周明政

(蕪湖市水務(wù)局排灌管理站，安徽 蕪湖 241000)

泵站工作中微機(jī)繼電保護(hù)裝置應(yīng)用研究

周明政

(蕪湖市水務(wù)局排灌管理站，安徽 蕪湖 241000)

在信息化技術(shù)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(yīng)用現(xiàn)代化的監(jiān)控手段。本文通過實(shí)際案例，對(duì)泵站工作中微機(jī)繼電保護(hù)裝置的應(yīng)用進(jìn)行研究。

泵站工作;微機(jī)繼電保護(hù)裝置;應(yīng)用

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

微機(jī)繼電保護(hù)裝置是一種以計(jì)算機(jī)軟、硬件為基礎(chǔ)，通過各種數(shù)學(xué)模型來達(dá)到繼電保護(hù)功能的一項(xiàng)技術(shù)。使用微機(jī)繼電保護(hù)裝置不僅提高了繼電保護(hù)的靈活性和操作性能，并且可以實(shí)現(xiàn)裝置的自我檢測(cè)、裝置故障參數(shù)的顯示、數(shù)據(jù)的傳輸?shù)裙δ?，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

1 案例介紹

某泵站站房中原設(shè)計(jì)安裝了6臺(tái)28CJ-70立式軸流泵，配套TL1600-40/3250立式同步電動(dòng)機(jī)，設(shè)計(jì)總裝機(jī)容量為9600KW，總設(shè)計(jì)流量為135m3/s。泵站主要使用電磁式繼電保護(hù)方式對(duì)主電機(jī)進(jìn)行保護(hù)。隨著泵站對(duì)自動(dòng)化程度要求的不斷提升，電磁式繼電設(shè)備的問題日益凸顯。為了滿足使用要求，決定對(duì)其改造，使用微機(jī)繼電保護(hù)裝置取代電磁繼電保護(hù)裝置。

2 改造前繼電保護(hù)裝置存在的一些問題

2.1 可靠性差

電磁式繼電保護(hù)裝置具有功率消耗量大、容易磨損、接觸不良、接點(diǎn)容易被燒毛等缺點(diǎn)。由于泵站運(yùn)行過程中機(jī)組的震動(dòng)比較大，在運(yùn)行的過程中繼電器會(huì)出現(xiàn)拒動(dòng)和誤動(dòng)的情況。

2.2 保護(hù)完善性差

整個(gè)繼電保護(hù)設(shè)備只可以進(jìn)行速斷保護(hù)和過流保護(hù)，對(duì)于電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)、過熱、運(yùn)行電壓低等故障不能進(jìn)行保護(hù)。

2.3 靈敏度差

保護(hù)的時(shí)限級(jí)差在0.7s以上，出現(xiàn)故障后不能立即切斷。

2.4 保護(hù)回路比較復(fù)雜

由于接線比較復(fù)雜，需要保護(hù)和控制的電纜比較多，在檢修和管理過程中耗費(fèi)的時(shí)間長(zhǎng)、管理難度大、不宜維護(hù)。

3 微機(jī)繼電保護(hù)裝置的優(yōu)點(diǎn)

3.1 可靠性較高

微機(jī)保護(hù)裝置主要是利用軟件來對(duì)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)的，當(dāng)出現(xiàn)線圈故障、接點(diǎn)故障、機(jī)械故障時(shí)不會(huì)產(chǎn)生保護(hù)拒動(dòng)［1］。經(jīng)過自檢后，可以防止出現(xiàn)保護(hù)誤動(dòng)，具有較高的可靠性。

3.2 靈敏度較高

微機(jī)繼電保護(hù)裝置可以快速的對(duì)信息進(jìn)行判斷和運(yùn)算，實(shí)施選擇性的保護(hù)。微機(jī)繼電保護(hù)裝置主要使用性能比較高的單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算，然后利用強(qiáng)大的邏輯功能和計(jì)算功能加快保護(hù)動(dòng)作，保護(hù)時(shí)間差在0.4s左右，靈敏度高。

3.3 管理便利

可以對(duì)電壓有效值、電流等進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，管理人員可以更加便捷、直觀的查看運(yùn)行參數(shù)，并且裝置可以自動(dòng)對(duì)調(diào)試信息、故障報(bào)告、整改值等進(jìn)行存儲(chǔ)。

