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摘要:介绍电厂电气自动化升级改造,说明微机保护原理、功能和实施方案。
关键词:电气自动化;电厂;电气;微机保护;改造
【中图分类号】TM312
1.引言
济宁某自备电厂装机容量为2x6MW, 选用两台6MW中温中压抽汽凝汽式汽輪发电机组,配两台35T/H中温中压循环流化床煤泥锅炉。电气主接线为6KV单母线,共分三段,并通过两台隔离变线与系统并网运行。6KVⅠ段母线上接有:1#发电机1#联络线、1#厂用变、1#炉鼓风机、煤化工;6KVⅡ段母线上接有:2#发电机 2#联络线、2#厂用变、2#炉鼓风机;6KV0段母线上接有“0#”备变。原有电气保护方式为电磁继电器型,自建厂来已投入运行十多年。存在问题有运行维护工作量大、维护成本高,继电器接点易卡死、断线,接点接触不良。线路差动保护由于电磁干扰问题在雷雨天容易误动,因此未投入运行,直接威胁线路的安全运行。并且由单个电磁继电器组成的保护系统,接线复杂,可靠性差,出现故障不容易查找,往往影响机组的经济效益与运行。考虑到微机保护已经成熟,性能可靠,维护量小等优点,该厂决定对全厂电气保护进行升级改造,选用DP3000厂站自动化系统,实现电厂的监测、控制、继电保护和运行管理等功能。
2.项目实施方案
2.1系统结构
DP3000厂站自动化系统采用分层分布式模块化思想设计,系统分成两层:厂站层和间隔层,厂站层和间隔层通过以太网联接。充分考虑系统组态的灵活性,可根据现场和用户的不同需要实现不同的厂用电管理系统模式。
2.1.2 厂站层
DP3000厂站自动化系统厂站层包括:
DPS301M计算机监控系统
DPS301M厂站自动化监控系统是DP3000厂站自动化系统中的计算机监控管理单元。具有完善的SCADA功能。采用最新操作系统WIND。WS 2000 或WIND。WS NT,标准商用数据库(ACCESS,MS SQL SERVER,SYBASE等),和面向对象的三层模型(ActiveX),组成了功能强大、人机界面智能化、开放式体系结构的监控系统,并与INTERNET技术紧密相联。可以单机或多机运行。
DPR321CM通信管理装置
DPR321CM通信管理装置是DP3000厂站自动化系统的信息交换中心,支持不同的通信介质、通信接口和通信规约,实现计算机监控系统和间隔层设备之间的信息交换、与智能设备通讯接口、与远方调度的通讯接口等功能。
2.1.3间隔层
DP3000厂站自动化系统的间隔层设备按间隔分散式配置,可以直接就地分散安装,减少大量的二次电缆。各间隔层相互独立,仅通过通讯网络连接,并同厂站层通信。
2.1.4通讯网络
1) 以太网
DP3000厂站自动化系统一般采用以太网为站内通信的主干网。对于大型电厂,厂站层采用交换型集线器,将间隔层分为若干个子网,保证每个冲突域的节点数不致过多以
确保系统的响应速率。采用TCP/IP协议栈,在保证传输效率的前提下实现了通信系统的可靠性和兼容性。
2) CANBUS现场总线
DP3000厂站自动化系统仍然保留采用双CANBUS。可用于组成若干个子网,再经由DPR321CM的下位机模块桥接到站内主干网。或者用于与智能装置交换信息。
3)串行通信接口
DP3000厂站自动化系统的通信服务器具备多个串行通信接口,接口型式有RS485、RS232、RS422等。可用于对主站的信息传输(由DPR321CM的上位机模块实现)。或者用于与智能装置交换信息,由DPR321CM的下位机模块桥接到站内主干网。与主站、智能装置之间的通信,支持不同形式的通信规约。
2.2 系统改造方案
2.2.1发电机保护
发电机配置DPR301G型发电机保护装置
能够实现差动速断保护、比例制动式纵差保护、单元件横差保护、定子过电压保护、转子二点接地保护、复合电压(记忆式)过流保护等27项保护功能。
