微机保护装置及电力监控系统在高速公路的应用

摘要：现如今各领域不断的进步，促进电力电网的快速发展，人们对电力系统运行的安全性以及稳定性的要求越来越高，而微机保护装置能够对电力系统的运行起到保护作用。本文介绍的AM5系列微机保护装置，可以针对高速公路配电工程中不同保护对象提供对应的保护功能，并且通过电力监控系统采集相关遥测、遥信数据进行监控，能大大提高变电站运行的可靠性、安全性、提高供电质量，有利于实现变电站综合自动化，实现无人或少人值班。

关键词：安全性；稳定性；微机保护装置；综合自动化；高速公路；电力监控系统。

01 项目概述

荔浦至玉林公路是高速公路网规划中呼和浩特至北海高速公路（G59）重要路段，也是广西高速公路网规划“6横7纵8支线”中“纵2” 资源（梅溪）至铁山港高速公路重要组成部分。项目起自荔浦市城东北蒙村，接在建的汕头至昆明高速公路阳朔至鹿寨段，经新圩、文圩、官成、马皮、社步、大洋、仁厚，止于玉林市新桥镇，接已建的呼和浩特至北海高速公路玉林至铁山港段，主线全长约263公里，全线设置 21处互通式立交，同步建设8条互通连接线约81公里。主线采用双向四车道高速公路标准建设，其中荔浦至平南段设计速度100公里/小时，路基宽度26米；平南至玉林段设计速度120公里/小时, 路基宽27米。

本项目配电工程共有16个变电所。其中，田岭、东秀1/2号、宜大、枇杷冲1/2号、古柜1/2号、官成隧道变电所采用单市电+柴油发电机供电方案，柴油发电机的进线与变压器的低压进线互锁，市电正常情况下变压器工作，当市电停电时，柴油发电机自动投入，为1级负荷以及部分二级负荷供电，同时配置了EPS与UPS作为1级负荷中特别重要负荷的不间断电源。文圩隧道变电所采用来自不同区域的35kV降压站的双10kV电源的供电方案，双10kV市电电源（一用一备）在1#变电所接入10kV双电源切换柜，两路电源在10kV切换柜内机械电气互锁，当主用电源停电后，自动切换为备用电源给隧道供电，#变电所高压柜出2回NH-YJV22-10kV电缆（一主一备），给2#、3#变电所（配电横洞）及4#变电所供电，这2回10kV电缆在2#、3#、4#变电所内的10kV切换柜内机械电气互锁，同时配置了EPS与UPS作为1级负荷中特别重要负荷的不间断电源。凤兴、陈藤1/2号隧道变电所采用单市电供电方案，并预留发电机接口，当市电停电时，运营管理人员从就近的管理站调度便携式发电组到现场，柴油发电机通过预留ATS接口投入工作，为重要负荷供电，同时配置了EPS与UPS作为1级负荷中特别重要负荷的不间断电源。

02 项目需求

本次针对荔浦至玉林高速公路配电工程项目中不同保护对象配置不同微机保护装置，10kV进线柜配置AM5-F线路保护装置；10kV变压器出线柜配置AM5-T变压器保护装置。这两款微机保护装置主要通过以下保护功能实现对高压柜的设备运行情况实时监视和保护：

2.1 AM5-F线路保护装置

三段式过流保护（可经低电压闭锁、可带方向闭锁）、反时限过流保护（可经低电压闭锁）、两段式零序I01过流/反时限过流/后加速过流保护、两段式零序I02过流/反时限过流/后加速过流保护、重合闸、后加速过流保护（可经低电压闭锁）、过负荷告警、过负荷跳闸、失压跳闸、失压告警、低频减载/高频保护（可经滑差闭锁）、PT断线告警、控故障告警、FC回路配合的过流闭锁功能、非电量保护、逆功率保护、零序过压跳闸、零序过压告警、过电压跳闸、过电压告警、二次谐波闭锁、间歇接地保护

