수력발전소 10kV 전력보호장치 재구축

초록: 10kV 발전소의 기존 통합 보호 계측 제어 장치의 신뢰성을 개선하기 위해, 전자 부품의 심각한 노후화, 낮은 자동화 수준, 인간-기계 인터페이스 부족 및 소프트웨어 친화성 부족, 그리고 유지보수의 어려움 등이 문제가 되고 있습니다. 수력 발전소는 10kV 발전소 전력 보호 장치를 업그레이드하기로 결정했습니다. 새로운 보호 제어 장치는 다양한 보호 기능, 편리한 조작 인터페이스, 편리한 조작 및 유지보수를 제공하여 수력 발전소의 전력 소비량에 대한 안정적인 운영을 향상시키고 발전소의 안전성과 안정성을 보장합니다.

주요어: 10kV 보호 및 제어 장치; 신뢰성; 수력 발전소 보호

0 소개

광시성 현청 소재지에서 상류 15km 지점에 수력 발전소가 위치하고 있습니다. 이 발전소는 "서동 송전"의 랜드마크이자 중국 서부 지역 발전의 중요한 프로젝트입니다. 2001년 7월 1일 착공하여 2009년 말 준공되었습니다. 설계 수위는 400m, 댐 높이는 216.5m, 댐 최상부 길이는 836m, 저수 용량은 273억 m³, 설비 용량은 630만 kW, 연간 발전량은 187억 kWh입니다. 공사는 2단계로 진행되었습니다. 발전소의 방대한 출력 용량은 사회에 미치는 영향이 매우 큽니다. 전력 공급의 질과 장기적으로 안전하고 안정적인 전력 에너지 공급을 보장하기 위해, 수력 발전소는 10kV 발전소 전력 소비량에 대한 새로운 종합 보호 계측 및 제어 장치를 점진적으로 도입했습니다.

1. 10kV 발전소 전력 시스템 간략 소개

수력 발전소의 10kV 시스템은 저전류 접지 시스템입니다. 배선 형태는 다중 전원 공급 장치 독립 전원 공급 방식을 채택하고 있으며, I~VI 구간은 "핸드 인 핸드(hand in hand)" 링 대기 방식이며, 전력 공급의 신뢰성을 보장하기 위해 중요한 부하 분산 구성이 사용됩니다. 전체 10kV 전력 시스템은 7개의 모선으로 구성됩니다. I, II, III, I, IV, V, VI 구간은 각각 1, 2, 3, 4, 5, 7호기의 저압 변압기 측에서 공급됩니다. VII 구간은 외부 전원 공급 장치, 보안 전원 공급 장치, 디젤 발전기의 도입 지점으로, 10kV I, III, VI 구간의 백업 전원으로 사용됩니다. 발전소의 모든 10kV 부하는 분산 및 독립 원칙에 따라 I~VI 모선에 균등하게 분배됩니다. 10kV 공장 모선으로 연결된 장비는 부하 특성에 따라 배전 변압기, 고압 전동기, 변압기, 접점 개폐기로 구분됩니다. 연결된 수력 발전소의 10kV 전력 공급 시스템은 그림 1을 참조하십시오.

10KV용 보호 계전기

그림 1 10kV 발전소 전력 배선

1. 10kV 전력보호장치 재구축 사유

10kV 발전소의 기존 종합 보호 계측 제어 장치는 수입된 상하이 Areva MiCOM-P122 통합 보호 장치를 채택했습니다. 이 장비는 2007년 5월부터 가동 중입니다. 보호 장치의 전자 부품이 심각하게 노후화되고 보호 광 커플링 입력 부품이 더 자주 손상되어 발전소의 안전하고 안정적인 생산에 영향을 미칩니다. 또한 제조업체는 더 이상 동일 유형의 예비 부품을 생산하지 않고 업그레이드된 장치 교체만 구매할 수 있으며, 보호 장치 데이터는 요구 사항을 충족하지 못하지만 대기 스위치 보호용 예비 부품은 없습니다. 자동화 수준이 낮고 디지털화가 미흡하며 장치 정보 관리가 불편하여 오늘날의 요구 사항을 충족하지 못하고 있으며, 인간-기계 인터페이스와 모든 영어 소프트웨어가 친숙하지 않아 작업이 더 복잡해지고 작업 효율이 저하됩니다. 이러한 요인들을 고려하여 10kV 전력 소비 종합 보호 계측 제어 시스템의 기술적 개편이 필요합니다.

