Ricostruzione del dispositivo di protezione dell'alimentazione da 10 kV di una centrale idroelettrica
Riassunto: Al fine di migliorare l'affidabilità dell'impianto da 10 kV, il dispositivo di protezione e controllo integrato originale presentava un grave invecchiamento dei componenti elettronici, un basso livello di automazione, un'interfaccia uomo-macchina insufficiente e un software intuitivo, nonché difficoltà di manutenzione. La centrale idroelettrica ha deciso di aggiornare il dispositivo di protezione dell'impianto da 10 kV. Il nuovo dispositivo di protezione e controllo offre numerose funzioni di protezione, un'interfaccia utente intuitiva e un funzionamento e una manutenzione agevoli, migliorando l'affidabilità del consumo energetico dell'impianto idroelettrico e garantendone la sicurezza e la stabilità.
Parole chiave: dispositivo di protezione e controllo da 10 kV; affidabilità; protezione per centrale idroelettrica
0 Introduzione
Una centrale idroelettrica si trova 15 km a monte di un capoluogo di contea nel Guangxi. Si tratta di un progetto epocale di "Trasmissione di energia da ovest a est" e di un progetto importante per lo sviluppo della Cina occidentale. La costruzione della centrale idroelettrica è iniziata il 1° luglio 2001 ed è entrata in funzione entro la fine del 2009. Il livello dell'acqua previsto è di 400 m, l'altezza della diga è di 216,5 m, la lunghezza massima della diga è di 836 m, la capacità di stoccaggio è di 27,3 miliardi di m³, la potenza installata è di 6,3 milioni di kW e la produzione annua di energia è di 18,7 miliardi di kWh. La costruzione è stata completata in due fasi. Grazie all'enorme capacità produttiva della centrale, ha un grande impatto sulla società. Per garantire la qualità dell'approvvigionamento energetico e la fornitura di energia elettrica sicura e affidabile a lungo termine, la centrale idroelettrica è stata gradualmente trasformata in un nuovo dispositivo di protezione completa, misurazione e controllo del consumo energetico dell'impianto a 10 kV.
1. Breve introduzione al sistema di alimentazione dell'impianto da 10 kV
Il sistema a 10 kV della centrale idroelettrica è un sistema di messa a terra a bassa corrente. Il suo cablaggio adotta un'alimentazione indipendente da più alimentatori, il bus di sezione I~VI è un anello di standby "hand in hand" e un'importante configurazione di dispersione del carico per garantire l'affidabilità dell'alimentazione. L'intero sistema di alimentazione a 10 kV è dotato di 7 barre collettrici: le sezioni I, II, III, I, IV, V e VI provengono dal lato del trasformatore di bassa tensione delle unità 1, 2, 3, 4, 5 e 7 rispettivamente; la sezione VII è il punto di ingresso dell'alimentazione esterna, dell'alimentatore di sicurezza e del generatore diesel, che vengono utilizzati come alimentazione di backup per i bus di sezione I, III e VI da 10 kV. Tutti i carichi a 10 kV dell'impianto sono distribuiti uniformemente sulla linea bus I~VI secondo il principio di dispersione e indipendenza. Le apparecchiature collegate dal bus di fabbrica a 10 kV sono suddivise in trasformatore di distribuzione, motore ad alta tensione, trasformatore di tensione e interruttore di contatto in base alla natura del carico. Vedere la Figura 1 per il sistema di alimentazione a 10 kV della centrale idroelettrica in connessione.
Fig. 1 Cablaggio di alimentazione dell'impianto da 10 kV
1. Motivo della ricostruzione del dispositivo di protezione dell'alimentazione da 10 kV
Il dispositivo originale di misura e controllo della protezione completa della centrale elettrica da 10 kV adotta il dispositivo di protezione integrato MiCOM-P122 importato da Shanghai Areva. L'apparecchiatura è in funzione da maggio 2007. I componenti elettronici del dispositivo di protezione stanno invecchiando notevolmente e i componenti di ingresso dell'accoppiamento ottico protettivo si danneggiano più frequentemente, il che influisce sulla produzione sicura e stabile della centrale elettrica. Inoltre, il produttore non produce più pezzi di ricambio dello stesso tipo, può acquistare solo dispositivi di ricambio aggiornati e i dati del dispositivo di protezione non soddisfano i requisiti, ma non sono disponibili pezzi di ricambio per la protezione dell'interruttore di standby; il livello di automazione non è elevato, la digitalizzazione è debole, la gestione delle informazioni del dispositivo è scomoda e non soddisfa i requisiti attuali, l'interfaccia uomo-macchina e il software in inglese non sono tutti intuitivi, il che comporta un lavoro più noioso e riduce l'efficienza lavorativa. Considerati i fattori sopra menzionati, è necessario apportare una trasformazione tecnica al sistema di misura e controllo della protezione completa del consumo di energia da 10 kV.
