淺談電廠繼電保護(hù)二次回路改造設(shè)計

摘 要：以電廠繼電保護(hù)裝置為主要研究對象，針對繼電保護(hù)二次回路，在簡單介紹其應(yīng)用現(xiàn)狀和存在問題之后，提出一種能夠?qū)^電保護(hù)二次回路進(jìn)行改造設(shè)計的方案，希望能為保障電廠電網(wǎng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：繼電保護(hù)；二次回路；改造設(shè)計

中圖分類號：TM77" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2023）18-0067-05

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.18.017

0" " 引言

保障電廠電網(wǎng)的運(yùn)行安全，是滿足市場電能供應(yīng)需求的重要前提。繼電保護(hù)裝置在維護(hù)電力設(shè)備運(yùn)行安全中發(fā)揮著重要作用。在電力設(shè)備出現(xiàn)危險或異常情況之后，繼電保護(hù)裝置能夠及時做出保護(hù)動作，并向信息控制中心發(fā)出預(yù)警信號，從而有效保障電廠的運(yùn)行安全。基于此，在充分掌握當(dāng)前電廠繼電保護(hù)裝置應(yīng)用情況的前提下，對電廠繼電保護(hù)二次回路的改造設(shè)計進(jìn)行分析，對推動電廠朝著自動化和智能化的方向發(fā)展，提升電廠運(yùn)行效率和安全效益具有積極意義。

1" " 電廠繼電保護(hù)二次回路應(yīng)用現(xiàn)狀

二次回路是電廠運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，基于當(dāng)前市場對電網(wǎng)電能供應(yīng)提出的高要求，需通過電壓調(diào)節(jié)來保障電網(wǎng)的合理運(yùn)行。

二次回路主要用于低壓電路中，是相對于一次設(shè)備而言的，能夠通過與二次設(shè)備的連接起到保護(hù)一次設(shè)備作用的回路裝置，可有效保障和維護(hù)一次設(shè)備的安全[1]。

二次回路、二次設(shè)備共同構(gòu)成繼電保護(hù)系統(tǒng)，現(xiàn)階段，二次回路在電廠的運(yùn)行中有著較為廣泛的應(yīng)用。

2" " 電廠繼電保護(hù)二次回路存在的問題

以保證電廠的安全運(yùn)行為主要目標(biāo)，在充分了解電廠繼電保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用情況之后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前電廠繼電保護(hù)二次回路中存在著較為明顯的安全隱患問題。具體而言，如果母線差動的繼電保護(hù)產(chǎn)生故障，輸電線路的功率會受到電網(wǎng)線路短路的影響而增大，進(jìn)而跳閘[2]。同時，接線錯誤也會導(dǎo)致輸電系統(tǒng)產(chǎn)生故障，斷路器出于保護(hù)目的會直接跳閘，還會提高一次設(shè)備損壞的概率，進(jìn)而影響電網(wǎng)整體的運(yùn)行安全。基于此，需要注重加強(qiáng)對于繼電保護(hù)二次回路的管理和控制，在保障電廠運(yùn)行安全的同時，有效促進(jìn)電廠的發(fā)展。

3" " 電廠繼電保護(hù)二次回路改造設(shè)計的對策分析

為提升繼電保護(hù)二次回路在電廠運(yùn)行中應(yīng)用的可靠性，本文以南安翔云風(fēng)電場的繼電保護(hù)二次回路改造設(shè)計方案為例進(jìn)行分析，希望能夠?yàn)閮?yōu)化提升繼電保護(hù)二次回路的性能提供一定的助力。

3.1" " 改造設(shè)計的基本思路

南安翔云風(fēng)電場的電氣二次繼保和遠(yuǎn)動初設(shè)，以優(yōu)化改造繼電保護(hù)二次回路為主要目的，在充分考慮該電場實(shí)際運(yùn)行情況的前提下，首先明確風(fēng)力發(fā)電機(jī)組保護(hù)的基本情況，著重探討主變、35 kV線路、35 kV無功補(bǔ)償成套裝置、35 kV接地變等配置微機(jī)型保護(hù)，35 kV無功補(bǔ)償成套裝置與一期安溪龍門35 kV無功補(bǔ)償成套裝置采用光纖通信，并聯(lián)運(yùn)行；由同一套AVC設(shè)備統(tǒng)一調(diào)度，對無功補(bǔ)償點(diǎn)110 kV線路出線的容量進(jìn)行補(bǔ)償。

