摘要：針對諫壁抽水站繼電保護存在的問題，在增容除險改造工程中，采用了計算機監(jiān)控系統(tǒng)，包括計算機集控系統(tǒng)、繼電保護系統(tǒng)與圖像監(jiān)控系統(tǒng)。繼電保護系統(tǒng)采用微機保護裝置，主變保護和站變保護、各機組的微機保護裝置通過RS485轉(zhuǎn)以太網(wǎng)或直接的以太網(wǎng)口與上位機通信，實現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)對保護模塊的直接管理。采用369數(shù)字式繼電器，對三相電動機和其機械設(shè)備進行保 護;采用T60作為變壓器保護、F650為站變保護，實現(xiàn)對泵站的控制和監(jiān)視。使用結(jié)果表明，泵站的運行能力及自動化水平都得到了提高，達到了工程改造的預(yù)期目標。

關(guān)鍵詞：泵站；微機保護；繼電器；控制；

繼電保護裝置是用來對電動機、變壓器母線、輸 配電線路等電氣元件進行監(jiān)視和保護的一種自動裝 置。當這些元件發(fā)生故障或出現(xiàn)不正常運行情況 時，能發(fā)出使故障元件退出運行的操作命令，或給值 班人員發(fā)出警告信號，它和其它裝置配合工作，可以 大大地提高用電系統(tǒng)的運行水平。

排灌站運行過程中，一旦發(fā)生事故,要求盡，快地 將故障元件切除,縮小事故范圍，為了避免事故的擴 大，切除故障元件的時間要求很短，靠值班人員手動 操作有時無法辦到，借助保護裝置可以實現(xiàn)。繼電保護滿足選擇性、速動性、靈敏性和可靠性的要求。

繼電保護借助于各個繼電器去完成預(yù)定的任務(wù)，繼電器是繼電保護的基本元件，繼電器歷史的發(fā) 展是:保護、控制和測量功能起初是由機電式元件完 成,然后是靜態(tài)元件完成，后是由數(shù)字式設(shè)備完成。數(shù)字式設(shè)備將所有這些功能集成在一個設(shè)備 內(nèi)，被稱為智能化電子設(shè)備（IED），這些智能型電子 設(shè)備由硬件、軟件、通訊系統(tǒng)等構(gòu)成.

1  諫壁站改造前的保護

諫壁抽水站是原太湖湖西水利規(guī)劃中蘇南的一座大型電力抽水站，是湖西沿江引排工程的重要組 成部分，擔負著太湖流域分泄洪水入江、引水沖淤和區(qū)域性灌排的多重任務(wù)，其中區(qū)域受益總面積約八千平方公里。諫壁抽水站是我國大型泵站中成功地采用雙向進出水流道設(shè)計的泵站，于1975年興 建,1978年建成投產(chǎn)，主體工程包括站房、機電設(shè) 備、35 kV變電所，上下游引河及交通橋等,站房內(nèi)安裝2. 8CJ- 70型立式全調(diào)節(jié)軸流泵6臺，配套 TDL- 325/30 - 40型立式同步電動機，設(shè)計總引排 流量為120 m’/s,總裝機容量為9 600 kW。從建成 以來，在排澇、抗旱中發(fā)揮了巨大的作用。

繼電保護是泵站電氣二次系統(tǒng)的重要組成部 分，關(guān)系到泵站的運行以及泵站的自動化水 平⑵。諫壁站原主機繼電保護屏為BK型,安裝于 主廠房北側(cè)6 kV開關(guān)柜旁，受潮嚴重，內(nèi)裝電磁型 繼電器，經(jīng)多年運行，機械失靈、觸頭氧化,調(diào)整困 難，動作時間不滿足要求。電磁式繼電保護存在的 問題主要有保護回路元件多、精度不高、維護工作量 大，繼電器不能在線整定調(diào)試,不具備記憶和存儲功 能,不利于事故檢查和分析,不能適應(yīng)現(xiàn)代化水利管 理的需要，改造勢在必行。

