某大型炼油厂配电设计及Acrel-2000智能配电综合自动化系统应用

赵斌

安科瑞电气股份有限公司  上海 嘉定 201801

1　项目概述

    本项目为某炼油厂配电改造项目，110KV/6KV甲变电站原主变压器为两台两圈有载调压变压器，110KVGIS为内桥接线5个间隔、6KV馈出76个回路。由于厂内新建CFB锅炉配套了2台30MW发电机组，并采用35KV并网，因此对变电站进行改造并增加35KV电压等级，除了一次设备和变电站主接线发生变化外，配电自动化系统也进行升级，采用Acrel-2000智能配电综合自动化系统。

2　配电一次方案设计

    由于CFB锅炉项目新上发电机组使现有设备满足不了并网要求，本项目改造内容包括：

    1）更换2台主变压器，电压等级为110KV/35KV/6KV，容量比为1/1/1；

    2）增加110KV GIS主变进线间隔，主接线由内桥接线方式改为单母线分段方式；

    3）增加35KV配电装置，用于接引CFB工程新上发电机并网的需要；

    4）因系统短路容量增加，原有6KV开关柜遮断容量已不满足要求，更换了38面，其它通过前侧增加电抗器限制短路电流。

    根据改造内容，设计如图1所示的配电方案。为了满足变电站综合自动化系统的无人值守方案设计，需对变电站内的各个设备进行保护、控制、测量、监视。因此在二次方案设计时，给每个间隔开关柜内配置了安科瑞电气股份有限公司的具有保护测控功能的AM5、AM6系列保护装置，具体设备如表1：

                      表1  二次方案保护设备

间隔类型

产品名称

产品型号

保护功能

1#主变、2#主变

变压器差动

保护测控装置

AM6-D3

变压器差动保护、谐波制动保护、差动速断保护

变压器后备保护测控装置

AM6-T

间隙零流保护、零序电流保护、零序电压保护、复压闭锁过流保护

变压器非电量保护装置

AM6-FD

主变非电量保护

3#主变、4#主变

变压器差动

保护测控装置

AM6-D3

变压器差动保护、谐波制动保护、差动速断保护

变压器后备保护测控装置

AM6-T

间隙零流保护、零序电流保护、零序电压保护、复压闭锁过流保护

变压器非电量保护装置

AM6-FD

主变非电量保护

变压器出线柜

厂用变保护装置

AM5-T

三段式带复压闭锁过流保护、变压器非电量保护

PT柜

PT监测装置

AM5-U

PT断线监测、低电压告警、过电压告警

母联柜

备自投保护装置

AM5-B

备自投装置及母联保护

 

                            图1  配电一次方案图

3　智能配电综合自动化系统

    变电站采用综合自动化系统，依据无人值守方案设计，对变电站的各个设备进行保护、监控。所有模拟量、状态量通过采集、处理、统计，准确真实地反映，为值班人员创造如临现场的运行条件，并达到各类设计技术规范的要求，实现与企业信息中心以及其他变电站设备和工业现场控制中心的通讯，能够可靠有效的对变电站进行管理。

    Acrel-2000智能配电综合自动化系统，采用面向对象的分层分布式结构，整个系统可分为三层：站控管理层、网络通讯层和现场设备层。根据用户用电规模、用电设备分布和占地面积等多方面的信息综合考虑后采用最合适的组网方式。

    站控管理层设于中心变电站值班室，包括监控计算机、网络交换机、打印机、UPS、对时装置、远动装置以及Acrel-2000智能配电系统。站控管理层计算机可以放置于值班室的操作台面上，也可以安装于网络机柜组成监控屏。网络通讯层包含通讯采集器、光端机以及用于和站控层连接的其他网络设备，安装于通讯采集箱，通讯采集箱和现场设备层装置就近安装，挂墙明装。通讯层是一个承上启下的物理层，负责把设备层装置的信息传送给站控层，并且把站控层的命令下达给设备层装置。现场设备层包含中低压柜上的AM5、AM6系列保护装置、ASD系列开关柜测控装置、多功能电力仪表、温控仪、直流屏等。Acrel-2000智能配电系统是基于Windows平台的应用软件，能够模拟用户的供配电网络，提供监测、遥信、遥控、遥调、告警、报表、事故记录分析等功能。

