龍灘水電站10 kV廠用電保護裝置改造

黃錦新

(龍灘水電開發有限公司龍灘水力發電廠,廣西天峨547300)

龍灘水電站10 kV廠用電保護裝置改造

黃錦新

(龍灘水電開發有限公司龍灘水力發電廠,廣西天峨547300)

針對龍灘水電站10 kV廠用電原綜合保護測控裝置電子元器件老化嚴重、自動化水平低、人機界面和軟件不夠友好、維護工作困難等問題,為提高廠用電系統供電的可靠性,龍灘水電站對10 kV廠用電保護裝置進行了全新改造。新綜合保護裝置的應用,保護功能全面、操作界面友好、運維方便,提高了龍灘水電廠廠用電可靠運行,保障了電廠運行安全、穩定。

廠用電；微機保護；可靠性；龍灘水電站

0 引 言

龍灘水電站位于廣西天峨縣城上游15 km處,是“西電東送”的標志性工程,是西部大開發的重點工程。電站于2001年7月1日開工建設,2009年底全部投產建成。設計蓄水位400 m,壩高216.5 m,壩頂長度是836 m,庫容273億m3,裝機容量630萬kW,年發電量187億kW·h,分兩期建設完成。因電廠輸出容量巨大,對社會有較大影響。為保障供電質量、電力能源長期安全可靠供應。2016年1月起,龍灘水電站逐步對10 kV廠用電綜合保護測控裝置進行全新改造。

1 龍灘水電站10 kV廠用電系統簡介

龍灘水電站10 kV系統屬于小電流接地系統,其接線形式采用多路電源獨立供電、Ⅰ～Ⅵ段母線互為“手拉手”環形備用、重要負荷分散配置等特點以保證供電的可靠性。整個10 kV廠用電系統共有7段母線：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ段分別取至1、2、3、4、5、7號機組對應的高壓廠變壓器低壓側；Ⅶ段為外來電源、保安電源和柴油發電機的引入點,通過3個聯絡開關分別作為10 kV Ⅰ、Ⅲ、Ⅵ段母線的備用電源。廠內的所有10 kV負荷按照分散、獨立的原則均勻分布在Ⅰ～Ⅵ母線上。10 kV廠用母線所接設備按負荷性質劃分類型為低壓變壓器、高壓電動機、電壓互感器、聯絡開關。龍灘水電站10 kV廠用電系統接線見圖1。

2 10 kV廠用電保護換型改造原因

龍灘電廠10 kV廠用電原綜合保護測控裝置采用

圖1 10 kV廠用電接線

進口上海阿海琺MiCOM-P122綜合保護裝置,從2007年5月份設備投產至今,運行已8年之久,運行年限比較長。保護裝置電子元器件老化嚴重,保護光耦開入元件損壞比較頻繁,對電廠的安全穩定生產造成影響。且廠家已不再生產同型號裝置的備品備件,只能購買升級裝置更換,檢修發現保護裝置數據不符合要求,因無備品備件,只能從備用開關保護上調換；其自動化水平不高,數字化程度弱,裝置信息管理不方便,在自動化程度普遍提高的今天已不能滿足要求；同時由于設備人機界面和軟件(全英文)不夠友好,給運維帶來更多的繁瑣工作,降低工作效率。綜合考慮以上因素,有必要對10 kV廠用電綜合保護測控系統進行技術改造。

3 10 kV廠用電保護換型改造要求

保護柜及其安裝位置、外來電纜保持不變,對原來所有饋線負荷開關、母聯開關、小電流接地選線及消諧、PT綜合保護測控裝置及內部二次線纜、端子排全部進行更換；屏柜二次面板根據新裝置的尺寸重新設計改造；完成新裝置接入保護信息子站接線、通信接口程序修改工作。在改造過程中,保持原有保護配置不變的情況下,并對操作回路等進行優化。

4 新綜合保護測控裝置設備的選擇

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、開關量采集、通訊功能于一體。以三段式無方向電流保護為核心,配備線路參數的監視及采集功能,并可通過通訊口將測量數據及保護信息遠傳上位機,方便實現配網自動化。根據龍灘水電站10 kV廠用電保護裝置換型改造項目對全國供應商進行公開招標結果,最終選擇采用南京南瑞繼保工程技術有限公司生產的PCS-9600D系列綜合保護測控裝置。

根據10 kV廠用電母線所接設備負荷性質的不同,低壓變壓器保護采用PCS-9624D、高壓電動機保護采用PCS-9626D、母線電壓保護PCS-9628D、聯絡開關保護采用PCS-9616D,小電流系統接地選線裝置則采用由保定浪拜迪股份有限公司生產的MLN98(V300)。

