浅谈微机保护在城市泵站改造中的应用

时间：2020-09-09

摘要：针对谏壁抽水站继电保护存在的问题，在增容除险改造工程中，采用了计算机监控系统，包括计算机集控系统、继电保护系统与图像监控系统。继电保护系统采用微机保护装置，主变保护和站变保护、各机组的微机保护装置通过RS485转以太网或直接的以太网口与上位机通信，实现了监控系统对保护模块的直接管理。采用369数字式继电器，对三相电动机和其机械设备进行保护;采用T60作为变压器保护、F650为站变保护，实现对泵站的控制和监视。使用结果表明，泵站的运行能力及自动化水平都得到了提高，达到了工程改造的预期目标。

关键词：泵站;微机保护;继电器;控制;

继电保护装置是用来对电动机、变压器母线、输配电线路等电气元件进行监视和保护的一种自动装置。当这些元件发生故障或出现不正常运行情况时，能发出使故障元件退出运行的操作命令，或给值班人员发出警告信号，它和其它装置配合工作，可以大大地提高用电系统的运行水平。

排灌站运行过程中，一旦发生事故,要求尽，快地将故障元件切除,缩小事故范围，为了避免事故的扩大，切除故障元件的时间要求很短，靠值班人员手动操作有时无法办到，借助保护装置可以实现。继电保护满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性的要求。

继电保护借助于各个继电器去完成预定的任务，继电器是继电保护的基本元件，继电器历史的发展是:保护、控制和测量功能起初是由机电式元件完成,然后是静态元件完成，后是由数字式设备完成。数字式设备将所有这些功能集成在一个设备内，被称为智能化电子设备(IED)，这些智能型电子设备由硬件、软件、通讯系统等构成.

1 谏壁站改造前的保护

谏壁抽水站是原太湖湖西水利规划中苏南的一座大型电力抽水站，是湖西沿江引排工程的重要组成部分，担负着太湖流域分泄洪水入江、引水冲淤和区域性灌排的多重任务，其中区域受益总面积约八千平方公里。谏壁抽水站是我国大型泵站中成功地采用双向进出水流道设计的泵站，于1975年兴建,1978年建成投产，主体工程包括站房、机电设备、35 kV变电所，上下游引河及交通桥等,站房内安装2. 8CJ- 70型立式全调节轴流泵6台，配套 TDL- 325/30 - 40型立式同步电动机，设计总引排流量为120 m’/s,总装机容量为9 600 kW。从建成以来，在排涝、抗旱中发挥了巨大的作用。

继电保护是泵站电气二次系统的重要组成部分，关系到泵站的运行以及泵站的自动化水平⑵。谏壁站原主机继电保护屏为BK型,安装于主厂房北侧6 kV开关柜旁，受潮严重，内装电磁型继电器，经多年运行，机械失灵、触头氧化,调整困难，动作时间不满足要求。电磁式继电保护存在的问题主要有保护回路元件多、精度不高、维护工作量大，继电器不能在线整定调试,不具备记忆和存储功能,不利于事故检查和分析,不能适应现代化水利管理的需要，改造势在必行。

2003年10月开始进行增容除险改造工程，设计总引排派量为160 m’/s,总装机容量为10 800 kW。对主机泵、电气设备、辅机系统、液压启闭机系统等进行了更新改造，增设计算机监控系统,包括计算机集控系统、继电保护系统与图像监视系统，改造后的泵站电气主接线如图1所示。继电保护系统采用了美国GE公司的微机保护装置，使谏壁抽水站的继电保护系统得到了很好的改善，提高了泵站的运行能力及自动化水平.