3 10kV 발전소의 전력 보호 및 변전 요건

스위치기어와 설치 위치는 변경하지 않고, 기존 피더 부하 스위치, 모선 스위치, PT 캐비닛, 내부 2차 케이블 및 단자대를 모두 교체합니다. 스위치기어 패널은 새 장치의 크기에 맞춰 재설계 및 수정합니다. 새 장치 접속 전력 모니터링 시스템 및 통신 인터페이스 주소 집합의 배선을 완료합니다. 변환 과정에서 기존 보호 구성을 변경하지 않고 운영 루프를 최적화합니다.

4. 신규 종합 보호 측정 및 제어 장비 선정

새로운 통합 보호 계측 제어 장치는 제어, 보호, 고장 파형 기록, 계측, 신호 경보, 개폐량 수집 및 통신 기능을 통합해야 합니다. 3단 무방향 전류 보호를 핵심으로 선로 파라미터 모니터링 및 수집 기능을 갖추고 있으며, 계측 데이터와 보호 정보는 통신 포트를 통해 전력 모니터링 시스템에 업로드되어 배전망 자동화를 용이하게 합니다. 수력 발전소 10kV 발전소 전력 보호 장치 변전 프로젝트에 대한 국가 공급업체의 공개 입찰 결과에 따라 Acrel Co., Ltd.의 AM5SE 시리즈 계측 제어 장치가 최종 선정되었습니다. 10kV 발전소 전력 모선의 부하 특성에 따라 AM5SE-F 선로 보호 계측 제어 장치, AM5SE-T 변압기 보호 모니터링 제어 장치, AM5SE-M 전동기 보호 계측 제어 장치, AM5SE-B 자치 보호 계측 제어 장치, PT 캐비닛 AM5SE-UB PT 모니터링 장치 등 각 모델의 보호 기능은 다음 표와 같습니다.

보호 계전기

모델

보호 기능

AM5SE-F

회선 보호 측정 및 제어 장치

3단계 과전류 보호(저압으로 닫힘 가능, 방향으로 보호 가능), 역방향 한시 과전류 보호(저압으로 닫힘 W 보호 가능, 2단계 영차 101 과전류/역방향 한시 과전류 보호, 2단계 영차 1.2 전류/역방향 시간 과전류 보호, 재폐로, 가속 과전류 보호(저전압 폐쇄에 의해), 과부하 경보, 과부하 트립, 압력 손실 트립, 압력 손실 경보, 과전압 보호, 영차 과전압 보호, 역방향 전력 보호, 저주파 부하 감소/고주파 보호(슬립 차이에 의해), PT 단선 경보, 제어 회로 단선 경보, 과전류 잠금 기능이 있는 FC 루프, 비전력 보호, CT 단선 경보, 체크

AM5SE-T

전력 분배 보호 측정 및 제어 장치

3단계 과전류 보호(복합 전압 폐쇄로 완료 가능), 역한시 과전류 보호(복합 전압 잠금으로 완료 가능), 2단계 영차 101 과전류 보호, 2단계 영차 102 과전류 보호, 영차 역한시 과전류 보호, 과부하 경보, 과부하 트립, PT 단선 경보, 제어 회로 단선 경보, 비전력 보호, CT 단선 경보, 과전류 잠금 기능이 있는 FC 루프

AM5SE-B

자기투사 보호 측정 및 제어 장치

3단 과전류 보호(복합전압 잠금, 방향 잠금 포함), 역시간 과전류 보호(복합전압 잠금), 가속 과전류 보호(복합전압 잠금), 대기 기능(11가지 전원 공급 시스템 지원), PT 단선 경보, 제어 회로 단선 경보, 버스 충전 보호, 재폐로, 과부하 커플링/경보, 2단 영차 과전류 보호, 영순 가속 과전류 보호, 동일 기간 확인

AM5SE-M

모터 보호 측정 및 제어 장치

전류 보호(시동, 운전 중), 전류 2단계 보호, 역시간 보호, 2단계 음순 보호, 음순 역시간 제한 보호, 2단계 영차 과전류 보호, 고온 과부하, 과부하 보호, 과부하 경보, 과부하 트립, 차단 보호, 긴 시동 시간, 비전력 보호, PT 단선 경보, 제어 회로 단선 경보, 저전압 보호, 영차 과전압 경보, 과전류 잠금 기능이 있는 FC 루프, 전압 불평형 보호, 상순 보호, 전압 상 보호, 과전압 보호

위의 보호 기능 외에도 각 마이크로컴퓨터 보호 계측 제어 장치는 RS485 통신 인터페이스를 갖추고 있어 전력 모니터링 시스템과의 통신을 구현하고, 독립형 동작 회로 모니터링 기능을 구현하며, 스위치 상태 및 스위치 회로 모니터링을 더욱 완벽하게 구현합니다. 홉 기능이 내장되어 있어 사용자는 투자 여부를 선택할 수 있습니다. 새롭게 구성된 마이크로컴퓨터 보호 계측 제어 장치 AM5SE 시리즈는 풍부한 보호 기능을 제공하며, 각 메뉴를 중국어 또는 영어로 자유롭게 설정할 수 있어 운영 및 유지 보수에 편리합니다.

