6 kV廠用電保護(hù)裝置改造及應(yīng)用

蔣 飛，李詩(shī)林，鄭海東

（華能武漢發(fā)電有限責(zé)任公司，湖北武漢 430415）

1 改造背景

某電廠二期（3號(hào)機(jī)組、4號(hào)機(jī)組）由兩臺(tái)330 MW亞臨界機(jī)組組成，兩臺(tái)機(jī)組6 kV脫硫段各設(shè)一條母線，兩段母線之間設(shè)有聯(lián)絡(luò)開關(guān)（6340），脫硫6 kV廠用電一次系統(tǒng)如圖1所示。通過饋線開關(guān)（63B24）將主廠房6 kV 3B段電源接至脫硫6 kV 3段，通過饋線開關(guān)（64B10）將主廠房6 kV4B段電源接至脫硫6 kV 4段，兩條饋線各設(shè)有一組單相電壓互感器，兩段母線各設(shè)有一臺(tái)三相電壓互感器（63TYH和64TYH）。二期脫硫6 kV廠用電負(fù)荷為14臺(tái)高壓電機(jī)和4臺(tái)干式變壓器，正常運(yùn)行時(shí)，脫硫6 kV 3段母線和脫硫6 kV 4段之間的母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)（6340）處于分閘狀態(tài)，脫硫3段6 kV工作電源開關(guān)（63T1）和脫硫4段6 kV工作電源開關(guān)（64T1）均處于合閘狀態(tài)，當(dāng)脫硫6 kV 3段母線或脫硫6 kV 4段母線停電時(shí)，母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)（6340）合閘。

圖1 脫硫6 kV廠用電一次系統(tǒng)

該廠脫硫6 kV廠用電原綜合保護(hù)測(cè)控裝置采用某系列的綜合保護(hù)裝置，電子元器件老化嚴(yán)重，裝置可靠性差，故障率高，對(duì)二期脫硫廠用電的安全穩(wěn)定運(yùn)行是一大隱患。例如：有多臺(tái)開關(guān)保護(hù)裝置經(jīng)常出現(xiàn)“控制回路斷線”告警且無法復(fù)位，檢查發(fā)現(xiàn)故障原因?yàn)槔^電器板件內(nèi)電阻燒毀，繼電器板件電阻功率不夠，長(zhǎng)期運(yùn)行后電阻燒毀，更換阻值相等功率較大的電阻后正常。又例如：有多臺(tái)開關(guān)保護(hù)裝置的電度表碼經(jīng)?；亓?，或顯示為亂碼，無法讀取數(shù)據(jù)，檢查發(fā)現(xiàn)故障原因?yàn)楸Ｗo(hù)裝置CPU板件故障，更換CPU板后正常。此外，該系列裝置自動(dòng)化水平不高，數(shù)字化程度低，沒有設(shè)置網(wǎng)口，無法接入通信管理機(jī)，造成裝置信息管理不方便，在自動(dòng)化程度要求越來越高的今天已不能適應(yīng)安全生產(chǎn)要求。為徹底扭轉(zhuǎn)二期脫硫6 kV廠用電系統(tǒng)故障頻發(fā)、信息管理不暢等影響機(jī)組安全運(yùn)行的被動(dòng)局面，須將該電廠二期脫硫6 kV廠用電的綜合保護(hù)測(cè)控裝置進(jìn)行換型改造。

2 改造要點(diǎn)

繼電保護(hù)改造與新建工程不同，改造工作宜盡最大限度利用好舊屏柜、舊電纜，節(jié)省經(jīng)濟(jì)成本，同時(shí)也能減少勞動(dòng)量[1]。本次改造，保護(hù)屏柜及其安裝位置不變，直流電源、事故按鈕、外接信號(hào)等外來電纜保持不變，對(duì)原來所有饋線負(fù)荷開關(guān)、母聯(lián)開關(guān)、母線PT的綜合保護(hù)測(cè)控裝置及內(nèi)部二次線纜進(jìn)行更換。屏柜保護(hù)裝置面板窗口按照新綜保裝置的外形尺寸修改，新綜保裝置通過網(wǎng)線接入通信管理機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步、信息上傳等功能。

