6kV厂用电系统改造微机综合保护测控装置的应用

摘要：发电厂厂用电二次系统设备大多为常规电磁式继电器、电量变送器等。通过对厂用电二次系统从设备选型、设计、施工调试等方面进行的改造，尤其微机综合保护测控装置的应用,集控制、保护、测量、信号报警、开关量采集、通讯功能于一体，提高了设备的可靠性、先进性和自动化水平。
关键词：厂用电二次系统设备微机综合保护测控装置设计施工与调试
1　概述
某电厂单台机组容量为320MW，6kV厂用电两个母线段配电装置及继电保护二次设备均为原俄罗斯产品，继电保护设备基本为电磁式继电器，少部分为整流式和晶体管式继电器，控制操作、防跳回路设备全部为电磁式继电器，二次回路设计复杂凌乱，设备落后、维护工作量大。测量部分均为俄制电量变送器。厂用电计量为电子式电度表。
6kV厂用母线所接设备按负荷性质划分类型为：高压电动机、低压变压器、接地变压器、电压互感器以及母线段电源进线。根据不同性质负荷原继电保护配置类型基本为：电流速断保护、过电流保护、过负荷保护、接地保护、母线低电压保护、母线过电压保护、进线阻抗保护，保护种类较少。测量部分电量变送器类型为：功率变送器、电流变送器、电压变送器。
为解决厂用电系统设备落后，故障频发给安全生产带来的被动局面，拟将6kV厂用两个母线段配电装置进行整体改造。继电保护二次设备亦将随之进行改造，选择合适的微机综合保护测控装置进行二次设备改造的配套。改造后的厂用电系统提高了设备的先进性和可靠性。
2　微机综合保护测控装置的配置
继电保护二次部分根据不同性质负荷，采用不同的微机综合保护测控装置，集控制、保护、测量、信号报警、开关量采集、通讯功能于一体。除满足原开关柜控制、保护配置、测量及信号报警功能外，发挥了微机综合保护测控装置所特有的其它保护配置、有功电度、开关量采集、通讯等功能。对于原由每个母线段集中实现的分级式低电压保护，改由各自配置的综保装置来实现。对于特殊高压电动机，如双速高压电机在原开关柜上由常规继电器实现的控制联锁及切换功能，纳入DCS来实现逻辑，两台开关柜内保证相互硬闭锁，即简化了回路设计又提高了运行的可靠性和安全性。对于测量部分统一由综保装置输出4-20mA直流模拟量提供给DCS，取代原俄制电量变送器。
6kV厂用两个母线段工作电源和备用电源的电能计量，保留原电子式电能表作为厂用电计量方式，由脉冲输入测控装置。
6kV厂用电母线段的工作电源与备用电源的备自投，以及公用系统低压变电源的备自投，采用微机备自投装置来实现，取消原来由电磁式继电器构成的备自投设备及回路。对于机组单元低压变电源的备自投纳入DCS来实现。
微机综合保护测控装置配置种类：
电动机微机综合保护测控装置；
低压变微机综合保护测控装置；
馈线微机综合保护测控装置；
微机阻抗保护装置；
微机备自投装置；
微机电压互感器监测装置；
3　微机综合保护测控装置功能选择
微机综合保护测控装置，集控制、保护、测量、信号报警、开关量采集、通讯功能于一体。装置人机界面友好，功能选择情况如下：
3.1　电动机微机综合保护测控装置
保护配置：电流速断保护、负序过流一段保护、负序过流二段保护、接地保护、过热保护、过热禁止再启动保护、堵转保护、长启动保护、正序过流保护、过负荷保护、欠压保护。其中欠压保护根据母线段所接电动机自启动的要求和分类的不同来配置或停用。
测控配置：遥信量包括8路开入量采集分别为开关分合闸位置、小车开关工作位置和试验位置、接地刀位置，装置内部参数和事故情况。遥测量包括三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、零序电流。装置内嵌高精度智能电度表电量计量。两路4-20mA直流模拟量输出分别为有功功率和电流，作为DCS测量接口。