5. 10kV 발전소 설계

새롭게 구성된 AM5SE 시리즈 컴퓨터 통합 보호 계측 및 제어 장치와 도면은 Acrel Co., LTD.에서 설계했습니다. 2차 회로의 회로 설계는 원본 10kV 고전압 캐비닛 2차 도면을 기반으로 해야 합니다. 단자대 배치는 도면 설계를 기반으로 하며, 도면 설계는 관련 규정의 요건을 충족해야 합니다. 동일한 부하 특성을 갖는 도면 설계의 경우, 단자 번호와 배선 번호는 매우 균일하며 특정 규칙을 따릅니다. 도면 설계의 정확성은 시공 및 시운전의 순조로움과 운전 후 안전한 생산을 결정합니다.

6. 6 10kV 발전소의 전력 보호 및 변전 공정

10kV 발전소는 다음과 같은 시공 조건을 충족해야 합니다. 상세한 시공 계획 및 도면, 장비 관리자는 신규 장비 인수 완료, 시공 담당자는 안전 교육 이수, 그리고 공구 및 자재 완비. 시공은 계획 및 도면에 따라 엄격하게 진행되어 각 링크의 원활한 완공을 보장합니다.

6.1 10kV 발전소 전력 보호 하드웨어 변환

10kV 발전소 개조 공사는 주로 3가지 단계로 구성됩니다. 스위치 캐비닛의 단자대 교체, 오래된 종합 보호 측정 및 제어 장치 제거, 새로운 종합 보호 장치의 설치 및 조립 라인과 케이블 정리입니다.

6.1.1. 터미널 행 교체

단자 교체는 하나씩 교체해야 하며, 단자 하나만 교체해야 합니다. 두 개 이상의 단자를 동시에 교체하는 것은 오접속 및 오배선을 방지하기 위해 금지되어 있습니다. 스위치 캐비닛의 단자열만 교체하면 오배선을 효과적으로 방지할 수 있습니다. AC 전원, DC 전원, 트립 회로, 신호 회로는 절연을 추가해야 하며, 단자 간 단락을 방지하기 위해 절연을 해야 합니다. 단자열을 교체할 때는 원래 루프 단자와 회선 번호가 변경되지 않도록 하고, 다음 단계의 배선 및 회선 점검 작업을 원활하게 진행해야 합니다.

6.1.2 기존 종합보호계측제어장치 철거

시공 계획 및 도면에 따라 기존 통합 보호 계측 제어 장치, 개폐기 중간 계전기, 전압 계전기, 시간 계전기 및 기타 부품, 관련 보조 케이블 등 폐기할 부품을 제거해야 합니다. 해체 시에는 부품의 인위적인 손상이나 불필요한 보조 케이블의 오탈자를 방지하도록 주의하십시오. 부품의 정리 및 폐기, 분류, 현장 보관 장소 지정 등을 통해 작업 현장의 혼란을 방지하고, 시공 현장은 6S 요건을 충족해야 합니다.

6.1.3 종합보호계측제어장치의 설치 및 조립라인과 케이블배치

신구 종합 보호 계측 제어 장치의 크기가 서로 다르기 때문에 스위치 캐비닛 패널의 설치 창 크기가 신형 종합 보호 계측 제어 장치의 크기에 맞지 않습니다. 신형 종합 보호 계측 제어 장치를 설치하고 절단 시 패널이 긁히는 것을 방지하기 위해 스위치 캐비닛 패널의 설치 창을 절단하고 확장해야 합니다. 신형 장치에 연결되는 케이블은 신품이어야 하며, 사용하지 않는 모든 케이블을 제거하여 기생 회로가 발생하지 않도록 해야 합니다. 배선은 누설, 오접속 및 오개폐를 방지하기 위해 설계 도면을 엄격히 준수해야 합니다. 신형 장치의 케이블 배선은 깔끔하고 통일성 있으며 합리적인 배선으로 점검 및 유지 보수가 편리해야 합니다.

