引滦大张庄泵站微机综合保护自动化系统改造设计

刘福春，张洋

（1.天津市水利勘测设计院，天津300204；2.水利部海河水利委员会，天津300170）

引滦大张庄泵站微机综合保护自动化系统改造设计

刘福春1，张洋2

（1.天津市水利勘测设计院，天津300204；2.水利部海河水利委员会，天津300170）

大张庄泵站设1座35 kV户内变电站，装设2台3 150 kVA、35/6.3 kV主变压器，本次改造更换现有主变压器、站用变压器、35 kV及6 kV配电系统、6 kV同步电动机等微机综保装置，同时设置1套变电站智能综合监控系统，采用新型智能综合微机保护装置，实现对整个变电站及泵站一次设备的监视、测量、控制、记录和报警，对二次设备和辅助设备的远程控制和管理，实现变电站及泵站微机监控，提高电气设备运行的可靠性和管理效率，确保引滦入津工程供水安全。

引滦泵站；微机综合保护自动化系统；35/6kV；改造

1 概况

引滦大张庄泵站位于天津市北辰区，大张庄镇东800m的永定新河北侧。引滦入津工程是天津城市供水的生命线，大张庄泵站是引滦入津工程明渠输水系统的终点提升泵站，输水设计流量为30m3/s，排涝设计流量为20m3/s。该泵站自1983年建成通水，至今已连续30多年向天津中心城区供水，并承担北辰区永定新河以北部分区域的汛期排涝任务，为缓解城市生活用水紧张、美化城市景观、促进各行业经济的发展发挥了重要的作用。

大张庄泵站微机综合保护自动化系统改造设计，与大张庄泵站工程的运行实际、引滦全线工程管理和信息化建设相结合。本着安全输水、技术先进、经济合理、运行管理方便的设计原则，积极采用新技术、新工艺、新材料和高效节能设备，设计高质量、高水平，并具有一定的前瞻性。工程实施后，使多年来电气设备及土建等原设计和运行使用设施老化、损坏所带来的诸多问题得以根本解决，消除了引滦入津大张庄泵站电气设备运行中存在的各种隐患，提高了电气设备运行的安全可靠性和效率，确保了供水的安全。

2 系统设计原则

（1）依据有关技术标准、技术规程等进行规范化和标准化设计，做到数据的接口定义和传输格式标准化。

（2）系统设计满足经济性、先进性、实用性及安全性统一原则，方案设计在经济合理、技术成熟可靠的前提下采用最新技术，使之具有先进性、稳定性及良好的可扩展性和兼容性。

3 系统设计主要内容

3.1 系统综述

大张庄泵站由2回35 kV进线及2台3 150 kVA（35/6.3 kV）主变压器供电，主接线35 kV侧和6.3 kV侧均采用单母线分段接线。本次改造更换现有主变、站变、35和6 kV配电系统、同步电动机等微机综保装置，主要包括：35、6 kV进线及母联、2台主变压器、2台站用变压器、1台所用变压器、5台同步电动机等保护装置。设计采用新型智能综合微机保护装置，具有保护、控制、测量和通信等功能；综合微机保护装置设有大屏幕，可汉字显示实时电流、电压和功率电度、相应及其他所需的电气量、保护动作信息。保护和监控系统具有各自独立的交流采样回路，既保证了监测精度，又保证了保护装置所要求的抗饱和性能，并要求保护、测量、控制、操作回路一体化。

本次改造设1套变电站智能综合监控系统，该系统基于当前广泛应用的现场总线方式及分布式的网络结构实现电力系统信息的交换和管理，具备保护、测量、控制、数据采集、谐波分析、用电管理、负荷控制和运行管理等功能，可独立完成对变电站的监控运行，并通过交换机接入泵站监控主机。

3.2 系统结构与配置

系统以计算机监控系统为中心，微机综保装置通过通信管理机、交换机向上与变电站、泵站监控系统通信，向下与单元装置通信，从而实现对整个35、6 kV变电设备和泵站的一次主设备的遥测、遥信、遥控、遥调以及对二次设备和辅助设备的远方控制和管理。系统可以根据电网运行方式的要求，实现各种闭环控制功能。系统具有对全部的一次设备进行监视、测量、控制、记录和报警的功能及与保护设备和远方控制中心的通信功能，实现变电设备及泵站微机监控。