3.4 保護(hù)裝置靈活

微機(jī)繼電保護(hù)裝置具有強(qiáng)大的邏輯處理能力和計(jì)算能力，可以更加科學(xué)的對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行保護(hù)。

3.5 調(diào)試方便

微機(jī)繼電保護(hù)裝置調(diào)試非常容易，不需要對(duì)單個(gè)繼電器進(jìn)行校驗(yàn)。

3.6 數(shù)據(jù)通信方便

利用微機(jī)保護(hù)裝置可以和上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，還支持多種遠(yuǎn)程傳輸，方便與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。

3.7 抗干擾能力強(qiáng)

硬件設(shè)計(jì)在供電電源，模擬量輸入，開關(guān)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(qiáng)。

4 微機(jī)繼電保護(hù)裝置的應(yīng)用

本泵站繼電保護(hù)裝置主要由35kV進(jìn)線保護(hù)、主變保護(hù)、同步電機(jī)保護(hù)、站邊保護(hù)構(gòu)成。此次對(duì)泵站進(jìn)行改造主要是由6臺(tái)電動(dòng)機(jī)保護(hù)、1臺(tái)主變壓器保護(hù)和1臺(tái)站用變壓器構(gòu)成，均使用RS485接口進(jìn)行連接通信［2］。此外，還利用以太網(wǎng)通信口將數(shù)據(jù)傳輸至PLC。監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)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(hù)

主變壓器使用型號(hào)為T60微機(jī)繼電保護(hù)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(hù)單元為T60，在主變開關(guān)柜上進(jìn)行安裝。作為UR保護(hù)繼電器的一個(gè)成員，T60可以將過流保護(hù)元件、比例式差動(dòng)保護(hù)元件、變壓器接線組別制動(dòng)編程、自適應(yīng)諧波制動(dòng)等都整合在一個(gè)包中。需要進(jìn)行重新編程時(shí)，只需要將保護(hù)功能和自檢功能之間的關(guān)系輸入即可。此外，還可以使用通信端口對(duì)內(nèi)部數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入和輸出，不僅降低了接線和輔助元件的數(shù)量，并且可以對(duì)輸出硬件、輸入硬件進(jìn)行擴(kuò)展。使用T60自檢功能可以實(shí)現(xiàn)事件記錄，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)事件的順序進(jìn)行確定，并且事件可以出發(fā)數(shù)字式錄波記錄，并通過URPC軟件對(duì)這些記錄進(jìn)行觀察。

4.2 電動(dòng)機(jī)保護(hù)改造

電動(dòng)機(jī)選用型號(hào)為SR369HⅠRM000的微機(jī)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行改造，使用SR369綜合保護(hù)單元進(jìn)行保護(hù)。保護(hù)原理圖如圖2所示。

圖2 主機(jī)控制保護(hù)測(cè)量原理圖

369屬于數(shù)字式繼電器，可以有效保護(hù)三相電動(dòng)機(jī)和以及電動(dòng)機(jī)機(jī)械設(shè)備的安全運(yùn)行。使用SR369綜合保護(hù)系統(tǒng)可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際負(fù)荷電流來對(duì)電動(dòng)機(jī)Ⅰ2Rt值的能力進(jìn)行計(jì)算。并按照電動(dòng)機(jī)使用的熱容量計(jì)算熱模型的Ⅰ2Rt值，使用RTD可以對(duì)定子的溫度進(jìn)行測(cè)量，并根據(jù)定子溫度來分析熱模型計(jì)算值的正確性，然后更新使用的熱容量值，進(jìn)而將兩個(gè)值中比較高的值反映出來［3］。這個(gè)數(shù)值不僅會(huì)反映出Ⅰ2Rt產(chǎn)生的熱量，也會(huì)將冷損失反映出來。在操作面板前面有3個(gè)RS485接口和1個(gè)RS232接口，所有接口都按照ModBus RTU的規(guī)定進(jìn)行設(shè)置。可以使用369pc軟件、設(shè)備前的鍵盤等設(shè)備將整定值輸入，并利用顯示器將電動(dòng)機(jī)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(rèn)試驗(yàn)的正確性。