2.2.2主变保护
能够实现主变差动保护、主变高压侧阻抗保护、主变高压侧零序过流保护、主变高压侧非全相保护等9种保护功能。
2.2.3非电量保护及三相操作箱
DPR321P非电量保护及三相操作箱主要用于发电机、变压器等设备的非电量保护及110kV及以下断路器的操作回路。三相操作箱带压力闭锁及防跳功能。
2.2.4厂用变保护
采用DPR361T数字式厂用变压器保护装置,保护主要功能:
能够实现高压侧复合电压过流保护(2段4时限)、高压侧零序过流保护(2段)、高压侧过负荷、高压侧充电保护、高压侧低电压保护等12种保护功能。
2.2.5微机自动准同期装置。
DPR301AS型自动准同期装置特点如下:
1)准确测量并显示待并双方的电压和频率。
2)在压差和频差不合格的情况下能够发出长短不同的调节脉冲,使得待并双方的电压和频率快速逼近。调频和调压功能的投入与否由软件设定值。
3)在频差和压差合格时能够不断检测相位差,提前一恒定导前时间发出合闸脉冲,在频差和压差不合格时能够对合闸回路进行闭锁。
4)能够自动破坏同频不同相的现象,加快同期并列过程。
5)能够自动检测并显示断路器的合闸时间,并可根据需要进行修改或保存。
6)可以实现远方机组和现地自动准同期。
7)装置本身提供工频信号源,供模拟调试和试验用,其电压、频率可根据需要进行调整。 8)同期并列允许的压差、频差及调压、调频宽度参数可由键盘设定并保存。
9)具有PT断线和过压报警功能。
10)具有与上位机通讯的功能。
11)装置的软硬件均具有完善的自检措施,软硬件的任何故障都会使装置进入闭锁狀态。故障部位及性质可以在面板上显示。
2.2.6综合测控装置
DPR301MC综合测控装置为DP3000厂站自动化系统的测控单元,完成电厂内公用信息的采集及控制。
装置主要功能
交流测量(36路交流输入)、直流/变送器测量(6路直流输入)
遥信(容量80路)、遥控(容量24路双位遥控)通信(双以太网接口、双CAN接口,RS232接口)GPS硬件对时
2.2.7线路保护(光纤差动保护)
配置DPR321L型线路光纤差动保护装置。主要功能:
光纤分相电流差动;三段式电流保护,可选择经低压、方向闭锁;三段零序方向过流保护;加速段保护;过负荷;三相一次重合闸;低周、低压减载;TV断线判别;遥测、遥控、遥信;独立的操作回路及故障录波;GPS硬件对时及工业以太网通信接口
2.3施工方案
2.3.1先期工作由厂方和设备厂家进行方案研究。确定设备布置、电缆敷设、接线。为保证施工安全,决定在安装时全厂机组停运,工期为7天。
2.3.2施工时按电业安全规程、检修规程施工。同时严格执行两票三制。施工中严禁违章指挥、违章作业、违章施工。施工人员穿戴好电气防护用品,保证施工安全。
2.3.3施工必须符合电气设备安装验收规范规定,施工完成后,调试设备必须加强与运行生产系统联系,并使用经审定批准的试验方案或试送电方案,以保证生产系统的安全生产。
3. 改造前后对比
3.1原有屏占的空间大,改造后控制屏美观且占地小。
3.2改造后简化了维护工作
原有采用的继电器触点多,大大降低了保护的灵敏度和可靠性;调试、检修复杂,一般要停电才能进行,影响正常生产;没有灵活性,当CT变比改动后,保护定值修改要在继电器上调节,有时候还要更换;使用寿命太短,由于继电器线圈的老化直接影响保护的可靠动作。改造后不存在以上问题。
3.3改造后防雷性能增强
原有线路差动采用电缆传输信号,雷雨天容易产生电磁干扰引起误动,改造后采用光纤传输避免了该问题。原有继电器保护是直接和电器设备连接的,中间没有光电隔离,容易遭受雷击。改造后设备有光电隔离模块。
3.4微机保护优点:
3.4.1微机保护系统具备采集、监视、控制、自检查功能、通过一台设备可以发现:输电线路的故障,输电线路的负荷、自身的运行情况(当设备自身某种故障,微机保护通过自检功能,把故障进行呈现),采用计算机原理进行远程控制和监视。
