6 kV廠用電保護裝置改造及應用

蔣 飛，李詩林，鄭海東

（華能武漢發電有限責任公司，湖北武漢 430415）

1 改造背景

某電廠二期（3號機組、4號機組）由兩臺330 MW亞臨界機組組成，兩臺機組6 kV脫硫段各設一條母線，兩段母線之間設有聯絡開關（6340），脫硫6 kV廠用電一次系統如圖1所示。通過饋線開關（63B24）將主廠房6 kV 3B段電源接至脫硫6 kV 3段，通過饋線開關（64B10）將主廠房6 kV4B段電源接至脫硫6 kV 4段，兩條饋線各設有一組單相電壓互感器，兩段母線各設有一臺三相電壓互感器（63TYH和64TYH）。二期脫硫6 kV廠用電負荷為14臺高壓電機和4臺干式變壓器，正常運行時，脫硫6 kV 3段母線和脫硫6 kV 4段之間的母線聯絡開關（6340）處于分閘狀態，脫硫3段6 kV工作電源開關（63T1）和脫硫4段6 kV工作電源開關（64T1）均處于合閘狀態，當脫硫6 kV 3段母線或脫硫6 kV 4段母線停電時，母線聯絡開關（6340）合閘。

圖1 脫硫6 kV廠用電一次系統

該廠脫硫6 kV廠用電原綜合保護測控裝置采用某系列的綜合保護裝置，電子元器件老化嚴重，裝置可靠性差，故障率高，對二期脫硫廠用電的安全穩定運行是一大隱患。例如：有多臺開關保護裝置經常出現“控制回路斷線”告警且無法復位，檢查發現故障原因為繼電器板件內電阻燒毀，繼電器板件電阻功率不夠，長期運行后電阻燒毀，更換阻值相等功率較大的電阻后正常。又例如：有多臺開關保護裝置的電度表碼經常回零，或顯示為亂碼，無法讀取數據，檢查發現故障原因為保護裝置CPU板件故障，更換CPU板后正常。此外，該系列裝置自動化水平不高，數字化程度低，沒有設置網口，無法接入通信管理機，造成裝置信息管理不方便，在自動化程度要求越來越高的今天已不能適應安全生產要求。為徹底扭轉二期脫硫6 kV廠用電系統故障頻發、信息管理不暢等影響機組安全運行的被動局面，須將該電廠二期脫硫6 kV廠用電的綜合保護測控裝置進行換型改造。

2 改造要點

繼電保護改造與新建工程不同，改造工作宜盡最大限度利用好舊屏柜、舊電纜，節省經濟成本，同時也能減少勞動量[1]。本次改造，保護屏柜及其安裝位置不變，直流電源、事故按鈕、外接信號等外來電纜保持不變，對原來所有饋線負荷開關、母聯開關、母線PT的綜合保護測控裝置及內部二次線纜進行更換。屏柜保護裝置面板窗口按照新綜保裝置的外形尺寸修改，新綜保裝置通過網線接入通信管理機，可以實現時鐘同步、信息上傳等功能。

2.1 圖紙設計

本次改造須設計的圖紙有：配電裝置保護柜布置圖、直流系統布置圖、一次系統圖、配電裝置保護、控制、測量回路原理圖、電纜聯系圖、端子排圖、原開關柜電纜統計清冊等。

換型后的新綜合保護測控裝置是南瑞PCS-9600系列產品，開關柜二次回路原理圖設計以該廠6 kV高壓柜二次圖紙為參考，端子排的設計以現場舊端子排為基礎，須滿足《繼電保護設備標準化設計規范》等相關規程要求。

負荷性質不同的設備，所配置的綜保裝置不同，主要有：電機開關控制、保護、測量、信號二次回路原理圖，變壓器開關控制、保護、測量、信號二次回路原理圖，電源進線開關控制、保護、測量、信號二次回路原理圖，電壓互感器開關二次回路原理圖。負荷性質相同的設備，其原理圖設計、端子排位置、電纜線號等要求高度統一，符合一定的規律。

設計優良的圖紙設計不僅可以提高改造施工和調試的效率，而且對改造完成后的維護也極為重要。為確保改造工作進展順利，在圖紙設計階段準備好相關圖紙及保護裝置說明書之外，還需提前打印好每臺設備的線纜號碼管、電纜牌等[2-3]。

2.2 新綜保裝配

技術人員和施工人員討論、確定后的改造方案經相關人員簽字、批準后，工作人員持有工作票，即可開始舊綜保裝置、電度表等廢舊元器件的拆除工作。工作前核對設備編號，以防走錯間隔；須驗電，以防觸電。工作時注意勿拆除或損傷有用的二次線纜，注意將廢舊元器件分類存放防止工作現場混亂[4-6]。

