引灤大張莊泵站微機綜合保護自動化系統改造設計

劉福春，張洋

（1.天津市水利勘測設計院，天津300204；2.水利部海河水利委員會，天津300170）

引灤大張莊泵站微機綜合保護自動化系統改造設計

劉福春1，張洋2

（1.天津市水利勘測設計院，天津300204；2.水利部海河水利委員會，天津300170）

大張莊泵站設1座35 kV戶內變電站，裝設2臺3 150 kVA、35/6.3 kV主變壓器，本次改造更換現有主變壓器、站用變壓器、35 kV及6 kV配電系統、6 kV同步電動機等微機綜保裝置，同時設置1套變電站智能綜合監控系統，采用新型智能綜合微機保護裝置，實現對整個變電站及泵站一次設備的監視、測量、控制、記錄和報警，對二次設備和輔助設備的遠程控制和管理，實現變電站及泵站微機監控，提高電氣設備運行的可靠性和管理效率，確保引灤入津工程供水安全。

引灤泵站；微機綜合保護自動化系統；35/6kV；改造

1 概況

引灤大張莊泵站位于天津市北辰區，大張莊鎮東800m的永定新河北側。引灤入津工程是天津城市供水的生命線，大張莊泵站是引灤入津工程明渠輸水系統的終點提升泵站，輸水設計流量為30m3/s，排澇設計流量為20m3/s。該泵站自1983年建成通水，至今已連續30多年向天津中心城區供水，并承擔北辰區永定新河以北部分區域的汛期排澇任務，為緩解城市生活用水緊張、美化城市景觀、促進各行業經濟的發展發揮了重要的作用。

大張莊泵站微機綜合保護自動化系統改造設計，與大張莊泵站工程的運行實際、引灤全線工程管理和信息化建設相結合。本著安全輸水、技術先進、經濟合理、運行管理方便的設計原則，積極采用新技術、新工藝、新材料和高效節能設備，設計高質量、高水平，并具有一定的前瞻性。工程實施后，使多年來電氣設備及土建等原設計和運行使用設施老化、損壞所帶來的諸多問題得以根本解決，消除了引灤入津大張莊泵站電氣設備運行中存在的各種隱患，提高了電氣設備運行的安全可靠性和效率，確保了供水的安全。

2 系統設計原則

（1）依據有關技術標準、技術規程等進行規范化和標準化設計，做到數據的接口定義和傳輸格式標準化。

（2）系統設計滿足經濟性、先進性、實用性及安全性統一原則，方案設計在經濟合理、技術成熟可靠的前提下采用最新技術，使之具有先進性、穩定性及良好的可擴展性和兼容性。

3 系統設計主要內容

3.1 系統綜述

大張莊泵站由2回35 kV進線及2臺3 150 kVA（35/6.3 kV）主變壓器供電，主接線35 kV側和6.3 kV側均采用單母線分段接線。本次改造更換現有主變、站變、35和6 kV配電系統、同步電動機等微機綜保裝置，主要包括：35、6 kV進線及母聯、2臺主變壓器、2臺站用變壓器、1臺所用變壓器、5臺同步電動機等保護裝置。設計采用新型智能綜合微機保護裝置，具有保護、控制、測量和通信等功能；綜合微機保護裝置設有大屏幕，可漢字顯示實時電流、電壓和功率電度、相應及其他所需的電氣量、保護動作信息。保護和監控系統具有各自獨立的交流采樣回路，既保證了監測精度，又保證了保護裝置所要求的抗飽和性能，并要求保護、測量、控制、操作回路一體化。

本次改造設1套變電站智能綜合監控系統，該系統基于當前廣泛應用的現場總線方式及分布式的網絡結構實現電力系統信息的交換和管理，具備保護、測量、控制、數據采集、諧波分析、用電管理、負荷控制和運行管理等功能，可獨立完成對變電站的監控運行，并通過交換機接入泵站監控主機。

3.2 系統結構與配置

系統以計算機監控系統為中心，微機綜保裝置通過通信管理機、交換機向上與變電站、泵站監控系統通信，向下與單元裝置通信，從而實現對整個35、6 kV變電設備和泵站的一次主設備的遙測、遙信、遙控、遙調以及對二次設備和輔助設備的遠方控制和管理。系統可以根據電網運行方式的要求，實現各種閉環控制功能。系統具有對全部的一次設備進行監視、測量、控制、記錄和報警的功能及與保護設備和遠方控制中心的通信功能，實現變電設備及泵站微機監控。

