摘 要：随着社会经济的快速发展，我国变电站正朝着现代化的方向不断发展,自动化设备以及继电保护装置凭借自身优异性能而获得广泛应用。本文介绍的AM4-I微机保护装置和AM5-B备自投保护装置，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
1 概述
贺州至巴马高速公路，简称贺巴高速公路。是广西高速公路网规划修编“6横7纵8支线”中的横3，分为钟山至昭平、昭平至蒙山、蒙山至象州、象州至来宾、来宾至都安、都安至巴马6个分项目，本次项目主要涉及的是都安至巴马路段。
都安至巴马高速公路路线起于河池市都安县澄江乡东谢村G210国道附近，与规划的来宾至都安段相接，路线向西与兰海高速公路(G75线)都安至南宁段相交后，总体走向由东向西，路线途经都安、大化、巴马三县，终点位于河池市巴马县县城以西巴马镇拉塘村附近，与在建的河池至百色高速公路相接。路线全长约120公里，匡算总投资156亿元，采用设计速度100Km/h，路基宽26.0米，双向四车道标准。全线共设置8座互通式立交，其中2处枢纽互通立交（都安南、巴马西）、6处落地互通（澄江、大化、古河、岩滩、羌圩、那桃）；共设置两处服务区（大化、巴马）。
本项目配电工程共有澄江收费站、弄莫隧道、地苏停车区、大化监控分中心、巴马东服务区等59个变电所。其中，收费站、服务区、管理中心及与管理中心合建的停车区等站区采用土建变电所形式，独立设置的停车区、枢纽互通采用箱式变电站的形式。变电所高压柜采用KYN28-12型移开式金属铠装高压开关柜，配真空断路器VBGs-12P，箱式变电站高压柜采用SM6环网开关柜。所有高压开关柜均需安装微机保护装置，实现过流、速断、零序、超温等继电保护及实现遥控、遥测、遥信三遥功能。变电站操作电源由专用UPD提供，且UPS满足电力监控系统接口要求。高压开关柜内需设置凝露控制器、加热板及检修灯。为确保供电的可靠性，各站区10/0.4kV变电所均设置一台柴油发电机组作为备用电源，发电机容量在200kW-500kW之间。在市电停电后，柴油发电机组可以自启动，为重要负荷供电。柴油发电机组各项状态数据，由发电机控制屏数据接口，通过电力监控系统的智能通信管理机传输至路段监控分中心。主电源和备用电源之间利用电源切换屏，使其不能并联运行。
2 项目需求
本次针对都安至巴马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、变压器出线柜均配置AM4-I微机保护装置；高压自动转换开关柜中主供进线配置AM5-B备自投保护装置，实现两路进线的自动切换功能。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：
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产品图片 |
产品型号 |
主要功能 |
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AM4-I |
三段式过流保护（可经低电压闭锁、可经二次谐波闭锁）、反时限过流保护（可经低电压闭锁）、两段式零序I0过流/反时限过流/后加速过流、两段式负序过流/负序反时限过流、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（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、过电压跳闸、过电压告警 |
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AM5-B |
三段式过流保护、反时限过流保护、后加速过流保护、两段式零序过流/反时限过流/后加速过流保护、进线备自投/母联备自投（支持16种备自投方式）、PT断线告警、控故障告警、母线充电保护 |
3 产品方案
本工程10kV配电工程共有59个变电所，以达墨隧道2#变电所、弄莫隧道2#变电所为例，上图方案如下：
图1 达墨隧道2#变电所上图方案
图2 弄莫隧道2#变电所上图方案
整个都安至巴马高速公路共有59个变电所，每个变电所所设微机保护型号与数量如下：
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变电所名称 |
微机保护装置型号 |
微机保护装置数量 |
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澄江收费站 |
AM4-I |
2台 |
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地苏停车区（上行线） |
AM4-I |
3台 |
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地苏停车区（下行线） |
AM4-I |
2台 |
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大化收费站 |
AM4-I |
2台 |
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大化监控分中心 |
AM4-I |
2台 |
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大化服务区 |
AM4-I |
4台 |
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都阳收费站 |
AM4-I |
2台 |
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江南停车区（上行线） |
AM4-I |
3台 |
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江南停车区（下行线） |
AM4-I |
2台 |
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羌圩收费站 |
AM4-I |
2台 |
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巴马东收费站 |
AM4-I |
2台 |
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巴马东服务区（上行线） |
AM4-I |
4台 |
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巴马东服务区（下行线） |
AM4-I |
3台 |
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枢纽互通箱式变电站 |
AM4-I |
2台 |
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弄莫隧道1#变电所 |
AM4-I |
3台 |
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弄莫隧道2#变电所 |
AM4-I |
3台 |
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弄叩隧道变电所 |
AM4-I |
3台 |
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万宁隧道箱式变电站 |
AM4-I |
2台 |
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下排一号隧道变电所 |
AM4-I |
2台 |
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下排二号隧道变电所 |
AM4-I |
2台 |
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弄王隧道箱式变电站 |
AM4-I |
2台 |
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弄六隧道变电所 |
AM4-I |
3台 |
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弄药、岩香隧道变电所 |
AM4-I |
2台 |
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弄拉隧道变电所 |
AM4-I |
3台 |
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丹曲隧道1#变电所 |
AM4-I |
3台 |
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丹曲隧道2#变电所 |
AM4-I |
3台 |
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华内隧道1#变电所 |
AM4-I |
4台 |
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AM5-B |
1台 |
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华内隧道2#变电所 |
AM4-I |
4台 |
|
AM5-B |
1台 |
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华内隧道3#变电所 |
AM4-I |
4台 |
|
AM5-B |
1台 |
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弄安隧道2#变电所 |
AM4-I |
3台 |
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拜各隧道1#变电所 |
AM4-I |
3台 |
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拜各隧道2#变电所 |
AM4-I |
3台 |
