Reconstrução do dispositivo de proteção de energia de 10 kV de uma Usina Hidrelétrica
Resumo: Para melhorar a confiabilidade do dispositivo de proteção e controle integrado original da usina de 10 kV, os componentes eletrônicos do dispositivo de proteção e controle integrado original apresentavam envelhecimento significativo, baixo nível de automação, interface homem-máquina insuficiente e software amigável, além de difícil manutenção. A usina hidrelétrica decidiu atualizar o dispositivo de proteção de energia da usina de 10 kV. O novo dispositivo de proteção e controle possui inúmeras funções de proteção, interface de operação amigável e operação e manutenção convenientes, o que melhora a confiabilidade do consumo de energia da usina hidrelétrica e garante a segurança e a estabilidade da usina.
Palavras-chave: Dispositivo de proteção e controle de 10 kV; confiabilidade; proteção para usina hidrelétrica
0 Introdução
Uma usina hidrelétrica está localizada a 15 km a montante da sede do condado de Guangxi. Trata-se de um projeto histórico de "Transmissão de Energia do Oeste para o Leste" e um projeto importante para o desenvolvimento do oeste da China. A construção da usina hidrelétrica começou em 1º de julho de 2001 e entrou em operação completa no final de 2009. O nível d'água projetado é de 400 m, a altura da barragem é de 216,5 m, o comprimento máximo da barragem é de 836 m, a capacidade de armazenamento é de 27,3 bilhões de m³, a capacidade instalada é de 6,3 milhões de kW e a geração anual de energia é de 18,7 bilhões de kWh. A construção será concluída em duas fases. Devido à sua enorme capacidade de produção, a usina hidrelétrica tem um grande impacto na sociedade. Para garantir a qualidade do fornecimento de energia e o fornecimento seguro e confiável de energia a longo prazo, a usina hidrelétrica vem gradualmente incorporando um novo dispositivo abrangente de medição e controle de proteção do consumo de energia da usina de 10 kV.
1. Breve introdução ao sistema de energia da planta de 10 kV
O sistema de 10 kV da usina hidrelétrica é um sistema de aterramento de baixa corrente. Sua fiação adota múltiplas fontes de alimentação independentes, o barramento das seções I a VI é um anel de espera "lado a lado" e uma importante configuração de dispersão de carga para garantir a confiabilidade do fornecimento de energia. Todo o sistema de energia de 10 kV possui 7 barras de barramento: as seções I, II, III, I, IV, V e VI são retiradas do lado do transformador de baixa tensão das unidades 1, 2, 3, 4, 5 e 7, respectivamente; a seção VII é o ponto de introdução da fonte de alimentação externa, da fonte de alimentação de segurança e do gerador a diesel, que são usados como fonte de alimentação de reserva para as seções I, III e VI do barramento de 10 kV. Todas as cargas de 10 kV da usina são distribuídas uniformemente na linha do barramento I a VI de acordo com o princípio de dispersão e independência. Os equipamentos conectados pelo barramento da fábrica de 10 kV são divididos em transformador de distribuição, motor de alta tensão, transformador de potencial e interruptor de contato, de acordo com a natureza da carga. Veja a Figura 1 para o sistema de alimentação de energia de 10 kV da usina hidrelétrica em conexão.
Fig. 1 Fiação de energia da planta de 10 kV
1. Motivo da reconstrução do dispositivo de proteção de energia de 10 kV
O dispositivo original de medição e controle de proteção abrangente da usina de 10 kV adota o dispositivo de proteção integrado importado Shanghai Areva MiCOM-P122. O equipamento está em operação desde maio de 2007. Os componentes eletrônicos do dispositivo de proteção estão seriamente envelhecidos e os componentes de entrada do acoplamento óptico de proteção são danificados com mais frequência, o que afeta a produção segura e estável da usina. Além disso, o fabricante não produz mais peças de reposição do mesmo tipo, podendo apenas comprar dispositivos de substituição de atualização, e os dados do dispositivo de proteção não atendem aos requisitos, mas não há peças de reposição da proteção do interruptor de espera; o nível de automação não é alto, a digitalização é fraca, o gerenciamento de informações do dispositivo é inconveniente, não atende aos requisitos atuais, a interface homem-máquina e todos os softwares em inglês não são amigáveis, o que traz mais trabalho tedioso e reduz a eficiência do trabalho. Considerando os fatores acima, é necessário realizar a transformação técnica do sistema abrangente de medição e controle de proteção de consumo de energia de 10 kV.
