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微機保護測控裝置在某冶鋼動力廠供電增容改造中的應用

更新時間：2022-09-30瀏覽：2384次

摘要：某冶鋼動力廠原有6kV兩段母線，現(xiàn)新增III段母線，通過對新增母線從設備選型、控制回路原理設計等方面進行改造，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、開關量采集、通訊功能于一體，提高了設備的可靠性、先進性和自動化水平。

關鍵詞：冶鋼動力廠；微機保護測控裝置；可靠性；先進性；自動化

0 引言

某冶鋼動力廠二總降原有2條6kV母線，擔負著水泵站、軋鋼站、電爐等負載的主要供電任務，原出線柜均采用傳統(tǒng)繼電保護方式，并且有獨立的直流供電系統(tǒng)和計量系統(tǒng)。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，采用安科瑞AM5SE系列微機保護裝置，并增設Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對整個廠區(qū)10kV變電站的用電監(jiān)控與管理，提高自動化管理水平。

1 AM5SE系列裝置簡介

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點采樣實時并行計算；配置512K字節(jié)Flash、（192+4）K字節(jié)Sram、外置4M字節(jié)NorFlash、外置512K字節(jié)Sram，硬件資源充足，可靠性高。裝置硬件包括電源模塊、CPU 模塊、開入開出模塊、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，裝置具有上電自檢功能，可對MCU內核時鐘、ADC芯片及外設、液晶模塊、開入采集、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并發(fā)出告警信號。

2 具體應用

該冶鋼動力廠新增的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，實現(xiàn)變壓器的差動保護、高壓側過流保護、變壓器的非電量保護；使用AM5SE-F線路保護測控裝置進行線路保護，主要設置電流速斷保護、定時限過流保護；使用AM5SE-C電容器保護測控裝置對電容器進行保護，主要設置電流速斷保護、定時限過流保護、欠電壓保護、過電壓保護、不平衡電壓保護；使用AM5SE-B母聯(lián)保護及備自投裝置，實現(xiàn)母聯(lián)備自投功能，同時設置在進線出現(xiàn)故障或者手動分閘情況下，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(qū)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電路，原因在于傳統(tǒng)防跳操作電路一般采用電流起動、電壓保持實現(xiàn)電氣防跳，需要根據(jù)斷路器跳、合閘回路通過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現(xiàn)。

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(jù)圖1，無論是就地控制還是遠方控制，如此時回路發(fā)生故障，當斷路器出現(xiàn)手動合閘或保護合閘粘連時，TBJ繼電器線圈得電，對應防跳回路的TBJ常開觸點閉合，F(xiàn)TJ繼電器線圈得電，合閘回路的FTJ常閉觸點斷開，盡管此時仍有合閘信號輸入，但合閘回路已被斷開，所以不會再次合閘，從而可有效防止發(fā)生斷路器跳躍現(xiàn)象，同樣的，若出現(xiàn)分閘粘連，也可觸發(fā)防跳繼電器，實現(xiàn)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，確保無論是瞬時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

該冶鋼動力廠原有I段、II段兩段母線，新增加的III段母線需要與原有的兩段母線實現(xiàn)分段運行，即若I段、II段母線均失電，則投入3號進線，由3號進線帶全段母線運行。該廠區(qū)原有的母聯(lián)備自投裝置由于沒有過流失壓閉鎖裝置，即使6kV I段母線因短路故障跳閘失壓，備自投裝置仍然動作。如果是過流保護動作跳閘，6kV II段母線電源投入故障母線，將對故障點造成再次沖擊，形成更大破壞，甚至使6kV II段母線跳閘，全站停電。在這次改造中，設置了在進線出現(xiàn)故障或者手動分閘情況下，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(jù)該冶鋼動力廠三進線兩聯(lián)絡的供電方式，在AM5SE-B上定制對應的備自投邏輯，根據(jù)輸入的6kV I段、II段、III段母線電壓信號、電流信號、各斷路器的位置信號，實現(xiàn)以下功能：

1）正常情況下，1號進線、2號進線分列運行，母聯(lián)斷開，若1號進線或2號進線失電（無壓無流）則備自投跳開對應的進線斷路器，合母聯(lián)斷路器；若1號進線和2號進線均失電，則備自投跳開1、2號進線，合3號進線，最后合上2個母聯(lián)斷路器。