各類型綜合保護測控裝置都配置了原有的保護功能,同時配置了智能通訊卡功能,實現了與廠內保信子站通信；配置了獨立的操作回路監視功能,實現了操作面板直觀顯示開關位置狀態；配置了保護裝置防跳功能(不投入)。新設備保護功能全面,且人機界面和調試軟件均為中文顯示,利于運維。

5 10 kV廠用電保護改造圖紙設計

新型綜合保護測控裝置及圖紙由南京南瑞繼保工程技術有限公司負責設計,開關柜全部二次回路原理圖設計工作必須以原龍灘水電站10 kV高壓柜二次圖紙為基礎進行圖紙設計,端子排布置以該圖紙設計為基準,圖紙設計必須符合相關規程要求。負荷性質相同的圖紙設計,其端子號、線號等要求高度統一,有一定的規律。圖紙設計的準確性決定著施工調試是否順利和投運后的安全生產。

6 10 kV廠用電保護換型改造過程

10 kV廠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、圖紙進行施工,保證每一個環節順利完成。

6.1 10 kV廠用電保護硬件改造

10 kV廠用電保護硬件改造施工主要有3個環節：屏柜內端子排更換、舊綜合保護測控裝置拆除和新綜合保護裝置的安裝配線及線纜整理。

6.1.1 端子排更換

接線端子的更換需要注意的問題,接線端子需逐一更換,要求拆開一個接線端子就換一個接線端子。禁止同時拆開兩個及以上的接線端子進行更換,防止交叉接錯接線端子,造成誤接線,盡量獨自完成一個盤柜的端子排更換任務,也有效防止誤接線；交流電源、直流電源、跳閘回路、信號回路等接線端子添加隔離片,要做好隔離,防止竄通回路；端子間的短接片要壓緊無松動。更換端子排,要保證原回路端子及線號保持不改變,下步配線、查線工作才能順利進行。

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、屏柜內的中間繼電器、消諧裝置、小電流接地選線裝置、電壓繼電器、時間繼電器等元器件,以及相關的二次線纜。拆除時注意防止人為損壞元器件、誤拆除有用的二次線纜。整理廢除元器件并分類,指定局域存放,防止工作現場一團亂,施工現場應滿足6S要求。

6.1.3 綜合保護測控裝置的安裝配線及線纜整理

由于新、舊綜合保護測控裝置尺寸不同,屏柜二次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,必須對屏柜二次面板上的安裝窗口進行切割開孔擴大,才能安裝新綜合保護測控裝置,切割時防止刮花面板。與新裝置連接線纜應為新線纜,把不用的線纜全部拆除,防止有寄生回路存在。配線時嚴格按照設計圖紙進行,防止漏接、誤接、誤甩線。新裝置線纜配線應整齊、統一,走線合理,便于檢查和檢修。

6.2 10 kV廠用電保護調試

保護調試主要分4個環節：二次回路查線、回路功能驗證、保護裝置靜態調試及傳動試驗。

根據施工圖紙認真核對每個端子、每根線號。重點檢查CT二次回路不能開路、PT二次回路不能短路及極性和接線應正確；檢查遙測、遙信、遙控等接線應正確；檢查直流控制回路無短路或接地、交流電壓回路LN之間無短路；測量直流控制回路對地絕緣電阻滿足要求(1 000 V)；測量交直流回路是否有電互相竄入。值得注意的是,由于外包單位人員對我廠二次回路不熟悉,在改造過程中易漏接、誤接、誤甩線等問題,所以二次回路查線是很關鍵的一項工作,二次回路接線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錯誤,一旦系統發生故障,則可能會使開關拒動或誤動,照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；開關本體防跳功能正確。控制回路上電,進一步驗證各回路接線正確無誤。

保護裝置靜態調試是進行裝置采樣檢查、定值上傳核對、裝置功能檢驗。通過CT根部加電流、PT柜端子加電壓模擬量的方法檢查保護裝置、母線保護裝置、備自投裝置、電壓表、電流表、監控系統采樣顯示正確,同時驗證交流電壓、交流電流回路相序、相位正確。根據最新定值單整定傳入保護裝置并核對,確保定值正確。保護功能檢驗是通過加模擬量驗證綜合保護測控裝置的動作邏輯和動作時間正確性,不該動作的應不動作,該動作的應可靠動作,且動作時間應符合要求。保護裝置的靜態調試,確保保護裝置能靈敏地反應故障,可靠地、快速地發出報警信號和跳閘指令。

綜合保護測控裝置與保護信息子站數據連接正確,在保信后臺能實時采集保護裝置上的運行情況、配置、定值、故障信息等信息。保護裝置接入保信,提高了繼保系統的管理和故障信息處理的自動化水平。

