Reconstrucción de dispositivo de protección de energía de 10kV de una Central Hidroeléctrica
Resumen: Para mejorar la confiabilidad de los componentes electrónicos del dispositivo de control y medición de protección integrada original de la planta de 10 kV, los componentes electrónicos envejecen gravemente, el bajo nivel de automatización, la interfaz hombre-máquina insuficiente y el software amigable, el trabajo de mantenimiento difícil. La central hidroeléctrica decidió actualizar la planta de 10 kV. dispositivo de protección de energía.El nuevo dispositivo de protección y control tiene numerosas funciones de protección, una interfaz de operación amigable y una operación y mantenimiento convenientes, lo que mejora la operación confiable del consumo de energía de la planta hidroeléctrica y garantiza la seguridad y estabilidad de la planta.
Palabras clave: dispositivo de protección y control de 10kV;fiabilidad;protección para central hidroeléctrica
0 Introducción
Una central hidroeléctrica está situada a 15 kilómetros aguas arriba de una cabecera de condado en Guangxi.Es un proyecto histórico 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 se puso en pleno funcionamiento a finales de 2009. El nivel de agua diseñado es de 400 m, la altura de la presa es de 216,5 m, la longitud superior de la presa es de 836 m, la capacidad de almacenamiento es de 27,3 mil millones de m³, la capacidad instalada es de 6,3 millones de kW y la generación de energía anual es de 18,7 mil millones de kWh.La construcción se completa en dos fases.Debido a la enorme capacidad de producción de la central eléctrica, tiene un gran impacto en la sociedad.Para garantizar la calidad del suministro eléctrico y el suministro seguro y confiable de energía eléctrica a largo plazo, la central hidroeléctrica ha transformado gradualmente el nuevo dispositivo integral de medición y control de protección del consumo de energía de la planta de 10 kV.
1. Breve introducción del sistema de energía de planta de 10 kV
El sistema de 10 kV de la central hidroeléctrica es un sistema de puesta a tierra de baja corriente.Su forma de cableado adopta una fuente de alimentación independiente de múltiples fuentes de alimentación, el bus de sección I ~ VI es un anillo de espera "mano a mano" y una importante configuración de dispersión de carga para garantizar la confiabilidad de la fuente de alimentación.Todo el sistema de potencia de 10kV cuenta con 7 barras colectoras: 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 introducción 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 del bus 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 bus I~VI según el principio de dispersión e independencia.El equipo conectado por el bus de fábrica de 10 kV se divide en transformador de distribución, motor de alto voltaje, transformador de voltaje e interruptor de contacto según la naturaleza de la carga.Consulte la Figura 1 para ver el sistema de suministro de energía de 10 kV de la central hidroeléctrica en conexión.
Fig. 1 Cableado de potencia de planta de 10kV
1. Motivo de la reconstrucción del dispositivo de protección de energía de 10 kV
El dispositivo de control y medición de protección integral original de la planta de energía de 10 kV adopta el dispositivo de protección integrado importado de Shanghai Areva MiCOM-P122.El equipo ha estado en funcionamiento desde mayo de 2007. Los componentes electrónicos del dispositivo de protección están seriamente envejecidos y los componentes de entrada del acoplamiento óptico protector se dañan con mayor frecuencia, lo que afecta la producción segura y estable de la planta de energía.Además, el fabricante ya no produce repuestos del mismo tipo, solo puede comprar repuestos de dispositivos mejorados y los datos del dispositivo de protección no cumplen con los requisitos, pero no repuestos de protección del interruptor de reserva;el nivel de automatización no es alto, la digitalización débil, la gestión inconveniente de la información del dispositivo no pueden cumplir con los requisitos actuales, la interfaz hombre-máquina y todo el software en inglés no son amigables, lo que genera un trabajo más tedioso y reduce la eficiencia del trabajo.Teniendo en cuenta los factores anteriores, es necesario llevar a cabo una transformación técnica del sistema de control y medición de protección integral del consumo de energía de 10 kV.
