Reconstrucción del dispositivo de protección de potencia de 10 kV de una central hidroeléctrica
Resumen: Para mejorar la confiabilidad de los componentes electrónicos del dispositivo de protección, medición y control integrado original de la planta de 10 kV, debido al envejecimiento, el bajo nivel de automatización, la interfaz hombre-máquina insuficiente y la complejidad del software, la central hidroeléctrica decidió modernizar el dispositivo de protección de energía de la planta de 10 kV. El nuevo dispositivo de protección y control cuenta con numerosas funciones de protección, una interfaz intuitiva y una operación y mantenimiento fáciles de usar, lo que mejora la confiabilidad del consumo de energía de la central y garantiza su seguridad y estabilidad.
Palabras clave: Dispositivo de protección y control de 10 kV; confiabilidad; protección para centrales hidroeléctricas.
0 Introducción
Una central hidroeléctrica se ubica a 15 km aguas arriba de la capital del condado de Guangxi. Se trata de un proyecto emblemático de transmisión de energía de oeste a este y un proyecto importante para el desarrollo del oeste de China. La construcción de la central hidroeléctrica comenzó el 1 de julio de 2001 y entró en pleno funcionamiento a finales de 2009. El nivel de agua de diseño es de 400 m, la altura de la presa es de 216,5 m, la longitud máxima de la presa es de 836 m, la capacidad de almacenamiento es de 27.300 millones de m³, la capacidad instalada es de 6,3 millones de kW y la generación anual de energía es de 18.700 millones de kWh. La construcción se completa en dos fases. Debido a su enorme capacidad de producción, la central tiene un gran impacto social. Para garantizar la calidad del suministro eléctrico y un suministro de energía seguro y fiable a largo plazo, la central hidroeléctrica ha incorporado gradualmente un nuevo dispositivo integral de protección, medición y control del consumo de energía de la planta de 10 kV.
1. Breve introducción del sistema de energía de la planta de 10 kV
El sistema de 10 kV de la central hidroeléctrica es un sistema de puesta a tierra de baja corriente. Su cableado adopta una fuente de alimentación independiente de múltiples fuentes de alimentación. Las barras de las secciones I a VI funcionan en modo de reserva en anillo, y su importante configuración de dispersión de carga garantiza la fiabilidad del suministro eléctrico. El sistema de alimentación de 10 kV consta de siete barras: las secciones I, II, III, I, IV, V y VI se toman del lado del transformador de baja tensión de las unidades 1, 2, 3, 4, 5 y 7, respectivamente; la sección VII es el punto de entrada de la fuente de alimentación externa, la fuente de alimentación de seguridad y el generador diésel, que se utilizan como fuente de alimentación de respaldo de las barras de las secciones I, III y VI de 10 kV. Todas las cargas de 10 kV de la planta se distribuyen uniformemente en la línea de barras I a VI según el principio de dispersión e independencia. Los equipos conectados a la barra de fábrica de 10 kV se dividen en transformador de distribución, motor de alta tensión, transformador de tensión e interruptor de contacto, según la naturaleza de la carga. Véase la Figura 1 para ver el sistema de alimentación de 10 kV de la central hidroeléctrica.
Fig. 1 Cableado de alimentación de planta de 10 kV
1. Motivo de la reconstrucción del dispositivo de protección de potencia de 10 kV
El dispositivo original de medición y control de protección integral de la central eléctrica de 10 kV utiliza el dispositivo de protección integrado MiCOM-P122 importado de Shanghai Areva. El equipo ha estado en funcionamiento desde mayo de 2007. Los componentes electrónicos del dispositivo de protección están muy deteriorados y los componentes de entrada del acoplamiento óptico de protección se dañan con mayor frecuencia, lo que afecta la producción segura y estable de la central eléctrica. Además, el fabricante ya no produce repuestos del mismo tipo; solo puede adquirir repuestos para dispositivos de actualización. Los datos del dispositivo de protección no cumplen con los requisitos, pero no hay repuestos para la protección del interruptor de reserva. El nivel de automatización es bajo, la digitalización es deficiente, la gestión de la información del dispositivo es incómoda y no cumple con los requisitos actuales. La interfaz hombre-máquina y el software en inglés no son fáciles de usar, lo que genera un trabajo más tedioso y reduce la eficiencia. Considerando estos factores, es necesario llevar a cabo la transformación técnica del sistema de medición y control de protección integral del consumo de energía de 10 kV.
