Aanpassing van een 10 kV-vermogensbeveiligingsinrichting in een waterkrachtcentrale
Abstract: Om de betrouwbaarheid van de originele 10 kV-beveiligings-, meet- en regelapparatuur te verbeteren, die te kampen had met ernstige veroudering van de elektronische componenten, een lage automatiseringsgraad, een ontoereikende gebruikersinterface en software, en moeilijk onderhoud, heeft de waterkrachtcentrale besloten de 10 kV-beveiligingsapparatuur te upgraden. De nieuwe beveiligings- en regelapparatuur beschikt over talrijke beveiligingsfuncties, een gebruiksvriendelijke interface en is gemakkelijk te bedienen en te onderhouden. Dit verbetert de betrouwbaarheid van de energievoorziening van de waterkrachtcentrale en waarborgt de veiligheid en stabiliteit ervan.
Trefwoorden: 10 kV beveiligings- en regelapparaat; betrouwbaarheid; beveiliging voor waterkrachtcentrale
0 Inleiding
Op 15 km stroomopwaarts van de provinciehoofdstad Guangxi bevindt zich een waterkrachtcentrale. Het is een belangrijk project in het kader van "Energieoverdracht van West naar Oost" en een cruciaal project voor de ontwikkeling van West-China. De bouw van de waterkrachtcentrale begon op 1 juli 2001 en de centrale werd eind 2009 volledig in gebruik genomen. Het ontworpen waterpeil is 400 meter, de damhoogte is 216,5 meter, de lengte van de dam is 836 meter, de opslagcapaciteit bedraagt 27,3 miljard m³, het geïnstalleerde vermogen is 6,3 miljoen kW en de jaarlijkse energieproductie is 18,7 miljard kWh. De bouw werd in twee fasen voltooid. Vanwege de enorme productiecapaciteit heeft de centrale een grote impact op de samenleving. Om de kwaliteit van de energievoorziening en de veilige en betrouwbare levering van energie op lange termijn te garanderen, is de waterkrachtcentrale geleidelijk overgestapt op een nieuw, uitgebreid beveiligings-, meet- en regelsysteem voor het 10 kV-stroomverbruik.
1. Korte introductie van het 10 kV-energiesysteem van een energiecentrale
Het 10 kV-systeem van de waterkrachtcentrale is een laagstroomaardingssysteem. De bedrading maakt gebruik van meerdere onafhankelijke voedingsbronnen, waarbij de secties I tot en met VI een ringvormige stand-byfunctie hebben en een belangrijke spreiding van de belasting mogelijk maakt om de betrouwbaarheid van de stroomvoorziening te garanderen. Het gehele 10 kV-stroomnet bestaat uit 7 busrails: secties I, II, III, IV, V en VI worden respectievelijk afgetakt van de laagspanningstransformatorzijde van de eenheden 1, 2, 3, 4, 5 en 7; sectie VII is het aansluitpunt voor externe voeding, noodstroomvoorziening en dieselgenerator, die dienen als back-upvoeding voor de secties I, III en VI van het 10 kV-systeem. Alle 10 kV-belastingen in de centrale zijn gelijkmatig verdeeld over de buslijnen I tot en met VI volgens het principe van spreiding en onafhankelijkheid. De apparatuur die is aangesloten op de 10 kV-bus is, afhankelijk van de aard van de belasting, onderverdeeld in distributietransformatoren, hoogspanningsmotoren, spanningstransformatoren en contactschakelaars. Zie figuur 1 voor de aansluiting van het 10 kV-stroomnet van de waterkrachtcentrale.
Afbeelding 1. 10 kV-voedingsbekabeling van de fabriek.