3 Requisitos para la protección y transformación de energía de una planta de 10kV
El tablero y su posición de instalación permanecen sin cambios, reemplace todos los interruptores de carga del alimentador, interruptores de bus, gabinete PT, cable secundario interno y fila de terminales originales;el cuadro de distribución se rediseña y modifica según el tamaño del nuevo dispositivo;Complete el cableado del nuevo sistema de monitoreo de energía de acceso al dispositivo y el conjunto de direcciones de interfaz de comunicación.En el proceso de transformación, el bucle de operación se optimiza cuando la configuración de protección original se mantiene sin cambios.
4 Selección de nuevos equipos de medida y control de protección integral
El nuevo dispositivo integrado de medición y control de protección debe integrar las 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, y los datos de medición y la información de protección se pueden cargar al sistema de monitoreo de energía a través del puerto de comunicación para facilitar la automatización del 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 central hidroeléctrica de 10 kV, finalmente se seleccionó el dispositivo de medición y control de la serie AM5SE producido por Acrel Co., Ltd.De acuerdo con las diferentes propiedades de carga del bus de energía de la planta de 10 kV, dispositivo de control y medición de protección de línea AM5SE-F, dispositivo de control y monitoreo de protección de transformador AM5SE-T, dispositivo de control y medición de protección de motor AM5SE-M, protección de autocontrol AM5SE-B Dispositivo de medición y control, gabinete PT AM5SE-UB Dispositivo de monitoreo PT, las funciones de protección de cada modelo se muestran en la siguiente tabla:
| modelo | función de protección |
| AM5SE-F Dispositivo de control y medición de protección de línea | Protección contra sobrecorriente de tres etapas (se puede cerrar con baja presión, se puede proteger en dirección), protección contra sobrecorriente de límite de tiempo inverso (se puede proteger con cierre de baja presión W, orden cero de dos etapas 101 sobre corriente/límite de tiempo inverso sobre protección de corriente, orden cero de dos etapas 1, 2 Protección de sobrecorriente de tiempo actual/inverso, recierre, protección de 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 sobrevoltaje, protección de sobretensión de orden cero, protección de potencia inversa, reducción de carga de baja frecuencia/protección de alta frecuencia (por diferencia de deslizamiento), alarma de rotura de PT, alarma de rotura de circuito de control, bucle FC con función de bloqueo de sobrecorriente, protección sin alimentación, alarma de rotura de CT, y comprobar |
| AM5SE-T Dispositivo de medición y control de protección de distribución de energía. | Protección contra sobrecorriente de tres etapas (se puede completar mediante cierre de voltaje compuesto), protección contra sobrecorriente de límite de tiempo inverso (se puede completar mediante bloqueo de voltaje compuesto), protección contra sobrecorriente 101 de orden cero de dos etapas, sobrecorriente 102 de orden cero de dos etapas protección, límite de tiempo inverso de orden cero, protección contra sobrecorriente, alarma de sobrecarga, disparo por sobrecarga, alarma de rotura de PT, alarma de rotura de circuito de control, protección sin alimentación, alarma de rotura de CT, bucle FC con función de bloqueo de sobrecorriente |
| AM5SE-B el dispositivo de medición y control de protección de autoproyección | Protección contra sobrecorriente de tres secciones (mediante bloqueo de voltaje compuesto, con bloqueo de dirección), protección contra sobrecorriente de tiempo inverso (mediante bloqueo de voltaje compuesto), protección acelerada contra sobrecorriente (mediante bloqueo de voltaje compuesto), función de espera (admite 11 tipos de sistemas de suministro de energía) , alarma de rotura de PT, alarma de rotura de circuito de control, protección de carga de bus, reconexión, acoplamiento/alarma de sobrecarga, protección de sobrecorriente de orden cero de dos secciones, protección de sobrecorriente de aceleración de secuencia cero, verifique el mismo período |
| AM5SE-M Dispositivo de medición y control de protección del motor. | Protección de corriente (arranque, 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 prolongado, protección sin alimentación, alarma de rotura de PT, alarma de rotura de 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 fases, protección de fase de voltaje , Proteccion al sobrevoltaje |
Además de la función de protección anterior, cada dispositivo de control y medición de protección de microcomputadora tiene una interfaz de comunicación RS485, realiza la comunicación con el sistema de monitoreo de energía, realiza la función de monitoreo del circuito de operación independiente, realiza el estado del interruptor y el monitoreo del circuito del interruptor es más completo. ;Función de salto incorporada, los usuarios pueden elegir si invertir.La función de protección de la serie AM5SE del dispositivo de control y medición de protección de microcomputadora recién configurada es rica y cada menú se puede configurar libremente en chino o inglés, lo que favorece la operación y el mantenimiento.