3 Requisitos para la protección y transformación de energía de plantas de 10 kV
El cuadro de distribución y su posición de instalación se mantienen sin cambios; se sustituyen todos los interruptores de carga del alimentador, los interruptores de bus, el armario de TP, el cable secundario interno y la fila de terminales originales; el panel del cuadro de distribución se rediseña y modifica según el tamaño del nuevo dispositivo; se completa el cableado del nuevo sistema de monitorización de energía de acceso al dispositivo y el conjunto de direcciones de la interfaz de comunicación. Durante la transformación, se optimiza el bucle de operación manteniendo la configuración de protección original.
4 Selección de nuevos equipos integrales de medición y control de protección
El nuevo dispositivo integrado de medición y control de protección integra funciones de control, protección, registro de ondas de falla, medición, alarma de señal, adquisición de volumen de conmutación y comunicación. Con la protección de corriente no direccional de tres etapas como núcleo, está equipado con la función de monitoreo y recopilación de parámetros de línea. Los datos de medición e información de protección se pueden cargar al sistema de monitoreo de energía a través del puerto de comunicación para facilitar la automatización de la red de distribución. De acuerdo con los resultados de la licitación pública de los proveedores nacionales para el proyecto de transformación del dispositivo de protección de energía de la planta de 10 kV de la central hidroeléctrica, se seleccionó finalmente el dispositivo de medición y control de la serie AM5SE, fabricado por Acrel Co., Ltd. Según las diferentes propiedades de carga del bus de energía de la planta de 10 kV, el dispositivo de medición y control de protección de línea AM5SE-F, el dispositivo de monitoreo y control de protección de transformador AM5SE-T, el dispositivo de medición y control de protección de motor AM5SE-M, el dispositivo de medición y control de protección de autocontrol AM5SE-B y el dispositivo de monitoreo de PT de gabinete AM5SE-UB, las funciones de protección de cada modelo se muestran en la siguiente tabla:
| modelo | función de protección |
| AM5SE-F Dispositivo de medición y control de protección de línea | Protección contra sobrecorriente de tres etapas (se puede cerrar por baja presión, se puede proteger en dirección), protección contra sobrecorriente con límite de tiempo inverso (se puede proteger por baja presión cerrada W, protección contra sobrecorriente de orden cero 101 de dos etapas / límite de tiempo inverso, protección contra sobrecorriente de orden cero 1.2 de dos etapas / tiempo inverso, recierre, protección contra sobrecorriente acelerada (por cierre de bajo voltaje), alarma de sobrecarga, disparo por sobrecarga, disparo por pérdida de presión, alarma de pérdida de presión, protección contra sobretensión, protección contra sobretensión de orden cero, protección de potencia inversa, reducción de carga de baja frecuencia / protección de alta frecuencia (por diferencia de deslizamiento), alarma de ruptura de PT, alarma de ruptura de circuito de control, bucle FC con función de bloqueo de sobrecorriente, protección sin potencia, alarma de ruptura de CT y verificación |
| AM5SE-T Dispositivo de control y medición de protección de distribución de energía | Protección contra sobrecorriente de tres etapas (se puede completar mediante cierre de voltaje compuesto), protección contra sobrecorriente con límite de tiempo inverso (se puede completar mediante bloqueo de voltaje compuesto), protección contra sobrecorriente de orden cero 101 de dos etapas, protección contra sobrecorriente de orden cero 102 de dos etapas, protección contra sobrecorriente con límite de tiempo inverso de orden cero, alarma de sobrecarga, disparo por sobrecarga, alarma de interrupción de PT, alarma de interrupción de circuito de control, protección sin potencia, alarma de interrupción de CT, bucle FC con función de bloqueo de sobrecorriente |
| AM5SE-B Dispositivo de medición y control de protección contra autoproyección | Protección de sobrecorriente de tres secciones (por bloqueo de voltaje compuesto, con bloqueo de dirección), protección de sobrecorriente de tiempo inverso (por bloqueo de voltaje compuesto), protección de sobrecorriente acelerada (por bloqueo de voltaje compuesto), función de espera (soporta 11 tipos de sistema de suministro de energía), alarma de interrupción de PT, alarma de interrupción de circuito de control, protección de carga de bus, reenganche, acoplamiento/alarma de sobrecarga, protección de sobrecorriente de orden cero de dos secciones, protección de sobrecorriente de aceleración de secuencia cero, verificación del mismo período |
| AM5SE-M Dispositivo de medición y control de protección de motores | Protección de corriente (inicio, funcionamiento), protección de corriente de dos etapas, protección de tiempo inverso, protección de secuencia negativa de dos etapas, protección de límite de tiempo inverso de orden negativo, protección de sobrecorriente de orden cero de dos etapas, sobrecarga en caliente, protección de sobrecarga, alarma de sobrecarga, disparo por sobrecarga, protección de bloqueo, tiempo de inicio largo, protección sin potencia, alarma de interrupción de PT, alarma de interrupción del circuito de control, protección de bajo voltaje, alarma de sobrevoltaje de orden cero, bucle FC con función de bloqueo de sobrecorriente, protección de desequilibrio de voltaje, protección de secuencia de fase, protección de fase de voltaje, protección de sobrevoltaje |
Además de las funciones de protección mencionadas, cada dispositivo de medición y control de protección por microordenador cuenta con una interfaz de comunicación RS485 que permite la comunicación con el sistema de monitorización de potencia, la monitorización independiente del circuito de operación y el estado del interruptor, lo que permite una monitorización más completa del circuito de conmutación. Además, incorpora una función de salto que permite a los usuarios elegir la inversión adecuada. El nuevo dispositivo de medición y control de protección por microordenador de la serie AM5SE cuenta con una amplia gama de funciones de protección, y cada menú se puede configurar libremente en chino o inglés, lo que facilita su operación y mantenimiento.