3 Requisiti per la protezione e la trasformazione dell'alimentazione dell'impianto a 10 kV
Il quadro elettrico e la sua posizione di installazione rimangono invariati, vengono sostituiti tutti gli interruttori di carico originali, gli interruttori di bus, l'armadio PT, il cavo secondario interno e la fila di morsetti; il quadro elettrico viene riprogettato e modificato in base alle dimensioni del nuovo dispositivo; viene completato il cablaggio del nuovo dispositivo, viene impostato l'indirizzo del sistema di monitoraggio dell'alimentazione di accesso e dell'interfaccia di comunicazione. Nel processo di trasformazione, il ciclo operativo viene ottimizzato mantenendo invariata la configurazione di protezione originale.
4 Selezione di nuove apparecchiature di controllo e misurazione della protezione completa
Il nuovo dispositivo di misura e controllo integrato di protezione dovrebbe integrare le funzioni di controllo, protezione, registrazione delle onde di guasto, misurazione, allarme di segnale, acquisizione del volume di commutazione e comunicazione. Dotato di una protezione di corrente non direzionale a tre stadi come nucleo, è dotato di funzioni di monitoraggio e raccolta dei parametri di linea e i dati di misura e le informazioni di protezione possono essere caricati nel sistema di monitoraggio dell'alimentazione tramite la porta di comunicazione per facilitare l'automazione della rete di distribuzione. In base ai risultati della gara d'appalto pubblica dei fornitori nazionali per il progetto di trasformazione del dispositivo di protezione dell'alimentazione dell'impianto a 10 kV della centrale idroelettrica, è stato infine selezionato il dispositivo di misura e controllo della serie AM5SE prodotto da Acrel Co., Ltd. In base alle diverse proprietà di carico del bus di potenza dell'impianto a 10 kV, il dispositivo di misura e controllo della protezione di linea AM5SE-F, il dispositivo di monitoraggio e controllo della protezione del trasformatore AM5SE-T, il dispositivo di misura e controllo della protezione del motore AM5SE-M, il dispositivo di misura e controllo della protezione di autocontrollo AM5SE-B e il dispositivo di monitoraggio del trasformatore AM5SE-UB, le funzioni di protezione di ciascun modello sono illustrate nella tabella seguente:
| modello | funzione di protezione |
| AM5SE-F Dispositivo di misura e controllo della protezione della linea | Protezione da sovracorrente a tre stadi (può essere chiusa da bassa pressione, può essere protetta in direzione), protezione da sovracorrente con limite di tempo inverso (può essere protetta da bassa pressione chiusa W), protezione da sovracorrente a due stadi di ordine zero 101/limite di tempo inverso, protezione da sovracorrente a due stadi di ordine zero 1. 2 Corrente/tempo inverso, richiusura, protezione da sovracorrente accelerata (mediante chiusura a bassa tensione), allarme di sovraccarico, sgancio per sovraccarico, sgancio per perdita di pressione, allarme di perdita di pressione, protezione da sovratensione, protezione da sovratensione di ordine zero, protezione da potenza inversa, riduzione del carico a bassa frequenza/protezione ad alta frequenza (mediante differenza di scorrimento), allarme di interruzione PT, allarme di interruzione del circuito di controllo, circuito FC con funzione di blocco da sovracorrente, protezione non di potenza, allarme di interruzione CT e controllo |
| AM5SE-T Dispositivo di controllo e misurazione della protezione della distribuzione di energia | Protezione da sovracorrente a tre stadi (può essere completata tramite chiusura di tensione composita), protezione da sovracorrente con limite di tempo inverso (può essere completata tramite blocco di tensione composita), protezione da sovracorrente di ordine zero 101 a due stadi, protezione da sovracorrente di ordine zero 102 a due stadi, protezione da sovracorrente con limite di tempo inverso di ordine zero, allarme di sovraccarico, intervento di sovraccarico, allarme di interruzione PT, allarme di interruzione del circuito di controllo, protezione non di potenza, allarme di interruzione CT, circuito FC con funzione di blocco da sovracorrente |