2003年10月開始進行增容除險改造工程，設(shè) 計總引排派量為160 m’/s,總裝機容量為10 800 kW。對主機泵、電氣設(shè)備、輔機系統(tǒng)、液壓啟閉機系 統(tǒng)等進行了更新改造，增設(shè)計算機監(jiān)控系統(tǒng),包括計 算機集控系統(tǒng)、繼電保護系統(tǒng)與圖像監(jiān)視系統(tǒng)，改造 后的泵站電氣主接線如圖1所示。繼電保護系統(tǒng)采 用了美國GE公司的微機保護裝置，使諫壁抽水站 的繼電保護系統(tǒng)得到了很好的改善，提高了泵站的運行能力及自動化水平.

2  微機保護

諫壁抽水站的繼電保護裝置配置有:主變保護（差 動保護、重瓦斯保護、輕瓦斯保護、溫度保護、過電流保 護、過負荷保護）JO kV進線保護（速斷保護、過電流保 護）、同步電機保護（速斷保護、過流保護、過負荷保護、 低電壓保護、溫度保護、冷卻水中斷保護、勵磁保護）、 站變保護（速斷保護、過流保護、過負荷保護、低電壓保 護、溫度保護）。本改造工程微機保護系統(tǒng)由_臺主變 壓器保護、6臺電動機保護和一臺站變保護組成，其中: 主變壓器保護采用T60C00HCHF8BH6KM8BP6DU6D W5E；電動機保護采用SgHIRMOOO；站變保護采用 F65OBABF1GOHI（選擇 RS485 接口）。

主變保護和站變保護及各機組的微機保護裝置 通過RS485轉(zhuǎn)以太網(wǎng)（站變保護、各機組保護）或直 接的以太網(wǎng)口 （主變保護）與上位機通信，并通過以太網(wǎng)通信口向各PLC傳輸保護相關(guān)數(shù)據(jù)，包括事件 集等，從而實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)對保護模塊的直接管記錄、故障報警、事故錄波、電量和非電量(溫度)采 理⑷。泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)組成如圖2所示。

圖2泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)

2.1.1 電動機保護

改造后的6臺同步電動機采用TL1800 - 40/ 3300型，單機功率1800 kW,電壓等級為10 kV,電動機保護采用SR369綜合保護單元，安裝于開關(guān)柜上，其控制保護測量原理如圖3所示。

圖3主機控制保護測量原理圖

369是一種數(shù)字式繼電器，它提供三相電動機 和其機械設(shè)備保護。369電動機保護系統(tǒng)的一個*的功能是其具有基于電動機實際負荷電流計算電動機尹&值的能力。熱模型根據(jù)電動機所采用的熱容量來計算該值。RTD能夠測量定子的溫度，其作為一項熱容量檢查來確認由熱模型計算出來的值是否正確。然后，所采用的熱容量將被更新以反映兩個值中的較高值。這一數(shù)值既反映尸血所產(chǎn)生的熱量也反映冷卻損失或惡劣的外部環(huán)境溫度產(chǎn)生的熱量。

在面板前有一個RS232和三個RS485。對所有 的接口都用標準的ModBus® RTU規(guī)約，整定值可以 通過前面的鍵盤或采用計算機和369PC軟件輸入, 通過面板前的顯示器或通信訪問電動機的實際工作 狀態(tài)。模擬方式可以進行試驗和確認運行正確性。 

2.1.2主變壓器保護

改造后的主變壓器采用S9 - 16000/35型雙圈油浸式變壓器，容量16 000 kVA,35匕x2.5%/10 kV,%=8.5%,Y/△接線，主變壓器保護釆用T60 綜合保護單元，安裝于主變開關(guān)柜上。T60是屬于 UR保護繼電器家族成員之一，三相、多繞組變壓器 保護繼電器，用于大中小型電力變壓器主保護和管 理。UR概念塊示意圖如圖4所示。