2.2 AM5-T变压器保护装置

三段式过电流保护（可经复合电压闭锁、可经二次谐波闭锁）、反时限过流保护（可经复合电压闭锁）、两段式零序I01过流/反时限过流保护、两段式零序I02过流/反时限过流保护、过负荷告警、过负荷跳闸、PT断线告警、控故障告警、FC回路配合的过流闭锁功能、二次谐波闭锁、间歇接地保护。

03 系统方案

本工程10kV配电工程共有16个变电所，以田岭、文圩隧道变电所为例，上图方案如下：

 

图1田岭隧道变电所上图方案

整个荔浦至玉林高速公路共有16个隧道变电所，其中，陈藤1/2号变电所采用的是负荷开关+熔断器保护方案，不设微机保护，其余14个隧道变电所所设微机保护型号与数量如下：

 

 

 

  

 

 

上述变电所共配置44台微机保护装置，此外，本项目针对低压各回路配置PZ96电能表，共计740只。

04 系统需求

为实时监视整个配电室的运行以及数据采集，该项目配置一套Acrel-2000Z电力监控系统，主要实现对荔浦至玉林高速公路各个变电所的用电监控与管理。监控范围为变电所的微机保护装置、电能表、变压器温控仪、EPS、UPS、无功补偿、发电机控制屏、液位仪、风机软启动器和照明控制器。本系统由用户管理层、网络通信层、现场设备层三部分组成，现场设置的电能表采用屏蔽双绞线连接至各分区数据采集器，各分区数据采集器将数据分类处理后，通过网线连接至局域网交换机上传至电力监控系统主机，实现电力监控功能。整个系统的架构如下：

图4 系统架构图

以田岭隧道变电所为例，整个系统数据采集网络拓扑图如下： 

Acrel-2000Z电力监控系统可实现的功能如下：

实时监测：以配电一次图的形式直观显示配电线路的运行状态，可以实时监测各回路电压、电流、功率、功率因数等电参数信息，动态监视各配电回路断路器、隔离开关、地刀等合、分闸状态。

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，包括三相电流、三相电压、总有功功率、总无功功率、总功率因数、正向有功电能等。

运行报表： 查询各回路或设备时间的运行参数，报表中显示电参量信息应包括：各相电流、三相电压、总功率因数、总有功功率、总无功功率、正向有功电能等，报表格式有日报表、月报表、年报表等。

实时告警：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。

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报警信息进行历史追溯，查询统计、事故分析。

故障录波：能够在系统发生故障时，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。

事故追忆：能够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。

曲线查询：能够查询实时曲线和历史曲线，包括三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、功率因数等所有遥测量。

用户权限管理：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）。系统可以定义不同操作权限的权限组（如管理员组、工程师组、操作员组等），在每个权限组里分配不同用户，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。

网络拓扑图：支持实时监视接入系统的各设备的通讯状态，能够完整的显示整个系统网络结构；可在线诊断设备通讯状态，发生网络异常时能自动在界面上显示故障设备或元件及其故障部位。 

遥控功能：根据电力规程要求，可以对整个配电系统范围内的设备进行远程遥控操作。

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。

05 现场安装图片

本项目微机保护就地分散安装在各个高压开关柜上，保护装置以及电能表现场安装如下图所示。 

 

 

 

微机保护装置在电力系统中具有举足轻重的地位，它能够反应设备的故障和不正常工作状态并自动迅速地、有选择性地动作于断路器将故障设备从系统中切除，保证*设备继续正常运行，将事故限制在小范围内，提高系统运行的可靠性，很大限度地保证向用户安全、连续供电。本文介绍的AM5系列微机保护装置，可以针对高速公路配电工程中不同保护对象提供对应的保护功能，并且通过电力监控系统采集相关遥测、遥信数据进行监控，能大大提高变电站运行的可靠性、安全性、提高供电质量，有利于实现变电站综合自动化，实现无人或少人值班。