AM5SE系列微機(jī)保護(hù)測控裝置在某冶鋼動(dòng)力廠供電增容改造中的應(yīng)用

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201800

摘要：某冶鋼動(dòng)力廠原有6kV兩段母線，現(xiàn)新增III段母線，通過對新增母線從設(shè)備選型、控制回路原理設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行改造，尤其配置的AM5SE系列微機(jī)保護(hù)測控裝置的應(yīng)用，集控制、保護(hù)、測量、開關(guān)量采集、通訊功能于一體，提高了設(shè)備的可靠性、先進(jìn)性和自動(dòng)化水平。

關(guān)鍵詞：冶鋼動(dòng)力廠；微機(jī)保護(hù)測控裝置；可靠性；先進(jìn)性；自動(dòng)化

0 引言

某冶鋼動(dòng)力廠二總降原有2條6kV母線，擔(dān)負(fù)著水泵站、軋鋼站、電爐等負(fù)載的主要供電任務(wù)，原出線柜均采用傳統(tǒng)繼電保護(hù)方式，并且有獨(dú)立的直流供電系統(tǒng)和計(jì)量系統(tǒng)。在10000m3/h制氧設(shè)備增容改造中，與此配套的二總降新增了1臺(tái)31500kVA變壓器及III段6kV母線，采用安科瑞AM5SE系列微機(jī)保護(hù)裝置，并增設(shè)Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)廠區(qū)10kV變電站的用電監(jiān)控與管理，提高自動(dòng)化管理水平。

1 AM5SE系列裝置簡介

AM5SE系列微機(jī)保護(hù)裝置采用主頻為168MHz的處理器，16位同步采樣A/D，每周波48點(diǎn)采樣實(shí)時(shí)并行計(jì)算；配置512K字節(jié)Flash、（192+4）K字節(jié)Sram、外置4M字節(jié)NorFlash、外置512K字節(jié)Sram，硬件資源充足，可靠性高。裝置硬件包括電源模塊、CPU 模塊、開入開出模塊、控制回路模塊、模擬量采集、通訊模塊等采用模塊化設(shè)計(jì)，通用性強(qiáng)。同時(shí)，裝置具有上電自檢功能，可對MCU內(nèi)核時(shí)鐘、ADC芯片及外設(shè)、液晶模塊、開入采集、繼電器輸出、SRAM/FLASH/鐵電、以太網(wǎng)芯片及外設(shè)、串口通信外設(shè)、USB通信外設(shè)等電路上電自檢，若有異常可閉鎖繼電器出口防止保護(hù)誤動(dòng)并發(fā)出告警信號(hào)。

2 具體應(yīng)用

該冶鋼動(dòng)力廠新增的1臺(tái)31500kVA變壓器容量較大，故針對該變壓器，配置AM5SE-D2差動(dòng)保護(hù)裝置、AM5SE-TB后備保護(hù)測控裝置，兩臺(tái)保護(hù)裝置搭配使用，實(shí)現(xiàn)變壓器的差動(dòng)保護(hù)、高壓側(cè)過流保護(hù)、變壓器的非電量保護(hù)；使用AM5SE-F線路保護(hù)測控裝置進(jìn)行線路保護(hù)，主要設(shè)置電流速斷保護(hù)、定時(shí)限過流保護(hù)；使用AM5SE-C電容器保護(hù)測控裝置對電容器進(jìn)行保護(hù)，主要設(shè)置電流速斷保護(hù)、定時(shí)限過流保護(hù)、欠電壓保護(hù)、過電壓保護(hù)、不平衡電壓保護(hù)；使用AM5SE-B母聯(lián)保護(hù)及備自投裝置，實(shí)現(xiàn)母聯(lián)備自投功能，同時(shí)設(shè)置在進(jìn)線出現(xiàn)故障或者手動(dòng)分閘情況下，閉鎖備自投的功能。

2.1 操作回路控制原理

上述AM5SE系列各型號(hào)雖然在功能上有所區(qū)別，但操作回路控制原理基本一致。對比改造前后的二次操作回路，取消了原防跳繼電器電流起動(dòng)電路，原因在于傳統(tǒng)防跳操作電路一般采用電流起動(dòng)、電壓保持實(shí)現(xiàn)電氣防跳，需要根據(jù)斷路器跳、合閘回路通過的電流值選擇防跳繼電器，通用性差，特別對于跳合閘電流較小的斷路器往往難以實(shí)現(xiàn)。

