. MTPR系列微機綜合保護裝置在工廠(chǎng)供電增容改造中的應用[J]. 電世界, 2010(11):2.
[2] 安科瑞用戶(hù)變電站綜合自動(dòng)化與運維解決方案.2021.11月版
作者介紹:
柏為為,現任職于安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向為繼電保護裝置的應用。