傳動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關以驗證裝置保護邏輯、跳閘回路和信號回路的正確性；以及驗證通過上位機操作能遠方正確分合開關。每套保護裝置都要做一個完成的傳動試驗,保證每屏柜保護裝置保護邏輯、保護出口跳閘、遠方分合開關、信號指示正確。

7 改造中遇到的問題及優化

新綜合保護測控裝置改造完成后,在做傳動試驗時發現當開關在合位時,開關的合、跳位指示燈同時亮,且開關只能進行一次合閘,一次分閘,如需再次合閘,只能重啟控制電源后才能合閘。通過分析發現跳位監視回路與開關機構防跳線圈K1串聯形成勵磁回路,由于回路參數配合不好, K1勵磁電壓較低,K1勵磁并一直自保持,故跳位指示燈保持亮；串聯在合閘回路上的K1常閉接點一直斷開,切斷合閘回路,導致開關不能再次合閘；同時可以發現跳位監視回路與開關機構防跳線圈K1串聯形成一條寄生回路。經過繼保專業人員討論形成的優化方案：跳位監視回路負極與開關常閉輔助接點串聯后直接接入負極電源,從而解決了上述產生的問題,也不存在寄生回路。

Q/CSG 110010—2011《南方電網繼電保護通用技術規范》中對開關防跳功能有專門的描述：“保護裝置和斷路器上的防跳回路應且只應使用其中一套,優先使用斷路器機構防跳。”因此,根據規范要求閉鎖保護裝置的防跳功能,采用開關本體的防跳功能。

8 結 語

龍灘水電站10 kV廠用電保護裝置換型改造,徹底解決了原綜合保護測控裝置電子元器件老化嚴重、自動化水平低、人機界面和軟件不夠友好、維護工作困難等問題。新綜合保護測控裝置更加功能化和人性化,裝置液晶更直觀顯示電壓、電流采樣量、相位以及各種報文；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關分合閘狀態、小車位置及控制回路斷線功能；裝置操作面板指示燈直接顯示了開關跳位、合位狀態；電動機保護裝置操作面板配置了熱復歸按鈕,解決了當過熱保護跳閘后,需緊急啟動電動機,按下熱復歸按鈕進行清零熱積累值,過熱保護不會更快速動作的問題；測控裝置配置有智能通訊卡,用現場總線將裝置通信接口連接起來送至我廠保護信息子站及工程師站,方便查看保護信息及故障信息管理。

自10 kV廠用電新綜合保護裝置換型改造完成投運以來,設備運行情況正常。新綜合保護裝置的應用,保護功能全面、操作界面友好、運維方便,提高了龍灘水電站廠用電可靠運行,保障了我廠安全、穩定生產具有明顯意義。

[1]Q/CSG 110010—2011 南方電網繼電保護通用技術規范[S]．

[2]NB/T 35010—2013 水力發電廠繼電保護設計規范[S]．

[3]DL/T 5164—2002 電廠廠用電設計技術規范[S]．

[4]GB/T 50171—2012 電氣裝置安裝工程盤、 柜及二次回路接線施工及驗收規范[S]．

[5]馮楊州. 關于保護裝置防跳回路與操作機構防跳回路的分析[J]. 電氣傳動自動化, 2005, 27(5): 57- 59．

[6]秦斌, 江華, 李冬. 清江隔河巖水電廠6 kV廠用電改造[J]. 水電與新能源, 2013(2)： 33- 34．

(責任編輯 高 瑜)

Transformation of 10 kV Auxiliary Power Protection System of Longtan Hydropower Station

HUANG Jinxin

(Longtan Hydropower Plant, Longtan Hydropower Development Co., Ltd., Tian’e 547300, Guangxi, China)

In order to improve the reliability of power supply system in the auxiliary power of Longtan Hydropower Station, the protection devices of 10 kV auxiliary power in Longtan Hydropower Station are transformed for solving the operation problems of original integrated protection and control devices, including serious electronic component aging, low automation level, non-friendly man-machine interface and software, and difficult maintenance. The application of new comprehensive protection devices which have comprehensive protection function, friendly interface and convenient operation and maintenance has improved the operation reliability of auxiliary power and guaranteed the safety and stability of station operation．

auxiliary power; microcomputer protection; reliability; Longtan Hydropower Station

2017- 02- 18

黃錦新(1990—),男,廣西武宣人,助理工程師,主要從事水電廠繼電保護維護、調試、安裝技術工作．

TM762.62(267)

A

0559- 9342(2017)04- 0038- 03