2.1 圖紙?jiān)O(shè)計(jì)

本次改造須設(shè)計(jì)的圖紙有：配電裝置保護(hù)柜布置圖、直流系統(tǒng)布置圖、一次系統(tǒng)圖、配電裝置保護(hù)、控制、測(cè)量回路原理圖、電纜聯(lián)系圖、端子排圖、原開關(guān)柜電纜統(tǒng)計(jì)清冊(cè)等。

換型后的新綜合保護(hù)測(cè)控裝置是南瑞PCS-9600系列產(chǎn)品，開關(guān)柜二次回路原理圖設(shè)計(jì)以該廠6 kV高壓柜二次圖紙為參考，端子排的設(shè)計(jì)以現(xiàn)場(chǎng)舊端子排為基礎(chǔ)，須滿足《繼電保護(hù)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)規(guī)范》等相關(guān)規(guī)程要求。

負(fù)荷性質(zhì)不同的設(shè)備，所配置的綜保裝置不同，主要有：電機(jī)開關(guān)控制、保護(hù)、測(cè)量、信號(hào)二次回路原理圖，變壓器開關(guān)控制、保護(hù)、測(cè)量、信號(hào)二次回路原理圖，電源進(jìn)線開關(guān)控制、保護(hù)、測(cè)量、信號(hào)二次回路原理圖，電壓互感器開關(guān)二次回路原理圖。負(fù)荷性質(zhì)相同的設(shè)備，其原理圖設(shè)計(jì)、端子排位置、電纜線號(hào)等要求高度統(tǒng)一，符合一定的規(guī)律。

設(shè)計(jì)優(yōu)良的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)不僅可以提高改造施工和調(diào)試的效率，而且對(duì)改造完成后的維護(hù)也極為重要。為確保改造工作進(jìn)展順利，在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)階段準(zhǔn)備好相關(guān)圖紙及保護(hù)裝置說明書之外，還需提前打印好每臺(tái)設(shè)備的線纜號(hào)碼管、電纜牌等[2-3]。

2.2 新綜保裝配

技術(shù)人員和施工人員討論、確定后的改造方案經(jīng)相關(guān)人員簽字、批準(zhǔn)后，工作人員持有工作票，即可開始舊綜保裝置、電度表等廢舊元器件的拆除工作。工作前核對(duì)設(shè)備編號(hào)，以防走錯(cuò)間隔；須驗(yàn)電，以防觸電。工作時(shí)注意勿拆除或損傷有用的二次線纜，注意將廢舊元器件分類存放防止工作現(xiàn)場(chǎng)混亂[4-6]。

因新、舊綜保裝置尺寸不同，新綜保裝置的尺寸與屏柜二次面板上的窗口尺寸不匹配，為滿足新綜合保護(hù)裝置安裝要求，故須對(duì)屏柜二次面板上的安裝窗口進(jìn)行切割開孔擴(kuò)大。使用電動(dòng)切割機(jī)應(yīng)滿足《電力安全工作規(guī)程》規(guī)定，手持電動(dòng)工具時(shí)，必須握持工具的手柄，移動(dòng)工具時(shí)，嚴(yán)禁手提軟導(dǎo)線或工具的轉(zhuǎn)動(dòng)部分。

新綜保的裝配須規(guī)范可靠并遵照GB 50171—2012《電氣裝置安裝工程盤、柜及二次回路接線施工及驗(yàn)收規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定和要求。每個(gè)電器元件端子接線不得超過兩根，每個(gè)接線端子只允許接一根導(dǎo)線。單芯銅線絕緣皮剝除長(zhǎng)度適中，既不過多露出，端子也不能壓到絕緣皮。多股軟導(dǎo)線應(yīng)使用相同規(guī)格的壓接端子，壓制好后接入端子排。接線柱接入兩根導(dǎo)線時(shí)，導(dǎo)線之間應(yīng)加平墊片，保證壓接平貼，接觸良好。屏柜內(nèi)的電纜的走線應(yīng)排列整齊，所懸掛號(hào)牌要清晰，電纜走線避免交叉并固定牢，但不能使所接的端子承受機(jī)械應(yīng)力。電纜線芯及絕緣不應(yīng)有損傷，規(guī)范電纜號(hào)碼管格式，每個(gè)電纜號(hào)碼管均由電纜號(hào)、回路號(hào)和端子號(hào)三部分組成，可有效防止誤拆誤接事故。保證接線緊固，不發(fā)生接線松動(dòng)。拆接線工作應(yīng)做好包扎和標(biāo)記，以防短路或直流接地。