3 Requisitos para proteção e transformação de energia de planta de 10 kV
O quadro de distribuição e sua posição de instalação permanecem inalterados. Substituiu todos os interruptores de carga do alimentador, interruptores de barramento, gabinete do TP, cabo secundário interno e fileira de terminais originais. O painel do quadro de distribuição foi redesenhado e modificado de acordo com o tamanho do novo dispositivo. Concluiu-se a fiação do novo sistema de monitoramento de energia de acesso ao dispositivo e o conjunto de endereços da interface de comunicação. No processo de transformação, o circuito de operação é otimizado, mantendo-se a configuração de proteção original inalterada.
4 Seleção de novos equipamentos de medição e controle de proteção abrangente
O novo dispositivo integrado de medição e controle de proteção deve integrar as funções de controle, proteção, registro de ondas de falta, medição, alarme de sinal, aquisição de volume de comutação e comunicação. Com a proteção de corrente não direcional de três estágios como núcleo, ele é equipado com a função de monitoramento e coleta de parâmetros de linha, e os dados de medição e informações de proteção podem ser carregados no sistema de monitoramento de energia através da porta de comunicação para facilitar a automação da rede de distribuição. De acordo com os resultados da licitação pública dos fornecedores nacionais para o projeto de transformação do dispositivo de proteção de energia da usina hidrelétrica de 10 kV, o dispositivo de medição e controle da série AM5SE, produzido pela Acrel Co., Ltd., foi finalmente selecionado. De acordo com as diferentes propriedades de carga do barramento de energia da usina de 10 kV, dispositivo de medição e controle de proteção de linha AM5SE-F, dispositivo de monitoramento e controle de proteção de transformador AM5SE-T, dispositivo de medição e controle de proteção de motor AM5SE-M, dispositivo de medição e controle de proteção de autocontrole AM5SE-B, dispositivo de monitoramento de gabinete PT AM5SE-UB PT, as funções de proteção de cada modelo são mostradas na tabela a seguir:
| modelo | função de proteção |
| AM5SE-F Dispositivo de medição e controle de proteção de linha | Proteção contra sobrecorrente de três estágios (pode ser fechada por baixa pressão, pode ser protegida na direção), proteção contra sobrecorrente de limite de tempo reverso (pode ser protegida por baixa pressão fechada W, proteção contra sobrecorrente de limite de tempo reverso de ordem zero 101 de dois estágios, proteção contra sobrecorrente de ordem zero 1. 2 de dois estágios/proteção contra sobrecorrente de tempo reverso, religamento, proteção contra sobrecorrente acelerada (por fechamento de baixa tensão), alarme de sobrecarga, disparo de sobrecarga, disparo de perda de pressão, alarme de perda de pressão, proteção contra sobretensão, proteção contra sobretensão de ordem zero, proteção de potência reversa, redução de carga de baixa frequência/proteção de alta frequência (por diferença de escorregamento), alarme de ruptura de PT, alarme de ruptura de circuito de controle, loop FC com função de bloqueio de sobrecorrente, proteção sem energia, alarme de ruptura de CT e verificação |
| AM5SE-T Dispositivo de medição e controle de proteção de distribuição de energia | Proteção contra sobrecorrente de três estágios (pode ser concluída por fechamento de tensão composta), proteção contra sobrecorrente de limite de tempo reverso (pode ser concluída por bloqueio de tensão composta), proteção contra sobrecorrente de ordem zero 101 de dois estágios, proteção contra sobrecorrente de ordem zero 102 de dois estágios, proteção contra sobrecorrente de limite de tempo reverso de ordem zero, alarme de sobrecarga, disparo de sobrecarga, alarme de ruptura de TP, alarme de ruptura do circuito de controle, proteção sem energia, alarme de ruptura de TC, loop FC com função de bloqueio de sobrecorrente |
| AM5SE-B dispositivo de medição e controle de proteção de autoprojeção | Proteção contra sobrecorrente de três seções (por bloqueio de tensão composto, com bloqueio de direção), proteção contra sobrecorrente de tempo reverso (por bloqueio de tensão composto), proteção contra sobrecorrente acelerada (por bloqueio de tensão composto), função de espera (suporta 11 tipos de sistema de alimentação), alarme de interrupção de PT, alarme de interrupção do circuito de controle, proteção de carga de barramento, religamento, acoplamento/alarme de sobrecarga, proteção contra sobrecorrente de ordem zero de duas seções, proteção contra sobrecorrente de aceleração de sequência zero, verificação do mesmo período |
| AM5SE-M Dispositivo de medição e controle de proteção de motor | Proteção de corrente (inicialização, execução), proteção de corrente em dois estágios, proteção de tempo reverso, proteção de sequência negativa em dois estágios, proteção de limite de tempo reverso de ordem negativa, proteção de sobrecorrente de ordem zero em dois estágios, sobrecarga quente, proteção de sobrecarga, alarme de sobrecarga, disparo de sobrecarga, proteção de bloqueio, tempo de partida longo, proteção sem energia, alarme de ruptura de TP, alarme de ruptura do circuito de controle, proteção de baixa tensão, alarme de sobretensão de ordem zero, loop FC com função de bloqueio de sobrecorrente, proteção de desequilíbrio de tensão, proteção de sequência de fase, proteção de fase de tensão, proteção de sobretensão |
Além da função de proteção acima, cada dispositivo de medição e controle de proteção de microcomputador possui interface de comunicação RS485, que realiza a comunicação com o sistema de monitoramento de energia, realiza a função de monitoramento do circuito de operação independente, realiza o status do interruptor e o monitoramento do circuito do interruptor é mais completo; função de salto integrada, permitindo que os usuários escolham se desejam investir. A função de proteção do dispositivo de medição e controle de proteção de microcomputador da série AM5SE recém-configurada é rica, e cada menu pode ser configurado livremente em chinês ou inglês, facilitando a operação e a manutenção.