5. Diseño de planta de 10 kV
El dispositivo de medición y control de protección integrado por computadora de la serie AM5SE, de nueva configuración, y sus planos fueron diseñados por Acrel Co., LTD. El diseño esquemático del circuito secundario debe basarse en los planos originales del secundario del gabinete de alta tensión de 10 kV. La disposición de las filas de terminales se basa en el plano, el cual debe cumplir con los requisitos de la normativa vigente. Para el diseño del plano con la misma naturaleza de carga, el número de terminales y el número de línea son muy uniformes y están sujetos a ciertas reglas. La precisión del plano determina la fluidez de la construcción y la puesta en servicio, así como la seguridad de la producción tras la operación.
6. Proceso de protección y transformación de energía de 6 plantas de 10 kV
La planta de 10 kV debe cumplir con las condiciones de construcción: plan de construcción detallado y planos; los gerentes de equipo deben completar la aceptación de los nuevos equipos; el personal de construcción debe completar la capacitación en seguridad; y contar con las herramientas y materiales necesarios. La construcción se realiza en estricta conformidad con el esquema y los planos para garantizar la correcta finalización de cada enlace.
6.1 Transformación del hardware de protección de energía de la planta de 10 kV
La construcción de renovación de la planta de 10 kV tiene principalmente tres enlaces: el reemplazo de la fila de terminales en el gabinete de distribución, la eliminación del antiguo dispositivo de control y medición de protección integral, y la instalación y línea de montaje y disposición de cables del nuevo dispositivo de protección integral.
6.1.1. Reemplazar la fila de terminales
El reemplazo de terminales debe realizarse uno por uno. Está prohibido reemplazar dos o más terminales simultáneamente para evitar conexiones incorrectas y cableado incorrecto. Reemplace la fila de terminales en un armario de distribución individualmente para prevenir cableado incorrecto. Las fuentes de alimentación de CA, CC, circuitos de disparo y circuitos de señal deben aislarse para evitar cortocircuitos. Deben presionarse sin aflojar los terminales. Para reemplazar la fila de terminales, asegúrese de que el terminal de bucle original y el número de línea permanezcan intactos, y el siguiente paso del cableado y la verificación de línea se realice sin problemas.
6.1.2 Demolición del antiguo dispositivo de medición y control de protección integral
De acuerdo con el plano y los planos de construcción, retire los componentes que se van a retirar, incluyendo los antiguos dispositivos integrados de protección, medición y control, los relés intermedios de la aparamenta, los relés de tensión, los relés de tiempo y otros componentes, así como los cables secundarios relacionados. Al desmontarlos, preste atención para evitar daños artificiales a los componentes y retirar por error cables secundarios útiles. Organice y retire los componentes, clasifíquelos y especifique el almacenamiento local para evitar el caos en la obra. La obra debe cumplir con los requisitos de las 6S.