2.3 端子排接線

端子排接線應(yīng)遵守DL/T 5136—2012《火力發(fā)電廠、變電站二次接線技術(shù)要求》等規(guī)程的要求。端子排的材質(zhì)應(yīng)為阻燃型，端子與導(dǎo)線的連接部分應(yīng)為銅質(zhì)。更換接線端子需要注意防止交叉，造成誤接線。

端子排的布局應(yīng)該合理，可以按照“功能分段，支路分組”的原則布設(shè)端子排，標(biāo)注好各端子排的編號(hào)及名稱，應(yīng)保證端子與地面之間的距離，保護(hù)屏柜內(nèi)的端子與柜內(nèi)水平面的距離應(yīng)大于35 cm，如此可以確保線纜分線有足夠的空間，在查找、安裝或維護(hù)時(shí)比較方便。一個(gè)端子的每一端宜接一根導(dǎo)線，且其橫截面積不能夠超過6 mm2，直流端子與交流端子之間要有可靠的隔離。正電源端子和負(fù)電源端子之間，正電源端子與合閘或跳閘回路之間的端子應(yīng)隔開一個(gè)空端子，同時(shí)強(qiáng)電控制（額定電壓為110 V及以上的控制方式）端子與弱電控制（額定電壓為60 V及以下的控制方式）端子應(yīng)分開布設(shè)。做好端子的隔離，需要將隔離片添加在交流電源、直流電源、跳閘回路、信號(hào)回路等接線端子處，以防回路竄通。二次回路接線正確與否直接影響主設(shè)備的運(yùn)行，漏接線、誤接線等問題值得重視，所以二次回路對(duì)線是很關(guān)鍵的一項(xiàng)工作，進(jìn)行調(diào)試之前，要按照?qǐng)D紙核對(duì)每個(gè)端子和接線。

2.4 通信管理機(jī)接入

通信管理機(jī)是發(fā)電廠綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中較為重要的環(huán)節(jié)，它有多個(gè)下行通信接口及一個(gè)或者多個(gè)上行網(wǎng)絡(luò)接口，相當(dāng)于前置機(jī)即監(jiān)控計(jì)算機(jī)，用于將一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)全部綜保裝置的通信數(shù)據(jù)集合匯總并實(shí)時(shí)上送上級(jí)至監(jiān)控中心后臺(tái)機(jī)和SIS（廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)），實(shí)現(xiàn)遙信、遙測(cè)功能[7]。

通過改造，將二期脫硫6 kV的所有綜保裝置以通信的形式接入監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)于數(shù)據(jù)的采集、讀取、查看都有了更加穩(wěn)定的方式。脫硫6 kV廠用電監(jiān)控系統(tǒng)如圖2所示，脫硫6 kV 3段的12臺(tái)綜保裝置和脫硫6 kV 4段的11臺(tái)綜保裝置分別通過網(wǎng)線接入兩臺(tái)PCS9882交換機(jī)，兩臺(tái)交換機(jī)通過網(wǎng)線連接，交換機(jī)的數(shù)據(jù)，一路通過多模光纜將數(shù)據(jù)傳入二期集控室的后臺(tái)機(jī)，另一路通過網(wǎng)線接入遠(yuǎn)端通信管理機(jī)RCS-9698G，遠(yuǎn)端通信管理機(jī)通過光纜和光電轉(zhuǎn)換器將數(shù)據(jù)傳至SIS系統(tǒng)。

圖2 脫硫6kV廠用電監(jiān)控系統(tǒng)

