劉福春，張洋

（1.天津市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，天津300204；2.水利部海河水利委員會(huì)，天津300170）

引灤大張莊泵站微機(jī)綜合保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)

劉福春1，張洋2

（1.天津市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，天津300204；2.水利部海河水利委員會(huì)，天津300170）

大張莊泵站設(shè)1座35 kV戶內(nèi)變電站，裝設(shè)2臺(tái)3 150 kVA、35/6.3 kV主變壓器，本次改造更換現(xiàn)有主變壓器、站用變壓器、35 kV及6 kV配電系統(tǒng)、6 kV同步電動(dòng)機(jī)等微機(jī)綜保裝置，同時(shí)設(shè)置1套變電站智能綜合監(jiān)控系統(tǒng)，采用新型智能綜合微機(jī)保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)變電站及泵站一次設(shè)備的監(jiān)視、測(cè)量、控制、記錄和報(bào)警，對(duì)二次設(shè)備和輔助設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和管理，實(shí)現(xiàn)變電站及泵站微機(jī)監(jiān)控，提高電氣設(shè)備運(yùn)行的可靠性和管理效率，確保引灤入津工程供水安全。

引灤泵站；微機(jī)綜合保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)；35/6kV；改造

1 概況

引灤大張莊泵站位于天津市北辰區(qū)，大張莊鎮(zhèn)東800m的永定新河北側(cè)。引灤入津工程是天津城市供水的生命線，大張莊泵站是引灤入津工程明渠輸水系統(tǒng)的終點(diǎn)提升泵站，輸水設(shè)計(jì)流量為30m3/s，排澇設(shè)計(jì)流量為20m3/s。該泵站自1983年建成通水，至今已連續(xù)30多年向天津中心城區(qū)供水，并承擔(dān)北辰區(qū)永定新河以北部分區(qū)域的汛期排澇任務(wù)，為緩解城市生活用水緊張、美化城市景觀、促進(jìn)各行業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展發(fā)揮了重要的作用。

大張莊泵站微機(jī)綜合保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)，與大張莊泵站工程的運(yùn)行實(shí)際、引灤全線工程管理和信息化建設(shè)相結(jié)合。本著安全輸水、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、運(yùn)行管理方便的設(shè)計(jì)原則，積極采用新技術(shù)、新工藝、新材料和高效節(jié)能設(shè)備，設(shè)計(jì)高質(zhì)量、高水平，并具有一定的前瞻性。工程實(shí)施后，使多年來電氣設(shè)備及土建等原設(shè)計(jì)和運(yùn)行使用設(shè)施老化、損壞所帶來的諸多問題得以根本解決，消除了引灤入津大張莊泵站電氣設(shè)備運(yùn)行中存在的各種隱患，提高了電氣設(shè)備運(yùn)行的安全可靠性和效率，確保了供水的安全。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

（1）依據(jù)有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)程等進(jìn)行規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，做到數(shù)據(jù)的接口定義和傳輸格式標(biāo)準(zhǔn)化。

（2）系統(tǒng)設(shè)計(jì)滿足經(jīng)濟(jì)性、先進(jìn)性、實(shí)用性及安全性統(tǒng)一原則，方案設(shè)計(jì)在經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)成熟可靠的前提下采用最新技術(shù)，使之具有先進(jìn)性、穩(wěn)定性及良好的可擴(kuò)展性和兼容性。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容

3.1 系統(tǒng)綜述

大張莊泵站由2回35 kV進(jìn)線及2臺(tái)3 150 kVA（35/6.3 kV）主變壓器供電，主接線35 kV側(cè)和6.3 kV側(cè)均采用單母線分段接線。本次改造更換現(xiàn)有主變、站變、35和6 kV配電系統(tǒng)、同步電動(dòng)機(jī)等微機(jī)綜保裝置，主要包括：35、6 kV進(jìn)線及母聯(lián)、2臺(tái)主變壓器、2臺(tái)站用變壓器、1臺(tái)所用變壓器、5臺(tái)同步電動(dòng)機(jī)等保護(hù)裝置。設(shè)計(jì)采用新型智能綜合微機(jī)保護(hù)裝置，具有保護(hù)、控制、測(cè)量和通信等功能；綜合微機(jī)保護(hù)裝置設(shè)有大屏幕，可漢字顯示實(shí)時(shí)電流、電壓和功率電度、相應(yīng)及其他所需的電氣量、保護(hù)動(dòng)作信息。保護(hù)和監(jiān)控系統(tǒng)具有各自獨(dú)立的交流采樣回路，既保證了監(jiān)測(cè)精度，又保證了保護(hù)裝置所要求的抗飽和性能，并要求保護(hù)、測(cè)量、控制、操作回路一體化。