5. Projeto de planta de 10 kV
O dispositivo de medição e controle de proteção integrado por computador da série AM5SE, recentemente configurado, e seus desenhos foram projetados pela Acrel Co., LTD. O projeto esquemático do circuito secundário deve ser baseado nos desenhos secundários originais do gabinete de alta tensão de 10 kV. O layout da linha de terminais é baseado no projeto do desenho, que deve atender aos requisitos das regulamentações relevantes. Para projetos com a mesma natureza de carga, o número de terminais e o número de linhas são altamente uniformes e seguem certas regras. A precisão do projeto do desenho determina a fluidez da construção e do comissionamento e a segurança da produção após a operação.
6. Processo de proteção e transformação de energia de 6 usinas de 10 kV
A usina de 10 kV deve atender às seguintes condições de construção: plano de construção detalhado e desenhos; gerentes de equipamentos devem concluir a aceitação de novos equipamentos; pessoal de construção deve concluir o treinamento de segurança; e ferramentas e materiais completos. A construção é realizada em estrita conformidade com o projeto e os desenhos, para garantir a conclusão tranquila de cada ligação.
6.1 Transformação de hardware de proteção de energia de planta de 10 kV
A construção de renovação da usina de 10 kV tem principalmente três elos: a substituição da linha de terminais no gabinete de distribuição, a remoção do antigo dispositivo de medição e controle de proteção abrangente e a instalação e montagem da linha e arranjo de cabos do novo dispositivo de proteção abrangente.
6.1.1. Substitua a linha de terminais
A substituição dos terminais deve ser feita individualmente, substituindo apenas um terminal; é proibido substituir dois ou mais terminais simultaneamente para evitar conexões incorretas, causar fiação incorreta, substituir apenas a fileira de terminais em um gabinete de distribuição e prevenir efetivamente a fiação incorreta; fontes de alimentação CA, fontes de alimentação CC, circuitos de disparo e circuitos de sinal devem ser isolados para evitar curtos-circuitos entre os terminais, sem afrouxá-los. Para substituir a fileira de terminais, certifique-se de que o terminal de loop original e o número da linha permaneçam inalterados, e que a próxima etapa da fiação e verificação da linha possa ser realizada sem problemas.
6.1.2 Demolição do antigo dispositivo de medição e controle de proteção abrangente
De acordo com o plano de construção e os desenhos, remova os componentes a serem desmontados, incluindo os antigos dispositivos de proteção integrada, medição e controle, relés intermediários no quadro de distribuição, relés de tensão, relés de tempo e outros componentes, e os cabos secundários relacionados. Ao desmontar, preste atenção para evitar danos artificiais aos componentes e remover acidentalmente cabos secundários úteis. Organize e desmonte os componentes e classifique-os, especificando o local de armazenamento para evitar o caos no local de trabalho. O canteiro de obras deve atender aos requisitos do 6S.
6.1.3 Instalação e linha de montagem e arranjo de cabos do dispositivo de medição e controle de proteção abrangente
Devido aos diferentes tamanhos dos dispositivos de medição e controle de proteção abrangente novos e antigos, o tamanho da janela de instalação no painel do gabinete de distribuição não corresponde ao tamanho do novo dispositivo de medição e controle de proteção abrangente. A janela de instalação no painel do gabinete de distribuição deve ser cortada e expandida para instalar o novo dispositivo de medição e controle de proteção abrangente e evitar que o painel raspe durante o corte. O cabo conectado ao novo dispositivo deve ser um cabo novo, e todos os cabos não utilizados devem ser removidos para evitar a existência de um circuito parasita. A fiação deve ser conduzida em estrita conformidade com os desenhos de projeto para evitar vazamentos, conexões incorretas e comutações incorretas. A fiação do novo dispositivo deve ser organizada, unificada, com fiação razoável e conveniente para inspeção e manutenção.