2 微机保护

谏壁抽水站的继电保护装置配置有:主变保护(差动保护、重瓦斯保护、轻瓦斯保护、温度保护、过电流保护、过负荷保护)JO kV进线保护(速断保护、过电流保护)、同步电机保护(速断保护、过流保护、过负荷保护、低电压保护、温度保护、冷却水中断保护、励磁保护)、站变保护(速断保护、过流保护、过负荷保护、低电压保护、温度保护)。本改造工程微机保护系统由_台主变压器保护、6台电动机保护和一台站变保护组成，其中: 主变压器保护采用T60C00HCHF8BH6KM8BP6DU6D W5E;电动机保护采用SgHIRMOOO;站变保护采用 F65OBABF1GOHI(选择 RS485 接口)。

主变保护和站变保护及各机组的微机保护装置通过RS485转以太网(站变保护、各机组保护)或直接的以太网口 (主变保护)与上位机通信，并通过以太网通信口向各PLC传输保护相关数据，包括事件集等，从而实现监控系统对保护模块的直接管记录、故障报警、事故录波、电量和非电量(温度)采理⑷。泵站计算机监控系统组成如图2所示。

图2泵站计算机监控系统

2.1.1 电动机保护

改造后的6台同步电动机采用TL1800 - 40/ 3300型，单机功率1800 kW,电压等级为10 kV,电动机保护采用SR369综合保护单元，安装于开关柜上，其控制保护测量原理如图3所示。

图3主机控制保护测量原理图

369是一种数字式继电器，它提供三相电动机和其机械设备保护。369电动机保护系统的一个*特的功能是其具有基于电动机实际负荷电流计算电动机尹&值的能力。热模型根据电动机所采用的热容量来计算该值。RTD能够测量定子的温度，其作为一项热容量检查来确认由热模型计算出来的值是否正确。然后，所采用的热容量将被更新以反映两个值中的较高值。这一数值既反映尸血所产生的热量也反映冷却损失或恶劣的外部环境温度产生的热量。

在面板前有一个RS232和三个RS485。对所有的接口都用标准的ModBus® RTU规约，整定值可以通过前面的键盘或采用计算机和369PC软件输入, 通过面板前的显示器或通信访问电动机的实际工作状态。模拟方式可以进行试验和确认运行正确性。

2.1.2主变压器保护

改造后的主变压器采用S9 - 16000/35型双圈油浸式变压器，容量16 000 kVA,35匕x2.5%/10 kV,%=8.5%,Y/△接线，主变压器保护釆用T60 综合保护单元，安装于主变开关柜上。T60是属于 UR保护继电器家族成员之一，三相、多绕组变压器保护继电器，用于大中小型电力变压器主保护和管理。UR概念块示意图如图4所示。

图4 UR概念块示意图

T60把比例式差动和过流保护元件，自适应谐波制动、变压器接线组别制动编程和多整定组组合在一个包内。

输入、保护功能和输出自检相互关系的逻辑可以用逻辑方程式(HexLogicTM)进行重新编程。除用硬件外，还可以用通信口进行内部的虚拟输入输出，减少了辅助元件和接线。输入输出硬件可以扩展。T60的自检功能包括1024事件记录，时间标志能够确定整个系统的事件顺序。同时事件可以触发数字式的录波记录。URPC软件用于观察这些记录。

2.1.3站变保护

原两台315 kVA站用变压器因6 kV母线改为 10 kV而不能使用，经改造后采用一台SCB10 - 500/10型双圈干式变压器，容量500 kVA, 35兰x 2.5%/0.4 kV,站变保护采用F650综合保护单元 (选择RS485接口)，安装于开关柜内。

F650用一系列的互联模块来执行保护和控制功能如图5所示。它包括了一组AC互感器，用以检测电流和电压。这些幅值一经数字化就被送到一个数字信号处理器(DSP)。该数字信号处理器执行测量功能并通过一个宽带总线同主处理器进行通讯。可使采样速率多达64次/周波。包括一个 CPU,该CPU可对多种输入/输出信号进行控制。

图5站变控制保护测量原理

F650主要用于为间隔层设备提供快速的保护，控制和监视，包括过流、方向元件、电压、频率、断路器失灵、自动重合闸、检同期等保护。

2.2系统性能及特点

微机保护具有下列特点:①保护功能由软件实现;②采用数字信号处理技术;③具有数字储存功能,如过程记忆、录波等;④*实现远方通信,接口简单;⑤具有自动测试和监视功能;软硬件标准化; ⑥公共数据可重复使用实现不同功能。

