微機保護裝置及電力監控系統在高速公路的應用

摘要：現如今各領域不斷的進步，促進電力電網的快速發展，人們對電力系統運行的安全性以及穩定性的要求越來越高，而微機保護裝置能夠對電力系統的運行起到保護作用。本文介紹的AM5系列微機保護裝置，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；穩定性；微機保護裝置；綜合自動化；高速公路；電力監控系統。

01 項目概述

荔浦至玉林公路是高速公路網規劃中呼和浩特至北海高速公路（G59）重要路段，也是廣西高速公路網規劃“6橫7縱8支線”中“縱2” 資源（梅溪）至鐵山港高速公路重要組成部分。項目起自荔浦市城東北蒙村，接在建的汕頭至昆明高速公路陽朔至鹿寨段，經新圩、文圩、官成、馬皮、社步、大洋、仁厚，止于玉林市新橋鎮，接已建的呼和浩特至北海高速公路玉林至鐵山港段，主線全長約263公里，全線設置 21處互通式立交，同步建設8條互通連接線約81公里。主線采用雙向四車道高速公路標準建設，其中荔浦至平南段設計速度100公里/小時，路基寬度26米；平南至玉林段設計速度120公里/小時, 路基寬27米。

本項目配電工程共有16個變電所。其中，田嶺、東秀1/2號、宜大、枇杷沖1/2號、古柜1/2號、官成隧道變電所采用單市電+柴油發電機供電方案，柴油發電機的進線與變壓器的低壓進線互鎖，市電正常情況下變壓器工作，當市電停電時，柴油發電機自動投入，為1級負荷以及部分二級負荷供電，同時配置了EPS與UPS作為1級負荷中特別重要負荷的不間斷電源。文圩隧道變電所采用來自不同區域的35kV降壓站的雙10kV電源的供電方案，雙10kV市電電源（一用一備）在1#變電所接入10kV雙電源切換柜，兩路電源在10kV切換柜內機械電氣互鎖，當主用電源停電后，自動切換為備用電源給隧道供電，#變電所高壓柜出2回NH-YJV22-10kV電纜（一主一備），給2#、3#變電所（配電橫洞）及4#變電所供電，這2回10kV電纜在2#、3#、4#變電所內的10kV切換柜內機械電氣互鎖，同時配置了EPS與UPS作為1級負荷中特別重要負荷的不間斷電源。鳳興、陳藤1/2號隧道變電所采用單市電供電方案，并預留發電機接口，當市電停電時，運營管理人員從就近的管理站調度便攜式發電組到現場，柴油發電機通過預留ATS接口投入工作，為重要負荷供電，同時配置了EPS與UPS作為1級負荷中特別重要負荷的不間斷電源。

02 項目需求

本次針對荔浦至玉林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進線柜配置AM5-F線路保護裝置；10kV變壓器出線柜配置AM5-T變壓器保護裝置。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：

2.1 AM5-F線路保護裝置

三段式過流保護（可經低電壓閉鎖、可帶方向閉鎖）、反時限過流保護（可經低電壓閉鎖）、兩段式零序I01過流/反時限過流/后加速過流保護、兩段式零序I02過流/反時限過流/后加速過流保護、重合閘、后加速過流保護（可經低電壓閉鎖）、過負荷告警、過負荷跳閘、失壓跳閘、失壓告警、低頻減載/高頻保護（可經滑差閉鎖）、PT斷線告警、控故障告警、FC回路配合的過流閉鎖功能、非電量保護、逆功率保護、零序過壓跳閘、零序過壓告警、過電壓跳閘、過電壓告警、二次諧波閉鎖、間歇接地保護

2.2 AM5-T變壓器保護裝置

三段式過電流保護（可經復合電壓閉鎖、可經二次諧波閉鎖）、反時限過流保護（可經復合電壓閉鎖）、兩段式零序I01過流/反時限過流保護、兩段式零序I02過流/反時限過流保護、過負荷告警、過負荷跳閘、PT斷線告警、控故障告警、FC回路配合的過流閉鎖功能、二次諧波閉鎖、間歇接地保護。

03 系統方案

本工程10kV配電工程共有16個變電所，以田嶺、文圩隧道變電所為例，上圖方案如下：

 

圖1田嶺隧道變電所上圖方案

整個荔浦至玉林高速公路共有16個隧道變電所，其中，陳藤1/2號變電所采用的是負荷開關+熔斷器保護方案，不設微機保護，其余14個隧道變電所所設微機保護型號與數量如下：

 

 

 

  

 

 

上述變電所共配置44臺微機保護裝置，此外，本項目針對低壓各回路配置PZ96電能表，共計740只。

04 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Acrel-2000Z電力監控系統，主要實現對荔浦至玉林高速公路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、發電機控制屏、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4 系統架構圖

以田嶺隧道變電所為例，整個系統數據采集網絡拓撲圖如下： 

Acrel-2000Z電力監控系統可實現的功能如下：

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。

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。

運行報表： 查詢各回路或設備時間的運行參數，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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。 

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。

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。

05 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。 

 

 

 

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*設備繼續正常運行，將事故限制在小范圍內，提高系統運行的可靠性，很大限度地保證向用戶安全、連續供電。本文介紹的AM5系列微機保護裝置，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。