6 kV厂用电保护装置改造及应用

蒋 飞，李诗林，郑海东

（华能武汉发电有限责任公司，湖北武汉 430415）

1 改造背景

某电厂二期（3号机组、4号机组）由两台330 MW亚临界机组组成，两台机组6 kV脱硫段各设一条母线，两段母线之间设有联络开关（6340），脱硫6 kV厂用电一次系统如图1所示。通过馈线开关（63B24）将主厂房6 kV 3B段电源接至脱硫6 kV 3段，通过馈线开关（64B10）将主厂房6 kV4B段电源接至脱硫6 kV 4段，两条馈线各设有一组单相电压互感器，两段母线各设有一台三相电压互感器（63TYH和64TYH）。二期脱硫6 kV厂用电负荷为14台高压电机和4台干式变压器，正常运行时，脱硫6 kV 3段母线和脱硫6 kV 4段之间的母线联络开关（6340）处于分闸状态，脱硫3段6 kV工作电源开关（63T1）和脱硫4段6 kV工作电源开关（64T1）均处于合闸状态，当脱硫6 kV 3段母线或脱硫6 kV 4段母线停电时，母线联络开关（6340）合闸。

图1 脱硫6 kV厂用电一次系统

该厂脱硫6 kV厂用电原综合保护测控装置采用某系列的综合保护装置，电子元器件老化严重，装置可靠性差，故障率高，对二期脱硫厂用电的安全稳定运行是一大隐患。例如：有多台开关保护装置经常出现“控制回路断线”告警且无法复位，检查发现故障原因为继电器板件内电阻烧毁，继电器板件电阻功率不够，长期运行后电阻烧毁，更换阻值相等功率较大的电阻后正常。又例如：有多台开关保护装置的电度表码经常回零，或显示为乱码，无法读取数据，检查发现故障原因为保护装置CPU板件故障，更换CPU板后正常。此外，该系列装置自动化水平不高，数字化程度低，没有设置网口，无法接入通信管理机，造成装置信息管理不方便，在自动化程度要求越来越高的今天已不能适应安全生产要求。为彻底扭转二期脱硫6 kV厂用电系统故障频发、信息管理不畅等影响机组安全运行的被动局面，须将该电厂二期脱硫6 kV厂用电的综合保护测控装置进行换型改造。

2 改造要点

继电保护改造与新建工程不同，改造工作宜尽最大限度利用好旧屏柜、旧电缆，节省经济成本，同时也能减少劳动量[1]。本次改造，保护屏柜及其安装位置不变，直流电源、事故按钮、外接信号等外来电缆保持不变，对原来所有馈线负荷开关、母联开关、母线PT的综合保护测控装置及内部二次线缆进行更换。屏柜保护装置面板窗口按照新综保装置的外形尺寸修改，新综保装置通过网线接入通信管理机，可以实现时钟同步、信息上传等功能。

2.1 图纸设计

本次改造须设计的图纸有：配电装置保护柜布置图、直流系统布置图、一次系统图、配电装置保护、控制、测量回路原理图、电缆联系图、端子排图、原开关柜电缆统计清册等。

换型后的新综合保护测控装置是南瑞PCS-9600系列产品，开关柜二次回路原理图设计以该厂6 kV高压柜二次图纸为参考，端子排的设计以现场旧端子排为基础，须满足《继电保护设备标准化设计规范》等相关规程要求。

负荷性质不同的设备，所配置的综保装置不同，主要有：电机开关控制、保护、测量、信号二次回路原理图，变压器开关控制、保护、测量、信号二次回路原理图，电源进线开关控制、保护、测量、信号二次回路原理图，电压互感器开关二次回路原理图。负荷性质相同的设备，其原理图设计、端子排位置、电缆线号等要求高度统一，符合一定的规律。

设计优良的图纸设计不仅可以提高改造施工和调试的效率，而且对改造完成后的维护也极为重要。为确保改造工作进展顺利，在图纸设计阶段准备好相关图纸及保护装置说明书之外，还需提前打印好每台设备的线缆号码管、电缆牌等[2-3]。

2.2 新综保装配

技术人员和施工人员讨论、确定后的改造方案经相关人员签字、批准后，工作人员持有工作票，即可开始旧综保装置、电度表等废旧元器件的拆除工作。工作前核对设备编号，以防走错间隔；须验电，以防触电。工作时注意勿拆除或损伤有用的二次线缆，注意将废旧元器件分类存放防止工作现场混乱[4-6]。