2. Redenen voor stroombeveiliging en transformatie van een 10 kV-installatie
Het oorspronkelijke, uitgebreide beveiligings-, meet- en regelsysteem van de 10 kV-elektriciteitscentrale maakt gebruik van het geïmporteerde Shanghai Areva MiCOM-P122 geïntegreerde beveiligingsapparaat. De apparatuur is sinds mei 2007 in gebruik. De elektronische componenten van het beveiligingsapparaat zijn ernstig verouderd en de optische koppelingscomponenten van de beveiliging raken steeds vaker beschadigd, wat de veilige en stabiele productie van de elektriciteitscentrale beïnvloedt. Bovendien produceert de fabrikant geen reserveonderdelen van hetzelfde type meer; alleen upgrades ter vervanging zijn verkrijgbaar. De gegevens van het beveiligingsapparaat voldoen niet aan de eisen, maar er zijn geen reserveonderdelen beschikbaar voor de noodstroomvoorziening. Het automatiseringsniveau is laag, de digitalisering is zwak en het beheer van apparaatinformatie is onhandig, waardoor het systeem niet aan de huidige eisen voldoet. De gebruikersinterface en de volledig Engelstalige software zijn niet gebruiksvriendelijk, wat het werk bemoeilijkt en de efficiëntie vermindert. Gezien bovenstaande factoren is een technische transformatie van het uitgebreide beveiligings-, meet- en regelsysteem van de 10 kV-elektriciteitscentrale noodzakelijk.
3. Eisen voor stroombeveiliging en -transformatie van een 10 kV-installatie
De schakelinstallatie en de installatiepositie blijven ongewijzigd. Alle originele voedingsschakelaars, busschakelaars, PT-kast, interne secundaire bekabeling en klemmenstrook worden vervangen. Het schakelpaneel wordt opnieuw ontworpen en aangepast aan de afmetingen van het nieuwe apparaat. De bekabeling voor het nieuwe apparaat, inclusief de aansluiting op het stroombewakingssysteem en de adresinstellingen van de communicatie-interface, wordt voltooid. Tijdens de transformatie wordt de werkingslus geoptimaliseerd, terwijl de oorspronkelijke beveiligingsconfiguratie ongewijzigd blijft.
4. Selectie van nieuwe, uitgebreide apparatuur voor het meten en regelen van beveiliging
Het nieuwe geïntegreerde beveiligingsmeet- en regelapparaat moet de functies voor besturing, beveiliging, foutgolfregistratie, meting, signaalalarmering, schakelvolumeregistratie en communicatie integreren. Met de drietraps niet-directionele stroombeveiliging als kern is het apparaat uitgerust met een bewakings- en verzamelfunctie voor lijnparameters. De meetgegevens en beveiligingsinformatie kunnen via de communicatiepoort naar het stroombewakingssysteem worden geüpload om de automatisering van het distributienetwerk te vergemakkelijken. Na de openbare aanbesteding van nationale leveranciers voor het transformatieproject van de 10 kV-stroombeveiligingsapparatuur van de waterkrachtcentrale, is uiteindelijk gekozen voor de AM5SE-serie meet- en regelapparaten van Acrel Co., Ltd. Afhankelijk van de verschillende belastingseigenschappen van de 10 kV-stroombus van de centrale, worden de volgende beveiligingsfuncties van de modellen AM5SE-F lijnbeveiligingsmeet- en -regelapparaat, AM5SE-T transformatorbeveiligingsmeet- en -regelapparaat, AM5SE-M motorbeveiligingsmeet- en -regelapparaat, AM5SE-B zelfregelende beveiligingsmeet- en -regelapparaat en AM5SE-UB PT-bewakingsapparaat weergegeven in de onderstaande tabel:
| afbeelding | model | beschermingsfunctie |
| | AM5SE-F Lijnbeveiligingsmeet- en regelapparaat | Drietraps overstroombeveiliging (kan worden gesloten door lage druk, kan in de tegenovergestelde richting worden beveiligd), overstroombeveiliging met omgekeerde tijdslimiet (kan worden beveiligd door gesloten W bij lage druk), tweetraps nulde-orde 101 overstroom-/omgekeerde tijdslimiet overstroombeveiliging, tweetraps nulde-orde 1.2 stroom-/omgekeerde tijdslimiet overstroombeveiliging, herinschakeling, versnelde overstroombeveiliging (door uitschakeling bij lage spanning), overbelastingsalarm, overbelastingsuitschakeling, drukverliesuitschakeling, drukverliesalarm, overspanningsbeveiliging, nulde-orde overspanningsbeveiliging, beveiliging tegen omgekeerde polariteit, laagfrequente belastingreductie/hoogfrequente beveiliging (door slipverschil), PT-breukalarm, stuurcircuitbreukalarm, FC-lus met overstroomvergrendelingsfunctie, stroomuitvalbeveiliging, CT-breukalarm en controle |
