AM5SE系列微机保护测控装置在某冶钢动力厂供电增容改造中的应用

摘要：某冶钢动力厂原有6kV两段母线，现新增III段母线，通过对新增母线从设备选型、控制回路原理设计等方面进行改造，尤其配置的AM5SE系列微机保护测控装置的应用，集控制、保护、测量、开关量采集、通讯功能于一体，提高了设备的可靠性、先进性和自动化水平。
关键词：冶钢动力厂；微机保护测控装置；可靠性；先进性；自动化
0 引言
       某冶钢动力厂二总降原有2条6kV母线，担负着水泵站、轧钢站、电炉等负载的主要供电任务，原出线柜均采用传统继电保护方式，并且有独立的直流供电系统和计量系统。在10000m³/h制氧设备增容改造中，与此配套的二总降新增了1台31500kVA变压器及III段6kV母线，采用安科瑞AM5SE系列微机保护装置，并增设Acrel-2000Z电力监控系统，实现对整个厂区10kV变电站的用电监控与管理，提高自动化管理水平。
1 AM5SE系列装置简介
       AM5SE系列微机保护装置采用主频为168MHz的处理器，16位同步采样A/D，每周波48点采样实时并行计算；配置512K字节Flash、（192+4）K字节Sram、外置4M字节NorFlash、外置512K字节Sram，硬件资源充足，可靠性高。装置硬件包括电源模块、CPU 模块、开入开出模块、控制回路模块、模拟量采集、通讯模块等采用模块化设计，通用性强。同时，装置具有上电自检功能，可对MCU内核时钟、ADC芯片及外设、液晶模块、开入采集、继电器输出、SRAM/FLASH/铁电、以太网芯片及外设、串口通信外设、USB通信外设等电路上电自检，若有异常可闭锁继电器出口防止保护误动并发出告警信号。


2 具体应用
       该冶钢动力厂新增的1台31500kVA变压器容量较大，故针对该变压器，配置AM5SE-D2差动保护装置、AM5SE-TB后备保护测控装置，两台保护装置搭配使用，实现变压器的差动保护、高压侧过流保护、变压器的非电量保护；使用AM5SE-F线路保护测控装置进行线路保护，主要设置电流速断保护、定时限过流保护；使用AM5SE-C电容器保护测控装置对电容器进行保护，主要设置电流速断保护、定时限过流保护、欠电压保护、过电压保护、不平衡电压保护；使用AM5SE-B母联保护及备自投装置，实现母联备自投功能，同时设置在进线出现故障或者手动分闸情况下，闭锁备自投的功能。
2.1 操作回路控制原理
       上述AM5SE系列各型号虽然在功能上有所区别，但操作回路控制原理基本一致。对比改造前后的二次操作回路，取消了原防跳继电器电流起动电路，原因在于传统防跳操作电路一般采用电流起动、电压保持实现电气防跳，需要根据断路器跳、合闸回路通过的电流值选择防跳继电器，通用性差，特别对于跳合闸电流较小的断路器往往难以实现。

图1 控制回路二次原理图
       改造后的操作回路控制原理如图1所示，可自适应0.25~5A断路器跳合闸电流。根据图1，无论是就地控制还是远方控制，如此时回路发生故障，当断路器出现手动合闸或保护合闸粘连时，TBJ继电器线圈得电，对应防跳回路的TBJ常开触点闭合，FTJ继电器线圈得电，合闸回路的FTJ常闭触点断开，尽管此时仍有合闸信号输入，但合闸回路已被断开，所以不会再次合闸，从而可有效防止发生断路器跳跃现象，同样的，若出现分闸粘连，也可触发防跳继电器，实现防止断路器跳跃功能。此外，针对该操作回路，增加了跳保持继电器TBJ和合保持继电器HBJ，确保无论是瞬时还是常保持的分合闸命令，断路器都可以有效分合闸，在断路器完成分合闸后，再释放TBJ继电器和HBJ继电器。
2.2 备自投控制回路原理
       该冶钢动力厂原有I段、II段两段母线，新增加的III段母线需要与原有的两段母线实现分段运行，即若I段、II段母线均失电，则投入3号进线，由3号进线带全段母线运行。该厂区原有的母联备自投装置由于没有过流失压闭锁装置，即使6kV I段母线因短路故障跳闸失压，备自投装置仍然动作。如果是过流保护动作跳闸，6kV II段母线电源投入故障母线，将对故障点造成再次冲击，形成更大破坏，甚至使6kV II段母线跳闸，全站停电。在这次改造中，设置了在进线出现故障或者手动分闸情况下，闭锁备自投的功能，从而确保了母联备自投的选择性、灵敏性和可靠性。
       本次改造后，停用原有的备自投保护功能，根据该冶钢动力厂三进线两联络的供电方式，在AM5SE-B上定制对应的备自投逻辑，根据输入的6kV I段、II段、III段母线电压信号、电流信号、各断路器的位置信号，实现以下功能：
       1）正常情况下，1号进线、2号进线分列运行，母联断开，若1号进线或2号进线失电（无压无流）则备自投跳开对应的进线断路器，合母联断路器；若1号进线和2号进线均失电，则备自投跳开1、2号进线，合3号进线，*后合上2个母联断路器。