6.2 10kV 발전소의 전력 보호 및 시운전

보호 및 디버깅은 주로 2차 루프 회선 점검, 루프 기능 검증, 보호 장치 정적 디버깅, 송전 시험의 네 가지 단계로 나뉩니다. 시공 도면에 따라 각 단자와 회선 번호를 주의 깊게 점검합니다. CT 2차 회로의 개방 회로 없음, PT 2차 회로의 극성 및 배선이 올바른지 확인하는 데 중점을 둡니다. 원격 측정, 원격 통신, 원격 제어 배선이 올바른지 확인합니다. DC 제어 회로의 단락 없음, 접지 회로 LN 간 단락 없음을 확인합니다. DC 제어 회로의 절연 저항이 요구 사항(1000V)을 충족하는지 측정합니다. AC/DC 회로가 전기와 함께 있는지 측정합니다. 아웃소싱 부서는 공장의 2차 회로에 익숙하지 않기 때문에 변환 과정에서 놓치거나 잘못 연결하기 쉽습니다.

각 루프의 기능을 확인하기 위해 AC 전압 및 DC 제어 루프에 전원을 공급합니다. 원격 측정, 원격 신호 및 원격 제어 신호가 올바른지, 계량기, 표시등, 조명 및 히터 회로가 정상인지, 스위치 본체의 점프 방지 기능이 올바른지 확인합니다. 제어 루프의 전원을 공급하여 각 루프의 배선이 올바른지 추가로 확인합니다.

보호 장치의 정적 디버깅은 장치의 샘플링 검사, 고정값 업로드 및 확인, 그리고 장치의 기능 검사를 수행하는 것입니다. 회선 보호 장치 AM5SE-F, 변압기 보호 장치 AM5SE-T, 모터 보호 장치 AM5SE-M, 대기 자기 스위칭 장치 AM5SE-B를 검사하고 CT 2차 측에 전류를 인가하고 PT 캐비닛 단자에 아날로그 전압을 인가하여 PT 모니터링을 수행합니다. 장치 AM5SE-UB, 전압계, 전류계 및 모니터링 시스템이 올바르게 표시되고 AC 전압 및 AC 전류 루프의 상 순서와 위상이 올바른지 확인합니다. 고정값 단일 쌍 보호 장치에 따라 고정값을 설정하고 고정값이 정확한지 확인합니다. 보호 기능 검사는 AM5SE 시리즈 마이크로컴퓨터 보호 측정 및 제어 장치의 동작 논리와 동작 시간의 정확성을 아날로그 양을 추가하여 검증하는 것이며, 거부 및 오작동이 없고 동작 시간이 요구 사항을 충족해야 합니다. 보호 장치의 정적 디버깅을 통해 보호 장치가 오류에 민감하게 대응하고, 경보 신호와 트립 지침을 안정적이고 빠르게 전송할 수 있습니다.

종합 보호 계측 제어 장치와 전력 감시 시스템 간의 데이터 연결이 정확하고, 보호 장치의 작동 상태, 설정값, 이벤트 기록 등 정보를 백그라운드에서 실시간으로 수집할 수 있습니다. 보호 장치가 백그라운드에 연결되어 계전 보호 시스템 관리 및 고장 정보 처리 자동화 수준이 향상됩니다.

전송 시험은 보호 장치에 의해 수집된 고장량을 시뮬레이션하는 것이며, 보호 장치는 트립 스위치를 종료하여 장치 보호 논리, 트립 회로 및 신호 회로의 정확성을 검증하고, 호스트 컴퓨터의 작동을 통해 스위치가 원격으로 제대로 개폐되는지 확인해야 합니다. 각 보호 장치 세트에 대해 완전한 전송 시험을 수행하여 각 스위치 캐비닛 보호 장치의 보호 논리, 보호 콘센트 트립, 원격 개폐 스위치 및 신호 표시가 올바른지 확인해야 합니다.

