某水電站位于廣西某縣城上游15km處，是“西電東送"的標志性工程，是西部大開(kāi)發(fā)的重要工程。水電站于2001年7月1日開(kāi)工建設，2009年底全部投產(chǎn)建成。設計蓄水位400m，壩高216.5m，壩頂長(cháng)度是836m，庫容273億m3，裝機容量630萬(wàn)kW，年發(fā)電量187億kWh，分兩期建設完成。因電廠(chǎng)輸出容量巨大，對社會(huì )有較大影響。為保障供電質(zhì)量、電力能源長(cháng)期安全可靠供應，該水電站逐步對10kV廠(chǎng)用電綜合保護測控裝置進(jìn)行全新改造。

 

 

       該水電站10kV系統屬于小電流接地系統，其接線(xiàn)形式采用多路電源獨立供電、I～VI段母線(xiàn)互為“手拉手"環(huán)形備用、重要負荷分散配置等特點(diǎn)以保證供電的可靠性。整個(gè)10kV廠(chǎng)用電系統共有7段母線(xiàn)：I、II、III、IV、V、VI段分別取自1、2、3、4、5、7號機組對應的高壓變壓器低壓側；VII段為外來(lái)電源、保安電源和柴油發(fā)電機的引入點(diǎn)，通過(guò)3個(gè)聯(lián)絡(luò )開(kāi)關(guān)分別作為10kV的I、III、VI段母線(xiàn)的備用電源。廠(chǎng)內的所有10kV負荷按照分散、獨立的原則均勻分布在I～VI母線(xiàn)上。10kV廠(chǎng)用母線(xiàn)所接設備按負荷性質(zhì)劃分類(lèi)型為配電變壓器、高壓電動(dòng)機、電壓互感器、聯(lián)絡(luò )開(kāi)關(guān)。該水電站10kV廠(chǎng)用電系統接線(xiàn)見(jiàn)圖1。

圖1 10kV廠(chǎng)用電接線(xiàn)

 

 

       該電廠(chǎng)10kV廠(chǎng)用電原綜合保護測控裝置采用進(jìn)口上海阿?，mMiCOM-P122綜合保護裝置，從2007年5月份設備投產(chǎn)至今，運行年限較長(cháng)。保護裝置電子元器件老化嚴重，保護光耦開(kāi)入元件損壞比較頻繁，對電廠(chǎng)的安全穩定生產(chǎn)造成影響。且廠(chǎng)家已不再生產(chǎn)同型號裝置的備品備件，只能購買(mǎi)升級裝置更換，檢修發(fā)現保護裝置數據不符合要求，因無(wú)備品備件，只能從備用開(kāi)關(guān)保護上調換；其自動(dòng)化水平不高，數字化程度弱，裝置信息管理不方便，在自動(dòng)化程度普遍提高的今天已不能滿(mǎn)足要求；同時(shí)由于設備人機界面和全英文軟件不夠友好，給運維帶來(lái)更多的繁瑣工作，降低工作效率。綜合考慮以上因素，有必要對10kV廠(chǎng)用電綜合保護測控系統進(jìn)行技術(shù)改造。

 

 

       開(kāi)關(guān)柜及其安裝位置保持不變，對原來(lái)所有饋線(xiàn)負荷開(kāi)關(guān)、母聯(lián)開(kāi)關(guān)、PT柜綜合保護測控裝置及內部二次線(xiàn)纜、端子排全部進(jìn)行更換；開(kāi)關(guān)柜面板根據新裝置的尺寸重新設計改造；完成新裝置接入電力監控系統接線(xiàn)、通信接口地址設置工作。在改造過(guò)程中，保持原有保護配置不變的情況下，對操作回路等進(jìn)行優(yōu)化。

 

 

       新綜合保護測控裝置應集控制、保護、故障錄波、測量、信號報警、開(kāi)關(guān)量采集、通訊功能于一體。以三段式無(wú)方向電流保護為核心，配備線(xiàn)路參數的監視及采集功能，并可通過(guò)通訊口將測量數據及保護信息上傳電力監控系統，方便實(shí)現配網(wǎng)自動(dòng)化。根據該水電站10kV廠(chǎng)用電保護裝置換型改造項目對全國供應商進(jìn)行公開(kāi)招標結果，最終選擇采用安科瑞電氣股份有限公司生產(chǎn)的AM5SE系列微機保護測控裝置。

