AM5SE系列微機保護測控裝置在某冶鋼動力廠供電增容改造中的應用

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201800

摘要：某冶鋼動力廠原有6kV兩段母線，現新增III段母線，通過對新增母線從設備選型、控制回路原理設計等方面進行改造，尤其配置的AM5SE系列微機保護測控裝置的應用，集控制、保護、測量、開關量采集、通訊功能于一體，提高了設備的可靠性、先進性和自動化水平。

關鍵詞：冶鋼動力廠；微機保護測控裝置；可靠性；先進性；自動化

0 引言

某冶鋼動力廠二總降原有2條6kV母線，擔負著水泵站、軋鋼站、電爐等負載的主要供電任務，原出線柜均采用傳統繼電保護方式，并且有獨立的直流供電系統和計量系統。在10000m3/h制氧設備增容改造中，與此配套的二總降新增了1臺31500kVA變壓器及III段6kV母線，采用安科瑞AM5SE系列微機保護裝置，并增設Acrel-2000Z電力監控系統，實現對整個廠區10kV變電站的用電監控與管理，提高自動化管理水平。

1 AM5SE系列裝置簡介

AM5SE系列微機保護裝置采用主頻為168MHz的處理器，16位同步采樣A/D，每周波48點采樣實時并行計算；配置512K字節Flash、（192+4）K字節Sram、外置4M字節NorFlash、外置512K字節Sram，硬件資源充足，可靠性高。裝置硬件包括電源模塊、CPU 模塊、開入開出模塊、控制回路模塊、模擬量采集、通訊模塊等采用模塊化設計，通用性強。同時，裝置具有上電自檢功能，可對MCU內核時鐘、ADC芯片及外設、液晶模塊、開入采集、繼電器輸出、SRAM/FLASH/鐵電、以太網芯片及外設、串口通信外設、USB通信外設等電路上電自檢，若有異常可閉鎖繼電器出口防止保護誤動并發出告警信號。

2 具體應用

該冶鋼動力廠新增的1臺31500kVA變壓器容量較大，故針對該變壓器，配置AM5SE-D2差動保護裝置、AM5SE-TB后備保護測控裝置，兩臺保護裝置搭配使用，實現變壓器的差動保護、高壓側過流保護、變壓器的非電量保護；使用AM5SE-F線路保護測控裝置進行線路保護，主要設置電流速斷保護、定時限過流保護；使用AM5SE-C電容器保護測控裝置對電容器進行保護，主要設置電流速斷保護、定時限過流保護、欠電壓保護、過電壓保護、不平衡電壓保護；使用AM5SE-B母聯保護及備自投裝置，實現母聯備自投功能，同時設置在進線出現故障或者手動分閘情況下，閉鎖備自投的功能。

2.1 操作回路控制原理

上述AM5SE系列各型號雖然在功能上有所區別，但操作回路控制原理基本一致。對比改造前后的二次操作回路，取消了原防跳繼電器電流起動電路，原因在于傳統防跳操作電路一般采用電流起動、電壓保持實現電氣防跳，需要根據斷路器跳、合閘回路通過的電流值選擇防跳繼電器，通用性差，特別對于跳合閘電流較小的斷路器往往難以實現。

圖1 控制回路二次原理圖

改造后的操作回路控制原理如圖1所示，可自適應0.25~5A斷路器跳合閘電流。根據圖1，無論是就地控制還是遠方控制，如此時回路發生故障，當斷路器出現手動合閘或保護合閘粘連時，TBJ繼電器線圈得電，對應防跳回路的TBJ常開觸點閉合，FTJ繼電器線圈得電，合閘回路的FTJ常閉觸點斷開，盡管此時仍有合閘信號輸入，但合閘回路已被斷開，所以不會再次合閘，從而可有效防止發生斷路器跳躍現象，同樣的，若出現分閘粘連，也可觸發防跳繼電器，實現防止斷路器跳躍功能。此外，針對該操作回路，增加了跳保持繼電器TBJ和合保持繼電器HBJ，確保無論是瞬時還是常保持的分合閘命令，斷路器都可以有效分合閘，在斷路器完成分合閘后，再釋放TBJ繼電器和HBJ繼電器。

2.2 備自投控制回路原理

該冶鋼動力廠原有I段、II段兩段母線，新增加的III段母線需要與原有的兩段母線實現分段運行，即若I段、II段母線均失電，則投入3號進線，由3號進線帶全段母線運行。該廠區原有的母聯備自投裝置由于沒有過流失壓閉鎖裝置，即使6kV I段母線因短路故障跳閘失壓，備自投裝置仍然動作。如果是過流保護動作跳閘，6kV II段母線電源投入故障母線，將對故障點造成再次沖擊，形成更大破壞，甚至使6kV II段母線跳閘，全站停電。在這次改造中，設置了在進線出現故障或者手動分閘情況下，閉鎖備自投的功能，從而確保了母聯備自投的選擇性、靈敏性和可靠性。

