泵站工作中微機繼電保護裝置應用研究

周明政

(蕪湖市水務局排灌管理站，安徽 蕪湖 241000)

泵站工作中微機繼電保護裝置應用研究

周明政

(蕪湖市水務局排灌管理站，安徽 蕪湖 241000)

在信息化技術的不斷發(fā)展下，一些新建的、改造的泵站系統(tǒng)也逐漸開始應用現代化的監(jiān)控手段。本文通過實際案例，對泵站工作中微機繼電保護裝置的應用進行研究。

泵站工作;微機繼電保護裝置;應用

DO I:10.3969/j.issn.1672-2469.2016.08.028

微機繼電保護裝置是一種以計算機軟、硬件為基礎，通過各種數學模型來達到繼電保護功能的一項技術。使用微機繼電保護裝置不僅提高了繼電保護的靈活性和操作性能，并且可以實現裝置的自我檢測、裝置故障參數的顯示、數據的傳輸等功能，具有較高的應用價值。

1 案例介紹

某泵站站房中原設計安裝了6臺28CJ-70立式軸流泵，配套TL1600-40/3250立式同步電動機，設計總裝機容量為9600KW，總設計流量為135m3/s。泵站主要使用電磁式繼電保護方式對主電機進行保護。隨著泵站對自動化程度要求的不斷提升，電磁式繼電設備的問題日益凸顯。為了滿足使用要求，決定對其改造，使用微機繼電保護裝置取代電磁繼電保護裝置。

2 改造前繼電保護裝置存在的一些問題

2.1 可靠性差

電磁式繼電保護裝置具有功率消耗量大、容易磨損、接觸不良、接點容易被燒毛等缺點。由于泵站運行過程中機組的震動比較大，在運行的過程中繼電器會出現拒動和誤動的情況。

2.2 保護完善性差

整個繼電保護設備只可以進行速斷保護和過流保護，對于電動機堵轉、過熱、運行電壓低等故障不能進行保護。

2.3 靈敏度差

保護的時限級差在0.7s以上，出現故障后不能立即切斷。

2.4 保護回路比較復雜

由于接線比較復雜，需要保護和控制的電纜比較多，在檢修和管理過程中耗費的時間長、管理難度大、不宜維護。

3 微機繼電保護裝置的優(yōu)點

3.1 可靠性較高

微機保護裝置主要是利用軟件來對設備進行保護的，當出現線圈故障、接點故障、機械故障時不會產生保護拒動［1］。經過自檢后，可以防止出現保護誤動，具有較高的可靠性。

3.2 靈敏度較高

微機繼電保護裝置可以快速的對信息進行判斷和運算，實施選擇性的保護。微機繼電保護裝置主要使用性能比較高的單片機進行計算，然后利用強大的邏輯功能和計算功能加快保護動作，保護時間差在0.4s左右，靈敏度高。

3.3 管理便利

可以對電壓有效值、電流等進行在線監(jiān)測，管理人員可以更加便捷、直觀的查看運行參數，并且裝置可以自動對調試信息、故障報告、整改值等進行存儲。

3.4 保護裝置靈活

微機繼電保護裝置具有強大的邏輯處理能力和計算能力，可以更加科學的對發(fā)電機進行保護。

3.5 調試方便

微機繼電保護裝置調試非常容易，不需要對單個繼電器進行校驗。

3.6 數據通信方便

利用微機保護裝置可以和上位機進行數據傳輸，還支持多種遠程傳輸，方便與計算機系統(tǒng)聯網。

3.7 抗干擾能力強

硬件設計在供電電源，模擬量輸入，開關量輸入與輸出，通信接口等采用了特殊的隔離與抗干擾措施，抗干擾能力強。

4 微機繼電保護裝置的應用

本泵站繼電保護裝置主要由35kV進線保護、主變保護、同步電機保護、站邊保護構成。此次對泵站進行改造主要是由6臺電動機保護、1臺主變壓器保護和1臺站用變壓器構成，均使用RS485接口進行連接通信［2］。此外，還利用以太網通信口將數據傳輸至PLC。監(jiān)控系統(tǒng)構成如圖1所示。

圖1 泵站監(jiān)控系統(tǒng)圖

4.1 主變壓器保護

主變壓器使用型號為T60微機繼電保護裝置。主變壓器為S9-16000/35型雙圈油浸式變壓器，變壓器的容量為 16000KVA，35+-24×2.5%/10KV，Uk=8.5%。綜合保護單元為T60，在主變開關柜上進行安裝。作為UR保護繼電器的一個成員，T60可以將過流保護元件、比例式差動保護元件、變壓器接線組別制動編程、自適應諧波制動等都整合在一個包中。需要進行重新編程時，只需要將保護功能和自檢功能之間的關系輸入即可。此外，還可以使用通信端口對內部數據進行輸入和輸出，不僅降低了接線和輔助元件的數量，并且可以對輸出硬件、輸入硬件進行擴展。使用T60自檢功能可以實現事件記錄，對整個系統(tǒng)事件的順序進行確定，并且事件可以出發(fā)數字式錄波記錄，并通過URPC軟件對這些記錄進行觀察。

