泵站工作中微机继电保护装置应用研究

2017-01-11周明政

水利规划与设计 2016年8期

关键词：微机保护装置泵站

周明政

(芜湖市水务局排灌管理站，安徽芜湖 241000)

泵站工作中微机继电保护装置应用研究

周明政

(芜湖市水务局排灌管理站，安徽芜湖 241000)

在信息化技术的不断发展下，一些新建的、改造的泵站系统也逐渐开始应用现代化的监控手段。本文通过实际案例，对泵站工作中微机继电保护装置的应用进行研究。

泵站工作;微机继电保护装置;应用

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

微机继电保护装置是一种以计算机软、硬件为基础，通过各种数学模型来达到继电保护功能的一项技术。使用微机继电保护装置不仅提高了继电保护的灵活性和操作性能，并且可以实现装置的自我检测、装置故障参数的显示、数据的传输等功能，具有较高的应用价值。

1 案例介绍

某泵站站房中原设计安装了6台28CJ-70立式轴流泵，配套TL1600-40/3250立式同步电动机，设计总装机容量为9600KW，总设计流量为135m3/s。泵站主要使用电磁式继电保护方式对主电机进行保护。随着泵站对自动化程度要求的不断提升，电磁式继电设备的问题日益凸显。为了满足使用要求，决定对其改造，使用微机继电保护装置取代电磁继电保护装置。

2 改造前继电保护装置存在的一些问题

2.1 可靠性差

电磁式继电保护装置具有功率消耗量大、容易磨损、接触不良、接点容易被烧毛等缺点。由于泵站运行过程中机组的震动比较大，在运行的过程中继电器会出现拒动和误动的情况。

2.2 保护完善性差

整个继电保护设备只可以进行速断保护和过流保护，对于电动机堵转、过热、运行电压低等故障不能进行保护。

2.3 灵敏度差

保护的时限级差在0.7s以上，出现故障后不能立即切断。

2.4 保护回路比较复杂

由于接线比较复杂，需要保护和控制的电缆比较多，在检修和管理过程中耗费的时间长、管理难度大、不宜维护。

3 微机继电保护装置的优点

3.1 可靠性较高

微机保护装置主要是利用软件来对设备进行保护的，当出现线圈故障、接点故障、机械故障时不会产生保护拒动［1］。经过自检后，可以防止出现保护误动，具有较高的可靠性。

3.2 灵敏度较高

微机继电保护装置可以快速的对信息进行判断和运算，实施选择性的保护。微机继电保护装置主要使用性能比较高的单片机进行计算，然后利用强大的逻辑功能和计算功能加快保护动作，保护时间差在0.4s左右，灵敏度高。

3.3 管理便利

可以对电压有效值、电流等进行在线监测，管理人员可以更加便捷、直观的查看运行参数，并且装置可以自动对调试信息、故障报告、整改值等进行存储。

3.4 保护装置灵活

微机继电保护装置具有强大的逻辑处理能力和计算能力，可以更加科学的对发电机进行保护。

3.5 调试方便

微机继电保护装置调试非常容易，不需要对单个继电器进行校验。

3.6 数据通信方便

利用微机保护装置可以和上位机进行数据传输，还支持多种远程传输，方便与计算机系统联网。

3.7 抗干扰能力强

硬件设计在供电电源，模拟量输入，开关量输入与输出，通信接口等采用了特殊的隔离与抗干扰措施，抗干扰能力强。

4 微机继电保护装置的应用

本泵站继电保护装置主要由35kV进线保护、主变保护、同步电机保护、站边保护构成。此次对泵站进行改造主要是由6台电动机保护、1台主变压器保护和1台站用变压器构成，均使用RS485接口进行连接通信［2］。此外，还利用以太网通信口将数据传输至PLC。监控系统构成如图1所示。