4.3 站用變壓器的保護(hù)改造

站用變壓器使用型號(hào)為SCB10-500/10的雙圈干式變壓器，變壓器的總?cè)萘繛?00KVA，35+-24× 2.5%/0.4KV。使用F650作為站變的綜合保護(hù)單元，通信接口為RS485，綜合保護(hù)單元在開關(guān)柜中安裝。F650主要的控制保護(hù)功能通過互聯(lián)網(wǎng)模塊來執(zhí)行。如圖3所示，主要包含了一組用于檢測(cè)電壓和電流的AC互感器，AC互感器在對(duì)幅值進(jìn)行數(shù)字化處理后，會(huì)立即發(fā)送到數(shù)字信號(hào)處理器，數(shù)字信號(hào)處理器接收到數(shù)據(jù)后會(huì)開啟測(cè)量功能，并利用寬帶總線將結(jié)果發(fā)送至主處理器中。采樣速率可以達(dá)到64次/周波，然后利用CPU對(duì)輸入和輸出的信號(hào)進(jìn)行控制。

圖3 站變控制保護(hù)測(cè)量

利用F650可以實(shí)現(xiàn)間隔設(shè)備的快速監(jiān)控和保護(hù)，例如方向元件、過流、頻率、電壓、斷路失靈、檢同期、自動(dòng)重合閘等保護(hù)。

4.4 改造后的應(yīng)用效果

在對(duì)泵站使用微機(jī)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行改造并投入使用后，取得了良好的運(yùn)行效果。此系統(tǒng)將繼電保護(hù)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(shù)、實(shí)際需要的電氣量顯示出來，可以對(duì)獨(dú)立交流采樣回路進(jìn)行保護(hù)和測(cè)量。確保保護(hù)裝置的抗飽和性能、測(cè)量精確度等達(dá)到要求。并且還具有非常系統(tǒng)的自我檢測(cè)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(jì)算和邏輯判斷。系統(tǒng)調(diào)試和維護(hù)都非常簡(jiǎn)單，操作起來也比較方便。對(duì)其進(jìn)行各項(xiàng)試驗(yàn)后，所得到的試驗(yàn)結(jié)果也均達(dá)到了使用要求。由于系統(tǒng)保護(hù)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(xiàn)時(shí)，會(huì)及時(shí)將故障數(shù)據(jù)和信息發(fā)送到監(jiān)控系統(tǒng)，并對(duì)動(dòng)作前故障動(dòng)作類型以及電氣數(shù)據(jù)等進(jìn)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(shè)備運(yùn)行情況，在出現(xiàn)故障后可以及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行處理，有效保證了機(jī)組的正常運(yùn)行。

5 結(jié)論

在分析微機(jī)繼電保護(hù)裝置泵站的實(shí)際運(yùn)行情況后可以看出，使用功能完善、性能穩(wěn)定的繼電保護(hù)裝置可以有效保證灌區(qū)自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。為了進(jìn)一步推進(jìn)微機(jī)保護(hù)裝置的應(yīng)用，還需要做好以下幾個(gè)方面的工作。

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

(2)盡量選擇資金雄厚、質(zhì)量過關(guān)、功能完善的設(shè)備生產(chǎn)廠家購(gòu)買設(shè)備。

(3)所有的保護(hù)裝置盡可能在高壓開關(guān)柜中進(jìn)行安裝，以免二次側(cè)線過長(zhǎng)增加線損導(dǎo)致采集數(shù)據(jù)時(shí)出現(xiàn)誤差［4］。

本站通過對(duì)泵站中的繼電保護(hù)裝置進(jìn)行改進(jìn)，提高了設(shè)備的功能，完善了設(shè)備的性能。通過改造使泵站實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化運(yùn)行和管理，提高了作業(yè)人員的工作效率，保證了設(shè)備的運(yùn)行的穩(wěn)定性，達(dá)到了預(yù)期設(shè)定的改造目標(biāo)。

［1］梁修保.泵站繼電保護(hù)設(shè)計(jì)方法［J］.排灌機(jī)械，2006，24 (02):45-47.

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

［3］張舉.微機(jī)型繼電保護(hù)原理［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2004.

［4］閆曉卿.特高壓同步電網(wǎng)繼電保護(hù)關(guān)鍵問題研究［D］.北京.華北電力大學(xué)，2013.

TM774

A

1672-2469(2016)08-0088-03

2015-03-30

周明政(1982年—)，男，工程師。