因新、舊綜保裝置尺寸不同，新綜保裝置的尺寸與屏柜二次面板上的窗口尺寸不匹配，為滿足新綜合保護裝置安裝要求，故須對屏柜二次面板上的安裝窗口進行切割開孔擴大。使用電動切割機應滿足《電力安全工作規程》規定，手持電動工具時，必須握持工具的手柄，移動工具時，嚴禁手提軟導線或工具的轉動部分。

新綜保的裝配須規范可靠并遵照GB 50171—2012《電氣裝置安裝工程盤、柜及二次回路接線施工及驗收規范》的相關規定和要求。每個電器元件端子接線不得超過兩根，每個接線端子只允許接一根導線。單芯銅線絕緣皮剝除長度適中，既不過多露出，端子也不能壓到絕緣皮。多股軟導線應使用相同規格的壓接端子，壓制好后接入端子排。接線柱接入兩根導線時，導線之間應加平墊片，保證壓接平貼，接觸良好。屏柜內的電纜的走線應排列整齊，所懸掛號牌要清晰，電纜走線避免交叉并固定牢，但不能使所接的端子承受機械應力。電纜線芯及絕緣不應有損傷，規范電纜號碼管格式，每個電纜號碼管均由電纜號、回路號和端子號三部分組成，可有效防止誤拆誤接事故。保證接線緊固，不發生接線松動。拆接線工作應做好包扎和標記，以防短路或直流接地。

2.3 端子排接線

端子排接線應遵守DL/T 5136—2012《火力發電廠、變電站二次接線技術要求》等規程的要求。端子排的材質應為阻燃型，端子與導線的連接部分應為銅質。更換接線端子需要注意防止交叉，造成誤接線。

端子排的布局應該合理，可以按照“功能分段，支路分組”的原則布設端子排，標注好各端子排的編號及名稱，應保證端子與地面之間的距離，保護屏柜內的端子與柜內水平面的距離應大于35 cm，如此可以確保線纜分線有足夠的空間，在查找、安裝或維護時比較方便。一個端子的每一端宜接一根導線，且其橫截面積不能夠超過6 mm2，直流端子與交流端子之間要有可靠的隔離。正電源端子和負電源端子之間，正電源端子與合閘或跳閘回路之間的端子應隔開一個空端子，同時強電控制（額定電壓為110 V及以上的控制方式）端子與弱電控制（額定電壓為60 V及以下的控制方式）端子應分開布設。做好端子的隔離，需要將隔離片添加在交流電源、直流電源、跳閘回路、信號回路等接線端子處，以防回路竄通。二次回路接線正確與否直接影響主設備的運行，漏接線、誤接線等問題值得重視，所以二次回路對線是很關鍵的一項工作，進行調試之前，要按照圖紙核對每個端子和接線。

2.4 通信管理機接入

通信管理機是發電廠綜合自動化系統中較為重要的環節，它有多個下行通信接口及一個或者多個上行網絡接口，相當于前置機即監控計算機，用于將一個系統內全部綜保裝置的通信數據集合匯總并實時上送上級至監控中心后臺機和SIS（廠級監控信息系統），實現遙信、遙測功能[7]。

通過改造，將二期脫硫6 kV的所有綜保裝置以通信的形式接入監控系統，對于數據的采集、讀取、查看都有了更加穩定的方式。脫硫6 kV廠用電監控系統如圖2所示，脫硫6 kV 3段的12臺綜保裝置和脫硫6 kV 4段的11臺綜保裝置分別通過網線接入兩臺PCS9882交換機，兩臺交換機通過網線連接，交換機的數據，一路通過多模光纜將數據傳入二期集控室的后臺機，另一路通過網線接入遠端通信管理機RCS-9698G，遠端通信管理機通過光纜和光電轉換器將數據傳至SIS系統。

圖2 脫硫6kV廠用電監控系統

通信管理機通過IEC870-5-103規約直接讀取每個保護設備信息，并將保護設備的相關信息處理成狀態信息、故障信息、事故信息和數據信息，然后使用列表或光子牌的形式將以上相關信息實時顯示在管理機顯示屏上，這不僅方便運行人員的監視，也有助于事故信息分析。

3 設備調試

保護改造的調試的內容主要有保護裝置調試、回路調試、及傳動試驗這3個部分，其調試和檢驗方法和步驟要符合DL/T 995—2016《繼電保護和電網安全自動裝置檢驗規程》。

3.1 保護裝調試驗

（1）裝置采樣檢查。通過CT根部加電流、PT柜端子加電壓模擬量的方法檢查保護裝置的保護采樣、檢查交流電壓和交流電流的幅值和相位正確，并檢查綜保裝置在一段時間內的零漂值是否符合相關的技術要求。