5. Diseño de planta de 10kV
El dispositivo de control y medición de protección integrada por computadora de la serie AM5SE recientemente configurado y los dibujos están diseñados por Acrel Co., LTD.El diseño esquemático del circuito secundario debe basarse en los dibujos secundarios originales del gabinete de alto voltaje de 10 kV.El diseño de la fila de terminales se basa en el diseño del dibujo, y el diseño del dibujo debe cumplir con los requisitos de las regulaciones pertinentes.Para el diseño del dibujo con la misma naturaleza de carga, el número de terminal y el número de línea son muy uniformes y tienen ciertas reglas.La precisión del diseño del dibujo determina si la construcción y la puesta en servicio son fluidas y la producción segura después de la operación.
6. Proceso de protección y transformación de energía de 6 plantas de 10kV.
La planta de 10kV deberá cumplir con las condiciones de construcción: plano constructivo detallado y planos;los administradores de equipos deberán completar la aceptación de equipos nuevos;personal de construcción para completar la educación de seguridad;y herramientas y materiales completos.La construcción se lleva a cabo estrictamente de acuerdo con el esquema y los planos, para garantizar la finalización sin problemas de cada enlace.
6.1 Transformación del hardware de protección de energía de planta de 10kV
La construcción de renovación de la planta de 10kV tiene principalmente tres eslabones: el reemplazo de la fila de terminales en el gabinete de distribución, la remoción del antiguo dispositivo de medición y control de protección integral y la instalación, línea de montaje y disposición de cables del nuevo dispositivo de protección integral.
6.1.1.Reemplace la fila de terminales
El reemplazo de terminales debe reemplazarse uno por uno, para reemplazar un terminal;está prohibido reemplazar dos o más terminales al mismo tiempo para evitar conexiones incorrectas, provocar errores de cableado, reemplazar la fila de terminales solo en un gabinete de distribución y prevenir eficazmente errores de cableado;La fuente de alimentación de CA, la fuente de alimentación de CC, el circuito de disparo y el circuito de señal para agregar aislamiento deben aislarse para evitar que la conexión corta entre los terminales se debe presionar sin aflojar.Para reemplazar la fila de terminales, asegúrese de que el terminal del bucle original y el número de línea permanezcan sin cambios, y que el siguiente paso del cableado y el trabajo de verificación de línea se puedan realizar sin problemas.
6.1.2 Demolición del antiguo dispositivo de medida y control de protección integral
De acuerdo con el plano de construcción y los dibujos, retire los componentes que se van a abolir, incluidos los antiguos dispositivos integrados de medición y control de protección, relés intermedios en el tablero, relés de voltaje, relés de tiempo y otros componentes, y cables secundarios relacionados.Al realizar el desmontaje, preste atención para evitar daños artificiales a los componentes y retirar por error cables secundarios útiles.Organice y elimine los componentes y clasifique, especifique el almacenamiento local, para evitar el caos en el lugar de trabajo, el sitio de construcción debe cumplir con los requisitos 6S.
6.1.3 Línea de instalación y montaje y disposición de cables del dispositivo de control y medición de protección integral.
