小型火力发电厂电气综合保护系统设计

2022-07-25顾大为

有色冶金节能 2022年3期

顾大为

(中国恩菲工程技术有限公司，北京 100038)

0 前言

随着当前科学技术在电力行业的发展，电气综合保护自动化系统对保证电气系统安全性和稳定性的贡献十分突出。电气综合保护系统是指通过计算机技术、信息自动化技术实现对火力发电厂或全厂运行设备的管理，从而提高对火力发电厂或变电站运行设备的管理效率，保障全厂安全稳定运行的系统。电气综合保护系统具有大数据的特性，可以在各类平台提供接口接入，同时实现对各类电动机、电动执行器的监控和调试。它是火力发电厂中非常重要的一环，可减少人力管理成本的支出，对发电厂的安全稳定生产有着极其重要的意义。

本文以山东某小型火力发电厂为例，介绍电气综合保护的电气配置方案以及需要注意的问题。

1 项目概况

山东某小型火力发电厂地处山东省中部地区。根据国家电网的批复，接入系统方案安排如下：新建的2×18 MW发电机组接入厂内升压站，机端电压为10.5 kV，分别经2台20 MVA双绕组升压变压器升压后接至电厂35 kV母线，经新建的1回35 kV新建线路接至220 kV文昌变电站35 kV母线，以35 kV电压等级接入国家电网。架空线路采用2×300 mm2截面导线，电缆线路采用800 mm2截面铜芯电缆，同塔双回单侧挂线，另一侧为远期工程预留。本期设置35 kV单母线段，预留二期联络接口。

2 工程设计

2.1 电气主接线

根据电网批复和厂内提资后的工艺要求，配置电气主接线如图1所示。

图1 电气主接线图

发电机出口电压均为10.5 kV，出口设置断路器，且作为机组的并网开关，出口设置厂用分支向厂用电系统供电。每台发电机以发电机- 变压器组接线方式接入厂内35 kV母线。35 kV母线采用单母线分段接线，设2回主变压器进线和1回出线。备用端与厂用电系统10 kV的1段和2段设置母线分段开关。正常运行时，母联开关断开，两台18 MW发电机分列运行；出现事故时，母联开关手动闭合，由备用电源供电[1-2]。

2.2 电气综合保护自动化部分

2.2.1 总体概述

根据当地电网的接入系统批复，35 kV联络线设置光纤差动线路保护，其中光纤差动保护测控装置必须包含3段或4段可经复压和方向闭锁的过流保护作为后备保护，配置三相重合闸功能和三相操作箱。后续配置过程中，光纤差动测控装置包含光纤纵差保护、后备保护、测控功能、后备带方向等。

厂内电度表屏的关口表至少要设置5块：线路出口1块，发电机出口2块和主变高压侧2块。为了方便后续厂内电能计量优化，增设了厂用电分支2块，对厂用电分支也增加计量。其中电能表带独立双485输出，具备失压计时功能，可接引单相和三相失压报警接点，在后续配置过程中，选择关口表(单表)，为多功能电度表，双向，有功0.2S级，无功1.0级；发电机出口考核电度表(单表)为多功能电度表，单向，有功0.2S级，无功1.0级；主变高压侧单表为多功能电度表，双向，有功0.2S级，无功1.0级；厂用电分支多功能电度表，单向，有功0.2S级，无功1.0级。所有电度表均含失压计时器、接线盒、二次插头座、辅助电源等[3-4]。

综合考虑，综合保护配置如图2所示。

图2 继电保护及测量点配置图

2.2.2 机柜配置

为满足电网对该厂继电保护配置的要求，中央控制室机柜间的电气配置如下：

1)设置主变压器保护测控屏，每台主变压器一面，屏内包含主变压器差动保护装置、高后备、低后备、非电量保护、测控以及有载调压控制装置。

2)设置发电机保护屏，每台发电机一面，屏内设置差动保护、后备保护、非电量保护和测控装置。

3)设置同期保护屏，设置8个同期点，本期使用6个，2个备用。

4)设置公用测控屏，其中电压采集不少于8路，电流采集不少于16路。

5)设置低频低压失步解列屏，根据批复要求设置解列装置。

6)设置远动测控屏、故障录波屏和试验电源柜。

7)设置低压备自投装置。

8)根据当地电网质监站的要求，设置小电流选线屏。

9)根据厂区10 kV电容电流的计算，发电机中性点设置消弧线圈，故设置消弧线圈控制屏，放置于电子机柜间。

机柜配置和布置图如图3所示。

图3 中央控制室机柜间电气综保布置图

2.2.3 综合自动化系统

根据《火力发电厂、变电站二次接线设计技术规程》(DL/T 5136—2012)中的“13.1.2：非单元制控制方式的发电厂”，发电厂的电气系统宜由ECMS监控。ECMS系统采用监控方式时操作员站应按冗余配置。故本项目配置2套操作员站。配置后的系统组成如图4所示。

图4 电气综合自动化系统组成

全厂设1套集成的综合自动化监控系统，集成35 kV保护、监控、发电机及10 kV保护监控系统和远动功能。全厂防误操作联锁(包括间隔内、间隔间电气设备的闭锁)功能通过自动化监控系统的测控装置和电气联锁回路实现，并辅以微机五防设备来实现各电压等级、相关电气设备间的闭锁。系统按照分层分布式结构，采用双网冗余星型拓扑方式。全厂按照电力系统的二次安防要求，采用双通道冗余方式以E1 22Mb/s网络接入电力系统调度数据网络。综合自动化系统按照双重化网络冗余配置，各子网通过点对点星型冗余拓扑方式接入综合自动系统[5]。

1)监控系统采用双机双向结构，由主控层、通讯控制层及现场设备层三部分组成。主控层由网络连接的数据库服务器、系统主机、工程师站等设备构成；通讯控制层由支持网络连接的交换机、智能通讯管理机等设备构成；现场设备层由现场的保护、测控装置、直流屏等其他智能IED设备组成。现场设备层以RS485总线网络接入通讯控制层设备，系统为第三方设备预留以太网及RS485接口，要求第三方设备的通讯规约为MODBUS规约。通讯控制层整合、存储数据后，通过以太网接入网络交换机。

2)主控层、通讯控制层的设备均组屏安装，屏柜设在主控室内。

3)为了提高系统网络的可靠性，综合自动化系统采用双机双网冗余配置。

4) 35 kV各间隔、发电机保护装置及各间隔测控装置分别采用双以太网口或双485口接入监控主网。

5) 10 kV配电室配置通讯设备，安装在开关柜内。10 kV保护装置通过双以太网口接入10 kV交换机，通过光纤以太网口上传数据至主控室监控系统。

6)系统预留若干以太网口及RS485口用于第三方设备接入。

7)整个系统设1套同步时钟，同步时钟支持GPS及北斗双时钟源，以及硬接线校时和网络校时。

8)根据电力系统调度管理范围划分原则和调度自动化系统现状，配置远动通信设备。远动通信设备采用冗余配置，并采用专用装置及专用操作系统。采取“直采直送”原则，直接从I/O测控装置获取远动信息，并向调度端传送。变电所采用双通道冗余电力数据网通信方式向各级调度传输远动信息[6]。