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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：2024-12-27 23:27
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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(duì)諫壁抽水站繼電保護(hù)存在的問(wèn)題，在增容除險(xiǎn)改造工程中，采用了計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，包括計(jì)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(guò)RS485轉(zhuǎn)以太網(wǎng)或直接的以太網(wǎng)口與上位機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)保護(hù)模塊的直接管理。采用369數(shù)字式繼電器，對(duì)三相電動(dòng)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(shí)現(xiàn)對(duì)泵站的控制和監(jiān)視。使用結(jié)果表明，泵站的運(yùn)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(duì)諫壁抽水站繼電保護(hù)存在的問(wèn)題，在增容除險(xiǎn)改造工程中，采用了計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，包括計(jì)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(guò)RS485轉(zhuǎn)以太網(wǎng)或直接的以太網(wǎng)口與上位機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)保護(hù)模塊的直接管理。采用369數(shù)字式繼電器，對(duì)三相電動(dòng)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(shí)現(xiàn)對(duì)泵站的控制和監(jiān)視。使用結(jié)果表明，泵站的運(yùn)行能力及自動(dòng)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(lái)對(duì)電動(dòng)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(dòng)裝 置。當(dāng)這些元件發(fā)生故障或出現(xiàn)不正常運(yùn)行情況 時(shí)，能發(fā)出使故障元件退出運(yùn)行的操作命令，或給值 班人員發(fā)出警告信號(hào)，它和其它裝置配合工作，可以 大大地提高用電系統(tǒng)的運(yùn)行水平。
排灌站運(yùn)行過(guò)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(shí)間要求很短，靠值班人員手動(dòng) 操作有時(shí)無(wú)法辦到，借助保護(hù)裝置可以實(shí)現(xiàn)。繼電保護(hù)滿(mǎn)足選擇性、速動(dòng)性、靈敏性和可靠性的要求。
繼電保護(hù)借助于各個(gè)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(cè)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(gè)設(shè)備 內(nèi)，被稱(chēng)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(guó)大型泵站中成功地采用雙向進(jìn)出水流道設(shè)計(jì)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?jī)?nèi)安裝2. 8CJ- 70型立式全調(diào)節(jié)軸流泵6臺(tái)，配套 TDL- 325/30 - 40型立式同步電動(dòng)機(jī)，設(shè)計(jì)總引排 流量為120 m’/s,總裝機(jī)容量為9 600 kW。從建成 以來(lái)，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(yùn)行以及泵站的自動(dòng)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(kāi)關(guān)柜旁，受潮嚴(yán)重，內(nèi)裝電磁型 繼電器，經(jīng)多年運(yùn)行，機(jī)械失靈、觸頭氧化,調(diào)整困 難，動(dòng)作時(shí)間不滿(mǎn)足要求。電磁式繼電保護(hù)存在的 問(wèn)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(chǔ)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(shì)在必行。
2003年10月開(kāi)始進(jìn)行增容除險(xiǎn)改造工程，設(shè) 計(jì)總引排派量為160 m’/s,總裝機(jī)容量為10 800 kW。對(duì)主機(jī)泵、電氣設(shè)備、輔機(jī)系統(tǒng)、液壓?jiǎn)㈤]機(jī)系 統(tǒng)等進(jìn)行了更新改造，增設(shè)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng),包括計(jì) 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(guó)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(yùn)行能力及自動(dòng)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(dòng)保護(hù)、重瓦斯保護(hù)、輕瓦斯保護(hù)、溫度保護(hù)、過(guò)電流保 護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)）JO kV進(jìn)線保護(hù)（速斷保護(hù)、過(guò)電流保 