保護系統的配置有：通信管理單元4套；主變壓器差動保護單元2套；主變壓器高壓側后備保護單元2套；主變壓器低壓側后備保護單元2套；35 kV分段解列、充電保護單元1套；35 kV線路保護裝置2套；35 kV兩回進線互投裝置1套；35 kV廠用變壓器保護單元1套；6 kV分段解列保護單元1套；6 kV進線保護單元2套；6 kV母聯保護單元1套；6 kV備自投保護單元1套；6 kV分段解列保護單元1套；6 kV PT測控單元1套；6 kV站用變壓器及箱式變電站保護單元3套；6 kV電動機保護單元5套；輔助信息遙控單元1套（負責直流控制電源和其他輔助電氣設備的測控）；變電站智能綜合監控系統1套。

以上配置的所有保護單元經RS485通信接口與通信管理機連接，所有信號通過通信管理機以太網接口接入交換機上傳至變電站/泵站監控主機。

3.3 系統硬件配置

（1）采用先進的工業級芯片。保護模塊使用的CPU總線不出芯片，大大提高了硬件系統的抗干擾及工作可靠性。

（2）各智能單元采用模塊化結構。

（3）采用大屏幕液晶顯示，漢化菜單操作。

（4）本系統各單元有交流插件、出口跳閘及信號插件、直流逆變電源插件、保護主控插件、通信監控插件、操作回路插件等。

（5）交流插件將系統電壓互感器、電流互感器二次側強電信號變換成保護裝置所需的弱電信號。

（6）保護插件設有經過隔離的高速串行485接口，用于與管理機通信。開出和開入經光電隔離，具有很高的抗干擾性能。

（7）通信監控插件具有高速數據通信485接口，接口隔離且具有防雷擊能力，支持電纜或光纖媒介。

（8）出口跳閘及信號插件內有1個啟動繼電器，其常開接點用來閉鎖跳閘及合閘出口的電源回路，以防誤動。

（9）直流逆變電源插件為直流220 V或110 V輸入經逆變后輸出本裝置所需直流電源。

3.4 系統保護配置

（1）35 kV進線及母聯保護。35 kV進線及母聯保護包括三段式定時限過流保護、三段式零序過流保護、母聯充電保護、過負荷保護。

（4）35 kV廠用變壓器、6 kV站用變壓器及箱式變電站保護。1保護配置包括兩相限時電流速斷保護、兩相限時過流保護和限時速斷后加速、輕、重瓦斯保護。以上各種保護均有軟件開關，可分別投入或退出。2保護配置遠動功能，包括測量IA、IB、IC、P、Q、COSφ、f、Wh、varh等量，上送量可根據用戶要求選送；遙信斷路器位置，手車位置；遙脈本線路有功，無功電量；遙控本線路遙跳遙合。

（6）互投裝置。35 kV及6kV母線為單母線分段，正常時為單母線，一回進線供電，當這回進線發生故障時，要求能自動或手動投入另一回進線供電。

（7）分段解列、充電保護。分段保護設延時速斷、過流保護。

（8）通信管理機。下行口有8個RS-485通信口（ModBus RTU協議），其中2個可設成上行口；上行口有2個10/100兆以太網口；裝置電源為AC220V。

3.5 系統設備布置

變電站為3層建筑，35 kV配電裝置、1臺315 kVA 35/0.4 kV站用變壓器、35 kV保護屏布置在3層；2臺主變壓器、2臺6 kV站用變壓器、6 kV配電裝置、低壓配電裝置、勵磁柜、直流屏及控制室等布置在1層。

1#主變壓器微機保護測控裝置設于1#主變保護屏內，2#主變壓器微機保護測控裝置設于2#主變保護屏內，35 kV線路、35 kV廠用變壓器及35 kV母聯等保護單元設于35 kV綜合測控屏內，6 kV站用變壓器、6 kV線路、6 kV母聯、6 kV PT等保護單元均就地安裝在開關柜內，6 kV電機保護測控單元安裝在電機現地控制柜內。

4 結語

引灤入津工程是一項大型跨流域調水工程，引灤入津大張莊泵站是引灤入津工程的重要組成部分，最終將潘家口水庫的優質水源安全、可靠地輸送到天津，為天津提供一個水量豐沛、水質優良的生活和工業用水水源，緩解天津水資源的供需矛盾。天津市是資源性缺水城市，引灤對于天津的生存和發展具有不可替代的戰略意義。大張莊泵站作為引灤的提升泵站，更新改造工程不僅將產生較好的經濟效益，也具有重大戰略意義。本泵站微機綜合保護自動化系統更新改造完成后，可保證引灤入津工程供水安全，提高天津市城市供水保證率，改善城市水環境，遏制生態環境惡化，從而保障天津市社會穩定發展。

TV685；TP399

B

1004-7328（2014）03-0062-03

10.3969/j.issn.1004-7328.2014.03.022

2014-01-21

劉福春（1981-），男，工程師，主要從事水利電氣設計工作。