|
| AM5SE-T Meet- en regelapparaat voor de beveiliging van stroomdistributie | Drietraps overstroombeveiliging (kan worden gerealiseerd door samengestelde spanningssluiting), omgekeerde tijdsbegrenzingsoverstroombeveiliging (kan worden gerealiseerd door samengestelde spanningsvergrendeling), tweetraps nulde-orde 101 overstroombeveiliging, tweetraps nulde-orde 102 overstroombeveiliging, nulde-orde omgekeerde tijdsbegrenzingsoverstroombeveiliging, overbelastingsalarm, overbelastingsuitschakeling, PT-breukalarm, stuurcircuitbreukalarm, stroomuitvalbeveiliging, CT-breukalarm, FC-lus met overstroomvergrendelingsfunctie |
|
| AM5SE-B het zelfprojectiebeveiligingsmeet- en regelapparaat | Drievoudige overstroombeveiliging (door samengestelde spanningsvergrendeling, met richtingsvergrendeling), omgekeerde tijdsoverstroombeveiliging (door samengestelde spanningsvergrendeling), versnelde overstroombeveiliging (door samengestelde spanningsvergrendeling), standby-functie (ondersteunt 11 soorten voedingssystemen), PT-breukalarm, stuurcircuitbreukalarm, buslaadbeveiliging, herinschakeling, overbelastingskoppeling/alarm, tweevoudige nulde-orde overstroombeveiliging, nulde-orde versnelde overstroombeveiliging, controle van dezelfde periode |
|
| AM5SE-M Meet- en regelapparaat voor motorbeveiliging | Stroombeveiliging (opstarten, bedrijf), tweetraps stroombeveiliging, beveiliging tegen omgekeerde tijd, tweetraps beveiliging tegen negatieve volgorde, beveiliging tegen negatieve omgekeerde tijdslimiet, tweetraps overstroombeveiliging van nulde orde, overbelastingsbeveiliging bij hoge temperaturen, overbelastingsbeveiliging, overbelastingsalarm, overbelastingsuitschakeling, blokkeringsbeveiliging, lange opstarttijd, stroomuitvalbeveiliging, PT-breukalarm, stuurcircuitbreukalarm, laagspanningsbeveiliging, overspanningsalarm van nulde orde, FC-lus met overstroomvergrendelingsfunctie, spanningsonbalansbeveiliging, fasevolgordebeveiliging, spanningsfasebeveiliging, overspanningsbeveiliging |
Naast de bovengenoemde beveiligingsfunctie beschikt elk microcomputergestuurd beveiligingsmeet- en regelapparaat over een RS485-communicatie-interface, waarmee communicatie met het stroombewakingssysteem mogelijk is. Dit maakt onafhankelijke circuitbewaking mogelijk, evenals het monitoren van de schakelstatus en een completere bewaking van het schakelcircuit. Dankzij de ingebouwde hop-functie kunnen gebruikers zelf kiezen of ze willen investeren. De nieuw geconfigureerde microcomputergestuurde beveiligingsmeet- en regelapparaten uit de AM5SE-serie bieden een uitgebreide beveiligingsfunctionaliteit. Elk menu kan vrij worden ingesteld in het Chinees of Engels, wat de bediening en het onderhoud vergemakkelijkt.
5. Ontwerp van een 10 kV-installatie
De nieuw geconfigureerde AM5SE-serie computergeïntegreerde beveiligings-, meet- en regelapparatuur en bijbehorende tekeningen zijn ontworpen door Acrel Co., LTD. Het schema van het secundaire circuit moet gebaseerd zijn op de originele secundaire tekeningen van de 10 kV hoogspanningskast. De lay-out van de aansluitklemmen is gebaseerd op het tekeningontwerp en moet voldoen aan de eisen van de relevante regelgeving. Voor tekeningontwerpen met dezelfde belastingseigenschappen zijn het aantal aansluitklemmen en leidingen zeer uniform en volgen ze bepaalde regels. De nauwkeurigheid van het tekeningontwerp bepaalt of de bouw en inbedrijfstelling soepel verlopen en of de productie na gebruik veilig is.
