水电站10kV厂用电保护装置改造

王兰

安科瑞电气有限公司 上海嘉定 201801

摘要：对某水电站10kV为了提高厂用电系统供电的可靠性，水电站对10kV全新改造了厂用电保护装置。新微机保护装置的应用，保护功能众多、操作界面友好、运维方便，提高了该水电厂厂用电可靠运行，保障了电厂运行安全、稳定。

关键词：微机保护；可靠性；水电站

0 引言

广西某县上游15个水电站km是西电东送的标志性工程，是西部大开发的重要工程。水电站于2001年7月1日开工建设，2009年底全部投产建成。设计蓄水位400m，坝高216.5m，坝顶长度是836m，库容273亿m33.装机容量630万kW，年发电量187亿kWh，建设分两期完成。由于电厂输出容量大，对社会影响很大。为了保证长期安全可靠的供电质量和电力能源供应，水电站逐步对10进行了处理kV全新改造厂用电综合保护测控装置。

1 水电站10kV工厂用电系统简介

该水电站10kV该系统属于小电流接地系统，采用多路电源独立供电，I～VI为保证供电的可靠性，段母线具有手拉手环形备用、重要负荷分散配置等特点。整个10kV厂用电系统共有7段母线：I、II、III、IV、V、VI分别取自1、2、3、4、5、7号机组对应的高压变压器低压侧；VII该段是外部电源、安全电源和柴油发电机的引入点，通过三个联络开关作为10个kV的I、III、VI段母线备用电源。厂内的所有10kV负荷按照分散和独立的原则均匀分布I～VI母线上。10kV配电变压器、高压电机、电压互感器、联络开关按负荷性质分类。该水电站10kV工厂用电系统接线见图1。

图1 10kV厂用电接线

2 10kV工厂用电保护造原因

该电厂10kV进口上海阿海珐使用电原综合保护控制装置MiCOM-P自2007年5月设备投产以来，122综合保护装置运行寿命较长。保护装置电子元件老化严重，光耦开入元件损坏频繁，影响电厂的安全稳定生产。此外，制造商不再生产相同备件，只能购买升级装置更换，维护发现保护装置数据不符合要求，符合要求，因为没有备件，只能从备用开关保护中更换；自动化水平低，数字化程度弱，设备信息管理不方便，自动化程度不能满足要求；由于设备人机界面和英语软件不友好，给运行和维护带来更繁琐的工作，降低工作效率。有必要综合考虑上述因素10kV工厂用电综合保护测控系统进行技术改造。

3 10kV厂用电保护换型改造要求

开关柜及其安装位置保持不变，所有原始馈线负荷开关、母联开关、PT柜综合保护测控装置及内部二次电缆、终端排全部更换；开关柜面板根据新装置尺寸重新设计改造；完成新装置接入电力监控系统接线和通信接口地址的设置。在改造过程中，保持原有保护配置不变，优化操作回路。

4 新型综合保护测控装置设备的选择

新型综合保护测控装置应集控制、保护、故障录波、测量、信号报警、开关量采集、通信功能于一体。以三段无方向电流保护为核心，配备线路参数监控和采集功能，测量数据和保护信息可通过通信口上传到电力监控系统，便于配电网自动化。根据水电站10kV工厂电气保护装置改造项目对国家供应商进行公开招标结果，最终选择安科瑞电气有限公司生产的AM5SE系列微机保护测控装置。

根据10kV工厂电母线连接设备的负荷性能不同，进线柜采用AM5SE-F线路保护测控装置采用变压器柜AM5SE-T配电变保护测控装置采用电机柜AM5SE-M电机保护测控装置采用母联柜AM5SE-B配备自投保护测控装置，PT柜采用AM5SE-UB PT监控并列装置，各型号的保护功能如下表所示：

除上述保护功能外，各类微机保护测控装置还配备了RS485 通信接口实现与电力监控系统的通信；配备独立的操作电路监控功能，实现操作面板直观显示开关位置状态，分合闸电路监控更完整；内置防跳功能，用户可自由选择是否投资。新配置的微机保护测控装置AM5SE该系列具有丰富的保护功能，每个菜单自由设置为中文或英文，有利于运维。