圖2 AM5SE-B開入二次原理圖

2）AM5SE-B備自投保護裝置的開入原理圖如圖2所示，在X5.7接入1號進線和2號進線的保護跳閘、手動分閘信號，在回路出現(xiàn)故障時，對應的保護跳閘輸出至閉鎖備自投開入，同時，裝置的備自投功能被閉鎖，無法實現(xiàn)。

3 6kV電力監(jiān)控系統(tǒng)改造

為實時監(jiān)視該冶鋼動力廠整個配電室的運行以及數(shù)據(jù)采集，針對該廠配置一套Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)，將微機保護的數(shù)據(jù)上傳至電力監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對6kV變電站的用電監(jiān)控與管理，提高自動化管理水平。其可實現(xiàn)的主要功能如下。

3.1 實時監(jiān)測

可以直觀顯示變電站一次系統(tǒng)圖，并實時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

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的展示三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、電能等。

3.3曲線查詢

在曲線查詢界面，可以直接查看各電參量曲線，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、溫度等曲線。并統(tǒng)計該曲線查詢范圍內極值、極值發(fā)生時間、平均值等。

3.4實時告警

具有實時告警功能，系統(tǒng)能夠對配電回路斷路器、隔離開關、接地刀分、合動作等遙信變位，保護動作、事故跳閘等事件發(fā)出告警，便于及時的針對異常情況給用戶預警。

3.5歷史事件查詢

能夠對遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和進行歷史追溯、查詢統(tǒng)計、事故分析?？梢园磿r間、類型和設備進行查詢和排序。

3.6用戶權限管理

為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，系統(tǒng)設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如遙控的操作，數(shù)據(jù)庫修改等）?？梢远x不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

3.7電能質量在線監(jiān)測

可以對整個配電系統(tǒng)范圍內的電能質量和電能可靠性狀況進行持續(xù)性的監(jiān)測。

實時監(jiān)測總進線和重要出線回路的供電電源電能質量，包括穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測、暫態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測和故障錄波分析。對供電系統(tǒng)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、諧波畸變率等實時監(jiān)測，并以柱狀圖進行諧波分析。

監(jiān)測重要回路的電壓波動與閃變、電壓暫升/暫降、短時中斷情況，實時記錄事件并故障錄波，為電能質量分析與治理提供數(shù)據(jù)來源。及時采取相應的措施提高配電系統(tǒng)的可靠性，減少因諧波造成的供電事故的發(fā)生。

3.8遙控

可以對整個配電系統(tǒng)范圍內的設備進行遠程遙控操作。例如配電系統(tǒng)維護人員可以通過監(jiān)控系統(tǒng)的主界面點擊相應的斷路器遙信點調出遙控操作界面，可以及時執(zhí)行調度系統(tǒng)或站內相應的操作命令。

3.9故障錄波

可在系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動準確地記錄故障前、后過程的各種電氣量的變化情況，通過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作、提高電力系統(tǒng)安全運行水平有著重要作用。

3.10事故追憶

可自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時穩(wěn)態(tài)信息，包括開關位置、保護動作狀態(tài)、遙測量等，形成事故分析的數(shù)據(jù)基礎。

3.11通信管理

可以對整個配電系統(tǒng)范圍內的設備通信情況進行管理、控制、數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測?？梢圆榭茨硞€設備的通信和數(shù)據(jù)報文。

可以完成與各種智能電子設備的通信和數(shù)據(jù)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(tǒng)和調度等。

3.12 GPS校時

可集成配置北斗/GPS授時設備，對系統(tǒng)主機進行同步授時，以保證整個系統(tǒng)設備有統(tǒng)一的時間基準，為電力系統(tǒng)故障分析提供準確的時間基準。

該冶鋼動力廠改造后的電力監(jiān)控系統(tǒng)拓撲圖如圖3所示。

圖3 電力監(jiān)控系統(tǒng)拓撲圖

4 結束語

該冶鋼動力廠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，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，正確解決問題提供了依據(jù)；新配置的Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)，方便查看保護信息及故障信息管理，保障了該廠安全、穩(wěn)定生產。

參考文獻

[1] 楊正軒. MTPR系列微機綜合保護裝置在工廠供電增容改造中的應用[J]. 電世界, 2010(11):2.

[2] 安科瑞用戶變電站綜合自動化與運維解決方案.2021.11月版

作者介紹：

柏為為，現(xiàn)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。