Debido a los diferentes tamaños de los dispositivos de control y medición de protección integral nuevos y antiguos, el tamaño de la ventana de instalación en el panel del gabinete de distribución no coincide con el tamaño del nuevo dispositivo de control y medición de protección integral.La ventana de instalación en el panel del gabinete de distribución debe cortarse y expandirse para instalar el nuevo dispositivo de control y medición de protección integral y evitar que el panel se raspe al cortar.El cable conectado al nuevo dispositivo será un cable nuevo, debiendo eliminarse todos los cables no utilizados para evitar la existencia de un circuito parásito.El cableado se realizará estrictamente de acuerdo con los planos de diseño para evitar fugas, conexiones erróneas y conmutaciones erróneas.El cableado del nuevo dispositivo debe ser limpio, unificado, razonable y conveniente para la inspección y el mantenimiento.
6.2 Protección eléctrica y puesta en servicio de planta de 10 k V
La protección y la depuración se dividen principalmente en cuatro enlaces: verificación de la línea del bucle secundario, verificación de la función del bucle, depuración estática del dispositivo de protección y prueba de transmisión.Verifique cuidadosamente cada terminal y cada número de línea de acuerdo con los planos de construcción.Concéntrese en verificar el circuito secundario del CT sin circuito abierto, el circuito secundario del PT, la polaridad y el cableado deben ser correctos;verifique que la telemetría, la comunicación remota y el cableado del control remoto sean correctos;verifique el circuito de control de CC sin cortocircuito, sin cortocircuito entre el circuito de tierra LN;medir la resistencia de aislamiento del circuito de control de CC cumple con los requisitos (1000 V);Mida si el circuito AC/DC con electricidad.Vale la pena señalar que, debido a que la unidad de subcontratación no está familiarizada con el circuito secundario de la fábrica, es fácil pasarlo por alto y desconectarlo mal en el proceso de transformación.
Los bucles de control de voltaje CA y CC se encienden para verificar las funciones de cada bucle.Verificar que las señales de telemetría, señalización remota y control remoto sean correctas, que los medidores, luces indicadoras, circuitos de iluminación y calentadores estén normales;la función anti-salto del cuerpo del interruptor es correcta.Encienda el bucle de control para verificar aún más 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 del funcionamiento del dispositivo.Verifique el dispositivo de protección de línea AM5SE-F, el dispositivo de protección del transformador AM5SE-T, el dispositivo de protección del motor AM5SE-M, el dispositivo de conmutación automática de reserva AM5SE-B y el monitoreo del PT aplicando corriente en el lado secundario del TI y aplicando voltaje analógico al el terminal del gabinete PT.El dispositivo AM5SE-UB, el voltímetro, el amperímetro y el sistema de monitoreo se muestran correctamente y se verifica que la secuencia de fases y la fase del circuito de voltaje CA y corriente CA sean correctas.Configure el valor fijo de acuerdo con el dispositivo de protección de par único de valor fijo y verifíquelo para asegurarse de que el valor fijo sea correcto.La inspección de la función de protección es para verificar la exactitud de la lógica de acción y el tiempo de acción del dispositivo de control y medición de protección del microordenador de la serie AM5SE agregando una cantidad analógica, no habrá rechazo ni mal funcionamiento, y el tiempo de acción debe cumplir con los requisitos.La depuración estática del dispositivo de protección garantiza que el dispositivo de protección 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 de control y medición de protección integral y el sistema de monitoreo de energía es correcta, y el estado de operación, el valor de configuración, el registro de eventos y otra información sobre el dispositivo de protección se pueden recopilar en tiempo real en segundo plano.El dispositivo de protección está conectado en segundo plano, lo que mejora la gestión del sistema de protección del relé y el nivel de automatización del procesamiento de información de fallas.
La prueba de transmisión es para simular la cantidad de falla recopilada por el dispositivo de protección, y el dispositivo de protección debe salir del interruptor de disparo para verificar la corrección de la lógica de protección del dispositivo, el circuito de disparo y el circuito de señal;y verificar que el interruptor se pueda abrir y cerrar correctamente de forma remota mediante la operación de la computadora host.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 gabinete de distribución, el disparo de la salida de protección, el interruptor de apertura y cierre remoto y la indicación de señal correcta.