考慮到電場運(yùn)行的總體情況，原有的主變保護(hù)柜內(nèi)空間受限，無法安裝新增35 kV分支的保護(hù)裝置和操作箱，在改造設(shè)計中，選擇將原有的雙繞組變壓器替換為分裂變壓器，新增一面主變保護(hù)柜，柜含一套主變低壓側(cè)后備保護(hù)裝置及一套主變低壓側(cè)斷路器操作箱[3]；新增一面主變及公用測控柜，柜含一套新增35 kV分支的測控裝置和一套公用測控裝置。原有的主變差動保護(hù)裝置CSC-326GD最多支持四側(cè)電流差動，一期為兩側(cè)電流差動，在改造設(shè)計中，將其改為三側(cè)電流差動后，由廠家進(jìn)行現(xiàn)場保護(hù)改造工作，以滿足繼電保護(hù)的配置要求。

3.2" " 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行要求

該電場主要為風(fēng)力發(fā)電，基于繼電保護(hù)二次回路的改造設(shè)計要求，對于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計，以構(gòu)建振動狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的方式，實(shí)現(xiàn)對于風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的有效檢測和保護(hù)。在明確風(fēng)電機(jī)組的保護(hù)定值應(yīng)與電網(wǎng)保護(hù)相匹配的前提下，應(yīng)用在線振動狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)對風(fēng)電機(jī)組的振動狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和診斷分析，評估風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行狀況，及時發(fā)現(xiàn)機(jī)組健康異常情況并跟蹤設(shè)備故障發(fā)展，并以此制定主動預(yù)防性的維護(hù)策略，提高維護(hù)工作的預(yù)判性、計劃性和針對性，避免部件進(jìn)一步損壞和故障發(fā)生，減少停機(jī)時間和發(fā)電量損失，提高機(jī)組壽命和風(fēng)電場收益[4]。同時，通過設(shè)置狀態(tài)檢測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的有效管理和控制。

考慮到風(fēng)電機(jī)組應(yīng)具有必要的高電壓穿越能力，應(yīng)在監(jiān)測系統(tǒng)中設(shè)置以下要求：風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)電壓在0.9～1.1倍額定電壓范圍內(nèi)，風(fēng)電機(jī)組應(yīng)能正常運(yùn)行；風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌至0.2倍額定電壓時，風(fēng)電機(jī)組應(yīng)能不脫網(wǎng)運(yùn)行625 ms；并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落后2 s內(nèi)恢復(fù)到0.9倍額定電壓過程中，風(fēng)電機(jī)組應(yīng)能不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行。

3.3" " 升壓變壓器保護(hù)配置方案設(shè)計

對于升壓變壓器保護(hù)配置方案的設(shè)計，需要考慮電廠不同電壓條件下的要求差異。例如，對于110 kV升壓變壓器保護(hù)配置，應(yīng)強(qiáng)調(diào)在注重差動保護(hù)、高壓側(cè)復(fù)合電壓過電流保護(hù)、變壓器零序過流、零序過壓保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)的同時，也注重低壓側(cè)分支一復(fù)合電壓過電流保護(hù)、溫度過高保護(hù)以及壓力釋放保護(hù)等方面。除低壓側(cè)分支二復(fù)合電壓過電流保護(hù)為新增保護(hù)功能外，其余保護(hù)功能均利用一期主變保護(hù)柜內(nèi)保護(hù)設(shè)備實(shí)現(xiàn)。

對于35 kV線路和35 kV動態(tài)無功補(bǔ)償裝置而言，需要注重加強(qiáng)電流速斷保護(hù)、過電流保護(hù)以及零序過電流保護(hù)；對于35 kV接地變線路，除注重以上幾方面外，還應(yīng)強(qiáng)調(diào)溫度等非電量保護(hù)；對于35 kV母差保護(hù)，考慮風(fēng)電場升壓站裝設(shè)一套35 kV母差保護(hù)裝置，因?yàn)橐黄诶^保室備用屏位數(shù)量受限，新增35 kV母差保護(hù)裝置布置在一期的35 kV母差保護(hù)柜內(nèi)。要求有分相式常規(guī)比率制動差動保護(hù)、分相式突變量比率制動差動保護(hù)、大差后備保護(hù)、電壓閉鎖、TA異常告警、TA斷線閉鎖及告警、TV斷線告警等保護(hù)功能。

3.4" " 計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用

應(yīng)用計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對于繼電保護(hù)二次回路整體運(yùn)行狀態(tài)的有效監(jiān)控和管理。南安翔云風(fēng)電場隨風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單獨(dú)配置一套計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制、監(jiān)視和測量。