       根據10kV廠(chǎng)用電母線(xiàn)所接設備負荷性質(zhì)的不同，進(jìn)線(xiàn)柜采用AM5SE-F線(xiàn)路保護測控裝置、變壓器柜采用AM5SE-T配電變保護測控裝置、電動(dòng)機柜采用AM5SE-M電動(dòng)機保護測控裝置、母聯(lián)柜采用AM5SE-B備自投保護測控裝置、PT柜采用AM5SE-UB PT監測并列裝置，各型號保護功能如下表所示：

       各型號微機保護測控裝置除配置上述保護功能外，還配置了RS485 通信接口，實(shí)現了與電力監控系統通信；配置了獨立的操作回路監視功能，實(shí)現了操作面板直觀(guān)顯示開(kāi)關(guān)位置狀態(tài)，同時(shí)，對于分合閘回路監視更為完整；內置了防跳功能，用戶(hù)可自由選擇是否投入。新配置的微機保護測控裝置AM5SE系列保護功能豐富，且各菜單可自由設置為中文或英文，利于運維。

 

 

       新配置的AM5SE系列微機綜合保護測控裝置及圖紙由安科瑞電氣股份有限公司負責設計，開(kāi)關(guān)柜全部二次回路原理圖設計工作必須以原水電站10kV高壓柜二次圖紙為基礎進(jìn)行圖紙設置，端子排布置以該圖紙設計為基準，圖紙設計必須符合相關(guān)規程要求。負荷性質(zhì)相同的圖紙設計，其端子號、線(xiàn)號等要求高度統一，有一定的規律。圖紙設計的準確性決定著(zhù)施工調試是否順利和投運后的安全生產(chǎn)。

 

 

       10kV廠(chǎng)用電保護換型改造施工必須具備施工條件：有詳細的施工方案、圖紙；設備管理師完成新設備的驗收工作；施工人員完成安全教育工作；工具、材料齊備。嚴格按照方案、圖紙進(jìn)行施工，保證每一個(gè)環(huán)節順利完成。

6.1 10kV廠(chǎng)用電保護硬件改造

       10kV廠(chǎng)用電保護硬件改造施工主要有3個(gè)環(huán)節：開(kāi)關(guān)柜內端子排更換、舊綜合保護測控裝置拆除和新綜合保護裝置的安裝配線(xiàn)及線(xiàn)纜整理。

6.1.1 端子排更換

       接線(xiàn)端子的更換需要注意的問(wèn)題：接線(xiàn)端子需逐一更換，要求拆開(kāi)一個(gè)接線(xiàn)端子就換一個(gè)接線(xiàn)端子；禁止同時(shí)拆開(kāi)兩個(gè)及以上的接線(xiàn)端子進(jìn)行更換，防止交叉接錯接線(xiàn)端子，造成誤接線(xiàn)，盡量獨自完成一個(gè)開(kāi)關(guān)柜內的端子排更換任務(wù)，也有效防止誤接線(xiàn)；交流電源、直流電源、跳閘回路、信號回路等接線(xiàn)端子添加隔離片，要做好隔離，防止竄通回路；端子間的短接片要壓緊無(wú)松動(dòng)。更換端子排，要保證原回路端子及線(xiàn)號保持不變，下步配線(xiàn)、查線(xiàn)工作才能順利進(jìn)行。

6.1.2 舊綜合保護測控裝置拆除

       根據施工方案和圖紙，拆除需廢除的元器件，包括舊綜合保護測控裝置、開(kāi)關(guān)柜內的中間繼電器、電壓繼電器、時(shí)間繼電器等元器件，以及相關(guān)的二次線(xiàn)纜。拆除時(shí)注意防止人為損壞元器件、誤拆除有用的二次線(xiàn)纜。整理廢除元器件并分類(lèi)，局域存放，防止工作現場(chǎng)一團亂，施工現場(chǎng)應滿(mǎn)足6S要求。