本次改造設(shè)1套變電站智能綜合監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于當(dāng)前廣泛應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)總線方式及分布式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)信息的交換和管理，具備保護(hù)、測(cè)量、控制、數(shù)據(jù)采集、諧波分析、用電管理、負(fù)荷控制和運(yùn)行管理等功能，可獨(dú)立完成對(duì)變電站的監(jiān)控運(yùn)行，并通過交換機(jī)接入泵站監(jiān)控主機(jī)。

3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與配置

系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為中心，微機(jī)綜保裝置通過通信管理機(jī)、交換機(jī)向上與變電站、泵站監(jiān)控系統(tǒng)通信，向下與單元裝置通信，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)35、6 kV變電設(shè)備和泵站的一次主設(shè)備的遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)以及對(duì)二次設(shè)備和輔助設(shè)備的遠(yuǎn)方控制和管理。系統(tǒng)可以根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行方式的要求，實(shí)現(xiàn)各種閉環(huán)控制功能。系統(tǒng)具有對(duì)全部的一次設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視、測(cè)量、控制、記錄和報(bào)警的功能及與保護(hù)設(shè)備和遠(yuǎn)方控制中心的通信功能，實(shí)現(xiàn)變電設(shè)備及泵站微機(jī)監(jiān)控。

保護(hù)系統(tǒng)的配置有：通信管理單元4套；主變壓器差動(dòng)保護(hù)單元2套；主變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)單元2套；主變壓器低壓側(cè)后備保護(hù)單元2套；35 kV分段解列、充電保護(hù)單元1套；35 kV線路保護(hù)裝置2套；35 kV兩回進(jìn)線互投裝置1套；35 kV廠用變壓器保護(hù)單元1套；6 kV分段解列保護(hù)單元1套；6 kV進(jìn)線保護(hù)單元2套；6 kV母聯(lián)保護(hù)單元1套；6 kV備自投保護(hù)單元1套；6 kV分段解列保護(hù)單元1套；6 kV PT測(cè)控單元1套；6 kV站用變壓器及箱式變電站保護(hù)單元3套；6 kV電動(dòng)機(jī)保護(hù)單元5套；輔助信息遙控單元1套（負(fù)責(zé)直流控制電源和其他輔助電氣設(shè)備的測(cè)控）；變電站智能綜合監(jiān)控系統(tǒng)1套。

以上配置的所有保護(hù)單元經(jīng)RS485通信接口與通信管理機(jī)連接，所有信號(hào)通過通信管理機(jī)以太網(wǎng)接口接入交換機(jī)上傳至變電站/泵站監(jiān)控主機(jī)。

3.3 系統(tǒng)硬件配置

（1）采用先進(jìn)的工業(yè)級(jí)芯片。保護(hù)模塊使用的CPU總線不出芯片，大大提高了硬件系統(tǒng)的抗干擾及工作可靠性。

（2）各智能單元采用模塊化結(jié)構(gòu)。

（3）采用大屏幕液晶顯示，漢化菜單操作。

（4）本系統(tǒng)各單元有交流插件、出口跳閘及信號(hào)插件、直流逆變電源插件、保護(hù)主控插件、通信監(jiān)控插件、操作回路插件等。

（5）交流插件將系統(tǒng)電壓互感器、電流互感器二次側(cè)強(qiáng)電信號(hào)變換成保護(hù)裝置所需的弱電信號(hào)。

（6）保護(hù)插件設(shè)有經(jīng)過隔離的高速串行485接口，用于與管理機(jī)通信。開出和開入經(jīng)光電隔離，具有很高的抗干擾性能。

（7）通信監(jiān)控插件具有高速數(shù)據(jù)通信485接口，接口隔離且具有防雷擊能力，支持電纜或光纖媒介。

（8）出口跳閘及信號(hào)插件內(nèi)有1個(gè)啟動(dòng)繼電器，其常開接點(diǎn)用來閉鎖跳閘及合閘出口的電源回路，以防誤動(dòng)。

