【節能學院】安科瑞AM4系列微機保護裝置及電力監控系統在玉石高速公路配電工程項目的應用

摘 要

隨著社會經濟的快速發展，我國變電站正朝著現代化的方向不斷發展,自動化設備以及繼電保護裝置憑借自身優異性能而獲得廣泛應用。本文介紹的AM4-I電流型微機保護裝置和AM4-U1電壓型微機保護裝置，可以針對高速公路配電工程中不同保護對象提供對應的保護功能，并且通過電力監控系統采集相關遙測、遙信數據進行監控，能大大提高變電站運行的可靠性、安全性、提高供電質量，有利于實現變電站綜合自動化，實現無人或少人值班。

關鍵詞：安全性；可靠性；微機保護裝置；綜合自動化；高速公路；電力監控系統

1 概述

石阡至玉屏高速公路，是《貴州省高速公路網規劃（2008-2030年）》“678”網的重要加密線，項目起于石阡縣大沙壩鄉龍硐，接思劍高速公路，終點位于玉屏縣大龍鎮，接江大高速公路，路線全長88.6公里，雙向四車道，設計速度80公里/時，路基寬度24.5米。預算總投資118億元，途經石阡縣大沙壩鄉、泉都街道、湯山街道、花橋鎮、石固鄉、坪地場鄉、青陽鄉7個鄉鎮（街道）。2021年9月9日上午，石阡至玉屏(大龍)高速公路通車儀式在石阡東服務區舉行，標志著該項目順利建成通車。

本項目配電工程共有從木灣隧道、周家灣隧道、花橋隧道、石板坡隧道、白巖灣服務區、羅家山停車區、青陽匝道收費站等41個變電所，其中，天馬服務區（南區）、天馬服務區（北區）、白巖灣服務區（南區）、白巖灣服務區（北區）、花橋收費站（管理分中心）由于房建問題，暫時待定。變電所高壓柜采用KYN28-12型移開式金屬鎧裝高壓開關柜，配真空斷路器HVX-12/T630A-31.5KA，箱式變電站高壓柜采用XGN15-12環網開關柜，配真空斷路器HVX-12/T630A-31.5KA。所有高壓開關柜均需安裝微機保護裝置，實現過流、速斷、零序、超溫等繼電保護及實現遙控、遙測、遙信三遙功能。變電站操作電源由專用UPS提供，且UPS滿足電力監控系統接口要求。為確保供電的可靠性，各站區10/0.4kV變電所均設置一臺柴油發電機組作為備用電源，發電機容量在200kW-500kW之間。在市電停電后，柴油發電機組可以自啟動，為重要負荷供電。柴油發電機組各項狀態數據，由發電機控制屏數據接口，通過電力監控系統的智能通信管理機傳輸至路段監控分中心。主電源和備用電源之間利用電源切換屏，使其不能并聯運行。

2 項目需求

本次針對石阡至玉屏高速公路配電工程項目中不同保護對象配置不同微機保護裝置，10kV進線柜、變壓器出線柜、聯絡柜均配置AM4-I電流型微機保護裝置；電壓互感器柜配置AM4-U1 電壓型微機保護裝置。這兩款微機保護裝置主要通過以下保護功能實現對高壓柜的設備運行情況實時監視和保護：

3 產品方案

本工程10kV配電工程共有41個變電所，以毛栗坪隧道1#變電所、平莊匝道收費站變電所為例，上圖方案如下：

圖1 毛栗坪隧道1#變電所上圖方案

圖2 平莊匝道收費站變電所上圖方案

整個石阡至玉屏高速公路共有41個變電所，其中，天馬服務區（南區）、天馬服務區（北區）、白巖灣服務區（南區）、白巖灣服務區（北區）、花橋收費站（管理分中心）由于房建問題，暫時待定。除上述變電所外，每個變電所所設微機保護型號與數量如下：

上述石阡至玉屏高速公路變電所共配置75臺AM4-I電流型微機保護裝置和33臺AM4-U1電壓型微機保護裝置，此外，本項目針對低壓各回路配置130只AMC96電能表和1929只AMC72電能表。

