继电保护改造升级工程规划与实施探讨

1 技术发展背景和现状
电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求, 电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力, 因此, 继电保护技术得天独厚, 在50 余年的时间里已经走过了机电式、晶体管式、集成电路式、微机化4 个发展阶段, 以后还将达到人工智能化。机电式继电保护系统在电力系统中发挥过不可替代的作用, 至今在不少的用户设备上还发挥着主力军的作用。但是, 机电式继电保护装置是信息相对独立的系统, 对外只能提供动作类型等的简单的故障信号, 较为详细的故障信息只有采用专用的故障录波装置才能有效记录和保存; 信号继电器经常出现拒动现象, 不利于故障分析工作的开展; 要实现调度“四遥”功能, 需要单独的一套RTU 系统才能实现遥信、遥控、电测和电能等遥测信号与调度端互传; 这样的系统还需要专人值守。单片机为CPU 的微机保护系统, 定值修改维护是以十六进制数据输入; 就地无直观的人机界面, 后台机成为唯一的人机界面; 这些都给继电保护专业人员的现场维护提出了更高的要求。
随着计算机技术的发展, 当前的微机保护技术日益成熟。其主要特点是采用分布式、模块化设计, 可靠性大大提高, 事故记录、定值修改、运行数据显示及维护汉化直观, 人机界面友好, 采样精度高, 算速度快, 存储容量大, 数据网络传输稳定, 元器件可靠性高, 软件和算法日渐成熟, 微机保护综合自动化系统取代常规机电式保护已成为必然的发展趋势。
2 技术改造规划
将常规保护装置改造成微机保护综合自动化系统, 需要进行综合规划和设计, 确保功能齐全, 信息监控到位, 确保无装置性违章, 符合设计规程的要求, 并且应尽可能减少人员就地操作。
2.1 安装方式选择
继电保护装置的安装方式, 直接关系到改造工程的成本、工期、运行可靠性和工程的复杂程度。主要有集中安装和就地安装两种方式, 常规保护一般是采用集中安装方式, 改造规划设计时要综合考虑。
2.1.1 集中安装方式
集中安装指的是微机保护和综合自动化系统的所有装置都安装在主控室内的方式。这种方式的特点是:
( 1) 现场二次设备的运行和维护比较方便。
( 2) 控制电缆可以部分的继续使用。
( 3) 因同屏安装运行, 更换改造过程中, 保护需退出运行的机率和误动的几率较大。
( 4) 改造工期长, 工程复杂程度高。
2.1.2 就地安装方式
这种安装方式是将保护监控装置安装在开关柜上或附近的一种安装形式。这种方式的特点是:
( 1) 设备不集中, 现场二次设备的运行和维护不够方便。
( 2) 控制电缆可以部分的继续使用。
( 3) 与相邻设备有空间距离, 改造和维护过程中误动、误碰的几率大大减少。
( 4) 技术人员和工作地点可以分散进行, 改造工期缩短。
( 5) 通过前期模拟调试, 对外停电时间大大缩减。
2.2 控制和通信电缆更换和选用
随着微机技术在电力系统的应用, 对消除电磁干扰、提高设备的电磁兼容性提出了更高的要求。控制电缆和通讯电缆是继电保护装置与高压装置联系、装置与装置之间联系的通道, 其途经路线电磁成分及电磁分布复杂, 是电力系统电磁干扰的主要来源。因此, 控制电缆, 特别是电流、电压回路的控制电缆, 在满足线径反措要求的情况下, 建议有计划的更换成带屏蔽的P 型控制电缆, 有条件的应选用阻燃型的ZRKVVP 型控制电缆, 以提高抗阻燃和抗干扰能力, 提高二次设备运行的稳定可靠性。
2.3 监控功能和监控信息可靠性
微机保护综合自动化系统是系统工程, 不但包含电网主设备的运行监控, 还包含与电网主设备相关的其他一次设备和二次设备的监控
(1) 对直流设备及回路绝缘进行监控。直流设备是变电设备运行的动力系统, 是综合自动化监控的重点内容之一。根据自动化系统数据库容量, 可以监控的直流系统的数据有: 直流系统的端电压、放电电流, 充电电流, 单只电池的电压、温度, 控制和合闸主回路及分支回路的直流绝缘监测等。
(2) 有条件的, 应单独设置直流绝缘监测装置,可按设备间隔及装置配备直流绝缘探测器, 对所有直流用电回路进行全面的绝缘监视, 减少直流绝缘故障对二次设备的影响和故障。
(3) 设置接地选线装置, 对电网一次单相接地故障进行有效监测, 通过技术手段, 减少拉闸次数,提高供电靠性。#p#分页标题#e#
当前可供使用的有主要有二种技术类型, 一种是通过CT 和PT 进行采样并分析, 另一种是载波信号注入故障母线后通过探头进行探测并分析。
(4) 随着电网设备管理及线损管理的细化, 站用电系统也是自动化系统监控的内容之一。主要的监控内容应包含: 站用电系统的电压、电流; 不同电压等级的站变的运行状态、输出电流; 站用电系统用电量。除此之外, 我们还对站用电的站变切换回路进行了重新设计, 采用自动切换和手动切换两种方式, 并通过综合监控系统进行监视和调控; 在部分站还将站变二次增设接触器, 以实现远方对站变二
次回路的投退控制。注意, 由于35kV 站变和10 kV 站变二次输出有相位差, 一定要确保不同电压等级的站变二次回路并列。