通讯配置：装置配置智能通讯卡，常规高速RS485现场总线，速率115.2kbps,双网或工业以太网方式组网。
其它配置：独立的操作回路和防跳回路，PT断线闭锁及告警，GPS校时，故障录波。
3.2　低压变微机综合保护测控装置
保护配置：高压侧电流速断保护、高压侧限时速断保护、高压侧过流保护、高压侧过负荷保护、高压侧负序过流一段保护、高压侧负序过流二段保护、高压侧接地保护、低压侧零序过流保护、非电量保护。
测控配置：遥信量包括8路开入量采集分别为开关分合闸位置、小车开关工作位置和试验位置、接地刀位置，装置内部参数和事故情况。遥测量包括三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、零序电流。装置内嵌高精度智能电度表电量计量。两路4-20mA直流模拟量输出分别为有功功率和电流，作为DCS测量接口。
通讯配置：装置配置智能通讯卡，常规高速RS485现场总线，速率115.2kbps,双网或工业以太网方式组网。
其它配置：独立的操作回路和防跳回路，PT断线闭锁及告警，GPS校时，故障录波。
3.3　馈线微机综合保护测控装置
该装置配置在6kV厂用电工作电源进线和备用电源进线。
保护配置：电流速断保护、电流限时速断保护、过流保护、过负荷保护、接地保护。
测控配置：遥信量包括8路开入量采集分别为开关分合闸位置、小车开关工作位置和试验位置、接地刀位置，装置内部参数和事故情况。遥测量包括三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、零序电流。两路脉冲量输入分别为有功电度和无功电度，实现了外部电度表自动抄表。一路4-20mA电流直流模拟量输出，作为DCS测量接口。
通讯配置：装置配置智能通讯卡，常规高速RS485现场总线，速率115.2kbps,双网或工业以太网方式组网。
其它配置：独立的操作回路和防跳回路，PT断线闭锁及告警，GPS校时，故障录波。
3.4　微机阻抗保护装置
该装置配置在6kV厂用电工作电源进线和备用电源进线以及低压变高压侧为远距离电源线。
保护配置：相间短路阻抗保护、过流保护构成电流闭锁阻抗保护。
测控配置：遥测量包括三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、零序电流。
通讯配置：装置配置智能通讯卡，常规高速RS485现场总线，速率115.2kbps,双网或工业以太网方式组网。
其它配置： PT断线闭锁及告警，GPS校时，故障录波。
3.5　微机备自投装置
该装置配置在6kV厂用电工、备电源切换和低压变工、备电源切换回路。
主要功能简述；a.自投功能:工作电源进线开关跳闸后,自投备用电源。工作母线失压，跳开工作电源，自投备用电源。b.联跳自投功能: 工作电源高压侧进线开关跳闸时,联跳低压侧开关，自投备用电源。c.闭锁功能:动作一次后自行闭锁。备用无压，装置将闭锁。PT断线，装置将闭锁。自检结果异常，装置将闭锁。工作、备用进线开关位置异常，装置将闭锁。d.自动复归功能：当就绪状态的条件满足时，装置能自动进入就绪状态，不须人为复归。e.测量显示功能：液晶显示工作母线三相电压、备用母线二相电压，面板灯指示工作、备用电源开关合分位置，装置故障面板灯自动亮可通过液晶画面查看故障情况。f.传动试验功能:可利用液晶菜单中试验项进行开关备自投传动和检查信号回路完好性。g.其它功能: PT回路断线装置将闭锁和告警。备用电源失电时装置将闭锁和告警。追记最近10次自动投入情况。装置自检发生故障时将闭锁和告警。通讯功能。GPS对钟校时。