圖4 UR概念塊示意圖

T60把比例式差動和過流保護元件，自適應(yīng)諧波制動、變壓器接線組別制動編程和多整定組組合在一個包內(nèi)。

輸入、保護功能和輸出自檢相互關(guān)系的邏輯可 以用邏輯方程式(HexLogicTM)進行重新編程。除 用硬件外，還可以用通信口進行內(nèi)部的虛擬輸入輸出，減少了輔助元件和接線。輸入輸出硬件可以擴 展。T60的自檢功能包括1024事件記錄，時間標志能夠確定整個系統(tǒng)的事件順序。同時事件可以觸發(fā)數(shù)字式的錄波記錄。URPC軟件用于觀察這 些記錄。

2.1.3站變保護

原兩臺315 kVA站用變壓器因6 kV母線改為 10 kV而不能使用，經(jīng)改造后采用一臺SCB10 - 500/10型雙圈干式變壓器，容量500 kVA, 35蘭x 2.5%/0.4 kV,站變保護采用F650綜合保護單元 (選擇RS485接口)，安裝于開關(guān)柜內(nèi)。

F650用一系列的互聯(lián)模塊來執(zhí)行保護和控制 功能如圖5所示。它包括了一組AC互感器，用以檢測電流和電壓。這些幅值一經(jīng)數(shù)字化就被送到一個數(shù)字信號處理器(DSP)。該數(shù)字信號處理器執(zhí)行 測量功能并通過一個寬帶總線同主處理器進行通 訊?？墒共蓸铀俾识噙_64次/周波。包括一個 CPU,該CPU可對多種輸入/輸出信號進行控制。

圖5站變控制保護測量原理

F650主要用于為間隔層設(shè)備提供快速的保護， 控制和監(jiān)視，包括過流、方向元件、電壓、頻率、斷路 器失靈、自動重合閘、檢同期等保護。

2.2系統(tǒng)性能及特點

微機保護具有下列特點:①保護功能由軟件實 現(xiàn);②采用數(shù)字信號處理技術(shù);③具有數(shù)字儲存功 能,如過程記憶、錄波等;④容易實現(xiàn)遠方通信,接口 簡單;⑤具有自動測試和監(jiān)視功能;軟硬件標準化; ⑥公共數(shù)據(jù)可重復(fù)使用實現(xiàn)不同功能。

微機保護裝置不單獨組屏，全部安裝在相應(yīng)的 高壓柜上。

微機保護系統(tǒng)具有跳閘和報警準確、故障錄波、 順序記錄、故障報告、自動檢測、參數(shù)整定等功能。

2.3應(yīng)用結(jié)果

經(jīng)改造后的微機保護系統(tǒng)投入使用后，運行It況良好。該系統(tǒng)保留繼電保護獨立完整的功能，保 證繼電保護的可靠性和抗干擾性;大屏幕顯示實時電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、 頻率及其它所需的電氣量;保護和測量具有獨立的 交流采樣回路，保證保護裝置所要求的抗飽和性能 和測量精度;具有完善的自檢系統(tǒng)。

微機保護除輸入量的采集外，所有計算、邏輯判斷都是由軟件完成,因此系統(tǒng)維護、調(diào)試簡單，操作也很方便。微機保護系統(tǒng)中的6臺主機管理繼電器 (SR369)、站變保護控制器(F650)、主變管理繼電 器(T60)配合完成了包括過流、過負荷、速斷、差動 等各項試驗，各繼電器進行了動作、返回值的校驗, 試驗結(jié)果符合要求。

由于有了完整的系統(tǒng)保護,一方面它與監(jiān)控系統(tǒng) 有良好的通訊連接，出現(xiàn)故障能及時向監(jiān)控系統(tǒng)傳送實時的信息和數(shù)據(jù)，并記錄動作前相關(guān)電氣數(shù)據(jù)和故障動作類型,另一方面方便了值班人員的檢査, 可直接在繼電器的面板上了解運行狀況和故障査詢, 使故障得到及時處理，機組能夠繼續(xù)正常運行。