本次改造后，停用原有的備自投保護功能，根據該冶鋼動力廠三進線兩聯絡的供電方式，在AM5SE-B上定制對應的備自投邏輯，根據輸入的6kV I段、II段、III段母線電壓信號、電流信號、各斷路器的位置信號，實現以下功能：

1）正常情況下，1號進線、2號進線分列運行，母聯斷開，若1號進線或2號進線失電（無壓無流）則備自投跳開對應的進線斷路器，合母聯斷路器；若1號進線和2號進線均失電，則備自投跳開1、2號進線，合3號進線，最后合上2個母聯斷路器。

圖2 AM5SE-B開入二次原理圖

2）AM5SE-B備自投保護裝置的開入原理圖如圖2所示，在X5.7接入1號進線和2號進線的保護跳閘、手動分閘信號，在回路出現故障時，對應的保護跳閘輸出至閉鎖備自投開入，同時，裝置的備自投功能被閉鎖，無法實現。

3 6kV電力監控系統改造

為實時監視該冶鋼動力廠整個配電室的運行以及數據采集，針對該廠配置一套Acrel-2000Z電力監控系統，將微機保護的數據上傳至電力監控系統，實現對6kV變電站的用電監控與管理，提高自動化管理水平。其可實現的主要功能如下。

3.1 實時監測

可以直觀顯示變電站一次系統圖，并實時顯示各電壓等級各回路的遙測量、遙信量和報警信號等。

3.2 電參量查詢

在配電一次圖中，可以直接查看該回路詳細電參量，界面也可用棒圖的形式更直觀的展示三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數、電能等。

3.3曲線查詢

在曲線查詢界面，可以直接查看各電參量曲線，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數、溫度等曲線。并統計該曲線查詢范圍內極值、極值發生時間、平均值等。

3.4實時告警

具有實時告警功能，系統能夠對配電回路斷路器、隔離開關、接地刀分、合動作等遙信變位，保護動作、事故跳閘等事件發出告警，便于及時的針對異常情況給用戶預警。

3.5歷史事件查詢

能夠對遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和進行歷史追溯、查詢統計、事故分析。可以按時間、類型和設備進行查詢和排序。

3.6用戶權限管理

為保障系統安全穩定運行，系統設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如遙控的操作，數據庫修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

3.7電能質量在線監測

可以對整個配電系統范圍內的電能質量和電能可靠性狀況進行持續性的監測。

實時監測總進線和重要出線回路的供電電源電能質量，包括穩態數據監測、暫態數據監測和故障錄波分析。對供電系統中的電壓偏差、頻率偏差、三相電壓不平衡、三相電流不平衡、2～63次諧波電壓、2～63次諧波電流、0.5～63.5次間諧波電壓、0.5～63.5次間諧波電流、諧波功率、諧波畸變率等實時監測，并以柱狀圖進行諧波分析。

監測重要回路的電壓波動與閃變、電壓暫升/暫降、短時中斷情況，實時記錄事件并故障錄波，為電能質量分析與治理提供數據來源。及時采取相應的措施提高配電系統的可靠性，減少因諧波造成的供電事故的發生。

3.8遙控

可以對整個配電系統范圍內的設備進行遠程遙控操作。例如配電系統維護人員可以通過監控系統的主界面點擊相應的斷路器遙信點調出遙控操作界面，可以及時執行調度系統或站內相應的操作命令。

3.9故障錄波

可在系統發生故障時，自動準確地記錄故障前、后過程的各種電氣量的變化情況，通過對這些電氣量的分析、比較，對分析處理事故、判斷保護是否正確動作、提高電力系統安全運行水平有著重要作用。

3.10事故追憶

可自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時穩態信息，包括開關位置、 保護動作狀態、遙測量等，形成事故分析的數據基礎。

3.11通信管理

可以對整個配電系統范圍內的設備通信情況進行管理、控制、數據的實時監測。可以查看某個設備的通信和數據報文。

可以完成與各種智能電子設備的通信和數據轉發，包括微機保護、電力儀表、智能操控、直流屏、模擬屏、五防系統和調度等。

3.12 GPS校時

可集成配置北斗/GPS授時設備，對系統主機進行同步授時，以保證整個系統設備有統一的時間基準，為電力系統故障分析提供準確的時間基準。

該冶鋼動力廠改造后的電力監控系統拓撲圖如圖3所示。

圖3 電力監控系統拓撲圖

4 結束語

該冶鋼動力廠供電增容改造項目微機綜合保護測控裝置自2020年投運以來，目前裝置運行良好。改造后的AM5SE系列微機保護測控裝置配置全面，記憶功能強大，為今后事故準確分析，正確解決問題提供了依據；新配置的Acrel-2000Z電力監控系統，方便查看保護信息及故障信息管理，保障了該廠安全、穩定生產。

參考文獻

[1] 楊正軒. MTPR系列微機綜合保護裝置在工廠供電增容改造中的應用[J]. 電世界, 2010(11):2.

[2] 安科瑞用戶變電站綜合自動化與運維解決方案.2021.11月版

審核編輯 黃宇