| AM5SE-B il dispositivo di misura e controllo della protezione autoproiettante | Protezione da sovracorrente a tre sezioni (tramite blocco di tensione composito, con blocco di direzione), protezione da sovracorrente a tempo inverso (tramite blocco di tensione composito), protezione da sovracorrente accelerata (tramite blocco di tensione composito), funzione standby (supporta 11 tipi di sistemi di alimentazione), allarme di interruzione PT, allarme di interruzione del circuito di controllo, protezione di carica del bus, richiusura, accoppiamento/allarme di sovraccarico, protezione da sovracorrente di ordine zero a due sezioni, protezione da sovracorrente con accelerazione a sequenza zero, controllo dello stesso periodo |
| AM5SE-M Dispositivo di controllo e misurazione della protezione del motore | Protezione di corrente (avvio, funzionamento), protezione di corrente a due stadi, protezione a tempo inverso, protezione di sequenza negativa a due stadi, protezione con limite di tempo inverso di ordine negativo, protezione da sovracorrente di ordine zero a due stadi, sovraccarico a caldo, protezione da sovraccarico, allarme di sovraccarico, intervento per sovraccarico, protezione di blocco, tempo di avviamento lungo, protezione non di potenza, allarme di interruzione PT, allarme di interruzione del circuito di controllo, protezione da bassa tensione, allarme di sovratensione di ordine zero, circuito FC con funzione di blocco da sovracorrente, protezione da squilibrio di tensione, protezione da sequenza di fase, protezione da fase di tensione, protezione da sovratensione |
Oltre alla funzione di protezione di cui sopra, ogni dispositivo di misura e controllo della protezione del microcomputer dispone di un'interfaccia di comunicazione RS485, che consente la comunicazione con il sistema di monitoraggio dell'alimentazione, la funzione di monitoraggio del circuito operativo indipendente, la visualizzazione dello stato dell'interruttore e un monitoraggio del circuito dell'interruttore più completo; funzione hop integrata, che consente agli utenti di scegliere se investire o meno. La nuova funzione di protezione del dispositivo di misura e controllo della protezione del microcomputer serie AM5SE è ricca e ogni menu può essere liberamente impostato in cinese o inglese, facilitando il funzionamento e la manutenzione.
5. Progettazione dell'impianto da 10 kV
Il dispositivo di misura e controllo della protezione integrato nel computer della serie AM5SE, di nuova configurazione, e i relativi disegni sono stati progettati da Acrel Co., LTD. Il progetto schematico del circuito secondario deve basarsi sui disegni originali del secondario dell'armadio ad alta tensione da 10 kV. La disposizione delle file di terminali si basa sul progetto del disegno, che deve soddisfare i requisiti delle normative pertinenti. Per i progetti con la stessa natura di carico, il numero di terminali e il numero di linea sono altamente uniformi e seguono determinate regole. L'accuratezza del progetto del disegno determina la fluidità della costruzione e della messa in servizio e la sicurezza della produzione dopo l'esercizio.
6. Processo di protezione e trasformazione dell'alimentazione di un impianto da 6 10 kV
L'impianto da 10 kV deve soddisfare le condizioni di costruzione: progetto e disegni di costruzione dettagliati; i responsabili delle apparecchiature devono completare l'accettazione delle nuove apparecchiature; il personale addetto alla costruzione deve completare la formazione sulla sicurezza; e devono essere disponibili strumenti e materiali completi. La costruzione viene eseguita nel rigoroso rispetto dello schema e dei disegni, per garantire il completamento senza intoppi di ogni collegamento.