( 5) 电能表的数据采集, 如同所有主设备及出线开关的电流、电压、频率、功率等的监控一样是综合自动化系统不可或缺的最基本功能。主变的温度、档位的采集、油位越限、主变的其它电量与非电量保护功能等都不能遗漏。
(6)VQC 功能同步设计。根据《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》规定, 在电网规划设计中, 必须同步进行无功补偿设施的规划设计。当前VQC 自动控制功能基本完善, 能有效对主变档位、电容投退进行控实时的控制, 值得推广应用。
(7)GPS 卫星时钟应用于各分站模块的时钟对时, 确保全站时钟统一。
2.4 减少违章发生的机率
通过现有的技术措施, 也能有效地减轻现场运行人员劳动强度、紧张程度, 减少操作次数, 从而有效降低误操作的几率。
( 1) 升级改造误防系统, 推广使用微机误防系统, 确保所有操作都在误防系统监控之下。
( 2) 增加备自投装置, 以保障事故情况下供电系统快速自动转换。这项措施也是保障供电可靠性的重要技术措施之一。
( 3) 对PT 切换回路可以进行重新设计, 根据开关及刀闸( 小车) 位置状态进行自动切换, 确保二次回路不失压, 不丢电量, 减少人为误操作而引起的计量故障、二次电压缺相障碍。注意二次失压易误动保护的投退。
2.5 满足反措要求
二次改造中, 要注意满足规程规定和反措要求, 防止装置性违章现象的出现。
(1) 在电压互感器一次绕组中性点对地间串接线性或非线性消谐电阻、加零序电压互感器或在开口三角绕组加阻尼或其它专门消除此类谐振的装置。
( 2) 防误装置电源应与继电保护及控制回路电源独立。
(3) 断路器或刀闸闭锁回路不能用重动继电器,应直接用断路器或隔离开关的辅助触点。
( 4) 保护室与通信室之间所用信号传输电缆,应采用双绞双屏蔽电缆, 屏蔽层在两端分别接地。
( 5) 厂、站内接地电阻不大于0.5 欧姆, 所有装置要有可靠的屏蔽和接地措施。
2.6 修改现场运行规程
在改造之初, 应组织有关设计、运行等专门人员, 对现场运行规程进行修订, 并在设备改造投运之前讨论通过并印刷, 与设备的投运同时启用。
3 改造实施方案
考虑到都是运行中的变电站, 在改造中要求尽量不停电, 少停电, 尽可能地不影响各用户用电生产, 因此改造工程采用边运行、边安装、边调试的方式进行。这样, 改造的安全责任相对增加, 需要制定切实可行、安全可靠的实施方案, 确保安全责任落实到人, 安全措施落实到位。
3.1 线路( 出线) 部分的改造割接
(1) 配线。先从线路开关柜加装就地装置入手,现场分散或工场集中配线。注意与原有的端子及运行设备保持安全距离, 并且暂不进行二次线连接。确保通讯线互联同步进行。
(2) 调试。接线查证无误后, 将直流电源临时接入设备, 利用模拟开关对保护模块进行详细调试, 在定值下进行模拟联动测试, 全部合格后进行下一步。
(3) 割接。全面调试结束后, 将运行设备的原有的二次线拆下, 换接上新配接的二次线及端子上,完成新旧保护装置的功能转移交接。这个过程需要认真细致的专业技术人员来完成, 如果不需要停电, 实施过程中保护压板应当退出。割接完毕, 运行数据和参数显示正常、模块无动作信号和异常时,再将新装置的保护压板投入。至此, 新的线路微保护模块投入运行。
3.2 主控室及综合监控设备的割接
(1) 首先将通讯管理机及后台机调试完成, 将综合管理屏临时安排在就位附近, 将已改造结束的10kV 和35kV 等就地安装的保护装置接入监控系统, 确保已改造运行设备的监控及时、到位, 并利于后期的综合调试, 达到接线与调试同步, 有效缩短工期。#p#分页标题#e#
( 2) (分期) 撤旧屏、立新屏。要注意联跳回路的拆除, 特别要注意防止运行设备电流回路开路, 防止屏顶交流电压小母线和直流母线短路。保留必要的电压回路, 确保计量不损失, 母线电量平衡。
( 3) 接地装置及接地点。每面保护屏都要加适当规格型号的接地铜排且保证在同一个接地点, 避免因雷击造成过电压时损毁保护设备。
( 4) 模拟调试。二次接线结束, 通讯连接完毕,利用模拟开关对主变测控、备自投、直流绝缘、VQC等装置进行全面的模拟调试。在后台对遥信量、遥测量进行逐点、逐设备调试, 确保信息对应无误。
( 5) 割接。模拟调试结束后, 调试用临时二次线拆除, 分期逐屏割接到实际运行设备的二次线。对主变压器的保护割接, 可能的情况下倒运行方式,对外不限电、不停电。这个过程需认真组织, 确保无误动、无短路、无开路现象。
( 6) 综合调试。后台监控联调, 然后结合验收送电, 重点对备自投、VQC、接地选线等功能进行在线测试, 确保正常运行。
5 结论
常规保护改微机保护综合自动化工程的实施,不但继电保护设备得到了更新换代, 设备运行状况得以从根本上改观, 而且改造后的安全运行水平和经济运行水平得到全面提高, 人员操作更加安全可靠; 同时改造过程中还锻炼了专业技术人员, 提高了专业工作能力。
通过详细全面的技术规划、制定切实可行的实施方案, 关注改造过程中的细节和关键, 常规保护改微机保护综合自动化工程得以顺利完成, 并最终取得超出预期的效果, 值得推广应用。