3  安科瑞微機保護產(chǎn)品介紹與選型

3.1概述 

AM5系列微機保護測控裝置（以下簡稱裝置）集保護、測量、控制于一體，適用于35kV 及以下電壓等級的用戶終端變電站(所)，可實現(xiàn)用戶變電站的保護和測控。應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋電 力、水利、交通、石油、化工、煤炭、冶金等行業(yè)。 

裝置采用先進成熟可靠的保護原理和算法，抗干擾性能強，可靠性高，保護實現(xiàn)方式靈活，通訊采用冗余設(shè)計。裝置具備獨立的高精度電流測量回路，16路開關(guān)量采集和10路繼 電器輸出，能與 Acrel-2000 電力監(jiān)控軟件配合，可以實現(xiàn)無人值班的終端用戶變電站配電自動化系統(tǒng)。 

安科瑞微機保護產(chǎn)品選型

3.2 特點

成熟完善的保護功能 

裝置針對不同一次設(shè)備可以靈活配置不同的保護功能，可以實現(xiàn) 35kV 及以下電壓等級 

變配電站保護測控功能，適用于線路、母聯(lián)、配電變壓器、高壓電動機、高壓電容器等設(shè)備的保護和自動控制功能。 

高性能硬軟件平臺 

裝置采用高性能的硬件平臺，全部采用工業(yè)級元器件，專業(yè)的 EMC 設(shè)計，配合完善的在 線自檢測試程序，采用高性能處理器作為保護 CPU，配置以大容量的 RAM 和 Flash，使本產(chǎn)品具有較強的數(shù)據(jù)處理、邏輯運算和信息存儲能力。 

人性化 

裝置采用全漢化大屏幕液晶顯示，人機界面清晰易懂； 

靈活的按鈕設(shè)計，菜單式操作簡單、便捷； 

配備的計算機界面的調(diào)試與分析軟件，調(diào)試及維護簡單方便。

豐富的接口資源

8 路交流電流通道、4 路交流電壓通道； 

16 路開關(guān)量輸入通道（交直流兩用)、10 路開關(guān)量輸出通道； 

2 個 RS485 通訊接口、1 個 RS232 維護口、1 個 IRIG-B 對時口。 

靈活方便的接線方式 

AM5 的交流電壓輸入端口可接相電壓，也可接線電壓或零序電壓或不平衡電壓，適應(yīng)各 

種 PT 接線方式。保護電流和測量電流通道可分別接三相電流；另外兩個交流電流通道可以 

接零序電流、不平衡電流或者線路電流。 

透明化

實時記錄交流量、開入量、開出量和所有保護模塊的狀態(tài)； 

記錄內(nèi)部各元件動作行為、動作時間和錄波數(shù)據(jù)。 

強大的圖形可編程 

采用全圖形化編程技術(shù)，可以根據(jù)需要對裝置進行邏輯編程，滿足多數(shù)用戶的要求。如 

果裝置在使用過程中需要更換保護功能，只需通過裝置的維護端口更新內(nèi)置邏輯圖即可，實 現(xiàn)方式簡單靈活。

高可靠性設(shè)計

通過 5 項電磁兼容檢測認證，電快速瞬變脈沖群、靜電放電、浪涌抗干擾性能均達到 

IV 級標準。 

4 結(jié)束語 

繼電保護技術(shù)未來的趨勢是向計算機化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，保護、控制、測量和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展。隨著泵站自動化程度的提高，對泵站電氣二次系統(tǒng)的要求也相應(yīng)提高，要求保護設(shè)備的功能更加齊全，性能更加完善。諫壁抽水站通過增容除險工程，對電氣設(shè)備進行了改造，不但使泵站實現(xiàn)了綜合自動化，還降低了工作人員的勞動強度，提高了設(shè)備運行的可靠性，達到了改造工程的預(yù)期目標。

參考文獻

中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計研究院.工業(yè)與民用配電設(shè)計 手冊[M].北京:中國電力出版社,2005.

李蕙，李昕，微機保護在泵站改造中的應(yīng)用

安科瑞電力監(jiān)控與保護類產(chǎn)品選型手冊,2020.01

安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊，2019.11