通信管理機(jī)通過IEC870-5-103規(guī)約直接讀取每個(gè)保護(hù)設(shè)備信息，并將保護(hù)設(shè)備的相關(guān)信息處理成狀態(tài)信息、故障信息、事故信息和數(shù)據(jù)信息，然后使用列表或光子牌的形式將以上相關(guān)信息實(shí)時(shí)顯示在管理機(jī)顯示屏上，這不僅方便運(yùn)行人員的監(jiān)視，也有助于事故信息分析。

3 設(shè)備調(diào)試

保護(hù)改造的調(diào)試的內(nèi)容主要有保護(hù)裝置調(diào)試、回路調(diào)試、及傳動(dòng)試驗(yàn)這3個(gè)部分，其調(diào)試和檢驗(yàn)方法和步驟要符合DL/T 995—2016《繼電保護(hù)和電網(wǎng)安全自動(dòng)裝置檢驗(yàn)規(guī)程》。

3.1 保護(hù)裝調(diào)試驗(yàn)

（1）裝置采樣檢查。通過CT根部加電流、PT柜端子加電壓模擬量的方法檢查保護(hù)裝置的保護(hù)采樣、檢查交流電壓和交流電流的幅值和相位正確，并檢查綜保裝置在一段時(shí)間內(nèi)的零漂值是否符合相關(guān)的技術(shù)要求。

（2）定值輸入及核對(duì)。按照最新定值單，將新定值輸入至綜保裝置，并對(duì)綜保裝置輸入后的新定值進(jìn)行核對(duì)。

（3）保護(hù)裝置功能檢驗(yàn)。保護(hù)功能校驗(yàn)是通過繼電保護(hù)測(cè)試儀裝置施加電流、電壓等模擬量驗(yàn)證綜保裝置的動(dòng)作邏輯的正確性，具體檢查動(dòng)作時(shí)間應(yīng)符合要求。通過保護(hù)裝置的靜態(tài)調(diào)試，驗(yàn)證保護(hù)能有效反應(yīng)故障，并發(fā)出跳閘指令和報(bào)警信號(hào)。綜保裝置與交換機(jī)、交換機(jī)與通信管理機(jī)連接正確，保護(hù)裝置上的開關(guān)運(yùn)行狀況、配置、定值、故障信息等信息在通信管理機(jī)后臺(tái)能實(shí)時(shí)采集。

3.2 回路調(diào)試

回路接線正確與否直接決定到主設(shè)備的正常運(yùn)行，為驗(yàn)證回路接線的正確性須進(jìn)行回路調(diào)試?；芈氛{(diào)試主要包括CT二次回路檢查、PT二次回路檢查、二次回路絕緣檢查、開關(guān)二次回路調(diào)試。

CT二次回路檢查，須檢查CT二次回路不能開路，CT二次回路極性正確；PT二次回路檢查須檢查PT二次回路不能短路。確保CT二次回路、PT二次回路有且僅有一個(gè)接地點(diǎn)。

檢查二次回路的絕緣性能，須從保護(hù)屏柜端子排處將所有引入的外部回路及電纜全部斷開，分別將電流、電壓、直流控制、信號(hào)回路的所有端子各自連接在一起，用1000 V絕緣電阻表測(cè)量各回路對(duì)地和各回路相互間絕緣電阻，其阻值應(yīng)大于10 MΩ。

將交流電源、直流控制電源投入，對(duì)各回路功能進(jìn)行驗(yàn)證。檢查直流控制回路、交流電壓回路無短路或接地，并且交、直流回路之間不能相互接通，不能有電相互竄入。檢查開關(guān)的分閘、合閘、防跳功能正確，檢查指示燈、照明、加熱器回路正常。

3.3 傳動(dòng)試驗(yàn)