3.6　微机电压互感器监测装置
该装置配置在6kV厂用母线段和进线电压互感器柜。
保护配置：低电压一段保护、低电压二段保护、低电压三段保护、母线过电压告警、母线低电压告警。
测控配置：遥信量包括8路开入量采集分为PT小车工作位置和试验位置、母线接地刀位置，装置内部参数和事故情况。遥测量包括三相电压、频率、零序电压。一路4-20mA电压直流模拟量输出，作为DCS测量接口。
通讯配置：装置配置智能通讯卡，常规高速RS485现场总线，速率115.2kbps,双网或工业以太网方式组网。
其它配置： PT断线闭锁及告警，GPS校时，故障录波。
4　6kV厂用电二次系统设计要点
6kV厂用两个母线段配电装置开关柜，全部二次回路原理图的设计工作必须结合微机综合保护测控装置原理和原俄罗斯厂用电设计原理基础来完成。对于厂用电这一大型设计工作必须严格遵照《继电保护和安全自动装置技术规定》和《火力发电厂厂用电设计技术规定》等规程的要求。设计的准确性决定着施工调试是否顺利和投运后的安全生产。
在设计上，对6kV厂用两个母线段直流系统电源的布置，由原两个母线段各自独立的一面柜，改为布置在各自母线段接地变本体柜上部的小仓内，并需考虑工作直流电源和备用直流电源的可靠切换和环并问题。开关柜控制、合闸、信号直流电源布置在每个开关柜上部设置的小母线上。6kV开关柜均需考虑柜内加热、照明问题及电源的布置，加热器的总电源布置在接地变本体柜上部小仓内，各开关柜的加热、照明电源，取自每个开关柜上部设置的交流电源小母线上。
按单元机组配电装置和公用系统配电装置的划分，设计每个母线段两台电压互感器的负荷分配，并通过计算合理分配电压互感器负荷，电压小母线布置在每台开关柜的上部。
综保测控装置中的保护和测量交流回路，按保护和测量各自专用电流互感器和电压互感器来设计接入。
6kV厂用综保装置和配电装置的发信方式，按就地和远方两种情况进行设计。就地开关柜面板上设有信号指示灯，直接反映开关分合闸状态、控制回路状态，对于FC开关还反映熔断器的运行状态，综保装置面板上即可通过液晶画面检查当时运行情况，也可通过面板指示灯检查运行情况，如保护动作或装置异常均可通过装置面板直接反映。远方发信方式按每个母线段上机组配电装置和公用系统配电装置的划分，分别向集控室发出配电装置故障信号，实现方法为当某开关柜故障出现时，故障信号经布置在开关柜上的信号小母线，通过对应的电压互感器柜上设置的呼叫装置向集控室发出信号，无论是配电装置故障还是综保装置故障或保护动作均发出同一信号，运行人员可依据集控室呼叫信号就地检查故障设备。
根据6kV厂用两个母线段配电装置实际布置情况，结合不同负荷开关柜配置不同的综保装置的要求，设计两个母线段综保装置挂柜的布置图。
对于不同性质负荷配置的不同综保装置，需设计不同的原理图，主要类型为：电动机控制、保护、测量、信号二次回路原理图，低压变控制、保护、测量、信号二次回路原理图，电源进线控制、保护、测量、信号二次回路原理图，电源进线备自投二次回路原理图，低压变备自投二次回路原理图，阻抗保护二次回路原理图，电压互感器二次回路原理图。
对于相同性质的负荷由于控制方式、功能要求以及编号的不同，需设计不同的原理图，类型为：纳入DCS控制的和外围公用系统硬手操控制以及就地控制的电动机、双速电动机、低压变等，纳入DCS控制的工作电源进线和备用电源进线、备自投、阻抗保护，纳入DCS控制的低压变备自投和外围公用系统硬手操控制的备自投、阻抗保护，就地控制的电源进线和母线段电压互感器等。
根据设计原理要求必须增加的电缆，设计电缆联系图，按电缆联系图进行电缆施工敷设。