6.1 Trasformazione hardware di protezione dell'alimentazione dell'impianto da 10 kV
La ristrutturazione dell'impianto da 10 kV si articola principalmente in tre fasi: la sostituzione della fila di morsetti nell'armadio elettrico, la rimozione del vecchio dispositivo di misura e controllo della protezione completa e l'installazione e la linea di montaggio e cablaggio del nuovo dispositivo di protezione completa.
6.1.1. Sostituire la fila di terminali
La sostituzione dei terminali deve essere effettuata uno alla volta, per sostituire un terminale; è vietato sostituire due o più terminali contemporaneamente per evitare collegamenti errati, che possono causare errori di cablaggio; sostituire la fila di terminali in un quadro elettrico da sola e prevenire efficacemente errori di cablaggio; l'alimentatore CA, l'alimentatore CC, il circuito di sgancio, il circuito di segnale per aggiungere isolamento devono essere isolati per evitare cortocircuiti tra i terminali; premere senza allentare. Per sostituire la fila di terminali, assicurarsi che il terminale del loop originale e il numero di linea rimangano invariati e che la fase successiva di cablaggio e controllo della linea possa essere eseguita senza problemi.
6.1.2 Demolizione del vecchio dispositivo di misura e controllo della protezione globale
In base al piano di costruzione e ai disegni, rimuovere i componenti da eliminare, inclusi i vecchi dispositivi di protezione, misura e controllo integrati, i relè intermedi nel quadro elettrico, i relè di tensione, i relè temporizzati e altri componenti, nonché i relativi cavi secondari. Durante lo smantellamento, prestare attenzione a evitare danni artificiali ai componenti e a rimuovere erroneamente cavi secondari utili. Organizzare e eliminare i componenti, classificarli e specificarne lo stoccaggio locale, per evitare il caos in cantiere. Il cantiere deve soddisfare i requisiti 6S.
6.1.3 Installazione e linea di montaggio e disposizione dei cavi del dispositivo di controllo e misurazione della protezione completa
A causa delle diverse dimensioni dei nuovi e vecchi dispositivi di misura e controllo della protezione completa, le dimensioni della finestra di installazione sul pannello del quadro elettrico non sono adatte alle dimensioni del nuovo dispositivo di misura e controllo della protezione completa. La finestra di installazione sul pannello del quadro elettrico deve essere tagliata e ampliata per installare il nuovo dispositivo di misura e controllo della protezione completa ed evitare che il pannello si graffi durante il taglio. Il cavo collegato al nuovo dispositivo deve essere un cavo nuovo e tutti i cavi non utilizzati devono essere rimossi per evitare la presenza di un circuito parassita. Il cablaggio deve essere eseguito in stretta conformità con i disegni di progetto per evitare perdite, collegamenti errati e commutazioni errate. Il cablaggio del nuovo dispositivo deve essere ordinato, unificato, ragionevole e facile da ispezionare e manutenere.
6.2 Protezione dell'alimentazione e messa in servizio di un impianto da 10 kV
La protezione e il debug sono principalmente suddivisi in quattro fasi: controllo della linea del circuito secondario, verifica della funzionalità del circuito, debug statico del dispositivo di protezione e test di trasmissione. Controllare attentamente ogni terminale e ogni numero di linea in base ai disegni costruttivi. Concentrarsi sul controllo del circuito secondario del TA senza circuito aperto, del circuito secondario del PT, della polarità e del cablaggio; controllare la telemetria, la comunicazione remota e il cablaggio del telecomando; controllare il circuito di controllo CC senza cortocircuito, nessun cortocircuito tra il circuito di terra LN; misurare la resistenza di isolamento del circuito di controllo CC conforme ai requisiti (1000 V); misurare se il circuito CA/CC è elettrico. È importante notare che, poiché l'unità di outsourcing non ha familiarità con il circuito secondario dello stabilimento, è facile che si perdano informazioni e si verifichino errori durante il processo di trasformazione.
I circuiti di controllo della tensione CA e CC vengono alimentati per verificare il funzionamento di ciascun circuito. Verificare che i segnali di telemetria, segnalazione remota e controllo remoto siano corretti, che i misuratori, le spie luminose, i circuiti di illuminazione e di riscaldamento siano normali e che la funzione anti-saltamento del corpo dell'interruttore sia corretta. Accendere il circuito di controllo per verificare ulteriormente che il cablaggio di ciascun circuito sia corretto.