保护系统的配置有：通信管理单元4套；主变压器差动保护单元2套；主变压器高压侧后备保护单元2套；主变压器低压侧后备保护单元2套；35 kV分段解列、充电保护单元1套；35 kV线路保护装置2套；35 kV两回进线互投装置1套；35 kV厂用变压器保护单元1套；6 kV分段解列保护单元1套；6 kV进线保护单元2套；6 kV母联保护单元1套；6 kV备自投保护单元1套；6 kV分段解列保护单元1套；6 kV PT测控单元1套；6 kV站用变压器及箱式变电站保护单元3套；6 kV电动机保护单元5套；辅助信息遥控单元1套（负责直流控制电源和其他辅助电气设备的测控）；变电站智能综合监控系统1套。

以上配置的所有保护单元经RS485通信接口与通信管理机连接，所有信号通过通信管理机以太网接口接入交换机上传至变电站/泵站监控主机。

3.3 系统硬件配置

（1）采用先进的工业级芯片。保护模块使用的CPU总线不出芯片，大大提高了硬件系统的抗干扰及工作可靠性。

（2）各智能单元采用模块化结构。

（3）采用大屏幕液晶显示，汉化菜单操作。

（4）本系统各单元有交流插件、出口跳闸及信号插件、直流逆变电源插件、保护主控插件、通信监控插件、操作回路插件等。

（5）交流插件将系统电压互感器、电流互感器二次侧强电信号变换成保护装置所需的弱电信号。

（6）保护插件设有经过隔离的高速串行485接口，用于与管理机通信。开出和开入经光电隔离，具有很高的抗干扰性能。

（7）通信监控插件具有高速数据通信485接口，接口隔离且具有防雷击能力，支持电缆或光纤媒介。

（8）出口跳闸及信号插件内有1个启动继电器，其常开接点用来闭锁跳闸及合闸出口的电源回路，以防误动。

（9）直流逆变电源插件为直流220 V或110 V输入经逆变后输出本装置所需直流电源。

3.4 系统保护配置

（1）35 kV进线及母联保护。35 kV进线及母联保护包括三段式定时限过流保护、三段式零序过流保护、母联充电保护、过负荷保护。

（4）35 kV厂用变压器、6 kV站用变压器及箱式变电站保护。1保护配置包括两相限时电流速断保护、两相限时过流保护和限时速断后加速、轻、重瓦斯保护。以上各种保护均有软件开关，可分别投入或退出。2保护配置远动功能，包括测量IA、IB、IC、P、Q、COSφ、f、Wh、varh等量，上送量可根据用户要求选送；遥信断路器位置，手车位置；遥脉本线路有功，无功电量；遥控本线路遥跳遥合。

（6）互投装置。35 kV及6kV母线为单母线分段，正常时为单母线，一回进线供电，当这回进线发生故障时，要求能自动或手动投入另一回进线供电。

（7）分段解列、充电保护。分段保护设延时速断、过流保护。

（8）通信管理机。下行口有8个RS-485通信口（ModBus RTU协议），其中2个可设成上行口；上行口有2个10/100兆以太网口；装置电源为AC220V。

3.5 系统设备布置

变电站为3层建筑，35 kV配电装置、1台315 kVA 35/0.4 kV站用变压器、35 kV保护屏布置在3层；2台主变压器、2台6 kV站用变压器、6 kV配电装置、低压配电装置、励磁柜、直流屏及控制室等布置在1层。

1#主变压器微机保护测控装置设于1#主变保护屏内，2#主变压器微机保护测控装置设于2#主变保护屏内，35 kV线路、35 kV厂用变压器及35 kV母联等保护单元设于35 kV综合测控屏内，6 kV站用变压器、6 kV线路、6 kV母联、6 kV PT等保护单元均就地安装在开关柜内，6 kV电机保护测控单元安装在电机现地控制柜内。

4 结语

引滦入津工程是一项大型跨流域调水工程，引滦入津大张庄泵站是引滦入津工程的重要组成部分，最终将潘家口水库的优质水源安全、可靠地输送到天津，为天津提供一个水量丰沛、水质优良的生活和工业用水水源，缓解天津水资源的供需矛盾。天津市是资源性缺水城市，引滦对于天津的生存和发展具有不可替代的战略意义。大张庄泵站作为引滦的提升泵站，更新改造工程不仅将产生较好的经济效益，也具有重大战略意义。本泵站微机综合保护自动化系统更新改造完成后，可保证引滦入津工程供水安全，提高天津市城市供水保证率，改善城市水环境，遏制生态环境恶化，从而保障天津市社会稳定发展。

TV685；TP399

B

1004-7328（2014）03-0062-03

10.3969/j.issn.1004-7328.2014.03.022

2014-01-21

刘福春（1981-），男，工程师，主要从事水利电气设计工作。