3.4.2由于微机保护采用各种电力逻辑运算来实现保护功能,所以只需要采集线路上的电流电压,这样大大简化了接线。
3.4.3微机保护的保护出口、遥控出口、就地控制出口都是通过一组继电器动作的,所以非常可靠。
3.4.4微机保护采用计算机控制功能,保护定值、保护功能、保护手段采用程序逻辑,这样可以随时修改保护参数,修改保护功能,不用重新调试。
3.4.5微机保护还具备通讯功能,可以通过网络把用户所需要的各种数据传输到监控中心,进行集中调度。
3.4.6微机保护采用光电隔离技术,把所有采集上来的电信号统一形成光信号,这样有强电流攻击时候,设备可以建立自身保护机制。
3.4.7微机保护采用CPU进行数据处理,加大了数据处理速度。
3.4.8微机保护的寿命长,由于设备在正常状态处于休眠状态,只有程序实时运行,各个元器件的寿命大大加长。
3.4.9微机保护具备时钟同步功能,对于故障可以记录,采用故障录波的方式把故障记录下来,便于对故障的分析。
4.经济效益分析
4.1维护成本降低
微机保护从单套价来说比常规保护约贵些,但使用的电缆数量极少、屏柜少、特别是使用寿命长达25年、运行费用(管理费用、维护费用等)比常规保护降低60%,综合费用还是比常规保护少许多。
4.2减人提效
原有继电保护维护人员为4人,改造后维护人员减少为2人;运行人员由两人减少为1人。每年减少3人开销费用,每人按5万元计算,每年共节约15万元。
4.3安全效益
改造后机组安全运行得到提高,每年减少停电时间平均为70小时,年增发电量70万度。
5. 总结
电厂由传统电磁继电器式保护改造为微机保护后,系统的可靠性、经济效益都有显著提高。从管理上讲,新型监控系统更直观,全厂管理人员从网络上都可实施观察发电机组的运行情况。由于采用微机控制,设备元件大为减少,维护成本得到了降低。但是,微机保护维护人员的素质要求较高,为此我们加大了人员的培训力度。总体来讲改造比较成功,该工程的实施可为国内同类电厂电气自动化改造提供借鉴和帮助。
关键词:电气自动化;电厂;电气;微机保护;改造
【中图分类号】TM312
1.引言
济宁某自备电厂装机容量为2x6MW, 选用两台6MW中温中压抽汽凝汽式汽輪发电机组,配两台35T/H中温中压循环流化床煤泥锅炉。电气主接线为6KV单母线,共分三段,并通过两台隔离变线与系统并网运行。6KVⅠ段母线上接有:1#发电机1#联络线、1#厂用变、1#炉鼓风机、煤化工;6KVⅡ段母线上接有:2#发电机 2#联络线、2#厂用变、2#炉鼓风机;6KV0段母线上接有“0#”备变。原有电气保护方式为电磁继电器型,自建厂来已投入运行十多年。存在问题有运行维护工作量大、维护成本高,继电器接点易卡死、断线,接点接触不良。线路差动保护由于电磁干扰问题在雷雨天容易误动,因此未投入运行,直接威胁线路的安全运行。并且由单个电磁继电器组成的保护系统,接线复杂,可靠性差,出现故障不容易查找,往往影响机组的经济效益与运行。考虑到微机保护已经成熟,性能可靠,维护量小等优点,该厂决定对全厂电气保护进行升级改造,选用DP3000厂站自动化系统,实现电厂的监测、控制、继电保护和运行管理等功能。
2.项目实施方案
2.1系统结构
DP3000厂站自动化系统采用分层分布式模块化思想设计,系统分成两层:厂站层和间隔层,厂站层和间隔层通过以太网联接。充分考虑系统组态的灵活性,可根据现场和用户的不同需要实现不同的厂用电管理系统模式。
2.1.2 厂站层
DP3000厂站自动化系统厂站层包括:
DPS301M计算机监控系统
DPS301M厂站自动化监控系统是DP3000厂站自动化系统中的计算机监控管理单元。具有完善的SCADA功能。采用最新操作系统WIND。WS 2000 或WIND。WS NT,标准商用数据库(ACCESS,MS SQL SERVER,SYBASE等),和面向对象的三层模型(ActiveX),组成了功能强大、人机界面智能化、开放式体系结构的监控系统,并与INTERNET技术紧密相联。可以单机或多机运行。