風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用分層式結(jié)構(gòu)，設(shè)有主控級和現(xiàn)地控制單元級，上層為主控制級，下層為現(xiàn)地控制單元級，采用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組現(xiàn)地控制器。風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能主要是利于風(fēng)電場運(yùn)行人員集中管理和控制風(fēng)機(jī)，主控級實(shí)現(xiàn)全場監(jiān)控、顯示、巡檢，數(shù)據(jù)的采集與打印等功能，現(xiàn)地控制單元正常情況下通過光纖與主控級設(shè)備聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)集中控制，集中監(jiān)控的對象包括每臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組現(xiàn)地控制器也可離線就地實(shí)現(xiàn)控制和調(diào)節(jié)機(jī)組運(yùn)行任務(wù)。監(jiān)控系統(tǒng)與調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，風(fēng)機(jī)監(jiān)控主機(jī)通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)，向調(diào)度中心上傳風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采集的遠(yuǎn)動信息。同時，風(fēng)機(jī)監(jiān)控主機(jī)通過將新能源信息接入通信網(wǎng)關(guān)機(jī)、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)，向調(diào)度中心新能源模塊D5000上傳風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)非實(shí)時信息。

為保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行，基于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動化和智能化的目標(biāo)，該風(fēng)電場主要應(yīng)用PLC控制技術(shù)，基于PLC中心控制器及其功能擴(kuò)展模塊來發(fā)揮自動控制系統(tǒng)運(yùn)行的作用。在實(shí)際應(yīng)用中，PLC控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行的控制和安全保護(hù)，也能夠針對系統(tǒng)運(yùn)行中存在的故障問題進(jìn)行檢測及處理。結(jié)合電網(wǎng)運(yùn)行情況進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)定，通過數(shù)據(jù)記錄顯示以及人工操作PLC控制系統(tǒng)可保障其運(yùn)行效果[5]。該系統(tǒng)配備有多種通信接口，能夠?qū)崿F(xiàn)就地通信及遠(yuǎn)程通信。其中，系統(tǒng)的安全保護(hù)主要包括計算機(jī)系統(tǒng)控制器、獨(dú)立于控制器的緊急停機(jī)鏈和個體硬件保護(hù)措施三個部分。

計量檢測則在考慮福建省電網(wǎng)電量計費(fèi)系統(tǒng)規(guī)劃的前提下，采用關(guān)口計量方案，將原有的雙繞組變壓器替換為三繞組變壓器；計量關(guān)口點(diǎn)變更為風(fēng)電場替換后主變35 kV分支一、主變35 kV分支二及110 kV線路出線側(cè)。110 kV線路出線側(cè)關(guān)口計量點(diǎn)使用一期設(shè)置的關(guān)口表屏；新設(shè)一面關(guān)口表屏，布置在繼保室，布置35 kV分支一和主變35 kV分支二的關(guān)口表。

3.5" " 系統(tǒng)調(diào)度自動化設(shè)計

對于系統(tǒng)調(diào)度自動化設(shè)計，則考慮以加強(qiáng)調(diào)度管理為主要目標(biāo)，基于翔云風(fēng)電場裝機(jī)48.4 MW的要求，以110 kV電壓等級接入泉州地區(qū)電網(wǎng)。風(fēng)電場遠(yuǎn)動信息傳輸采用調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)，利用一期安溪龍門風(fēng)電場升壓站已有的調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備，將信息分別以不同路由的2M通道接入省調(diào)接入網(wǎng)的井山變節(jié)點(diǎn)和地調(diào)接入網(wǎng)的泉州地調(diào)節(jié)點(diǎn)；省調(diào)通中心、泉州地調(diào)所需信息均可從數(shù)據(jù)網(wǎng)上獲得，同時地調(diào)EMS系統(tǒng)還通過“轉(zhuǎn)發(fā)專網(wǎng)”向省調(diào)轉(zhuǎn)發(fā)本風(fēng)電場信息，地調(diào)EMS系統(tǒng)通過“轉(zhuǎn)發(fā)專網(wǎng)”至省調(diào)的通道由泉州地調(diào)組織（圖1）。

在電量計費(fèi)信息采集方面，以裝設(shè)電量計費(fèi)采集設(shè)備的方式，通過通信接口傳送數(shù)字量信息，計量關(guān)口的電量信息送往省調(diào)通中心、泉州地調(diào)，應(yīng)用層通信規(guī)約滿足調(diào)度統(tǒng)一要求。