6.1.3 Instalación y montaje de línea y disposición de cables de dispositivo integral de protección, medición y control
Debido a las diferencias de tamaño entre los dispositivos de medición y control de protección integral nuevos y antiguos, el tamaño de la ventana de instalación del panel del armario de distribución no se ajusta al del nuevo dispositivo. Es necesario cortar y ampliar la ventana de instalación del panel del armario de distribución para instalar el nuevo dispositivo y evitar que el panel se raye al cortarlo. El cable conectado al nuevo dispositivo debe ser nuevo, y se deben retirar todos los cables no utilizados para evitar circuitos parásitos. El cableado debe realizarse siguiendo estrictamente los planos de diseño para evitar fugas, conexiones y conmutaciones incorrectas. El cableado del nuevo dispositivo debe ser limpio, uniforme y razonable, lo que facilita su inspección y mantenimiento.
6.2 Protección de potencia y puesta en servicio de planta de 10 kV
La protección y la depuración se dividen principalmente en cuatro enlaces: verificación de la línea de bucle secundario, verificación de la función de bucle, depuración estática del dispositivo de protección y prueba de transmisión. Revise cuidadosamente cada terminal y cada número de línea de acuerdo con los planos de construcción. Concéntrese en verificar que el circuito secundario del TC no tenga circuito abierto, el circuito secundario del TP, la polaridad y el cableado deben ser correctos; verifique que la telemetría, la comunicación remota y el cableado del control remoto deben ser correctos; verifique que el circuito de control de CC no tenga cortocircuito, ni cortocircuito entre el circuito de tierra LN; mida que la resistencia de aislamiento del circuito de control de CC cumpla con los requisitos (1000 V); mida si el circuito de CA/CC tiene electricidad. Cabe destacar que, debido a que la unidad de subcontratación no está familiarizada con el circuito secundario de la fábrica, es fácil pasar por alto y realizar conexiones incorrectas en el proceso de transformación.
Se activan los bucles de control de CA y CC para verificar el funcionamiento de cada uno. Compruebe que la telemetría, la señalización remota y las señales de control remoto sean correctas, que los medidores, las luces indicadoras, la iluminación y los circuitos de calefacción funcionen correctamente y que la función antisaltos del cuerpo del interruptor sea correcta. Encienda el bucle de control para verificar que el cableado de cada bucle sea correcto.
La depuración estática del dispositivo de protección consiste en realizar la inspección de muestreo del dispositivo, la carga y verificación del valor fijo, y la inspección funcional del dispositivo. Se verifica el dispositivo de protección de línea AM5SE-F, el dispositivo de protección de transformador AM5SE-T, el dispositivo de protección de motor AM5SE-M, el dispositivo de conmutación automática en espera AM5SE-B y la monitorización del TP mediante la aplicación de corriente en el secundario del TC y la aplicación de tensión analógica al terminal del armario del TP. El dispositivo AM5SE-UB, el voltímetro, el amperímetro y el sistema de monitorización se visualizan correctamente, y se verifica que la secuencia de fase y la fase del bucle de tensión y corriente CA sean correctas. Se establece el valor fijo según el dispositivo de protección de par único de valor fijo y se verifica que sea correcto. La inspección de la función de protección consiste en verificar la corrección de la lógica y el tiempo de acción del dispositivo de medición y control de protección de microordenador de la serie AM5SE mediante la adición de una cantidad analógica. Se evitará el rechazo y el mal funcionamiento, y el tiempo de acción debe cumplir con los requisitos. La depuración estática del dispositivo de protección garantiza que éste pueda responder con sensibilidad a las fallas y enviar señales de alarma e instrucciones de disparo de manera confiable y rápida.
La conexión de datos entre el dispositivo integral de medición y control de protección y el sistema de monitorización de potencia es correcta, y el estado de funcionamiento, el valor de ajuste, el registro de eventos y otra información del dispositivo de protección se recopilan en tiempo real en segundo plano. El dispositivo de protección está conectado en segundo plano, lo que mejora la gestión del sistema de protección de relés y la automatización del procesamiento de la información de fallos.
La prueba de transmisión simula la cantidad de fallas detectadas por el dispositivo de protección. Este debe salir del interruptor de disparo para verificar la corrección de la lógica de protección, el circuito de disparo y el circuito de señal, así como para verificar que el interruptor pueda abrirse y cerrarse correctamente de forma remota mediante la computadora central. Se debe realizar una prueba de transmisión completa para cada conjunto de dispositivos de protección para garantizar que la lógica de protección de cada dispositivo de protección del armario de distribución, el disparo de la salida de protección, el interruptor de apertura y cierre remotos y la indicación de señal sean correctos.