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弄楼一号隧道箱式变电站 |
AM4-I |
2台 |
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弄楼二号隧道1#变电所 |
AM4-I |
3台 |
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弄楼二号隧道2#变电所 |
AM4-I |
3台 |
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弄楼三号隧道2#变电所 |
AM4-I |
3台 |
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巴独隧道箱式变电站 |
AM4-I |
2台 |
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伏龙隧道1#变电所 |
AM4-I |
4台 |
|
AM5-B |
1台 |
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|
伏龙隧道2#变电所 |
AM4-I |
4台 |
|
AM5-B |
1台 |
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伏龙隧道3#变电所 |
AM4-I |
4台 |
|
AM5-B |
1台 |
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百闷隧道箱式变电站 |
AM4-I |
2台 |
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永靖隧道变电所 |
AM4-I |
3台 |
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同泽隧道1#变电所 |
AM4-I |
4台 |
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AM5-B |
1台 |
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同泽隧道2#变电所 |
AM4-I |
4台 |
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AM5-B |
1台 |
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达墨隧道2#变电所 |
AM4-I |
4台 |
|
AM5-B |
1台 |
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达墨隧道3#变电所 |
AM4-I |
4台 |
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AM5-B |
1台 |
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发瑞隧道1#变电所 |
AM4-I |
4台 |
|
AM5-B |
1台 |
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发瑞隧道2#变电所 |
AM4-I |
4台 |
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AM5-B |
1台 |
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发瑞隧道3#变电所 |
AM4-I |
4台 |
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AM5-B |
1台 |
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发瑞隧道4#变电所 |
AM4-I |
4台 |
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AM5-B |
1台 |
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廷心隧道变电所 |
AM4-I |
3台 |
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那良隧道箱式变电站 |
AM4-I |
2台 |
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百光隧道箱式变电站 |
AM4-I |
2台 |
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那会隧道箱式变电站 |
AM4-I |
2台 |
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那陈隧道变电所 |
AM4-I |
2台 |
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设吉隧道1#变电所 |
AM4-I |
4台 |
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AM5-B |
1台 |
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设吉隧道2#变电所 |
AM4-I |
4台 |
|
AM5-B |
1台 |
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设吉隧道3#变电所 |
AM4-I |
4台 |
|
AM5-B |
1台 |
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桥劳隧道1#变电所 |
AM4-I |
3台 |
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桥劳隧道2#变电所 |
AM4-I |
3台 |
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都南匝道隧道箱式变电站 |
AM4-I |
2台 |
上述都安至巴马高速公路变电所共配置180台AM4-I微机保护装置和17台AM5-B备自投保护装置，此外，本项目针对低压各回路配置2365只AMC72电能表和328只PC96电能表。
4 系统需求
为实时监视整个配电室的运行以及数据采集，该项目配置一套电力监控系统，主要实现对都安至巴马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、柴发、发电机控制屏、邮箱液位仪、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3 系统架构图
整个电力监控系统的高速公路主界面显示如下：
图4 都安至巴马高速公路主界面监视图
电力监控系统可实现的功能如下：
1）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。各个监控设备的监测界面如下：
图5 弄莫隧道2#变电所10kV配电监测界面
图6 弄莫隧道2#变电所0.4kV配电监测界面
2）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。
3）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。
图7 弄六隧道变电所用电报表
4）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。
图8 都安至巴马高速公路报警信息
5）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。
图9 弄莫隧道2#变电所SOE事件
6）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。
7）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。
8）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。
图10 下排一号隧道变电所变压器视在功率查询
9）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。
10）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。
11）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。
12）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。
图11 弄莫隧道变电所仪表通信状态
5 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。
图12 微机保护装置以及电能表在都安至巴马高速公路配电工程现场安装图片
6 结语
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，保证无故障设备继续正常运行，将事故限制在小范围，提高系统运行的可靠性，保证向用户安全、连续供电。本文介绍的AM4-I微机保护装置和AM5-B备自投保护装置，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。
参考文献
[1] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.6月版
[2] 安科瑞35KV以及下变电所智能配电系统设计与产品二次原理图集.2020.10月版
[3] 安科瑞用户变电站综合自动化与运维解决方案.2021.3月版
江苏安科瑞电器制造有限公司
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