5 10kV厂用电保护改造图纸设计设计

新配置的AM5SE安科瑞电气有限公司负责设计系列微机综合保护测控装置和图纸，开关柜所有二次回路原理图的设计必须以原水电站10为基础kV在高压柜二次图纸的基础上设置图纸，以图纸设计为基准，图纸设计必须符合相关规定。具有相同负荷性能的图纸设计，其端子号、线号等要求高度统一，有一定的规律。图纸设计的准确性决定了施工调试的顺利进行和投产后的安全生产。

6 10kV厂用电保护换型改造过程

10kV工厂用电保护改造施工必须具备施工条件：详细的施工方案和图纸；设备经理完成新设备验收；施工人员完成安全教育；工具和材料齐全。严格按照方案和图纸施工，确保各环节顺利完成。

6.1 10kV工厂用电保护硬件改造

10kV厂用电保护硬件改造施工主要有三个环节：开关柜端子排更换、旧综合保护测控装置拆除、新综合保护装置安装配线及电缆整理。

6.1.1 端子排更换

更换接线端子需要注意的问题：接线端子需要逐一更换，需要更换接线端子；禁止同时更换两个或两个以上的接线端子，防止错误接线，尽量单独完成开关柜内的端子排更换任务，还能有效防止误接线；在交流电源、直流电源、跳闸电路、信号电路等接线端子上添加隔离片，做好隔离工作，防止逃生电路；端子之间的短接头应压紧而不松动。更换端子排，确保原回路端子和线号保持不变，下一步配线、检查工作顺利进行。

6.1.2 拆除旧综合保护测控装置

根据施工方案和图纸，拆除旧综合保护测控装置、开关柜中间继电器、电压继电器、时间继电器等部件，以及相关二次电缆。拆卸时注意防止人为损坏部件，误拆有用的二次电缆。对废弃部件进行分类，存放在指定区域，防止工作现场混乱，施工现场应满足6个要求S要求。

6.1.3 综合保护测控装置的安装配线和电缆分类

由于新旧综合保护测控装置的尺寸不同，开关柜面板上的安装窗口尺寸不符合新综合保护测控装置的尺寸。在安装新的综合保护测控装置之前，必须切割和扩大开关柜面板上的安装窗口，以防止切割时刮伤面板。与新装置连接的电缆应为新电缆，所有未使用的电缆应拆除，以防止寄生回路。严格按照设计图纸进行配线，防止漏接、误接、误甩线。新设备电缆配线应整齐统一，布线合理，便于检查和维护。

6.2 10kV工厂用电保护调试

保护调试主要分为四个环节：二次电路检查、电路功能验证、保护装置静态调试和传动试验。

根据施工图仔细检查每个端子和线号。重点检查CT二次回路不能开路，PT二次电路不能正确短路、极性和接线；检查遥测、遥信、遥控等接线正确；检查直流控制电路无短路或接地、交流电压电路LN无短路；测量直流控制电路对地绝缘电阻的要求(1万V）；测量交直流电路是否有电相互逃逸。值得注意的是，由于外包商不熟悉工厂二次电路，在改造过程中容易泄漏、误接、误线等问题，二次电路检查是一项关键工作，二次电路接线正确会影响主设备的正常运行，如果保护二次电路接线错误，一旦系统故障，可能会使开关拒绝或误动，造成设备损坏或影响电力系统运行。

交流电压和直流控制电路上电，验证各电路的功能。检查遥测、遥信、遥控信号正确，表、指示灯、照明、加热器电路正常，开关本体防跳功能正确。控制电路上电，进一步验证各电路接线正确。