6.3 Problemas encontrados en la transformación y optimización
Tras completar la transformación del nuevo dispositivo integral de medición y control de protección, durante la prueba de transmisión, se observó que el interruptor solo se cerraba una vez. Si se cerraba de nuevo, solo se cerraba tras reiniciar la alimentación de control. El análisis reveló que no existe un punto de cierre normal en la bobina de cierre del interruptor. Dado que el relé de cierre está configurado en el dispositivo de protección para garantizar el cierre fiable del interruptor, al no existir un punto de cierre normal en la bobina de cierre, si no se detecta un punto de interrupción, la energía del relé de cierre y retención no se puede liberar, por lo que es necesario reiniciarlo para liberarlo antes del siguiente cierre. Tras numerosas comunicaciones con el fabricante del interruptor y el personal correspondiente de la central hidroeléctrica, se conectaron en serie un conjunto de puntos de cierre normal antes de la bobina de cierre, solucionando así los problemas mencionados. Tomando como ejemplo el dispositivo de medición y control de protección del transformador AM5SE-T, el diagrama secundario del circuito de apertura y cierre de la reconstrucción de la central hidroeléctrica se muestra en la Figura 2.
Figura 2 Diagrama cuadrático del circuito dividido AM5SE-T
7 Transformación del sistema de monitoreo de energía eléctrica de 10kV
Para monitorear la operación y la recopilación de datos de toda la sala de distribución en tiempo real, se configuró un sistema de monitoreo de energía Acrel-2000Z en la central hidroeléctrica. Este sistema carga los datos de protección del microordenador al sistema de monitoreo de energía para monitorear y gestionar la energía de la subestación de 10 kV y mejorar la gestión automática. Sus principales funciones son: monitoreo en tiempo real, consulta de parámetros eléctricos, informe de operación, alarma en tiempo real, consulta de eventos históricos, informe de estadísticas de energía, gestión de derechos de usuario, topología de red, monitoreo de calidad de energía, control remoto, gestión de comunicaciones, registro de fallas, recuperación de accidentes, consulta de curvas, acceso web y acceso a aplicaciones.
8. Conclusión
La transformación del dispositivo de protección de potencia de 10 kV en la central hidroeléctrica ha resuelto problemas como el envejecimiento grave de los componentes electrónicos, el bajo nivel de automatización, la interfaz y el software hombre-máquina poco amigables y el difícil trabajo de mantenimiento. El reemplazo del dispositivo de control y medición de protección de microordenador de la serie AM5SE es más funcional y humanizado, el cristal líquido del dispositivo muestra de forma más intuitiva el voltaje, la cantidad de muestreo de corriente y varios registros de eventos; la función de software de depuración es potente, fácil de operar, fácil de dominar, interfaz de software amigable; el circuito de operación tiene la función de monitorear la desconexión del interruptor y del circuito de control; la luz indicadora del panel del dispositivo muestra directamente la posición de salto del interruptor y el estado de cierre, para el personal de operación y mantenimiento es más intuitivo; el dispositivo de control y medición de protección de motor AM5SE-M configurado agrega el reconocimiento del estado de arranque / funcionamiento del motor, y está equipado con la sección de arranque, la sección de funcionamiento, la sección de funcionamiento de dos y otras funciones de protección, resuelve el problema de la gran corriente de arranque del motor, fácil de causar un falso salto; El dispositivo de protección está equipado con una interfaz de comunicación RS485. Esta interfaz se conecta entre los dispositivos de protección de forma manual. Los datos se envían al sistema de monitoreo de potencia Acrel-2000Z, lo que facilita la visualización de la información de protección y la gestión de fallas. Desde la puesta en funcionamiento del nuevo dispositivo integral de medición y control de protección, el equipo ha estado en funcionamiento normal. La aplicación del nuevo dispositivo integral de protección ofrece amplias funciones de protección, una interfaz intuitiva y un manejo y mantenimiento sencillos, lo que mejora la confiabilidad del funcionamiento de la central hidroeléctrica y garantiza la seguridad y la producción estable de la planta, lo cual es de gran importancia.
Referencia
[1] Nb/T 35010-2013 Código para el diseño de protección de relés de centrales hidroeléctricas
[2] DL/T 5164-2002 Código técnico para el diseño de la energía auxiliar de la planta de energía
[3] Código GB/T 50171-2012 para la construcción y aceptación de paneles, gabinetes y cableado de circuitos secundarios de ingeniería de instalación de equipos eléctricos.
[4] Huang Jinxin. Transformación del dispositivo de protección de potencia auxiliar de 10 kV de la central hidroeléctrica de Longtan.
[5] Solución integrada de automatización, operación y mantenimiento de la subestación de usuario Ankrui. Noviembre de 2021
Hora de publicación: 17 de agosto de 2022