護(hù)）、同步電機(jī)保護(hù)（速斷保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)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(lì)磁保護(hù)）、 站變保護(hù)（速斷保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)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(tái)主變 壓器保護(hù)、6臺(tái)電動(dòng)機(jī)保護(hù)和一臺(tái)站變保護(hù)組成，其中: 主變壓器保護(hù)采用T60C00HCHF8BH6KM8BP6DU6D W5E；電動(dòng)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(guò)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(guò)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(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)保護(hù)模塊的直接管記錄、故障報(bào)警、事故錄波、電量和非電量(溫度)采 理⑷。泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)組成如圖2所示。
圖2泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)
2.1.1 電動(dòng)機(jī)保護(hù)
改造后的6臺(tái)同步電動(dòng)機(jī)采用TL1800 - 40/ 3300型，單機(jī)功率1800 kW,電壓等級(jí)為10 kV,電動(dòng)機(jī)保護(hù)采用SR369綜合保護(hù)單元，安裝于開(kāi)關(guān)柜上，其控制保護(hù)測(cè)量原理如圖3所示。
圖3主機(jī)控制保護(hù)測(cè)量原理圖
369是一種數(shù)字式繼電器，它提供三相電動(dòng)機(jī) 和其機(jī)械設(shè)備保護(hù)。369電動(dòng)機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的一個(gè)獨(dú)特的功能是其具有基于電動(dòng)機(jī)實(shí)際負(fù)荷電流計(jì)算電動(dòng)機(jī)尹&值的能力。熱模型根據(jù)電動(dòng)機(jī)所采用的熱容量來(lái)計(jì)算該值。RTD能夠測(cè)量定子的溫度，其作為一項(xiàng)熱容量檢查來(lái)確認(rèn)由熱模型計(jì)算出來(lái)的值是否正確。然后，所采用的熱容量將被更新以反映兩個(gè)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(gè)RS232和三個(gè)RS485。對(duì)所有 的接口都用標(biāo)準(zhǔn)的ModBus® RTU規(guī)約，整定值可以 通過(guò)前面的鍵盤(pán)或采用計(jì)算機(jī)和369PC軟件輸入, 通過(guò)面板前的顯示器或通信訪問(wèn)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際工作 狀態(tài)。模擬方式可以進(jìn)行試驗(yàn)和確認(rèn)運(yùn)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(kāi)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(dòng)和過(guò)流保護(hù)元件，自適應(yīng)諧波制動(dòng)、變壓器接線組別制動(dòng)編程和多整定組組合在一個(gè)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(shí)間標(biāo)志能夠確定整個(gè)系統(tǒng)的事件順序。同時(shí)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(tái)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(tái)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(kāi)關(guān)柜內(nèi)。
F650用一系列的互聯(lián)模塊來(lái)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(cè)電流和電壓。這些幅值一經(jīng)數(shù)字化就被送到一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)。該數(shù)字信號(hào)處理器執(zhí)行 測(cè)量功能并通過(guò)一個(gè)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(gè) CPU,該CPU可對(duì)多種輸入/輸出信號(hào)進(jìn)行控制。
圖5站變控制保護(hù)測(cè)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(guò)流、方向元件、電壓、頻率、斷路 器失靈、自動(dòng)重合閘、檢同期等保護(hù)。
2.2系統(tǒng)性能及特點(diǎn)
微機(jī)保護(hù)具有下列特點(diǎn):①保護(hù)功能由軟件實(shí) 現(xiàn);②采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù);③具有數(shù)字儲(chǔ)存功 能,如過(guò)程記憶、錄波等;④容易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方通信,接口 簡(jiǎn)單;⑤具有自動(dòng)測(cè)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(shí)現(xiàn)不同功能。