因新、旧综保装置尺寸不同，新综保装置的尺寸与屏柜二次面板上的窗口尺寸不匹配，为满足新综合保护装置安装要求，故须对屏柜二次面板上的安装窗口进行切割开孔扩大。使用电动切割机应满足《电力安全工作规程》规定，手持电动工具时，必须握持工具的手柄，移动工具时，严禁手提软导线或工具的转动部分。

新综保的装配须规范可靠并遵照GB 50171—2012《电气装置安装工程盘、柜及二次回路接线施工及验收规范》的相关规定和要求。每个电器元件端子接线不得超过两根，每个接线端子只允许接一根导线。单芯铜线绝缘皮剥除长度适中，既不过多露出，端子也不能压到绝缘皮。多股软导线应使用相同规格的压接端子，压制好后接入端子排。接线柱接入两根导线时，导线之间应加平垫片，保证压接平贴，接触良好。屏柜内的电缆的走线应排列整齐，所悬挂号牌要清晰，电缆走线避免交叉并固定牢，但不能使所接的端子承受机械应力。电缆线芯及绝缘不应有损伤，规范电缆号码管格式，每个电缆号码管均由电缆号、回路号和端子号三部分组成，可有效防止误拆误接事故。保证接线紧固，不发生接线松动。拆接线工作应做好包扎和标记，以防短路或直流接地。

2.3 端子排接线

端子排接线应遵守DL/T 5136—2012《火力发电厂、变电站二次接线技术要求》等规程的要求。端子排的材质应为阻燃型，端子与导线的连接部分应为铜质。更换接线端子需要注意防止交叉，造成误接线。

端子排的布局应该合理，可以按照“功能分段，支路分组”的原则布设端子排，标注好各端子排的编号及名称，应保证端子与地面之间的距离，保护屏柜内的端子与柜内水平面的距离应大于35 cm，如此可以确保线缆分线有足够的空间，在查找、安装或维护时比较方便。一个端子的每一端宜接一根导线，且其横截面积不能够超过6 mm2，直流端子与交流端子之间要有可靠的隔离。正电源端子和负电源端子之间，正电源端子与合闸或跳闸回路之间的端子应隔开一个空端子，同时强电控制（额定电压为110 V及以上的控制方式）端子与弱电控制（额定电压为60 V及以下的控制方式）端子应分开布设。做好端子的隔离，需要将隔离片添加在交流电源、直流电源、跳闸回路、信号回路等接线端子处，以防回路窜通。二次回路接线正确与否直接影响主设备的运行，漏接线、误接线等问题值得重视，所以二次回路对线是很关键的一项工作，进行调试之前，要按照图纸核对每个端子和接线。

2.4 通信管理机接入

通信管理机是发电厂综合自动化系统中较为重要的环节，它有多个下行通信接口及一个或者多个上行网络接口，相当于前置机即监控计算机，用于将一个系统内全部综保装置的通信数据集合汇总并实时上送上级至监控中心后台机和SIS（厂级监控信息系统），实现遥信、遥测功能[7]。

通过改造，将二期脱硫6 kV的所有综保装置以通信的形式接入监控系统，对于数据的采集、读取、查看都有了更加稳定的方式。脱硫6 kV厂用电监控系统如图2所示，脱硫6 kV 3段的12台综保装置和脱硫6 kV 4段的11台综保装置分别通过网线接入两台PCS9882交换机，两台交换机通过网线连接，交换机的数据，一路通过多模光缆将数据传入二期集控室的后台机，另一路通过网线接入远端通信管理机RCS-9698G，远端通信管理机通过光缆和光电转换器将数据传至SIS系统。

图2 脱硫6kV厂用电监控系统

通信管理机通过IEC870-5-103规约直接读取每个保护设备信息，并将保护设备的相关信息处理成状态信息、故障信息、事故信息和数据信息，然后使用列表或光子牌的形式将以上相关信息实时显示在管理机显示屏上，这不仅方便运行人员的监视，也有助于事故信息分析。

3 设备调试

保护改造的调试的内容主要有保护装置调试、回路调试、及传动试验这3个部分，其调试和检验方法和步骤要符合DL/T 995—2016《继电保护和电网安全自动装置检验规程》。

3.1 保护装调试验

（1）装置采样检查。通过CT根部加电流、PT柜端子加电压模拟量的方法检查保护装置的保护采样、检查交流电压和交流电流的幅值和相位正确，并检查综保装置在一段时间内的零漂值是否符合相关的技术要求。