6.2 Proteção de energia e comissionamento de planta de 10 k V
A proteção e a depuração são divididas principalmente em quatro partes: verificação da linha do loop secundário, verificação da função do loop, depuração estática do dispositivo de proteção e teste de transmissão. Verifique cuidadosamente cada terminal e cada número de linha de acordo com os desenhos de construção. Concentre-se em verificar o circuito secundário do TC sem circuito aberto, o circuito secundário do TP, a polaridade e a fiação devem estar corretas; verifique a telemetria, a comunicação remota e a fiação do controle remoto devem estar corretas; verifique o circuito de controle CC sem curto-circuito, sem curto-circuito entre o circuito de aterramento LN; meça a resistência de isolamento do circuito de controle CC que atende aos requisitos (1000 V); meça se o circuito CA/CC está com eletricidade. Vale ressaltar que, como a unidade terceirizada não está familiarizada com o circuito secundário da fábrica, é fácil perder e desconectar durante o processo de transformação.
Os circuitos de controle de tensão CA e CC são energizados para verificar o funcionamento de cada circuito. Verifique se os sinais de telemetria, sinalização remota e controle remoto estão corretos, se os medidores, luzes indicadoras, iluminação e circuitos de aquecimento estão normais e se a função anti-salto do corpo do interruptor está correta. Ligue o circuito de controle para verificar se a fiação de cada circuito está correta.
A depuração estática do dispositivo de proteção consiste em realizar a inspeção de amostragem do dispositivo, o carregamento e a verificação do valor fixo e a inspeção funcional do dispositivo. Verifique o dispositivo de proteção de linha AM5SE-F, o dispositivo de proteção de transformador AM5SE-T, o dispositivo de proteção de motor AM5SE-M, o dispositivo de autocomutação em espera AM5SE-B e o monitoramento do TP aplicando corrente no lado secundário do TC e aplicando tensão analógica ao terminal do gabinete do TP. O dispositivo AM5SE-UB, o voltímetro, o amperímetro e o sistema de monitoramento são exibidos corretamente, e a sequência de fases e a fase do loop de tensão CA e corrente CA são verificadas como corretas. Defina o valor fixo de acordo com o dispositivo de proteção de par único de valor fixo e verifique-o para garantir que o valor fixo esteja correto. A inspeção da função de proteção consiste em verificar a exatidão da lógica de ação e do tempo de ação do dispositivo de medição e controle de proteção de microcomputador da série AM5SE adicionando grandeza analógica. Não haverá rejeição ou mau funcionamento, e o tempo de ação deve atender aos requisitos. A depuração estática do dispositivo de proteção garante que ele possa responder com sensibilidade a falhas e enviar sinais de alarme e instruções de disparo de forma confiável e rápida.
A conexão de dados entre o dispositivo de medição e controle de proteção abrangente e o sistema de monitoramento de energia está correta, e o status operacional, o valor de configuração, o registro de eventos e outras informações sobre o dispositivo de proteção podem ser coletados em tempo real em segundo plano. O dispositivo de proteção é conectado em segundo plano, o que melhora o gerenciamento do sistema de proteção do relé e o nível de automação do processamento de informações de falhas.
O teste de transmissão visa simular a quantidade de falhas coletadas pelo dispositivo de proteção, e o dispositivo de proteção deve sair do interruptor de disparo para verificar a exatidão da lógica de proteção do dispositivo, do circuito de disparo e do circuito de sinal; e para verificar se o interruptor pode ser aberto e fechado remotamente corretamente através da operação do computador host. Um teste de transmissão completo deve ser realizado para cada conjunto de dispositivos de proteção para garantir que a lógica de proteção de cada dispositivo de proteção do gabinete de distribuição, o disparo da tomada de proteção, o interruptor de abertura e fechamento remoto e a indicação de sinal estejam corretos.