（9）直流逆變電源插件為直流220 V或110 V輸入經(jīng)逆變后輸出本裝置所需直流電源。

3.4 系統(tǒng)保護(hù)配置

（1）35 kV進(jìn)線及母聯(lián)保護(hù)。35 kV進(jìn)線及母聯(lián)保護(hù)包括三段式定時(shí)限過流保護(hù)、三段式零序過流保護(hù)、母聯(lián)充電保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)。

（4）35 kV廠用變壓器、6 kV站用變壓器及箱式變電站保護(hù)。1保護(hù)配置包括兩相限時(shí)電流速斷保護(hù)、兩相限時(shí)過流保護(hù)和限時(shí)速斷后加速、輕、重瓦斯保護(hù)。以上各種保護(hù)均有軟件開關(guān)，可分別投入或退出。2保護(hù)配置遠(yuǎn)動(dòng)功能，包括測(cè)量IA、IB、IC、P、Q、COSφ、f、Wh、varh等量，上送量可根據(jù)用戶要求選送；遙信斷路器位置，手車位置；遙脈本線路有功，無功電量；遙控本線路遙跳遙合。

（6）互投裝置。35 kV及6kV母線為單母線分段，正常時(shí)為單母線，一回進(jìn)線供電，當(dāng)這回進(jìn)線發(fā)生故障時(shí)，要求能自動(dòng)或手動(dòng)投入另一回進(jìn)線供電。

（7）分段解列、充電保護(hù)。分段保護(hù)設(shè)延時(shí)速斷、過流保護(hù)。

（8）通信管理機(jī)。下行口有8個(gè)RS-485通信口（ModBus RTU協(xié)議），其中2個(gè)可設(shè)成上行口；上行口有2個(gè)10/100兆以太網(wǎng)口；裝置電源為AC220V。

3.5 系統(tǒng)設(shè)備布置

變電站為3層建筑，35 kV配電裝置、1臺(tái)315 kVA 35/0.4 kV站用變壓器、35 kV保護(hù)屏布置在3層；2臺(tái)主變壓器、2臺(tái)6 kV站用變壓器、6 kV配電裝置、低壓配電裝置、勵(lì)磁柜、直流屏及控制室等布置在1層。

1#主變壓器微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置設(shè)于1#主變保護(hù)屏內(nèi)，2#主變壓器微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置設(shè)于2#主變保護(hù)屏內(nèi)，35 kV線路、35 kV廠用變壓器及35 kV母聯(lián)等保護(hù)單元設(shè)于35 kV綜合測(cè)控屏內(nèi)，6 kV站用變壓器、6 kV線路、6 kV母聯(lián)、6 kV PT等保護(hù)單元均就地安裝在開關(guān)柜內(nèi)，6 kV電機(jī)保護(hù)測(cè)控單元安裝在電機(jī)現(xiàn)地控制柜內(nèi)。

4 結(jié)語

引灤入津工程是一項(xiàng)大型跨流域調(diào)水工程，引灤入津大張莊泵站是引灤入津工程的重要組成部分，最終將潘家口水庫的優(yōu)質(zhì)水源安全、可靠地輸送到天津，為天津提供一個(gè)水量豐沛、水質(zhì)優(yōu)良的生活和工業(yè)用水水源，緩解天津水資源的供需矛盾。天津市是資源性缺水城市，引灤對(duì)于天津的生存和發(fā)展具有不可替代的戰(zhàn)略意義。大張莊泵站作為引灤的提升泵站，更新改造工程不僅將產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益，也具有重大戰(zhàn)略意義。本泵站微機(jī)綜合保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)更新改造完成后，可保證引灤入津工程供水安全，提高天津市城市供水保證率，改善城市水環(huán)境，遏制生態(tài)環(huán)境惡化，從而保障天津市社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展。

TV685；TP399

B

1004-7328（2014）03-0062-03

10.3969/j.issn.1004-7328.2014.03.022

2014-01-21

劉福春（1981-），男，工程師，主要從事水利電氣設(shè)計(jì)工作。