Il debug statico del dispositivo di protezione consiste nell'eseguire l'ispezione a campione del dispositivo, il caricamento e la verifica del valore fisso e l'ispezione funzionale del dispositivo. Verificare il dispositivo di protezione di linea AM5SE-F, il dispositivo di protezione del trasformatore AM5SE-T, il dispositivo di protezione del motore AM5SE-M, il dispositivo di autocommutazione in standby AM5SE-B e il monitoraggio del trasformatore di tensione (PT) applicando corrente sul lato secondario del trasformatore di corrente (TA) e applicando tensione analogica al terminale dell'armadio del trasformatore di tensione (PT). Il dispositivo AM5SE-UB, il voltmetro, l'amperometro e il sistema di monitoraggio vengono visualizzati correttamente e la sequenza di fase e la fase dell'anello di tensione e corrente alternata (CA) vengono verificate. Impostare il valore fisso in base al valore fisso del dispositivo di protezione a coppia singola e verificarlo per assicurarsi che il valore fisso sia corretto. L'ispezione della funzione di protezione consiste nel verificare la correttezza della logica di azione e del tempo di azione del dispositivo di misura e controllo della protezione del microcomputer serie AM5SE aggiungendo una grandezza analogica; non si verificheranno scarti o malfunzionamenti e il tempo di azione dovrebbe soddisfare i requisiti. Il debug statico del dispositivo di protezione garantisce che quest'ultimo possa reagire in modo sensibile ai guasti e inviare segnali di allarme e istruzioni di intervento in modo affidabile e rapido.
La connessione dati tra il dispositivo di misurazione e controllo della protezione completa e il sistema di monitoraggio dell'alimentazione è corretta e lo stato operativo, il valore di impostazione, la registrazione degli eventi e altre informazioni sul dispositivo di protezione possono essere raccolti in tempo reale in background. Il dispositivo di protezione è connesso in background, il che migliora la gestione del sistema di protezione a relè e il livello di automazione dell'elaborazione delle informazioni di guasto.
Il test di trasmissione simula l'entità del guasto rilevato dal dispositivo di protezione, che deve uscire dall'interruttore di sgancio per verificare la correttezza della logica di protezione del dispositivo, del circuito di sgancio e del circuito di segnale; e per verificare che l'interruttore possa essere aperto e chiuso correttamente da remoto tramite il computer host. È necessario eseguire un test di trasmissione completo per ciascun set di dispositivi di protezione per garantire che la logica di protezione di ciascun dispositivo di protezione del quadro elettrico, l'intervento della presa di protezione, l'interruttore di apertura e chiusura remoto e la corretta indicazione del segnale funzionino correttamente.
6.3 Problemi riscontrati nella trasformazione e nell'ottimizzazione
Dopo il completamento della trasformazione del nuovo dispositivo di misura e controllo di protezione completo, durante il test di trasmissione, si è riscontrato che l'interruttore poteva essere chiuso una sola volta. Se veniva richiuso, poteva essere chiuso solo dopo aver riavviato l'alimentazione di controllo. Attraverso l'analisi, si è riscontrato che non vi è alcun punto normalmente chiuso nella bobina di chiusura dell'interruttore. Poiché il relè di chiusura è impostato nel dispositivo di protezione per garantire che l'interruttore possa essere chiuso in modo affidabile, in questo momento, poiché non vi è alcun punto normalmente chiuso nella bobina di chiusura dell'interruttore, dopo la chiusura se non vi è alcun punto di interruzione, l'energia del relè di chiusura e mantenimento non può essere rilasciata, quindi deve essere riavviato e il relè di chiusura e mantenimento può essere rilasciato prima della successiva chiusura. Dopo numerose comunicazioni con il produttore dell'interruttore e il personale addetto della centrale idroelettrica, una serie di punti normalmente chiusi sono collegati in serie prima della bobina di chiusura, risolvendo così i problemi sopra descritti. Prendendo come esempio il dispositivo di controllo e misurazione della protezione del trasformatore AM5SE-T, nella Figura 2 è mostrato lo schema secondario del circuito di apertura e chiusura della ricostruzione della centrale idroelettrica.