6.3 Problemas encontrados na transformação e otimização
Após a conclusão da transformação do novo dispositivo abrangente de medição e controle de proteção, durante o teste de transmissão, constatou-se que a chave só podia ser fechada uma vez. Se fosse fechada novamente, só poderia ser fechada após reiniciar a fonte de alimentação de controle. Por meio da análise, constatou-se que não há ponto normalmente fechado na bobina de fechamento do disjuntor. Como o relé de fechamento é definido no dispositivo de proteção para garantir que o disjuntor possa ser fechado de forma confiável, neste momento, como não há ponto normalmente fechado na bobina de fechamento do disjuntor, após o fechamento, se não houver ponto de interrupção, a energia do relé de fechamento e retenção não pode ser liberada, portanto, ele precisa ser reiniciado e o relé de fechamento e retenção pode ser liberado antes do próximo fechamento. Após muitas comunicações com o fabricante do disjuntor e o pessoal relevante da usina hidrelétrica, um conjunto de pontos normalmente fechados é conectado em série antes da bobina de fechamento, resolvendo assim os problemas acima. Tomando como exemplo o dispositivo de medição e controle de proteção do transformador AM5SE-T, o diagrama secundário do circuito de abertura e fechamento da reconstrução da usina hidrelétrica é mostrado na Figura 2.
Figura 2 diagrama quadrático do circuito dividido AM5SE-T
7 Transformação do sistema de monitoramento de energia elétrica de 10kV
Para monitorar a operação e a coleta de dados de toda a sala de distribuição em tempo real, um conjunto de sistemas de monitoramento de energia Acrel-2000Z foi configurado para a usina hidrelétrica, a fim de carregar os dados de proteção do microcomputador no sistema de monitoramento de energia, realizando o monitoramento e o gerenciamento de energia da subestação de 10 kV e aprimorando o nível de gerenciamento automático. Suas principais funções incluem: monitoramento em tempo real, consulta de parâmetros elétricos, relatório de operação, alarme em tempo real, consulta de eventos históricos, relatório de estatísticas de energia, gerenciamento de direitos de usuário, topologia de rede, monitoramento da qualidade de energia, função de controle remoto, gerenciamento de comunicação, registro de ondas de falhas, recuperação de acidentes, consulta de curvas, acesso à web e acesso a aplicativos.
8. Conclusão
A transformação do dispositivo de proteção de energia de 10 kV na usina hidrelétrica resolveu problemas como envelhecimento severo de componentes eletrônicos, baixo nível de automação, interface homem-máquina e software hostis e trabalho de manutenção difícil. A substituição do dispositivo de medição e controle de proteção de microcomputador da série AM5SE é mais funcional e humanizada, o dispositivo de cristal líquido exibe de forma mais intuitiva a tensão, a quantidade de amostragem de corrente e vários registros de eventos; a função de software de depuração é poderosa, fácil de operar, fácil de dominar, interface de software amigável; o circuito de operação tem a função de monitorar a desconexão do interruptor e do circuito de controle; a luz indicadora do painel do dispositivo mostra diretamente a posição de salto do interruptor e o status fechado, para o pessoal de operação e manutenção é mais intuitivo; o dispositivo de medição e controle de proteção do motor AM5SE-M configurado adiciona o reconhecimento do estado de partida/operação do motor, e equipado com a seção de partida, a operação da seção, a operação das duas seções e outras funções de proteção, resolve o problema da grande corrente de partida do motor, fácil de causar um problema de salto falso; O dispositivo de proteção é equipado com uma interface de comunicação RS485. A interface de comunicação é conectada entre os dispositivos de proteção por meio de comunicação "mão a mão". Os dados são enviados ao Sistema de Monitoramento de Energia Acrel-2000Z, facilitando a visualização das informações de proteção e o gerenciamento das informações de falhas. Desde que a transformação do novo dispositivo abrangente de medição e controle de proteção foi colocada em operação, o equipamento tem operado normalmente. A aplicação do novo dispositivo abrangente de proteção possui funções de proteção avançadas, interface de operação amigável e operação e manutenção convenientes, o que melhora a operação confiável da usina hidrelétrica e garante a segurança e a produção estável da usina, o que é de óbvia importância.
Referência
[1] Código Nb / T 35010-2013 para projeto de proteção de relés de usinas hidrelétricas
[2] DL / T 5164-2002 código técnico para projeto de energia auxiliar de usina de energia
[3] Código GB / T 50171-2012 para construção e aceitação de painéis, gabinetes e fiação de circuito secundário de engenharia de instalação de equipamentos elétricos
[4] Huang Jinxin. Transformação do dispositivo de proteção de energia auxiliar de 10 kV da Estação Hidrelétrica de Longtan
[5] Solução integrada de automação e operação e manutenção da subestação do usuário de Ankrui. Novembro de 2021
Horário da postagem: 17 de agosto de 2022