图2 AM5SE-B开入二次原理图
       2）AM5SE-B备自投保护装置的开入原理图如图2所示，在X5.7接入1号进线和2号进线的保护跳闸、手动分闸信号，在回路出现故障时，对应的保护跳闸输出至闭锁备自投开入，同时，装置的备自投功能被闭锁，无法实现。
3 6kV电力监控系统改造
       为实时监视该冶钢动力厂整个配电室的运行以及数据采集，针对该厂配置一套Acrel-2000Z电力监控系统，将微机保护的数据上传至电力监控系统，实现对6kV变电站的用电监控与管理，提高自动化管理水平。其可实现的主要功能如下。
3.1 实时监测
       可以直观显示变电站一次系统图，并实时显示各电压等级各回路的遥测量、遥信量和报警信号等。

3.2 电参量查询
       在配电一次图中，可以直接查看该回路详细电参量，界面也可用棒图的形式更直观的展示三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、功率因数、电能等。
3.3曲线查询
       在曲线查询界面，可以直接查看各电参量曲线，包括三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、功率因数、温度等曲线。并统计该曲线查询范围内极值、极值发生时间、平均值等。
3.4实时告警
       具有实时告警功能，系统能够对配电回路断路器、隔离开关、接地刀分、合动作等遥信变位，保护动作、事故跳闸等事件发出告警，便于及时的针对异常情况给用户预警。
3.5历史事件查询
       能够对遥信变位，保护动作、事故跳闸，以及电压、电流、功率、功率因数越限等事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和进行历史追溯、查询统计、事故分析。可以按时间、类型和设备进行查询和排序。
3.6用户权限管理
       为保障系统安全稳定运行，系统设置了用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如遥控的操作，数据库修改等）。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。
3.7电能质量在线监测
       可以对整个配电系统范围内的电能质量和电能可靠性状况进行持续性的监测。
       实时监测总进线和重要出线回路的供电电源电能质量，包括稳态数据监测、暂态数据监测和故障录波分析。对供电系统中的电压偏差、频率偏差、三相电压不平衡、三相电流不平衡、2～63次谐波电压、2～63次谐波电流、0.5～63.5次间谐波电压、0.5～63.5次间谐波电流、谐波功率、谐波畸变率等实时监测，并以柱状图进行谐波分析。
       监测重要回路的电压波动与闪变、电压暂升/暂降、短时中断情况，实时记录事件并故障录波，为电能质量分析与治理提供数据来源。及时采取相应的措施提高配电系统的可靠性，减少因谐波造成的供电事故的发生。

3.8遥控
       可以对整个配电系统范围内的设备进行远程遥控操作。例如配电系统维护人员可以通过监控系统的主界面点击相应的断路器遥信点调出遥控操作界面，可以及时执行调度系统或站内相应的操作命令。
3.9故障录波
       可在系统发生故障时，自动准确地记录故障前、后过程的各种电气量的变化情况，通过对这些电气量的分析、比较，对分析处理事故、判断保护是否正确动作、提高电力系统安全运行水平有着重要作用。


3.10事故追忆
       可自动记录事故时刻前后一段时间的所有实时稳态信息，包括开关位置、 保护动作状态、遥测量等，形成事故分析的数据基础。
3.11通信管理
       可以对整个配电系统范围内的设备通信情况进行管理、控制、数据的实时监测。可以查看某个设备的通信和数据报文。
       可以完成与各种智能电子设备的通信和数据转发，包括微机保护、电力仪表、智能操控、直流屏、模拟屏、五防系统和调度等。
3.12 GPS校时
       可集成配置北斗/GPS授时设备，对系统主机进行同步授时，以保证整个系统设备有统一的时间基准，为电力系统故障分析提供准确的时间基准。
       该冶钢动力厂改造后的电力监控系统拓扑图如图3所示。

图3 电力监控系统拓扑图
4 结束语
       该冶钢动力厂供电增容改造项目微机综合保护测控装置自2020年投运以来，目前装置运行良好。改造后的AM5SE系列微机保护测控装置配置全面，记忆功能强大，为今后事故准确分析，正确解决问题提供了依据；新配置的Acrel-2000Z电力监控系统，方便查看保护信息及故障信息管理，保障了该厂安全、稳定生产。
参考文献
[1] 杨正轩. MTPR系列微机综合保护装置在工厂供电增容改造中的应用[J]. 电世界, 2010(11):2.
[2] 安科瑞用户变电站综合自动化与运维解决方案.2021.11月版