圖1 控制回路二次原理圖

改造后的操作回路控制原理如圖1所示，可自適應(yīng)0.25~5A斷路器跳合閘電流。根據(jù)圖1，無論是就地控制還是遠(yuǎn)方控制，如此時(shí)回路發(fā)生故障，當(dāng)斷路器出現(xiàn)手動(dòng)合閘或保護(hù)合閘粘連時(shí)，TBJ繼電器線圈得電，對應(yīng)防跳回路的TBJ常開觸點(diǎn)閉合，F(xiàn)TJ繼電器線圈得電，合閘回路的FTJ常閉觸點(diǎn)斷開，盡管此時(shí)仍有合閘信號(hào)輸入，但合閘回路已被斷開，所以不會(huì)再次合閘，從而可有效防止發(fā)生斷路器跳躍現(xiàn)象，同樣的，若出現(xiàn)分閘粘連，也可觸發(fā)防跳繼電器，實(shí)現(xiàn)防止斷路器跳躍功能。此外，針對該操作回路，增加了跳保持繼電器TBJ和合保持繼電器HBJ，確保無論是瞬時(shí)還是常保持的分合閘命令，斷路器都可以有效分合閘，在斷路器完成分合閘后，再釋放TBJ繼電器和HBJ繼電器。

2.2 備自投控制回路原理

該冶鋼動(dòng)力廠原有I段、II段兩段母線，新增加的III段母線需要與原有的兩段母線實(shí)現(xiàn)分段運(yùn)行，即若I段、II段母線均失電，則投入3號(hào)進(jìn)線，由3號(hào)進(jìn)線帶全段母線運(yùn)行。該廠區(qū)原有的母聯(lián)備自投裝置由于沒有過流失壓閉鎖裝置，即使6kV I段母線因短路故障跳閘失壓，備自投裝置仍然動(dòng)作。如果是過流保護(hù)動(dòng)作跳閘，6kV II段母線電源投入故障母線，將對故障點(diǎn)造成再次沖擊，形成更大破壞，甚至使6kV II段母線跳閘，全站停電。在這次改造中，設(shè)置了在進(jìn)線出現(xiàn)故障或者手動(dòng)分閘情況下，閉鎖備自投的功能，從而確保了母聯(lián)備自投的選擇性、靈敏性和可靠性。

本次改造后，停用原有的備自投保護(hù)功能，根據(jù)該冶鋼動(dòng)力廠三進(jìn)線兩聯(lián)絡(luò)的供電方式，在AM5SE-B上定制對應(yīng)的備自投邏輯，根據(jù)輸入的6kV I段、II段、III段母線電壓信號(hào)、電流信號(hào)、各斷路器的位置信號(hào)，實(shí)現(xiàn)以下功能：

1）正常情況下，1號(hào)進(jìn)線、2號(hào)進(jìn)線分列運(yùn)行，母聯(lián)斷開，若1號(hào)進(jìn)線或2號(hào)進(jìn)線失電（無壓無流）則備自投跳開對應(yīng)的進(jìn)線斷路器，合母聯(lián)斷路器；若1號(hào)進(jìn)線和2號(hào)進(jìn)線均失電，則備自投跳開1、2號(hào)進(jìn)線，合3號(hào)進(jìn)線，最后合上2個(gè)母聯(lián)斷路器。

圖2 AM5SE-B開入二次原理圖

2）AM5SE-B備自投保護(hù)裝置的開入原理圖如圖2所示，在X5.7接入1號(hào)進(jìn)線和2號(hào)進(jìn)線的保護(hù)跳閘、手動(dòng)分閘信號(hào)，在回路出現(xiàn)故障時(shí)，對應(yīng)的保護(hù)跳閘輸出至閉鎖備自投開入，同時(shí)，裝置的備自投功能被閉鎖，無法實(shí)現(xiàn)。

3 6kV電力監(jiān)控系統(tǒng)改造

為實(shí)時(shí)監(jiān)視該冶鋼動(dòng)力廠整個(gè)配電室的運(yùn)行以及數(shù)據(jù)采集，針對該廠配置一套Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)，將微機(jī)保護(hù)的數(shù)據(jù)上傳至電力監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對6kV變電站的用電監(jiān)控與管理，提高自動(dòng)化管理水平。其可實(shí)現(xiàn)的主要功能如下。

3.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測

可以直觀顯示變電站一次系統(tǒng)圖，并實(shí)時(shí)顯示各電壓等級(jí)各回路的遙測量、遙信量和報(bào)警信號(hào)等。

3.2 電參量查詢

在配電一次圖中，可以直接查看該回路詳細(xì)電參量，界面也可用棒圖的形式更直觀的展示三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、電能等。