微機(jī)保護(hù)裝置不單獨(dú)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(bào)警準(zhǔn)確、故障錄波、 順序記錄、故障報(bào)告、自動(dòng)檢測(cè)、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(yùn)行It況良好。該系統(tǒng)保留繼電保護(hù)獨(dú)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(shí)時(shí)電流、電壓、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、 頻率及其它所需的電氣量;保護(hù)和測(cè)量具有獨(dú)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(cè)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(jì)算、邏輯判斷都是由軟件完成,因此系統(tǒng)維護(hù)、調(diào)試簡(jiǎn)單，操作也很方便。微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)中的6臺(tái)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(guò)流、過(guò)負(fù)荷、速斷、差動(dòng) 等各項(xiàng)試驗(yàn)，各繼電器進(jìn)行了動(dòng)作、返回值的校驗(yàn), 試驗(yàn)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(shí)向監(jiān)控系統(tǒng)傳送實(shí)時(shí)的信息和數(shù)據(jù)，并記錄動(dòng)作前相關(guān)電氣數(shù)據(jù)和故障動(dòng)作類(lèi)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(yùn)行狀況和故障査詢(xún), 使故障得到及時(shí)處理，機(jī)組能夠繼續(xù)正常運(yùn)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(cè)控裝置（以下簡(jiǎn)稱(chēng)裝置）集保護(hù)、測(cè)量、控制于一體，適用于35kV 及以下電壓等級(jí)的用戶(hù)終端變電站(所)，可實(shí)現(xiàn)用戶(hù)變電站的保護(hù)和測(cè)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(shí)現(xiàn)方式靈活，通訊采用冗余設(shè)計(jì)。裝置具備獨(dú)立的高精度電流測(cè)量回路，16路開(kāi)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(shí)現(xiàn)無(wú)人值班的終端用戶(hù)變電站配電自動(dòng)化系統(tǒng)。
安科瑞微機(jī)保護(hù)產(chǎn)品選型
3.2 特點(diǎn)
成熟完善的保護(hù)功能
裝置針對(duì)不同一次設(shè)備可以靈活配置不同的保護(hù)功能，可以實(shí)現(xiàn) 35kV 及以下電壓等級(jí)
變配電站保護(hù)測(cè)控功能，適用于線路、母聯(lián)、配電變壓器、高壓電動(dòng)機(jī)、高壓電容器等設(shè)備的保護(hù)和自動(dòng)控制功能。
高性能硬軟件平臺(tái)
裝置采用高性能的硬件平臺(tái)，全部采用工業(yè)級(jí)元器件，專(zhuān)業(yè)的 EMC 設(shè)計(jì)，配合完善的在 線自檢測(cè)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(yùn)算和信息存儲(chǔ)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(jì)，菜單式操作簡(jiǎn)單、便捷；
配備的計(jì)算機(jī)界面的調(diào)試與分析軟件，調(diào)試及維護(hù)簡(jiǎn)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(kāi)關(guān)量輸入通道（交直流兩用)、10 路開(kāi)關(guān)量輸出通道；
2 個(gè) RS485 通訊接口、1 個(gè) RS232 維護(hù)口、1 個(gè) IRIG-B 對(duì)時(shí)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(cè)量電流通道可分別接三相電流；另外兩個(gè)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(shí)時(shí)記錄交流量、開(kāi)入量、開(kāi)出量和所有保護(hù)模塊的狀態(tài)；
記錄內(nèi)部各元件動(dòng)作行為、動(dòng)作時(shí)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(duì)裝置進(jìn)行邏輯編程，滿(mǎn)足多數(shù)用戶(hù)的要求。如
果裝置在使用過(guò)程中需要更換保護(hù)功能，只需通過(guò)裝置的維護(hù)端口更新內(nèi)置邏輯圖即可，實(shí) 現(xiàn)方式簡(jiǎn)單靈活。
高可靠性設(shè)計(jì)
通過(guò) 5 項(xiàng)電磁兼容檢測(cè)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(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
4 結(jié)束語(yǔ)
繼電保護(hù)技術(shù)未來(lái)的趨勢(shì)是向計(jì)算機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，保護(hù)、控制、測(cè)量和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展。隨著泵站自動(dòng)化程度的提高，對(duì)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(guò)增容除險(xiǎn)工程，對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行了改造，不但使泵站實(shí)現(xiàn)了綜合自動(dòng)化，還降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性，達(dá)到了改造工程的預(yù)期目標(biāo)。
作者簡(jiǎn)介：
張娟，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)供配電，Email: 2885050128@qq.com手機(jī)：18701997519 QQ:2885050128