微机保护装置不单独组屏，全部安装在相应的高压柜上。

微机保护系统具有跳闸和报警准确、故障录波、顺序记录、故障报告、自动检测、参数整定等功能。

2.3应用结果

经改造后的微机保护系统投入使用后，运行It况良好。该系统保留继电保护独立完整的功能，保证继电保护的可靠性和抗干扰性;大屏幕显示实时电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数、频率及其它所需的电气量;保护和测量具有独立的交流采样回路，保证保护装置所要求的抗饱和性能和测量精度;具有完善的自检系统。

微机保护除输入量的采集外，所有计算、逻辑判断都是由软件完成,因此系统维护、调试简单，操作也很方便。微机保护系统中的6台主机管理继电器 (SR369)、站变保护控制器(F650)、主变管理继电器(T60)配合完成了包括过流、过负荷、速断、差动等各项试验，各继电器进行了动作、返回值的校验, 试验结果符合要求。

由于有了完整的系统保护,一方面它与监控系统有良好的通讯连接，出现故障能及时向监控系统传送实时的信息和数据，并记录动作前相关电气数据和故障动作类型,另一方面方便了值班人员的巡视检査, 可直接在继电器的面板上了解运行状况和故障査询, 使故障得到及时处理，机组能够继续正常运行。

3 安科瑞微机保护产品介绍与选型

3.1概述

AM5系列微机保护测控装置(以下简称装置)集保护、测量、控制于一体，适用于35kV 及以下电压等级的用户终端变电站(所)，可实现用户变电站的保护和测控。应用领域覆盖电力、水利、交通、石油、化工、煤炭、冶金等行业。

装置采用先进成熟可靠的保护原理和算法，抗干扰性能强，可靠性高，保护实现方式灵活，通讯采用冗余设计。装置具备独立的高精度电流测量回路，16路开关量采集和10路继电器输出，能与 Acrel-2000 电力监控软件配合，可以实现无人值班的终端用户变电站配电自动化系统。

安科瑞微机保护产品选型

3.2 特点

成熟完善的保护功能

装置针对不同一次设备可以灵活配置不同的保护功能，可以实现 35kV 及以下电压等级

变配电站保护测控功能，适用于线路、母联、配电变压器、高压电动机、高压电容器等设备的保护和自动控制功能。

高性能硬软件平台

装置采用高性能的硬件平台，全部采用工业级元器件，专业的 EMC 设计，配合完善的在线自检测试程序，采用高性能处理器作为保护 CPU，配置以大容量的 RAM 和 Flash，使本产品具有较强的数据处理、逻辑运算和信息存储能力。

人性化

装置采用全汉化大屏幕液晶显示，人机界面清晰易懂;

灵活的按钮设计，菜单式操作简单、便捷;

配备的计算机界面的调试与分析软件，调试及维护简单方便。

丰富的接口资源

8 路交流电流通道、4 路交流电压通道;

16 路开关量输入通道(交直流两用)、10 路开关量输出通道;

2 个 RS485 通讯接口、1 个 RS232 维护口、1 个 IRIG-B 对时口。

灵活方便的接线方式

AM5 的交流电压输入端口可接相电压，也可接线电压或零序电压或不平衡电压，适应各

种 PT 接线方式。保护电流和测量电流通道可分别接三相电流;另外两个交流电流通道可以

接零序电流、不平衡电流或者线路电流。

透明化

实时记录交流量、开入量、开出量和所有保护模块的状态;

记录内部各元件动作行为、动作时间和录波数据。

强大的图形可编程

采用全图形化编程技术，可以根据需要对装置进行逻辑编程，满足多数用户的要求。如

果装置在使用过程中需要更换保护功能，只需通过装置的维护端口更新内置逻辑图即可，实现方式简单灵活。

高可靠性设计

通过 5 项电磁兼容检测认证，电快速瞬变脉冲群、静电放电、浪涌抗干扰性能均达到

IV 级标准。

4 结束语

继电保护技术未来的趋势是向计算机化、网络化、智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化发展。随着泵站自动化程度的提高，对泵站电气二次系统的要求也相应提高，要求保护设备的功能更加齐全，性能更加完善。谏壁抽水站通过增容除险工程，对电气设备进行了改造，不但使泵站实现了综合自动化，还降低了工作人员的劳动强度，提高了设备运行的可靠性，达到了改造工程的预期目标。

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