6.10kV hulpvermogen beveiligingstransformatieproces
Stroombeveiligings- en transformatieproces van een 10kV-installatie. De 10kV-installatie moet voldoen aan de volgende bouwvoorwaarden: een gedetailleerd bouwplan en tekeningen; de apparatuurbeheerders moeten de nieuwe apparatuur accepteren; het bouwpersoneel moet een veiligheidsinstructie hebben gevolgd; en alle benodigde gereedschappen en materialen moeten aanwezig zijn. De bouw wordt strikt volgens het plan en de tekeningen uitgevoerd om een vlotte voltooiing van elke fase te garanderen. 6.1 Transformatie van de stroombeveiligingshardware van de 10kV-installatie. De renovatie van een 10kV-installatie bestaat hoofdzakelijk uit drie fasen: het vervangen van de aansluitklemmen in de schakelkast, het verwijderen van de oude uitgebreide beveiligings-, meet- en regelapparatuur en de installatie, montage en bekabeling van de nieuwe uitgebreide beveiligingsapparatuur. 6.1.1. Vervanging van de aansluitklemmen. Aansluitklemmen moeten één voor één worden vervangen; het is verboden om twee of meer aansluitklemmen tegelijk te vervangen om verkeerde aansluitingen en bedrading te voorkomen. Vervang de aansluitklemmen in een schakelkast afzonderlijk om bedradingsfouten effectief te voorkomen. De AC-voeding, DC-voeding, uitschakelcircuit en signaalcircuit moeten geïsoleerd worden om kortsluiting te voorkomen. De aansluitingen moeten stevig vastzitten en niet losgekoppeld worden. Bij het vervangen van de aansluitklemmen moet ervoor gezorgd worden dat de oorspronkelijke lusaansluiting en lijnnummering ongewijzigd blijven, zodat de volgende stappen van de bedrading en lijncontrole soepel kunnen worden uitgevoerd. 6.1.2 Demontage van de oude geïntegreerde beveiligings-, meet- en regelapparatuur: Verwijder volgens het bouwplan en de tekeningen de te verwijderen componenten, waaronder de oude geïntegreerde beveiligings-, meet- en regelapparatuur, tussenrelais in de schakelinstallatie, spanningsrelais, tijdrelais en andere componenten, en de bijbehorende secundaire kabels. Let er bij demontage op dat u componenten niet beschadigt en dat u geen bruikbare secundaire kabels per ongeluk verwijdert. Organiseer en sorteer de verwijderde componenten en geef aan waar ze lokaal opgeslagen moeten worden om chaos op de bouwplaats te voorkomen. De bouwplaats moet voldoen aan de 6S-principes. 6.1.3 Installatie, montage en bekabeling van de uitgebreide beveiligings-, meet- en regelapparatuur. Vanwege de verschillende afmetingen van nieuwe en oude uitgebreide beveiligings-, meet- en regelapparatuur, past de opening in het schakelkastpaneel niet bij de afmetingen van de nieuwe apparatuur. De opening in het schakelkastpaneel moet worden uitgezaagd en vergroot om de nieuwe apparatuur te kunnen installeren en om beschadiging van het paneel tijdens het zagen te voorkomen. De kabel die op de nieuwe apparatuur wordt aangesloten, moet een nieuwe kabel zijn en alle ongebruikte kabels moeten worden verwijderd om parasitaire circuits te voorkomen. De bedrading moet strikt volgens de ontwerptekeningen worden uitgevoerd om lekstroom, verkeerde aansluitingen en verkeerde schakelingen te voorkomen. De bekabeling van de nieuwe apparatuur moet netjes, uniform en logisch zijn, zodat inspectie en onderhoud eenvoudig zijn. 6.2 Stroombeveiliging en inbedrijfstelling van de 10 kV-installatie. De beveiliging en het debuggen zijn hoofdzakelijk verdeeld in vier stappen: controle van de secundaire luslijn, verificatie van de lusfunctie, statisch debuggen van de beveiligingsapparatuur en transmissietest. Controleer zorgvuldig elke aansluiting en elk lijnnummer volgens de bouwtekeningen. Concentreer u op het controleren van het secundaire circuit van de stroomtransformator (CT) op onderbrekingen, het secundaire circuit van de spanningstransformator (PT), de polariteit en de bedrading; controleer of de telemetrie, de communicatie op afstand en de bedrading van de afstandsbediening correct zijn; controleer of het DC-stuurcircuit geen kortsluiting heeft en geen kortsluiting tussen het aardcircuit en de LN-aansluiting; meet of de isolatieweerstand van het DC-stuurcircuit aan de eisen voldoet (1000V); controleer of het AC/DC-circuit spanning heeft. Het is belangrijk om te weten dat, omdat de externe partij niet bekend is met het secundaire circuit van de fabriek, er tijdens het transformatieproces gemakkelijk fouten kunnen worden gemaakt.