3.1 甲变电站Acrel-2000的系统配置

   甲变电站Acrel-2000的系统配置图如图2。高压部分保护测控装置配置如表1，低压部分选用的测量、计量装置如表2。所内通信网用双绞线敷设而成总线形网，考虑变电站远期规模，能够很灵活地在网上增加各间隔层装置。当任一部分装置有故障时只影响局部的可靠性。所内二次电缆大大减少，使安装、维护工作量简化并节省投资。

                      表2  低压系统设备

产品名称

产品型号

主要功能

ACR系列

网络电力仪表

ACR230ELH

三相电压、电流、有功、无功；四象限电能计量；最大需量；2-31次谐波分析等

终端电能计量仪表

DTSD1352

三相电流、电压、有功、无功功率、四象限电能等

四遥单元

ARTU-K32

遥信单元

ARTU-J16

遥控单元

ARTU-M32

遥测单元

 

3.2 站内通信网

    Acrel-2000采用总线形网，组态灵活、扩展性好、网上增加或减少接点非常方便，任一节点的投入或退出都不影响其它节点的正常通信；站增接点可以设在任意地点；对继电保护动作等重要信息设有优先权，在最短时间内及时响应，且通信可靠性高。

           图2   Acrel-2000配电综合自动化系统

3.3 保护装置功能及应用

    本改造项目选用的是安科瑞保护装置，具有故障分析功能：事件记录、故障记录、故障录波；监视功能：越限监视；诊断功能：上电诊断，不间断自检，测试功能运行状态监视；通讯功能：前面板RS232口用于当地维护，后面板2个接口用于远方通讯，通讯规约均modbus或103可选。

3.3.1  6KV出现保护测控装置

    母线分段保护测控装置1台（带备自投），选用安科瑞公司的AM5-B。线路保护测控装置22台，电动机保护测控装置3台，电容器保护测控装置4台，配电变压器保护测控装置4台，均选用AM5装置，依次为AM5-F、AM5-M、AM5-C、AM5-T。其保护测控功能保护：多段相过流保护、接地故障保护；就地或远方操作断路器，断路器故障监视、可编程方案逻辑；电压、电流、功率、功率因素测量。具体功能可见表1所述。

    电压互感器保护测控装置2台，选用AM5-U装置，实现低电压/过电压保护，零序过电压保护，相电压/线电压测量。

3.3.2 主变压器保护测控屏：2面

    每面保护测控屏由主变差动保护装置一台，主变后备保护装置高中低侧各一台及测量装置等来完成。主变差动保护选用安科瑞公司的AM6-D3，包括三圈差动保护，差动速断，二次谐波比率差动保护，CT断线判别、告警，差流越限报警。由于各侧电流互感器的变比可能不同，有平衡差动保护各侧电流的措施，跳主变三侧开关。后备保护选用AM6-T，三段三时限的复压闭锁过流保护，过负荷发信、启动主变风冷、三段三时限的零序电压电流保护，PT断线告警。变压器本体内部的瓦斯、温度、压力释放、油位异常以及冷却系统故障信号等采用变压器非电量保护，选用AM6-FD，其主要功能和技术要求为变压器重瓦斯可带时限动作于跳闸出口，变压器轻瓦斯只动作于信号；变压器的温度测量装置提供无源接点给非电量保护，当温度过高时发出信号或跳闸；变压器的油位测量装置提供无源接点给非电量保护，当油位异常时保护装置发出信号或跳闸。

3.3.3 35KV保护测控装置

   母线分段保护测控装置一台（选用AM5-B），线路保护测控装置6台（选用AM5-F）。

3.3.4 当地监控网络主站

    主要功能为收集各保护测控层装置上送的网络信息；将网络信息转换成与后台机约定协议要求的格式；与后台配合完成四遥功能；驱动事故音响和预告音响。在实施中，在发出事故音响或预告音响时，驱动语言报警系统，利用清晰明了的话语，告诉值班员当时发生的事件。当地监控网络配置界面如图3所示。

图3 当地监控网络主站配置

3.3.5 远动网络主站

    主要功能为收集保护测控层装置上送的网络信息，将网络信息转换成标准远动规约所要求的格式，并传输到远方监控站；接受远方监控站的命令，完成四遥功能；驱动事故音响和预告音响。