改造工作必须对两个母线段所有原设备的控制电缆有所掌握，对每个母线段的每台设备的控制电缆按编号、走向、芯数进行全面统计。
进行保护改造，端子排图纸设计是十分重要的一个环节，按图组织施工，因此做好此项工作是完成好施工必不可少的。结合原设备按控制电缆编号、走向、芯数设计每台改造设备开关柜的端子排图并与外围回路相衔接上。
6kV厂用配电装置改造工作共需设计的图纸种类：配电装置保护挂柜布置图；直流系统布置图；小母线布置图；一次系统图；配电装置保护测量回路二次原理图；电缆联系图；端子排施工图。原开关柜控制电缆统计清册。
开关柜内安装接线图由开关柜制造厂完成。
5　6kV厂用电二次系统改造的施工与调试
改造工作不同于新建，必须充分利用好原有旧电缆，设计原理要求必须增加的电缆按电缆联系图进行敷设。
二次系统设备改造施工，详细施工步骤和安全措施的制定是完成改造工作的关键环节。在旧柜控制电缆拆除前必须做好每根电缆线芯的标记，并将电缆头包好，方可将电缆从旧柜中抽出。新柜及小母线安装、电缆敷设、新旧电缆对应新柜安装、新柜端子排校配以及外围二次回路校配等必须严格按照二次回路接线施工要求进行。微机保护的应用，要求使用屏蔽控制电缆，施工时应将屏蔽电缆两端屏蔽线接地，以防止外部散杂电源对微机保护的干扰。改造工作要利用大量的旧电缆，多为钢铠保护层，可采取将旧电缆两端钢铠接地的措施。调试工作分为二次回路调试、装置静态调试、整组试验、核相及带负荷试验。二次回路调试在柜内二次线校配及与外回路电缆接线结束后进行，交直流回路绝缘测量应良好，直流回路、信号回路传动应符合设计原理，保护出口回路传动正确。新柜的CT、PT二次回路应做为重点测试，极性及接线应正确，防止投运后CT二次开路，PT二次短路。装置静态调试在装置面板设定后通过柜内端子排加电流、电压的方式进行，按所配置的保护逐一进行整定值校验。厂用母线电源及低压变电源备自投装置的调试，通过外加工作和备用电压的方式，带开关模拟工备联动试验。整组试验为保护出口带开关跳闸试验和反应异常状态信号回路试验，每套保护都要试验到，保证保护出口跳闸正确，信号指示正确。核相工作在厂用电倒送电后进行，选定一个运行中的系统，与待测系统同时用两只电压表测量相间电压，当两只电压表的指针摆动方向一致时表明相序正确，要逐相交叉测试，不能遗漏。带负荷试验为首次送电后进行，通过装置液晶画面直接调出运行电流、电压参数检查和用相位表测试相位检查回路接线的正确性。
6　结束语
6kV厂用配电装置改造及微机综合保护测控装置的应用，彻底解决了厂用电系统原俄罗斯二次系统设备落后，可靠性差，二次回路复杂凌乱，自动化水平不高，检修维护工作量大等问题。
改造工作同时对长期影响稳定运行的隐患进行了彻底消除，如：双速电机的控制联锁切换功能原开关柜内由常规继电器实现，不能正常切换，只能投高速或低速运行，改为纳入DCS来实现，电气保证硬闭锁，提高了运行的可靠性。6kV厂用母线段负荷接地保护与接地变接地保护分级跳闸功能的完善，为防止故障扩大，提高了机组安全运行水平等。
6kV厂用两个母线段工作电源的备自投以及低压变电源的备自投，原设计只能用常规电压继电器检测和接点来切换，切换速度慢，可靠性差，采用微机备自投装置应用了电压检测和残压检测提高了厂用电自动切换的快速性和可靠性。
改造后厂用电系统，综合保护测控装置的应用，保护配置全面，记忆功能强大，对今后事故准确分析，正确解决问题提供了依据。
综合保护测控装置有功电度功能的利用，通过组网后进行厂用电电量统计，实现了厂用电负荷电量自动统计与分析。
[参考文献]
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