（2）定值輸入及核對。按照最新定值單，將新定值輸入至綜保裝置，并對綜保裝置輸入后的新定值進行核對。

（3）保護裝置功能檢驗。保護功能校驗是通過繼電保護測試儀裝置施加電流、電壓等模擬量驗證綜保裝置的動作邏輯的正確性，具體檢查動作時間應符合要求。通過保護裝置的靜態調試，驗證保護能有效反應故障，并發出跳閘指令和報警信號。綜保裝置與交換機、交換機與通信管理機連接正確，保護裝置上的開關運行狀況、配置、定值、故障信息等信息在通信管理機后臺能實時采集。

3.2 回路調試

回路接線正確與否直接決定到主設備的正常運行，為驗證回路接線的正確性須進行回路調試。回路調試主要包括CT二次回路檢查、PT二次回路檢查、二次回路絕緣檢查、開關二次回路調試。

CT二次回路檢查，須檢查CT二次回路不能開路，CT二次回路極性正確；PT二次回路檢查須檢查PT二次回路不能短路。確保CT二次回路、PT二次回路有且僅有一個接地點。

檢查二次回路的絕緣性能，須從保護屏柜端子排處將所有引入的外部回路及電纜全部斷開，分別將電流、電壓、直流控制、信號回路的所有端子各自連接在一起，用1000 V絕緣電阻表測量各回路對地和各回路相互間絕緣電阻，其阻值應大于10 MΩ。

將交流電源、直流控制電源投入，對各回路功能進行驗證。檢查直流控制回路、交流電壓回路無短路或接地，并且交、直流回路之間不能相互接通，不能有電相互竄入。檢查開關的分閘、合閘、防跳功能正確，檢查指示燈、照明、加熱器回路正常。

3.3 傳動試驗

傳動試驗是模擬開關和保護裝置處于實際運行工況，通過施加電流、電壓、非電量信號等故障量，模擬相關故障，驗證保護、開關和相關信號指示的正確性，每個開關間隔的保護都要做一個完整的傳動試驗。傳動試驗須采用在端子排上加入模擬故障交流電流和電壓的方式，不能用手動人工短接點的方式進行試驗，試驗時保護裝置帶實際開關并處于與運行狀態完全相同的狀態，以檢驗保護裝置以及各有關跳、合閘回路、防跳回路、至DCS顯示或報警等相關回路動作的正確性。傳動試驗是調試工作不可或缺的一個環節，也是最后的一個環節，只有傳動試驗合格，設備才能真正投運[8-9]。

3.4 調試中發生的問題

在調試過程中發現，6 kV開關在分閘位置，按下電動合閘按鈕，控制電源空開立即跳閘。檢查發現綜保裝置至開關合閘線圈的線錯接至開關跳位監視回路。改造中的故障如圖3所示，+KM是控制電源正極，-KM是控制電源負極、HA是合閘按鈕，TWJ是保護裝置內的跳位監視繼電器，H是開關的輔助接點。6 kV開關在分閘位置時，輔助接點處于閉合狀態，當按下合閘按鈕，直流控制電源正負極直接通過開關輔助閉接點導通，造成電源短路，控制電源空開跳開。

圖3 改造中的故障

改造之前，原保護裝置的跳位監視繼電器TWJ與開關位置閉接點H串聯形成監視回路，監視回路與合閘回路及合閘線圈相互獨立。而本次改造，為了在跳位監視回路對合閘線圈進行監視，將跳位監視繼電器TWJ與保護合閘回路并聯后接至開關合閘線圈，但是在施工過程中，原來用于跳位監視的閉接點在端子排處（X2:38）并未拆除，而保護合閘回路與跳位監視繼電器TWJ并聯后誤接至了原來用于跳位監視的開關閉接點處（X2:37），造成合閘按鈕按下后控制電源短路。

誤碰、誤接線、誤整定被稱為繼電保護工作中的“三誤”，需要重點防范，在繼電保護改造過程中接線工作龐雜，尤其要注意防止誤接線[10]。

4 結束語

電力系統繼電保護裝置只有穩定、可靠運行，才能確保故障快速被切除，才能保證電力系統安全。繼電保護設備的更新發展，為電力系統可靠運行提供了可能。改造后的脫硫6 kV廠用電系統保護設備性能可靠，配置全面，記憶功能強大，尤其是將綜保裝置接入通信管理機構成電氣監控網絡，實現二期脫硫6 kV廠用電系統自動抄表、故障信息管理、設備管理等高級應用功能。新綜保裝置的設計合理、原理先進、性能優越，徹底解決舊綜保裝置故障率高、可靠性差、自動化水平低、維護工作量大等問題，能為日常的消缺和維護提供、參考和幫助，能為后續的設備改造和檢修提供、依據和指導，能為機組的長周期安全穩定運行奠定了基礎。