De wisselspannings- en gelijkspanningsregelcircuits worden ingeschakeld om de werking van elk circuit te controleren. Controleer of de telemetrie, de externe signalering en de externe besturingssignalen correct zijn, of de meters, indicatielampjes, verlichting en verwarmingscircuits normaal functioneren en of de anti-overbruggingsfunctie van de schakelaar correct is. Schakel het regelcircuit in om verder te controleren of de bedrading van elk circuit correct is.
De statische debugging van de beveiligingsinrichting omvat het uitvoeren van een steekproefsgewijze inspectie van de inrichting, het uploaden en controleren van de vaste waarde en de functionele inspectie van de inrichting. Controleer de lijnbeveiliging AM5SE-F, de transformatorbeveiliging AM5SE-T, de motorbeveiliging AM5SE-M, de stand-by zelfschakelende inrichting AM5SE-B en de PT-bewaking door stroom aan te leggen op de secundaire zijde van de stroomtransformator en een analoge spanning aan te leggen op de PT-kastaansluiting. Controleer of de AM5SE-UB, de voltmeter, de ampèremeter en het bewakingssysteem de waarden correct weergeven en of de fasevolgorde en fase van de wisselspanning en wisselstroomkring correct zijn. Stel de vaste waarde in volgens de instructies van de beveiligingsinrichting en controleer of deze correct is. De functionele inspectie van de beveiliging omvat het controleren van de correctheid van de actielogica en de reactietijd van de AM5SE-serie microcomputerbeveiligingsmeet- en -regelinrichting door analoge waarden toe te voegen. Er mogen geen afwijzingen of storingen optreden en de reactietijd moet aan de eisen voldoen. Het statisch debuggen van de beveiligingsinrichting zorgt ervoor dat de inrichting gevoelig reageert op storingen en betrouwbaar en snel alarmsignalen en uitschakelinstructies verzendt.
De dataverbinding tussen het uitgebreide beveiligingsmeet- en regelapparaat en het energiebewakingssysteem is correct, waardoor de bedrijfsstatus, instelwaarden, gebeurtenisregistraties en andere informatie over het beveiligingsapparaat in realtime op de achtergrond kunnen worden verzameld. Doordat het beveiligingsapparaat met de achtergrond is verbonden, wordt het beheer van het relaisbeveiligingssysteem en de automatiseringsgraad van de foutinformatieverwerking verbeterd.
De transmissietest simuleert de hoeveelheid fouten die door de beveiligingsinrichting worden opgevangen. De beveiligingsinrichting moet de uitschakelschakelaar verlaten om de correctheid van de beveiligingslogica, het uitschakelcircuit en het signaalcircuit te controleren. Tevens wordt gecontroleerd of de schakelaar correct op afstand kan worden geopend en gesloten via de hostcomputer. Voor elke set beveiligingsinrichtingen moet een volledige transmissietest worden uitgevoerd om de beveiligingslogica van elke beveiligingsinrichting in de schakelkast, de uitschakeling van de beveiligingsuitgang, het op afstand openen en sluiten van de schakelaar en de correcte signaalindicatie te garanderen.