該電廠在對繼電保護(hù)二次回路進(jìn)行改造設(shè)計的過程中，建設(shè)風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)及測風(fēng)塔自動氣象站裝置，并按調(diào)度機(jī)構(gòu)要求上傳實(shí)時氣象信息、日前及超短期功率預(yù)測信息，通過功率預(yù)測系統(tǒng)及自動氣象站來實(shí)現(xiàn)對于風(fēng)電功率的預(yù)測需求。

為滿足二次設(shè)備的抗干擾以及防雷需求，工程二次設(shè)備的屏柜內(nèi)設(shè)有專用接地銅排，在確保銅排界面能夠與柜體之間絕緣的前提下，在銅排的兩端通過螺栓將其接入等電位接地網(wǎng)。

而在繼保室屏柜下方位置，按屏柜布置方向敷設(shè)截面不小于100 mm2的專用銅排，用絕緣子將該專用銅排首末端連接固定之后，就可以形成繼保室內(nèi)的等電位接地網(wǎng)。為保證電網(wǎng)整體的運(yùn)行效果，繼保室內(nèi)的等電位接地網(wǎng)必須用4根以上、截面不小于50 mm2的銅纜/銅排與主接地網(wǎng)在電纜豎井處可靠連接。同時，控制電纜、信號電纜均采用屏蔽電纜；保護(hù)、測控裝置的抗干擾由廠家在硬件設(shè)計和算法設(shè)計上來實(shí)現(xiàn)。

除此之外，該工程還設(shè)置有圖像監(jiān)視、安全警衛(wèi)系統(tǒng)以及火災(zāi)報警系統(tǒng)，通過擴(kuò)建系統(tǒng)的方式，完善相應(yīng)設(shè)施的布置效果。在實(shí)際的設(shè)備布置中，強(qiáng)調(diào)升壓站二次設(shè)備柜體結(jié)構(gòu)、外形及顏色均應(yīng)統(tǒng)一，組屏方案應(yīng)合理。新增的主變保護(hù)柜、測控柜，35 kV母差保護(hù)柜，故障錄波柜，關(guān)口計量柜等均布置于繼保室內(nèi)；35 kV集電線路、接地變、無功補(bǔ)償裝置SVG等的保護(hù)測控裝置和計量裝置就地分散布置于開關(guān)柜內(nèi)。

結(jié)合以上對于風(fēng)電場繼電保護(hù)二次回路的改造設(shè)計方案來看，以加強(qiáng)電網(wǎng)運(yùn)行安全性為主要目標(biāo)，對于二次回路的改造設(shè)計應(yīng)考慮風(fēng)電場運(yùn)行的總體情況，在改造優(yōu)化二次回路的前提下，將與二次設(shè)備相關(guān)的裝置以及系統(tǒng)聯(lián)系起來，重點(diǎn)考慮不同電壓下的配電裝置運(yùn)行保護(hù)需求，以此來提升二次回路的改造設(shè)計效果。

4" " 結(jié)束語

綜上所述，對繼電保護(hù)二次回路進(jìn)行改造設(shè)計，應(yīng)強(qiáng)調(diào)結(jié)合電廠運(yùn)行的整體情況，積極發(fā)揮信息化手段在改造設(shè)計中的作用，提升繼電保護(hù)的實(shí)際效果。

對于繼電保護(hù)二次回路的改造設(shè)計，應(yīng)在明確電廠發(fā)電機(jī)組基本運(yùn)行要求的基礎(chǔ)上，提出改造設(shè)計思路，通過設(shè)計不同電壓下升壓變壓器保護(hù)裝置方案，配合計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)以及自動化技術(shù)的應(yīng)用，提升繼電保護(hù)二次回路的自動化和智能化水平。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 范國斌.繼電保護(hù)二次回路缺陷及故障解決分析[J].電氣技術(shù)與經(jīng)濟(jì)，2023（1）：125-127.

[2] 周福晅.繼電保護(hù)二次回路的風(fēng)險與對策分析[J].集成電路應(yīng)用，2023，40（1）：96-97.

[3] 孫鵬.繼電保護(hù)相關(guān)二次回路的在線狀態(tài)檢測技術(shù)[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化，2022，12（11）：161-162.

[4] 鄭康東.電廠繼電保護(hù)二次回路改造及其問題解決[J].光源與照明，2022（8）：234-236.

[5] 王智強(qiáng).電廠繼電保護(hù)二次回路改造設(shè)計[J].電工技術(shù)，2021（10）：90-91.

收稿日期：2023-05-25

作者簡介：林宇飛（1988—），男，福建廈門人，碩士研究生，工程師，主要從事電氣設(shè)計、電力工程總承包項(xiàng)目管理工作。