6.3 Problemas encontrados en la transformación y optimización.
Una vez finalizada la transformación del nuevo dispositivo de control y medición de protección integral, durante la prueba de transmisión, se encontró que el interruptor solo se podía cerrar una vez.Si se cerraba de nuevo, sólo se podía cerrar después de reiniciar la fuente de alimentación de control.Mediante análisis, se encuentra que no hay ningún punto normalmente cerrado en la bobina de cierre del disyuntor.Dado que el relé de cierre está configurado en el dispositivo de protección para garantizar que el disyuntor se pueda cerrar de manera confiable, en este momento, dado que no hay un punto normalmente cerrado en la bobina de cierre del disyuntor, después del cierre Si no hay un punto de interrupción, el La energía del relé de cierre y retención no se puede liberar, por lo que es necesario reiniciarlo y el relé de cierre y retención se puede liberar antes del siguiente cierre.Después de muchas comunicaciones con el fabricante del disyuntor y el personal relevante de la central hidroeléctrica, se conecta en serie un conjunto de puntos normalmente cerrados antes de la bobina de cierre, resolviendo así los problemas anteriores.Tomando como ejemplo el dispositivo de medición y control de protección del transformador AM5SE-T, en la Figura 2 se muestra el diagrama secundario del circuito de apertura y cierre de la reconstrucción de la central hidroeléctrica.
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 configura un conjunto de sistema de monitoreo de energía Acrel-2000Z para que la estación hidroeléctrica cargue los datos de protección del microordenador al sistema de monitoreo de energía para realizar el monitoreo de energía y Gestión de subestaciones de 10kV y mejorar el nivel de gestión automática.Sus funciones principales se pueden realizar de la siguiente manera: 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, función de control remoto. gestión de comunicaciones, onda de registro de fallas, recuperación de accidentes, consulta de curvas, acceso web, acceso a aplicaciones.
8. Conclusión
La transformación del dispositivo de protección de energía de 10kV 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 los difíciles trabajos de mantenimiento.El reemplazo del dispositivo de control y medición de protección de microcomputadora de la serie AM5SE es más funcional y humanizado, el cristal líquido del dispositivo muestra el voltaje, la cantidad de muestreo actual y varios registros de eventos más intuitivos;La función del software de depuración es potente, fácil de operar, fácil de dominar y con una 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 del motor AM5SE-M configurado agrega el reconocimiento del estado de arranque/funcionamiento del motor, y está equipado con la sección de arranque, operación de la sección, operación de las dos secciones y otras funciones de protección, resuelve la corriente de arranque del motor es grande, fácil de provocar un problema de salto en falso;El dispositivo de protección está equipado con una interfaz de comunicación RS485. La interfaz de comunicación está conectada entre los dispositivos de protección "mano a mano". Los datos se entregan al sistema de monitoreo de energía Acrel-2000Z, lo que es conveniente para ver la información de protección y la gestión de información de fallas.Desde que se puso en funcionamiento la transformación del nuevo dispositivo de medida y control de protección integral, el equipo se encuentra en funcionamiento normal.La aplicación del nuevo dispositivo de protección integral tiene ricas funciones de protección, una interfaz de operación amigable y una operación y mantenimiento convenientes, lo que mejora la operación confiable de la planta hidroeléctrica y garantiza la seguridad y la producción estable de la planta, lo cual es de obvia importancia.
Referencia
[1] Código Nb/T 35010-2013 para el diseño de relés de protección de centrales hidroeléctricas
[2] Código técnico DL/T 5164-2002 para el diseño de energía auxiliar de central eléctrica
[3] Código GB/T 50171-2012 para la construcción y aceptación de cableado de paneles, gabinetes y circuitos secundarios de ingeniería de instalación de equipos eléctricos.
[4] Huang Jinxin.Transformación del dispositivo de protección de energía 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 2021
Hora de publicación: 17 de agosto de 2022