傳動(dòng)試驗(yàn)是模擬開關(guān)和保護(hù)裝置處于實(shí)際運(yùn)行工況，通過施加電流、電壓、非電量信號(hào)等故障量，模擬相關(guān)故障，驗(yàn)證保護(hù)、開關(guān)和相關(guān)信號(hào)指示的正確性，每個(gè)開關(guān)間隔的保護(hù)都要做一個(gè)完整的傳動(dòng)試驗(yàn)。傳動(dòng)試驗(yàn)須采用在端子排上加入模擬故障交流電流和電壓的方式，不能用手動(dòng)人工短接點(diǎn)的方式進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)保護(hù)裝置帶實(shí)際開關(guān)并處于與運(yùn)行狀態(tài)完全相同的狀態(tài)，以檢驗(yàn)保護(hù)裝置以及各有關(guān)跳、合閘回路、防跳回路、至DCS顯示或報(bào)警等相關(guān)回路動(dòng)作的正確性。傳動(dòng)試驗(yàn)是調(diào)試工作不可或缺的一個(gè)環(huán)節(jié)，也是最后的一個(gè)環(huán)節(jié)，只有傳動(dòng)試驗(yàn)合格，設(shè)備才能真正投運(yùn)[8-9]。

3.4 調(diào)試中發(fā)生的問題

在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，6 kV開關(guān)在分閘位置，按下電動(dòng)合閘按鈕，控制電源空開立即跳閘。檢查發(fā)現(xiàn)綜保裝置至開關(guān)合閘線圈的線錯(cuò)接至開關(guān)跳位監(jiān)視回路。改造中的故障如圖3所示，+KM是控制電源正極，-KM是控制電源負(fù)極、HA是合閘按鈕，TWJ是保護(hù)裝置內(nèi)的跳位監(jiān)視繼電器，H是開關(guān)的輔助接點(diǎn)。6 kV開關(guān)在分閘位置時(shí)，輔助接點(diǎn)處于閉合狀態(tài)，當(dāng)按下合閘按鈕，直流控制電源正負(fù)極直接通過開關(guān)輔助閉接點(diǎn)導(dǎo)通，造成電源短路，控制電源空開跳開。

圖3 改造中的故障

改造之前，原保護(hù)裝置的跳位監(jiān)視繼電器TWJ與開關(guān)位置閉接點(diǎn)H串聯(lián)形成監(jiān)視回路，監(jiān)視回路與合閘回路及合閘線圈相互獨(dú)立。而本次改造，為了在跳位監(jiān)視回路對(duì)合閘線圈進(jìn)行監(jiān)視，將跳位監(jiān)視繼電器TWJ與保護(hù)合閘回路并聯(lián)后接至開關(guān)合閘線圈，但是在施工過程中，原來用于跳位監(jiān)視的閉接點(diǎn)在端子排處（X2:38）并未拆除，而保護(hù)合閘回路與跳位監(jiān)視繼電器TWJ并聯(lián)后誤接至了原來用于跳位監(jiān)視的開關(guān)閉接點(diǎn)處（X2:37），造成合閘按鈕按下后控制電源短路。

誤碰、誤接線、誤整定被稱為繼電保護(hù)工作中的“三誤”，需要重點(diǎn)防范，在繼電保護(hù)改造過程中接線工作龐雜，尤其要注意防止誤接線[10]。

4 結(jié)束語(yǔ)

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置只有穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，才能確保故障快速被切除，才能保證電力系統(tǒng)安全。繼電保護(hù)設(shè)備的更新發(fā)展，為電力系統(tǒng)可靠運(yùn)行提供了可能。改造后的脫硫6 kV廠用電系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備性能可靠，配置全面，記憶功能強(qiáng)大，尤其是將綜保裝置接入通信管理機(jī)構(gòu)成電氣監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)二期脫硫6 kV廠用電系統(tǒng)自動(dòng)抄表、故障信息管理、設(shè)備管理等高級(jí)應(yīng)用功能。新綜保裝置的設(shè)計(jì)合理、原理先進(jìn)、性能優(yōu)越，徹底解決舊綜保裝置故障率高、可靠性差、自動(dòng)化水平低、維護(hù)工作量大等問題，能為日常的消缺和維護(hù)提供、參考和幫助，能為后續(xù)的設(shè)備改造和檢修提供、依據(jù)和指導(dǎo)，能為機(jī)組的長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。