3.3.6 监控主机站

    主要用于保护定值的调整和修改，并对专用录波网送来的事故信息进行图形、波形、数据分析。Acrel-2000配电系统上配置的四遥功能界面如图4。

                        图4  35KV线路变压器保护细节图

3.3.7 实时数据采集与处理

    本系统可以对电流、电压、有功功率、无功功率、频率、功率因素等电参量实时采集，如图5为电容器保护装置上实时采集数据图。对模拟量信息按扫描周期定时采集数据并进行相应转换、滤波、精度检验及数据库更新等。对要求追忆的模拟量，能追忆记录事故前1分钟至事故后5分钟的采集数据。也可对断路器、隔离开关以及接地开关的位置信号、继电保护装置的动作及告警信号实时监视。对状态量信号按快速扫描方式周期采集输入量、并进行状态检查机数据库更新。对断路器位置信号、继电保护动作信号等需要快速反应的开关量按其变位发生时顺序进行事件记录。如图6为系统实时采集到的告警信息。

                          图5   实时数据采集

                    图6 实时状态、动作信号采集

    本炼油厂甲变电站工设置“三遥”量1648点，其中遥信723点，遥测878点，其中电能量182点，遥控47点，基本上准确而真实的反映了设备实际运行情况。

4　设备清单

   变电站内高压部分设备清单如下：

1

监控主站（每套含）

数量

型号

 

单价

 

主机：CPU：酷睿双核，主频：2.7G；内存：2G；硬盘：160G;光驱：DVD刻录光驱；操作系统：Windows XP

1

DELL

7000

 

标准键盘及光电鼠标

1

DELL

200

 

22寸宽屏液晶显示器

1

DELL

1700

 

音响及语音报警系统

1

联想

120

 

A4激光打印机

1

HP 1108

1300

 

监控系统软件

1

安科瑞Acrel-2000

60000

2

通讯接口柜

 

 

 

 

通讯接口装置（双击冗余配置）

1

ANet-Lx8

12000

 

GPS时钟同步装置

1

ATS1000E

6100

 

以太网交换机

1

TPLINK

500

 

UPS逆变电源（2KVA/1A）

1

C2K/2KVA

3800

 

柜体

1

 

5000

3

主变保护测控柜

2面

 

 

 

主变差动保护装置

2

     安科瑞AM6-D3

8000

 

主变后备保护装置

6

安科瑞AM6-T

6000

 

主变非电量保护装置

2

安科瑞AM6-FD

5000

 

打印机

1

HP 1108

1300

 

柜体

1

PRC

5000

4

开关柜就地安装设备

 

 

 

 

35kV线路保护测控装置

6

安科瑞AM5-F

5000

 

35kV母联保护测控装置

1

安科瑞AM5-B

5000

 

6kV线路保护测控装置

22

安科瑞AM5-F

5000

 

6kV电容器保护测控装置

4

安科瑞AM5-C

5000

 

6kV电动机保护测控装置

3

安科瑞AM5-M

5000

 

6kV配电变压器保护测控装置

4

安科瑞AM5-T

5000

 

6kV电压互感器保护测控装置

2

安科瑞AM5-U

5000

 

6kV备自投及母联保护测控装置

1

安科瑞AM5-B

5000

5

通讯线缆

 

 

 

 

串口通信双绞线

300米

1419A

1400

 

以太网通讯双绞线

200米

0-219413

 

300

 

5 结论

    Acrel-2000智能配电综合自动化系统的应用对提高变电站安全、稳定、可靠、管理的运行水平，降低运行维护成本，提高经济具有十分重要的意义。二次配电系统中配备的AM5、AM6系列保护测控装置集保护、测量、控制于一体，针对不同一次设备可以灵活配置不同的保护功能，可以实现35kV及以下电压等级变配电站全面保护测控功能，适用于线路、母联、配电变压器、高压电动机、高压电容器等设备的保护和自动控制功能。装置采用先进成熟可靠的保护原理和算法，抗干扰性能强，可靠性高，保护实现方式灵活，通讯采用冗余设计。装置采用全图形化编程技术，可以根据需要对装置进行逻辑编程，满足多数用户的要求。如果保护测控装置在使用过程中需要更换保护功能，只需通过装置的维护端口更新内置逻辑图即可，实现方式简单灵活。

    通过甲变电站综合自动化系统在实施中所累积的设计、安装、调试、运行维护方面的经验，为我司其他变电站项目工作的开展，打下了良好的基础。

参考文献：

[1]Vi-S2000变电站综合自动化系统应用..智能电器及综合自动化.阮凯，朱有志

[2]安科瑞电气股份有限公司产品选型手册2013.1版.

[3]安科瑞电气股份有限公司能效管理系统设计安装图册2013.11版.

作者简介：

赵斌，男，本科，安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为智能配电系统设计，Email: 7377987@qq.com手机：13917437076 QQ：7377987