3.3曲線查詢

在曲線查詢界面，可以直接查看各電參量曲線，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、溫度等曲線。并統(tǒng)計(jì)該曲線查詢范圍內(nèi)極值、極值發(fā)生時(shí)間、平均值等。

3.4實(shí)時(shí)告警

具有實(shí)時(shí)告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈窋嗦菲鳌⒏綦x開關(guān)、接地刀分、合動(dòng)作等遙信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘等事件發(fā)出告警，便于及時(shí)的針對異常情況給用戶預(yù)警。

3.5歷史事件查詢

能夠?qū)b信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和進(jìn)行歷史追溯、查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。可以按時(shí)間、類型和設(shè)備進(jìn)行查詢和排序。

3.6用戶權(quán)限管理

為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，系統(tǒng)設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如遙控的操作，數(shù)據(jù)庫修改等）。可以定義不同級(jí)別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。

3.7電能質(zhì)量在線監(jiān)測

可以對整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測。

實(shí)時(shí)監(jiān)測總進(jìn)線和重要出線回路的供電電源電能質(zhì)量，包括穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測、暫態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測和故障錄波分析。對供電系統(tǒng)中的電壓偏差、頻率偏差、三相電壓不平衡、三相電流不平衡、2～63次諧波電壓、2～63次諧波電流、0.5～63.5次間諧波電壓、0.5～63.5次間諧波電流、諧波功率、諧波畸變率等實(shí)時(shí)監(jiān)測，并以柱狀圖進(jìn)行諧波分析。

監(jiān)測重要回路的電壓波動(dòng)與閃變、電壓暫升/暫降、短時(shí)中斷情況，實(shí)時(shí)記錄事件并故障錄波，為電能質(zhì)量分析與治理提供數(shù)據(jù)來源。及時(shí)采取相應(yīng)的措施提高配電系統(tǒng)的可靠性，減少因諧波造成的供電事故的發(fā)生。

3.8遙控

可以對整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。例如配電系統(tǒng)維護(hù)人員可以通過監(jiān)控系統(tǒng)的主界面點(diǎn)擊相應(yīng)的斷路器遙信點(diǎn)調(diào)出遙控操作界面，可以及時(shí)執(zhí)行調(diào)度系統(tǒng)或站內(nèi)相應(yīng)的操作命令。

3.9故障錄波

可在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)準(zhǔn)確地記錄故障前、后過程的各種電氣量的變化情況，通過對這些電氣量的分析、比較，對分析處理事故、判斷保護(hù)是否正確動(dòng)作、提高電力系統(tǒng)安全運(yùn)行水平有著重要作用。

3.10事故追憶

可自動(dòng)記錄事故時(shí)刻前后一段時(shí)間的所有實(shí)時(shí)穩(wěn)態(tài)信息，包括開關(guān)位置、 保護(hù)動(dòng)作狀態(tài)、遙測量等，形成事故分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3.11通信管理

可以對整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備通信情況進(jìn)行管理、控制、數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。可以查看某個(gè)設(shè)備的通信和數(shù)據(jù)報(bào)文。

可以完成與各種智能電子設(shè)備的通信和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，包括微機(jī)保護(hù)、電力儀表、智能操控、直流屏、模擬屏、五防系統(tǒng)和調(diào)度等。

3.12 GPS校時(shí)

可集成配置北斗/GPS授時(shí)設(shè)備，對系統(tǒng)主機(jī)進(jìn)行同步授時(shí)，以保證整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備有統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)，為電力系統(tǒng)故障分析提供準(zhǔn)確的時(shí)間基準(zhǔn)。

該冶鋼動(dòng)力廠改造后的電力監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖3所示。

圖3 電力監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)鋱D

4 結(jié)束語

該冶鋼動(dòng)力廠供電增容改造項(xiàng)目微機(jī)綜合保護(hù)測控裝置自2020年投運(yùn)以來，目前裝置運(yùn)行良好。改造后的AM5SE系列微機(jī)保護(hù)測控裝置配置全面，記憶功能強(qiáng)大，為今后事故準(zhǔn)確分析，正確解決問題提供了依據(jù)；新配置的Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)，方便查看保護(hù)信息及故障信息管理，保障了該廠安全、穩(wěn)定生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊正軒. MTPR系列微機(jī)綜合保護(hù)裝置在工廠供電增容改造中的應(yīng)用[J]. 電世界, 2010(11):2.

[2] 安科瑞用戶變電站綜合自動(dòng)化與運(yùn)維解決方案.2021.11月版

審核編輯 黃宇