DPR321CM通信管理装置
DPR321CM通信管理装置是DP3000厂站自动化系统的信息交换中心,支持不同的通信介质、通信接口和通信规约,实现计算机监控系统和间隔层设备之间的信息交换、与智能设备通讯接口、与远方调度的通讯接口等功能。
2.1.3间隔层
DP3000厂站自动化系统的间隔层设备按间隔分散式配置,可以直接就地分散安装,减少大量的二次电缆。各间隔层相互独立,仅通过通讯网络连接,并同厂站层通信。
2.1.4通讯网络
1) 以太网
DP3000厂站自动化系统一般采用以太网为站内通信的主干网。对于大型电厂,厂站层采用交换型集线器,将间隔层分为若干个子网,保证每个冲突域的节点数不致过多以
确保系统的响应速率。采用TCP/IP协议栈,在保证传输效率的前提下实现了通信系统的可靠性和兼容性。
2) CANBUS现场总线
DP3000厂站自动化系统仍然保留采用双CANBUS。可用于组成若干个子网,再经由DPR321CM的下位机模块桥接到站内主干网。或者用于与智能装置交换信息。
3)串行通信接口
DP3000厂站自动化系统的通信服务器具备多个串行通信接口,接口型式有RS485、RS232、RS422等。可用于对主站的信息传输(由DPR321CM的上位机模块实现)。或者用于与智能装置交换信息,由DPR321CM的下位机模块桥接到站内主干网。与主站、智能装置之间的通信,支持不同形式的通信规约。
2.2 系统改造方案
2.2.1发电机保护
发电机配置DPR301G型发电机保护装置
能够实现差动速断保护、比例制动式纵差保护、单元件横差保护、定子过电压保护、转子二点接地保护、复合电压(记忆式)过流保护等27项保护功能。
2.2.2主变保护
能够实现主变差动保护、主变高压侧阻抗保护、主变高压侧零序过流保护、主变高压侧非全相保护等9种保护功能。
2.2.3非电量保护及三相操作箱
DPR321P非电量保护及三相操作箱主要用于发电机、变压器等设备的非电量保护及110kV及以下断路器的操作回路。三相操作箱带压力闭锁及防跳功能。
2.2.4厂用变保护
采用DPR361T数字式厂用变压器保护装置,保护主要功能:
能够实现高压侧复合电压过流保护(2段4时限)、高压侧零序过流保护(2段)、高压侧过负荷、高压侧充电保护、高压侧低电压保护等12种保护功能。
2.2.5微机自动准同期装置。
DPR301AS型自动准同期装置特点如下:
1)准确测量并显示待并双方的电压和频率。
2)在压差和频差不合格的情况下能够发出长短不同的调节脉冲,使得待并双方的电压和频率快速逼近。调频和调压功能的投入与否由软件设定值。
3)在频差和压差合格时能够不断检测相位差,提前一恒定导前时间发出合闸脉冲,在频差和压差不合格时能够对合闸回路进行闭锁。
4)能够自动破坏同频不同相的现象,加快同期并列过程。
5)能够自动检测并显示断路器的合闸时间,并可根据需要进行修改或保存。
6)可以实现远方机组和现地自动准同期。
7)装置本身提供工频信号源,供模拟调试和试验用,其电压、频率可根据需要进行调整。 8)同期并列允许的压差、频差及调压、调频宽度参数可由键盘设定并保存。
9)具有PT断线和过压报警功能。
10)具有与上位机通讯的功能。
11)装置的软硬件均具有完善的自检措施,软硬件的任何故障都会使装置进入闭锁狀态。故障部位及性质可以在面板上显示。
2.2.6综合测控装置
DPR301MC综合测控装置为DP3000厂站自动化系统的测控单元,完成电厂内公用信息的采集及控制。
装置主要功能
交流测量(36路交流输入)、直流/变送器测量(6路直流输入)
遥信(容量80路)、遥控(容量24路双位遥控)通信(双以太网接口、双CAN接口,RS232接口)GPS硬件对时