保护装置静态调试是对装置采样检查、定值上传检查、装置功能检查。通过CT二次侧加电流，PT检查机柜端子电压模拟量的方法AM5SE-F、变压器保护装置AM5SE-T、电机保护装置AM5SE-M、备自投装置AM5SE-B、PT监控并列装置AM5SE-UB、在验证交流电压、交流电流电路相序和相位的同时，正确显示电压表、电流表和监控系统。对保护装置设置定值根据定值单进行检查，确保定值正确。保护功能检验通过加模拟量验证AM5SE系列微机保护测控装置的动作逻辑和动作时间正确，无拒动和误动，动作时间应符合要求。保护装置的静态调试确保保护装置能够灵敏反应故障，并可靠、快速地发出报警信号和跳闸指令。

综合保护测控装置与电力监控系统数据连接正确，后台可实时采集保护装置上的运行情况、定值、事件记录等信息。保护装置接入后台，提高了继保系统的管理和故障信息处理的自动化水平。

       传动试验是模拟保护装置采集到故障量，保护装置应出口跳闸开关以验证装置保护逻辑、跳闸回路和信号回路的正确性；以及验证通过上位机操作能远方正确分合开关。每套保护装置都要做一个完整的传动试验，保证每面开关柜保护装置保护逻辑、保护出口跳闸、远方分合开关、信号指示正确。

6.3 改造中遇到的问题及优化

       新综合保护测控装置改造完成后，在做传动试验时发现开关只能进行一次合闸，如果再次合闸，只能重启控制电源后才能合闸。通过分析发现断路器合闸线圈内没有常闭点，由于保护装置里设置了合保持继电器以确保断路器能够可靠合闸，此时断路器合闸线圈内由于没有常闭点，在合闸之后没有断点形成，导致合保持继电器能量无法释放，以致需重启，释放合保持继电器，才能进行下一次合闸。经过与断路器厂家以及该水电站相关人员多次沟通，在合闸线圈前串入一组常闭点，从而解决了上述产生的问题。以AM5SE-T变压器保护测控装置为例，该水电站改造的分合闸回路二次图如图2所示。

图2 AM5SE-T分合闸回路二次图

7 10kV电力监控系统改造

       为实时监视整个配电室的运行以及数据采集，针对该水电站配置一套Acrel-2000Z电力监控系统，将微机保护的数据上传至电力监控系统，实现对10kV变电站的用电监控与管理，提高自动化管理水平。其可实现的主要功能如下：实时监测、电参量查询、运行报表、实时报警、历史事件查询、电能统计报表、用户权限管理、网络拓扑图、电能质量监测、遥控功能、通信管理、故障录波、事故追忆、曲线查询、Web访问、APP访问。

8 结语

       该水电站10kV厂用电保护装置换型改造，解决了原综合保护测控装置电子元器件老化严重、自动化水平低、人机界面和软件不够友好、维护工作困难等问题。更换后的AM5SE系列微机保护测控装置更加功能化和人性化，装置液晶更直观显示电压、电流采样量以及各种事件记录；调试软件功能强大、易操作、易掌握、软件界面友好；操作回路具有监视开关分合闸状态及控制回路断线功能；装置面板指示灯直接显示了开关跳位、合位状态，对于运行维护人员来说更为直观；配置的AM5SE-M电动机保护测控装置加入了电动机启动中/已运行的状态识别，并配备有启动中过流一段、运行过流一段、运行过流二段等保护功能，解决了电动机启动电流较大，容易造成误跳的问题；保护装置配置有RS485通信接口，各保护装置之间通过“手拉手”将通信接口连接，数据送至Acrel-2000Z电力监控系统，方便查看保护信息及故障信息管理。

       自10kV厂用电新综合保护测控装置换型改造完成投运以来，设备运行情况正常。新综合保护装置的应用，保护功能丰富、操作界面友好、运维方便，提高了该水电站厂用电可靠运行，保障了该厂安全、稳定生产，具有明显意义。

参考文献

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[2] DL/T 5164-2002 电厂厂用电设计技术规范

[3] GB/T 50171-2012 电气装置安装工程盘、柜及二次回路接线施工及验收规范

[4] 黄锦新.龙滩水电站10kV厂用电保护装置改造

[5] 安科瑞用户变电站综合自动化与运维解决方案.2021.11月版