6.3 변환 및 최적화에서 발생하는 문제

새로운 종합 보호 측정 및 제어 장치의 변환이 완료된 후, 송전 시험 중에 스위치가 한 번만 닫힐 수 있다는 것을 발견했습니다. 다시 닫히면 제어 전원 공급을 재시작한 후에만 닫힐 수 있었습니다. 분석을 통해 회로 차단기의 폐쇄 코일에 정상적으로 닫힌 지점이 없는 것을 발견했습니다. 폐쇄 릴레이는 회로 차단기가 안정적으로 닫힐 수 있도록 보호 장치에 설정되어 있기 때문에 이때 회로 차단기의 폐쇄 코일에 정상적으로 닫힌 지점이 없기 때문에 폐쇄 후 중단점이 없으면 폐쇄 및 유지 릴레이의 에너지를 방출할 수 없으므로 재시작해야 하며 다음 폐쇄 전에 폐쇄 및 유지 릴레이를 방출할 수 있습니다. 회로 차단기 제조업체 및 수력 발전소 관련 담당자와 여러 차례 소통한 후 폐쇄 코일 앞에 일련의 정상적으로 닫힌 지점을 직렬로 연결하여 위의 문제를 해결했습니다. AM5SE-T 변압기 보호 측정 및 제어 장치를 예로 들면, 수력발전소 개폐회로의 2차 회로도는 그림 2에 나타나 있다.

10KV 보호 계전기

그림 2 AM5SE-T 분할 회로의 2차 회로도

7 10kV 전력 감시 시스템의 변형

전체 배전실의 운영 및 데이터 수집을 실시간으로 모니터링하기 위해, 수력 발전소에 Acrel-2000Z 전력 모니터링 시스템을 구축하여 마이크로컴퓨터 보호 데이터를 전력 모니터링 시스템에 업로드함으로써 10kV 변전소의 전력 모니터링 및 관리를 실현하고 자동화 관리 수준을 향상시켰습니다. 주요 기능은 다음과 같습니다. 실시간 모니터링, 전력 파라미터 조회, 운영 보고서, 실시간 경보, 이력 이벤트 조회, 전력 통계 보고서, 사용자 권한 관리, 네트워크 토폴로지, 전력 품질 모니터링, 원격 제어 기능, 통신 관리, 고장 기록 파형, 사고 리콜, 전력 곡선 조회, 웹 접속, 앱 접속.

8. 결론

수력 발전소의 10kV 전력 보호 장치의 변환은 전자 부품의 심각한 노후화, 낮은 자동화 수준, 비친숙한 인간-기계 인터페이스 및 소프트웨어, 어려운 유지 보수 작업과 같은 문제를 해결했습니다.AM5SE 시리즈 마이크로컴퓨터 보호 측정 및 제어 장치를 교체하면 기능이 더 많고 인간화되었으며 장치 액정은 전압, 전류 샘플링 양 및 다양한 이벤트 기록을 더 직관적으로 표시합니다.디버그 소프트웨어 기능은 강력하고 조작이 쉽고 마스터하기 쉽고 친숙한 소프트웨어 인터페이스입니다.운영 회로는 스위치 스위치 및 제어 회로 단선을 모니터링하는 기능이 있습니다.장치 패널 표시등은 스위치 점프 위치와 닫힘 상태를 직접 표시하여 운영 및 유지 보수 인력이 더 직관적입니다.구성된 AM5SE-M 모터 보호 측정 및 제어 장치는 모터 시동/운전 상태 인식을 추가하고 시동 섹션, 운전 섹션, 운전 2개 섹션 및 기타 보호 기능을 갖추고 있어 모터 시동 전류가 크고 잘못된 점프 문제가 발생하기 쉬운 문제를 해결합니다. 보호 장치에는 RS485 통신 인터페이스가 장착되어 있습니다. 통신 인터페이스는 보호 장치 간을 "핸드 인 핸드(hand in hand)" 방식으로 연결합니다. 데이터는 Acrel-2000Z 전력 모니터링 시스템으로 전송되어 보호 정보 확인 및 고장 정보 관리를 편리하게 해줍니다. 새로운 종합 보호 계측 및 제어 장치로 전환된 이후 장비는 정상적으로 작동하고 있습니다. 새로운 종합 보호 장치는 풍부한 보호 기능, 편리한 조작 인터페이스, 편리한 작동 및 유지보수 기능을 제공하여 수력 발전소의 안정적인 운영을 향상시키고 발전소의 안전과 안정적인 생산을 보장합니다. 이는 매우 중요한 의미를 지닙니다.

 

참조

[1] 수력발전소 계전기 보호 설계를 위한 Nb / T 35010-2013 코드

[2] 발전소 보조동력 설계를 위한 기술규정 DL/T 5164-2002

[3] 전기 설비 설치 엔지니어링의 패널, 캐비닛 및 2차 회로 배선의 건설 및 수용을 위한 GB / T 50171-2012 코드

[4] 황진신. 롱탄 수력발전소 10kV 보조전원 보호장치 개조

[5] Ankrui 사용자 변전소의 통합 자동화 및 운영 및 유지 관리 솔루션. 2021년 11월


게시 시간: 2022년 8월 17일