2.2.7线路保护(光纤差动保护)
配置DPR321L型线路光纤差动保护装置。主要功能:
光纤分相电流差动;三段式电流保护,可选择经低压、方向闭锁;三段零序方向过流保护;加速段保护;过负荷;三相一次重合闸;低周、低压减载;TV断线判别;遥测、遥控、遥信;独立的操作回路及故障录波;GPS硬件对时及工业以太网通信接口
2.3施工方案
2.3.1先期工作由厂方和设备厂家进行方案研究。确定设备布置、电缆敷设、接线。为保证施工安全,决定在安装时全厂机组停运,工期为7天。
2.3.2施工时按电业安全规程、检修规程施工。同时严格执行两票三制。施工中严禁违章指挥、违章作业、违章施工。施工人员穿戴好电气防护用品,保证施工安全。
2.3.3施工必须符合电气设备安装验收规范规定,施工完成后,调试设备必须加强与运行生产系统联系,并使用经审定批准的试验方案或试送电方案,以保证生产系统的安全生产。
3. 改造前后对比
3.1原有屏占的空间大,改造后控制屏美观且占地小。
3.2改造后简化了维护工作
原有采用的继电器触点多,大大降低了保护的灵敏度和可靠性;调试、检修复杂,一般要停电才能进行,影响正常生产;没有灵活性,当CT变比改动后,保护定值修改要在继电器上调节,有时候还要更换;使用寿命太短,由于继电器线圈的老化直接影响保护的可靠动作。改造后不存在以上问题。
3.3改造后防雷性能增强
原有线路差动采用电缆传输信号,雷雨天容易产生电磁干扰引起误动,改造后采用光纤传输避免了该问题。原有继电器保护是直接和电器设备连接的,中间没有光电隔离,容易遭受雷击。改造后设备有光电隔离模块。
3.4微机保护优点:
3.4.1微机保护系统具备采集、监视、控制、自检查功能、通过一台设备可以发现:输电线路的故障,输电线路的负荷、自身的运行情况(当设备自身某种故障,微机保护通过自检功能,把故障进行呈现),采用计算机原理进行远程控制和监视。
3.4.2由于微机保护采用各种电力逻辑运算来实现保护功能,所以只需要采集线路上的电流电压,这样大大简化了接线。
3.4.3微机保护的保护出口、遥控出口、就地控制出口都是通过一组继电器动作的,所以非常可靠。
3.4.4微机保护采用计算机控制功能,保护定值、保护功能、保护手段采用程序逻辑,这样可以随时修改保护参数,修改保护功能,不用重新调试。
3.4.5微机保护还具备通讯功能,可以通过网络把用户所需要的各种数据传输到监控中心,进行集中调度。
3.4.6微机保护采用光电隔离技术,把所有采集上来的电信号统一形成光信号,这样有强电流攻击时候,设备可以建立自身保护机制。
3.4.7微机保护采用CPU进行数据处理,加大了数据处理速度。
3.4.8微机保护的寿命长,由于设备在正常状态处于休眠状态,只有程序实时运行,各个元器件的寿命大大加长。
3.4.9微机保护具备时钟同步功能,对于故障可以记录,采用故障录波的方式把故障记录下来,便于对故障的分析。
4.经济效益分析
4.1维护成本降低
微机保护从单套价来说比常规保护约贵些,但使用的电缆数量极少、屏柜少、特别是使用寿命长达25年、运行费用(管理费用、维护费用等)比常规保护降低60%,综合费用还是比常规保护少许多。
4.2减人提效
原有继电保护维护人员为4人,改造后维护人员减少为2人;运行人员由两人减少为1人。每年减少3人开销费用,每人按5万元计算,每年共节约15万元。
4.3安全效益
改造后机组安全运行得到提高,每年减少停电时间平均为70小时,年增发电量70万度。
5. 总结
电厂由传统电磁继电器式保护改造为微机保护后,系统的可靠性、经济效益都有显著提高。从管理上讲,新型监控系统更直观,全厂管理人员从网络上都可实施观察发电机组的运行情况。由于采用微机控制,设备元件大为减少,维护成本得到了降低。但是,微机保护维护人员的素质要求较高,为此我们加大了人员的培训力度。总体来讲改造比较成功,该工程的实施可为国内同类电厂电气自动化改造提供借鉴和帮助。