4 系統需求

為實時監視整個配電室的運行以及數據采集，該項目配置一套電力監控系統，主要實現對石阡至玉屏各個變電所的用電監控與管理。監控范圍為變電所的微機保護裝置、電能表、變壓器溫控儀、EPS、UPS、無功補償、柴發、發電機控制屏、郵箱液位儀、風機軟啟動器和照明控制器。本系統由用戶管理層、網絡通信層、現場設備層三部分組成，現場設置的電能表采用屏蔽雙絞線連接至各分區數據采集器，各分區數據采集器將數據分類處理后，通過網線連接至局域網交換機上傳至電力監控系統主機，實現電力監控功能。整個系統的架構如下：

圖3 系統架構圖

整個電力監控系統的高速公路主界面顯示如下：

圖4 石阡至玉屏高速公路主界面監視圖

電力監控系統可實現的功能如下：

1）實時監測：以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態，可以實時監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動態監視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分閘狀態。各個監控設備的監測界面如下：

圖5 毛栗坪隧道1#變電所10kV配電監測界面

圖6 毛栗坪隧道1#變電所0.4kV配電監測界面

2）電參量查詢：在配電一次圖中，可以直接查看該回路詳細電參量，包括三相電流、三相電壓、總有功功率、總無功功率、總功率因數、正向有功電能等。

3）運行報表：查詢各回路或設備指定時間的運行參數，報表中顯示電參量信息應包括：各相電流、三相電壓、總功率因數、總有功功率、總無功功率、正向有功電能等，報表格式有日報表、月報表、年報表等。

圖7 毛栗坪隧道1#變電所用電報表

4）實時告警：能夠對配電回路斷路器、隔離開關、接地刀分、合動作等遙信變位，保護動作、事故跳閘等事件發出告警。

圖8 石阡至玉屏高速公路報警信息

5）歷史事件查詢：能夠對遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警信息進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。

6）故障錄波：能夠在系統發生故障時，自動準確地記錄故障前、后過程的各種電氣量的變化情況，通過對這些電氣量的分析、比較，對分析處理事故、判斷保護是否正確動作、提高電力系統安全運行水平有著重要作用。

7）事故追憶：能夠自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時穩態信息，包括開關位置、 保護動作狀態、遙測量等，形成事故分析的數據基礎。

8）曲線查詢：能夠查詢實時曲線和歷史曲線，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數等所有遙測量。

圖9 毛栗坪隧道1#變電所1#進線有功功率查詢

9）用戶權限管理：設置了用戶權限管理功能，通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如遙控的操作，數據庫修改等）。系統可以定義不同操作權限的權限組（如管理員組、工程師組、操作員組等），在每個權限組里分配不同用戶，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

10）網絡拓撲圖：支持實時監視接入系統的各設備的通訊狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構；可在線診斷設備通訊狀態，發生網絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。

11）遙控功能：根據電力規程要求，可以對整個配電系統范圍內的設備進行遠程遙控操作。

12）通信管理：可以對整個配電系統范圍內的設備通信情況進行管理、控制、數據的實時監測。

圖10 石板坡隧道2#變電所儀表通信狀態

5 現場安裝圖片

本項目微機保護就地分散安裝在各個高壓開關柜上，保護裝置以及電能表現場安裝如下圖所示。

圖11 微機保護裝置以及電能表在石阡至玉屏高速公路配電工程現場安裝圖片

6 結語

微機保護裝置在電力系統中具有舉足輕重的地位，它能夠反應設備的故障和不正常工作狀態并自動迅速地、有選擇性地動作于斷路器將故障設備從系統中切除，保證無故障設備繼續正常運行，將事故限制在小范圍，提高系統運行的可靠性，大限度地保證向用戶安全、連續供電。本文介紹的AM4-I電流型微機保護裝置和AM4-U1電壓型微機保護裝置，可以針對高速公路配電工程中不同保護對象提供對應的保護功能，并且通過電力監控系統采集相關遙測、遙信數據進行監控，能大大提高變電站運行的可靠性、安全性、提高供電質量，有利于實現變電站綜合自動化，實現無人或少人值班。