6.1.3 綜合保護測控裝置的安裝配線(xiàn)及線(xiàn)纜整理

       由于新、舊綜合保護測控裝置尺寸不同，開(kāi)關(guān)柜面板上的安裝窗口尺寸不符合新綜合保護測控裝置的尺寸，必須對開(kāi)關(guān)柜面板上的安裝窗口進(jìn)行切割開(kāi)孔擴大，才能安裝新綜合保護測控裝置，切割時(shí)防止刮花面板。與新裝置連接線(xiàn)纜應為新線(xiàn)纜，把不用的線(xiàn)纜全部拆除，防止有寄生回路存在。配線(xiàn)時(shí)嚴格按照設計圖紙進(jìn)行，防止漏接、誤接、誤甩線(xiàn)。新裝置線(xiàn)纜配線(xiàn)應整齊、統一，走線(xiàn)合理，便于檢查和檢修。

6.2 10kV廠(chǎng)用電保護調試

       保護調試主要分4個(gè)環(huán)節：二次回路查線(xiàn)、回路功能驗證、保護裝置靜態(tài)調試及傳動(dòng)試驗。

       根據施工圖紙認真核對每個(gè)端子、每根線(xiàn)號。重點(diǎn)檢查CT二次回路不能開(kāi)路、PT二次回路不能短路及極性和接線(xiàn)應正確；檢查遙測、遙信、遙控等接線(xiàn)應正確；檢查直流控制回路無(wú)短路或接地、交流電壓回路LN之間無(wú)短路；測量直流控制回路對地絕緣電阻滿(mǎn)足要求（1000V）；測量交直流回路是否有電互相竄人。值得注意的是，由于外包單位對該廠(chǎng)二次回路不熟悉，在改造過(guò)程中易漏接、誤接、誤甩線(xiàn)等問(wèn)題，所以二次回路查線(xiàn)是很關(guān)鍵的一項工作，二次回路接線(xiàn)正確與否將影響到主設備的正常運行，若保護二次回路接線(xiàn)錯誤，一旦系統發(fā)生故障，則可能會(huì )使開(kāi)關(guān)拒動(dòng)或誤動(dòng)，造成設備損壞或影響電力系統運行。

       交流電壓、直流控制回路上電，對各回路功能進(jìn)行驗證。檢查遙測、遙信、遙控信號正確，表計、指示燈、照明、加熱器回路正常；開(kāi)關(guān)本體防跳功能正確?？刂苹芈飞想?，進(jìn)一步驗證各回路接線(xiàn)正確無(wú)誤。

       保護裝置靜態(tài)調試是進(jìn)行裝置采樣檢查、定值上傳核對、裝置功能檢驗。通過(guò)CT二次側加電流、PT柜端子加電壓模擬量的方法檢查線(xiàn)路保護裝置AM5SE-F、變壓器保護裝置AM5SE-T、電動(dòng)機保護裝置AM5SE-M、備自投裝置AM5SE-B、PT監測并列裝置AM5SE-UB、電壓表、電流表、監控系統顯示正確，同時(shí)驗證交流電壓、交流電流回路相序、相位正確。根據定值單對保護裝置設置定值并核對，確保定值正確。保護功能檢驗是通過(guò)加模擬量驗證AM5SE系列微機保護測控裝置的動(dòng)作邏輯和動(dòng)作時(shí)間正確性，不會(huì )出現拒動(dòng)和誤動(dòng)，且動(dòng)作時(shí)間應符合要求。保護裝置的靜態(tài)調試，確保保護裝置能靈敏地反應故障，可靠地、快速地發(fā)出報警信號和跳閘指令。

       綜合保護測控裝置與電力監控系統數據連接正確，在后臺能實(shí)時(shí)采集保護裝置上的運行情況、定值、事件記錄等信息。保護裝置接入后臺，提高了繼保系統的管理和故障信息處理的自動(dòng)化水平。

       傳動(dòng)試驗是模擬保護裝置采集到故障量，保護裝置應出口跳閘開(kāi)關(guān)以驗證裝置保護邏輯、跳閘回路和信號回路的正確性；以及驗證通過(guò)上位機操作能遠方正確分合開(kāi)關(guān)。每套保護裝置都要做一個(gè)完整的傳動(dòng)試驗，保證每面開(kāi)關(guān)柜保護裝置保護邏輯、保護出口跳閘、遠方分合開(kāi)關(guān)、信號指示正確。