Figura 2 diagramma quadratico del circuito diviso AM5SE-T
7 Trasformazione del sistema di monitoraggio della potenza elettrica a 10 kV
Per monitorare in tempo reale il funzionamento e la raccolta dati dell'intera sala di distribuzione, è stato configurato un sistema di monitoraggio dell'energia Acrel-2000Z per la centrale idroelettrica, in modo da caricare i dati di protezione del microcomputer nel sistema di monitoraggio dell'energia, al fine di realizzare il monitoraggio e la gestione dell'energia della sottostazione da 10 kV e migliorare il livello di gestione automatica. Le sue principali funzioni sono: monitoraggio in tempo reale, interrogazione dei parametri elettrici, report di funzionamento, allarmi in tempo reale, interrogazione dello storico degli eventi, report delle statistiche di potenza, gestione dei diritti utente, topologia di rete, monitoraggio della qualità dell'energia, funzione di controllo remoto, gestione delle comunicazioni, registrazione dei guasti, richiamo degli incidenti, interrogazione delle curve, accesso Web, accesso APP.
8. Conclusion
La trasformazione del dispositivo di protezione di potenza da 10 kV nella centrale idroelettrica ha risolto problemi quali il grave invecchiamento dei componenti elettronici, il basso livello di automazione, l'interfaccia uomo-macchina e il software poco intuitivi e la difficoltà di manutenzione. La sostituzione del dispositivo di misurazione e controllo della protezione del microcomputer serie AM5SE è più funzionale e umanizzata, il dispositivo a cristalli liquidi visualizza in modo più intuitivo la tensione, la quantità di campionamento della corrente e vari record di eventi; la funzione software di debug è potente, facile da usare, facile da padroneggiare, con un'interfaccia software intuitiva; il circuito operativo ha la funzione di monitorare l'interruttore e la disconnessione del circuito di controllo; la spia del pannello del dispositivo mostra direttamente la posizione di salto dell'interruttore e lo stato di chiusura, per il personale operativo e di manutenzione è più intuitiva; il dispositivo di misurazione e controllo della protezione del motore AM5SE-M configurato aggiunge il riconoscimento dello stato di avviamento/funzionamento del motore, ed è dotato di sezione di avviamento, sezione di funzionamento, due sezioni di funzionamento e altre funzioni di protezione, risolvendo il problema della corrente di avviamento del motore elevata, che può causare facilmente falsi salti; Il dispositivo di protezione è dotato di un'interfaccia di comunicazione RS485. L'interfaccia di comunicazione è collegata tra i dispositivi di protezione "hand in hand". I dati vengono inviati al sistema di monitoraggio dell'alimentazione Acrel-2000Z, che consente di visualizzare facilmente le informazioni di protezione e di gestire le informazioni sui guasti. Da quando è stata messa in funzione la trasformazione del nuovo dispositivo di misurazione e controllo della protezione completa, l'apparecchiatura è tornata a funzionare normalmente. L'applicazione del nuovo dispositivo di protezione completa offre numerose funzioni di protezione, un'interfaccia operativa intuitiva e un funzionamento e una manutenzione agevoli, che migliorano l'affidabilità dell'impianto idroelettrico e garantiscono la sicurezza e la produzione stabile dell'impianto, il che è di evidente importanza.
Riferimento
[1] Nb/T 35010-2013 codice per la progettazione della protezione a relè degli impianti idroelettrici
[2] DL/T 5164-2002 codice tecnico per la progettazione della potenza ausiliaria della centrale elettrica
[3] Codice GB/T 50171-2012 per la costruzione e l'accettazione del cablaggio del pannello, dell'armadio e del circuito secondario dell'ingegneria di installazione delle apparecchiature elettriche
[4] Huang Jinxin. Trasformazione del dispositivo di protezione dell'alimentazione ausiliaria da 10 kV della centrale idroelettrica di Longtan
[5] Soluzione integrata di automazione, gestione e manutenzione della sottostazione utente di Ankrui. Novembre 2021
Data di pubblicazione: 17-08-2022