（2）定值输入及核对。按照最新定值单，将新定值输入至综保装置，并对综保装置输入后的新定值进行核对。

（3）保护装置功能检验。保护功能校验是通过继电保护测试仪装置施加电流、电压等模拟量验证综保装置的动作逻辑的正确性，具体检查动作时间应符合要求。通过保护装置的静态调试，验证保护能有效反应故障，并发出跳闸指令和报警信号。综保装置与交换机、交换机与通信管理机连接正确，保护装置上的开关运行状况、配置、定值、故障信息等信息在通信管理机后台能实时采集。

3.2 回路调试

回路接线正确与否直接决定到主设备的正常运行，为验证回路接线的正确性须进行回路调试。回路调试主要包括CT二次回路检查、PT二次回路检查、二次回路绝缘检查、开关二次回路调试。

CT二次回路检查，须检查CT二次回路不能开路，CT二次回路极性正确；PT二次回路检查须检查PT二次回路不能短路。确保CT二次回路、PT二次回路有且仅有一个接地点。

检查二次回路的绝缘性能，须从保护屏柜端子排处将所有引入的外部回路及电缆全部断开，分别将电流、电压、直流控制、信号回路的所有端子各自连接在一起，用1000 V绝缘电阻表测量各回路对地和各回路相互间绝缘电阻，其阻值应大于10 MΩ。

将交流电源、直流控制电源投入，对各回路功能进行验证。检查直流控制回路、交流电压回路无短路或接地，并且交、直流回路之间不能相互接通，不能有电相互窜入。检查开关的分闸、合闸、防跳功能正确，检查指示灯、照明、加热器回路正常。

3.3 传动试验

传动试验是模拟开关和保护装置处于实际运行工况，通过施加电流、电压、非电量信号等故障量，模拟相关故障，验证保护、开关和相关信号指示的正确性，每个开关间隔的保护都要做一个完整的传动试验。传动试验须采用在端子排上加入模拟故障交流电流和电压的方式，不能用手动人工短接点的方式进行试验，试验时保护装置带实际开关并处于与运行状态完全相同的状态，以检验保护装置以及各有关跳、合闸回路、防跳回路、至DCS显示或报警等相关回路动作的正确性。传动试验是调试工作不可或缺的一个环节，也是最后的一个环节，只有传动试验合格，设备才能真正投运[8-9]。

3.4 调试中发生的问题

在调试过程中发现，6 kV开关在分闸位置，按下电动合闸按钮，控制电源空开立即跳闸。检查发现综保装置至开关合闸线圈的线错接至开关跳位监视回路。改造中的故障如图3所示，+KM是控制电源正极，-KM是控制电源负极、HA是合闸按钮，TWJ是保护装置内的跳位监视继电器，H是开关的辅助接点。6 kV开关在分闸位置时，辅助接点处于闭合状态，当按下合闸按钮，直流控制电源正负极直接通过开关辅助闭接点导通，造成电源短路，控制电源空开跳开。

图3 改造中的故障

改造之前，原保护装置的跳位监视继电器TWJ与开关位置闭接点H串联形成监视回路，监视回路与合闸回路及合闸线圈相互独立。而本次改造，为了在跳位监视回路对合闸线圈进行监视，将跳位监视继电器TWJ与保护合闸回路并联后接至开关合闸线圈，但是在施工过程中，原来用于跳位监视的闭接点在端子排处（X2:38）并未拆除，而保护合闸回路与跳位监视继电器TWJ并联后误接至了原来用于跳位监视的开关闭接点处（X2:37），造成合闸按钮按下后控制电源短路。

误碰、误接线、误整定被称为继电保护工作中的“三误”，需要重点防范，在继电保护改造过程中接线工作庞杂，尤其要注意防止误接线[10]。

4 结束语

电力系统继电保护装置只有稳定、可靠运行，才能确保故障快速被切除，才能保证电力系统安全。继电保护设备的更新发展，为电力系统可靠运行提供了可能。改造后的脱硫6 kV厂用电系统保护设备性能可靠，配置全面，记忆功能强大，尤其是将综保装置接入通信管理机构成电气监控网络，实现二期脱硫6 kV厂用电系统自动抄表、故障信息管理、设备管理等高级应用功能。新综保装置的设计合理、原理先进、性能优越，彻底解决旧综保装置故障率高、可靠性差、自动化水平低、维护工作量大等问题，能为日常的消缺和维护提供、参考和帮助，能为后续的设备改造和检修提供、依据和指导，能为机组的长周期安全稳定运行奠定了基础。