4.2 電動機保護改造

電動機選用型號為SR369HⅠRM000的微機繼電保護裝置進行改造，使用SR369綜合保護單元進行保護。保護原理圖如圖2所示。

圖2 主機控制保護測量原理圖

369屬于數字式繼電器，可以有效保護三相電動機和以及電動機機械設備的安全運行。使用SR369綜合保護系統(tǒng)可以根據電動機的實際負荷電流來對電動機Ⅰ2Rt值的能力進行計算。并按照電動機使用的熱容量計算熱模型的Ⅰ2Rt值，使用RTD可以對定子的溫度進行測量，并根據定子溫度來分析熱模型計算值的正確性，然后更新使用的熱容量值，進而將兩個值中比較高的值反映出來［3］。這個數值不僅會反映出Ⅰ2Rt產生的熱量，也會將冷損失反映出來。在操作面板前面有3個RS485接口和1個RS232接口，所有接口都按照ModBus RTU的規(guī)定進行設置?？梢允褂?69pc軟件、設備前的鍵盤等設備將整定值輸入，并利用顯示器將電動機工作的具體情況顯示出來。此外，還可以使用模擬的方式來確認試驗的正確性。

4.3 站用變壓器的保護改造

站用變壓器使用型號為SCB10-500/10的雙圈干式變壓器，變壓器的總容量為500KVA，35+-24× 2.5%/0.4KV。使用F650作為站變的綜合保護單元，通信接口為RS485，綜合保護單元在開關柜中安裝。F650主要的控制保護功能通過互聯網模塊來執(zhí)行。如圖3所示，主要包含了一組用于檢測電壓和電流的AC互感器，AC互感器在對幅值進行數字化處理后，會立即發(fā)送到數字信號處理器，數字信號處理器接收到數據后會開啟測量功能，并利用寬帶總線將結果發(fā)送至主處理器中。采樣速率可以達到64次/周波，然后利用CPU對輸入和輸出的信號進行控制。

圖3 站變控制保護測量

利用F650可以實現間隔設備的快速監(jiān)控和保護，例如方向元件、過流、頻率、電壓、斷路失靈、檢同期、自動重合閘等保護。

4.4 改造后的應用效果

在對泵站使用微機繼電保護裝置進行改造并投入使用后，取得了良好的運行效果。此系統(tǒng)將繼電保護裝置的功能完全保留下來，繼電器具有更高的抗干擾性、安全性和可靠性。通過屏幕可以將電壓、電流、無功功率、有功功率、功率頻率、功率因數、實際需要的電氣量顯示出來，可以對獨立交流采樣回路進行保護和測量。確保保護裝置的抗飽和性能、測量精確度等達到要求。并且還具有非常系統(tǒng)的自我檢測功能，除了可以采集輸入量以外，還可以利用軟件完成所有計算和邏輯判斷。系統(tǒng)調試和維護都非常簡單，操作起來也比較方便。對其進行各項試驗后，所得到的試驗結果也均達到了使用要求。由于系統(tǒng)保護比較完善，并且和監(jiān)控系統(tǒng)建立了良好的通訊連接，在有故障出現時，會及時將故障數據和信息發(fā)送到監(jiān)控系統(tǒng)，并對動作前故障動作類型以及電氣數據等進行記錄。值班人員在巡檢過程中，可以直接通過操作面板查詢故障，了解設備運行情況，在出現故障后可以及時對故障進行處理，有效保證了機組的正常運行。

5 結論

在分析微機繼電保護裝置泵站的實際運行情況后可以看出，使用功能完善、性能穩(wěn)定的繼電保護裝置可以有效保證灌區(qū)自動化系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性。為了進一步推進微機保護裝置的應用，還需要做好以下幾個方面的工作。

(1)加大維護人員和泵站管理人員在微機保護方面的培訓，要求相關人員了解并掌握設備的基本性能，充分發(fā)揮設備的作用。

(2)盡量選擇資金雄厚、質量過關、功能完善的設備生產廠家購買設備。

(3)所有的保護裝置盡可能在高壓開關柜中進行安裝，以免二次側線過長增加線損導致采集數據時出現誤差［4］。

本站通過對泵站中的繼電保護裝置進行改進，提高了設備的功能，完善了設備的性能。通過改造使泵站實現了自動化運行和管理，提高了作業(yè)人員的工作效率，保證了設備的運行的穩(wěn)定性，達到了預期設定的改造目標。

［1］梁修保.泵站繼電保護設計方法［J］.排灌機械，2006，24 (02):45-47.

［2］余淼.梅梁湖泵站計算機控制系統(tǒng)［J］.排灌機械，2005，23 (05):27-30.

［3］張舉.微機型繼電保護原理［M］.北京:中國水利水電出版社，2004.

［4］閆曉卿.特高壓同步電網繼電保護關鍵問題研究［D］.北京.華北電力大學，2013.

TM774

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1672-2469(2016)08-0088-03

2015-03-30

周明政(1982年—)，男，工程師。