图1 泵站监控系统图

4.1 主变压器保护

主变压器使用型号为T60微机继电保护装置。主变压器为S9-16000/35型双圈油浸式变压器，变压器的容量为 16000KVA，35+-24×2.5%/10KV，Uk=8.5%。综合保护单元为T60，在主变开关柜上进行安装。作为UR保护继电器的一个成员，T60可以将过流保护元件、比例式差动保护元件、变压器接线组别制动编程、自适应谐波制动等都整合在一个包中。需要进行重新编程时，只需要将保护功能和自检功能之间的关系输入即可。此外，还可以使用通信端口对内部数据进行输入和输出，不仅降低了接线和辅助元件的数量，并且可以对输出硬件、输入硬件进行扩展。使用T60自检功能可以实现事件记录，对整个系统事件的顺序进行确定，并且事件可以出发数字式录波记录，并通过URPC软件对这些记录进行观察。

4.2 电动机保护改造

电动机选用型号为SR369HⅠRM000的微机继电保护装置进行改造，使用SR369综合保护单元进行保护。保护原理图如图2所示。

图2 主机控制保护测量原理图

369属于数字式继电器，可以有效保护三相电动机和以及电动机机械设备的安全运行。使用SR369综合保护系统可以根据电动机的实际负荷电流来对电动机Ⅰ2Rt值的能力进行计算。并按照电动机使用的热容量计算热模型的Ⅰ2Rt值，使用RTD可以对定子的温度进行测量，并根据定子温度来分析热模型计算值的正确性，然后更新使用的热容量值，进而将两个值中比较高的值反映出来［3］。这个数值不仅会反映出Ⅰ2Rt产生的热量，也会将冷损失反映出来。在操作面板前面有3个RS485接口和1个RS232接口，所有接口都按照ModBus RTU的规定进行设置。可以使用369pc软件、设备前的键盘等设备将整定值输入，并利用显示器将电动机工作的具体情况显示出来。此外，还可以使用模拟的方式来确认试验的正确性。

4.3 站用变压器的保护改造

站用变压器使用型号为SCB10-500/10的双圈干式变压器，变压器的总容量为500KVA，35+-24× 2.5%/0.4KV。使用F650作为站变的综合保护单元，通信接口为RS485，综合保护单元在开关柜中安装。F650主要的控制保护功能通过互联网模块来执行。如图3所示，主要包含了一组用于检测电压和电流的AC互感器，AC互感器在对幅值进行数字化处理后，会立即发送到数字信号处理器，数字信号处理器接收到数据后会开启测量功能，并利用宽带总线将结果发送至主处理器中。采样速率可以达到64次/周波，然后利用CPU对输入和输出的信号进行控制。

图3 站变控制保护测量

利用F650可以实现间隔设备的快速监控和保护，例如方向元件、过流、频率、电压、断路失灵、检同期、自动重合闸等保护。

4.4 改造后的应用效果

在对泵站使用微机继电保护装置进行改造并投入使用后，取得了良好的运行效果。此系统将继电保护装置的功能完全保留下来，继电器具有更高的抗干扰性、安全性和可靠性。通过屏幕可以将电压、电流、无功功率、有功功率、功率频率、功率因数、实际需要的电气量显示出来，可以对独立交流采样回路进行保护和测量。确保保护装置的抗饱和性能、测量精确度等达到要求。并且还具有非常系统的自我检测功能，除了可以采集输入量以外，还可以利用软件完成所有计算和逻辑判断。系统调试和维护都非常简单，操作起来也比较方便。对其进行各项试验后，所得到的试验结果也均达到了使用要求。由于系统保护比较完善，并且和监控系统建立了良好的通讯连接，在有故障出现时，会及时将故障数据和信息发送到监控系统，并对动作前故障动作类型以及电气数据等进行记录。值班人员在巡检过程中，可以直接通过操作面板查询故障，了解设备运行情况，在出现故障后可以及时对故障进行处理，有效保证了机组的正常运行。