6.3 Problemen die zich voordoen bij de transformatie en optimalisatie
Na de transformatie van het nieuwe, uitgebreide beveiligingsmeet- en regelapparaat werd tijdens de transmissietest geconstateerd dat de schakelaar slechts eenmaal gesloten kon worden. Opnieuw sluiten was alleen mogelijk na het herstarten van de stuurvoeding. Analyse wees uit dat er geen normaal gesloten punt in de sluitspoel van de stroomonderbreker aanwezig was. Omdat het sluitrelais in het beveiligingsapparaat is ingebouwd om een betrouwbare sluiting van de stroomonderbreker te garanderen, kon de energie van het sluit- en vasthoudrelais na sluiting niet worden vrijgegeven. Het relais moest daarom opnieuw worden opgestart voordat de stroomonderbreker opnieuw kon worden ingeschakeld. Na veelvuldig overleg met de fabrikant van de stroomonderbreker en het relevante personeel van de waterkrachtcentrale, werden er een aantal normaal gesloten punten in serie vóór de sluitspoel geplaatst, waarmee de bovengenoemde problemen werden opgelost. Figuur 2 toont het secundaire schema van het openings- en sluitcircuit van de gereviseerde waterkrachtcentrale, aan de hand van het AM5SE-T transformatorbeveiligingsmeet- en regelapparaat.
Figuur 2: kwadratisch diagram van het AM5SE-T-splitsingscircuit.
7. Transformatie van het 10 kV-elektriciteitsbewakingssysteem
Om de werking en gegevensverzameling van de gehele verdeelruimte in realtime te monitoren, is een Acrel-2000Z stroombewakingssysteem geconfigureerd voor de waterkrachtcentrale. Dit systeem uploadt de beveiligingsgegevens van de microcomputer naar het stroombewakingssysteem, waardoor de stroomvoorziening van het 10 kV-onderstation kan worden bewaakt en beheerd en het niveau van automatisch beheer wordt verbeterd. De belangrijkste functies zijn: realtime monitoring, opvragen van elektrische parameters, operationele rapporten, realtime alarmen, opvragen van historische gebeurtenissen, stroomstatistiekenrapporten, gebruikersrechtenbeheer, netwerktopologie, stroomkwaliteitsbewaking, afstandsbediening, communicatiebeheer, foutregistratie, ongevalsmeldingen, curve-opvraging, webtoegang en app-toegang.
8. Conclusie
De transformatie van de 10 kV-vermogensbeveiliging in de waterkrachtcentrale heeft problemen opgelost zoals ernstige veroudering van elektronische componenten, een laag automatiseringsniveau, een ongebruiksvriendelijke interface en software, en moeilijk onderhoud. De vervanging door de AM5SE-serie microcomputergestuurde beveiligingsmeet- en regelapparatuur is functioneler en gebruiksvriendelijker. Het LCD-scherm van het apparaat geeft de spanning, stroomsterkte en diverse gebeurtenissen intuïtiever weer. De debugsoftware is krachtig, eenvoudig te bedienen en te leren, en heeft een gebruiksvriendelijke interface. Het bedieningscircuit heeft een functie voor het bewaken van de schakelaar en het loskoppelen van het besturingscircuit. De indicatielampjes op het bedieningspaneel tonen direct de schakelpositie en de gesloten status, wat het bedienings- en onderhoudspersoneel intuïtiever maakt. De geconfigureerde AM5SE-M motorbeveiligingsmeet- en regelapparatuur voegt herkenning van de start-/bedrijfsstatus van de motor toe en is uitgerust met functies voor het starten, draaien en dubbel draaien van de motor. Dit lost het probleem op van een te hoge startstroom die gemakkelijk tot valse meldingen kan leiden. Het beveiligingsapparaat is uitgerust met een RS485-communicatie-interface. Deze interface verbindt de beveiligingsapparaten rechtstreeks met elkaar en stuurt de gegevens door naar het Acrel-2000Z Power Monitoring System, waardoor beveiligingsinformatie en foutinformatie eenvoudig kunnen worden ingezien en beheerd. Sinds de ingebruikname van het nieuwe, uitgebreide beveiligings-, meet- en regelapparaat functioneert de apparatuur naar behoren. De toepassing van het nieuwe, uitgebreide beveiligingsapparaat biedt een breed scala aan beveiligingsfuncties, een gebruiksvriendelijke interface en is gemakkelijk te bedienen en te onderhouden. Dit verbetert de betrouwbaarheid van de waterkrachtcentrale en garandeert de veiligheid en stabiele productie van de centrale, wat van groot belang is.
Geplaatst op: 31 oktober 2022