6.3 改造中遇到的問(wèn)題及優(yōu)化

       新綜合保護測控裝置改造完成后，在做傳動(dòng)試驗時(shí)發(fā)現開(kāi)關(guān)只能進(jìn)行一次合閘，如果再次合閘，只能重啟控制電源后才能合閘。通過(guò)分析發(fā)現斷路器合閘線(xiàn)圈內沒(méi)有常閉點(diǎn)，由于保護裝置里設置了合保持繼電器以確保斷路器能夠可靠合閘，此時(shí)斷路器合閘線(xiàn)圈內由于沒(méi)有常閉點(diǎn)，在合閘之后沒(méi)有斷點(diǎn)形成，導致合保持繼電器能量無(wú)法釋放，以致需重啟，釋放合保持繼電器，才能進(jìn)行下一次合閘。經(jīng)過(guò)與斷路器廠(chǎng)家以及該水電站相關(guān)人員多次溝通，在合閘線(xiàn)圈前串入一組常閉點(diǎn)，從而解決了上述產(chǎn)生的問(wèn)題。以AM5SE-T變壓器保護測控裝置為例，該水電站改造的分合閘回路二次圖如圖2所示。

圖2 AM5SE-T分合閘回路二次圖

 

 

       為實(shí)時(shí)監視整個(gè)配電室的運行以及數據采集，針對該水電站配置一套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10kV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：實(shí)時(shí)監測、電參量查詢(xún)、運行報表、實(shí)時(shí)報警、歷史事件查詢(xún)、電能統計報表、用戶(hù)權限管理、網(wǎng)絡(luò )拓撲圖、電能質(zhì)量監測、遙控功能、通信管理、故障錄波、事故追憶、曲線(xiàn)查詢(xún)、Web訪(fǎng)問(wèn)、APP訪(fǎng)問(wèn)。

 

 

       該水電站10kV廠(chǎng)用電保護裝置換型改造，解決了原綜合保護測控裝置電子元器件老化嚴重、自動(dòng)化水平低、人機界面和軟件不夠友好、維護工作困難等問(wèn)題。更換后的AM5SE系列微機保護測控裝置更加功能化和人性化，裝置液晶更直觀(guān)顯示電壓、電流采樣量以及各種事件記錄；調試軟件功能強大、易操作、易掌握、軟件界面友好；操作回路具有監視開(kāi)關(guān)分合閘狀態(tài)及控制回路斷線(xiàn)功能；裝置面板指示燈直接顯示了開(kāi)關(guān)跳位、合位狀態(tài)，對于運行維護人員來(lái)說(shuō)更為直觀(guān)；配置的AM5SE-M電動(dòng)機保護測控裝置加入了電動(dòng)機啟動(dòng)中/已運行的狀態(tài)識別，并配備有啟動(dòng)中過(guò)流一段、運行過(guò)流一段、運行過(guò)流二段等保護功能，解決了電動(dòng)機啟動(dòng)電流較大，容易造成誤跳的問(wèn)題；保護裝置配置有RS485通信接口，各保護裝置之間通過(guò)“手拉手"將通信接口連接，數據送至Acrel-2000Z電力監控系統，方便查看保護信息及故障信息管理。

       自10kV廠(chǎng)用電新綜合保護測控裝置換型改造完成投運以來(lái)，設備運行情況正常。新綜合保護裝置的應用，保護功能豐富、操作界面友好、運維方便，提高了該水電站廠(chǎng)用電可靠運行，保障了該廠(chǎng)安全、穩定生產(chǎn)，具有明顯意義。

 

[1] NB/T 35010-2013 水力發(fā)電廠(chǎng)繼電保護設計規范

[2] DL/T 5164-2002 電廠(chǎng)廠(chǎng)用電設計技術(shù)規范

[3] GB/T 50171-2012 電氣裝置安裝工程盤(pán)、柜及二次回路接線(xiàn)施工及驗收規范

[4] 黃錦新.龍灘水電站10kV廠(chǎng)用電保護裝置改造

[5] 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