變電站綜合自動化系統(tǒng)與微機保護硬件原理

變電站綜合自動化系統(tǒng)與微機保護硬件原理簡介劉鑫第一部分變電站綜合自動化系統(tǒng)概述第一節(jié)變電站綜合自動化系統(tǒng)的概念一.變電站綜合自動化系統(tǒng)概念

變電站綜合自動化系統(tǒng)就是由基于微電子技術(shù)的智能電子裝置(IED）和后臺控制系統(tǒng)所組成的變電站運行控制系統(tǒng)，包括監(jiān)控、保護、自動控制等多個子系統(tǒng)。

IED:IntelligentElectronicDevice由一個或多個處理器組成，具有從外部源接收和傳送數(shù)據(jù)或控制外部源的任何設(shè)備，即電子多功能儀表、微機保護、控制器，在特定環(huán)境下在接口所限定范圍內(nèi)能夠執(zhí)行一個或多個邏輯接點任務(wù)的實體。二.變電站綜合自動化系統(tǒng)基本特征

1.功能實現(xiàn)綜合化

2.系統(tǒng)構(gòu)成模塊化3.結(jié)構(gòu)分布、分層、分散化

4.操作監(jiān)視屏幕化

5.通信局域網(wǎng)絡(luò)化、光纜化

6.運行管理智能化

7.測量顯示數(shù)字化三.變電站綜合自動化系統(tǒng)的優(yōu)越性1.在線運行的可靠性高2.供電質(zhì)量高3.專業(yè)綜合，易于發(fā)現(xiàn)隱患，處理事故恢復(fù)供電快4.變電站運行管理的自動化水平高5.減少控制電纜，縮小占地面積6.維護調(diào)試方便7.為變電站實現(xiàn)無人值班提供了可靠的技術(shù)條件第二節(jié)變電站綜合自動化系統(tǒng)的基本功能綜合自動化系統(tǒng)的基本功能主要有以下幾個方面：1.測量、監(jiān)視、控制功能2.繼電保護功能3.自動控制智能裝置的功能電壓、無功綜合控制、低頻減負(fù)荷控制、備用電源自投控制、小電流接地選線控制4.遠(yuǎn)動及數(shù)據(jù)通信功能5.自診斷、自恢復(fù)和自動切換功能四遙：遙測、遙信、遙控、遙調(diào)第三節(jié)變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式1.集中式結(jié)構(gòu)形式指采用不同檔次的計算機，擴展其外圍接口電路，集中采集變電站的模擬量、開關(guān)量等信息，集中進行計算和處理，分別完成微機監(jiān)控、微機保護和其他一些自動化功能。2.分層分布式結(jié)構(gòu)形式分層式結(jié)構(gòu)：過程層（0層）、間隔層（1層）、站控層（2層）分布式結(jié)構(gòu)：3.分層分布式變電站自動化系統(tǒng)的組屏及安裝方式

1.集中式的組屏

2.全分散式組屏

3.集中與分散相結(jié)合的組屏SELSELABBSEL7500PC網(wǎng)絡(luò)間隔層變電站綜合自動化系統(tǒng)簡略圖后臺監(jiān)控軟件站控層過程層第二部分微機保護硬件原理一.微機保護定義

微機保護是由微型計算機實現(xiàn)的新型保護，由硬件和軟件(即程序)兩大部分構(gòu)成。硬件的核心是微處理器。微機保護的硬件是通用的。保護性能和功能由軟件決定，軟件具有很強的計算、分析和邏輯判斷能力，有記憶功能，因此可實現(xiàn)任何功能完善且復(fù)雜的保護原理。二.微機保護裝置硬件組成結(jié)構(gòu)圖1.數(shù)據(jù)采集單元3.S/H：采樣保持器。把輸入模擬量信號的瞬時值記錄下來，并按所需的要求準(zhǔn)確地保持一段時間，供模/數(shù)轉(zhuǎn)換器使用4.多路轉(zhuǎn)換開關(guān)：微機保護通常需對多個模擬量同時采樣，由于每個模擬量通道用一個A/D轉(zhuǎn)換器成本太高而且實現(xiàn)電路較復(fù)雜，所以一般采用通過多路轉(zhuǎn)換器共用一個模擬轉(zhuǎn)換器（A/D），用多路轉(zhuǎn)換開關(guān)實現(xiàn)通道切換，輪流由公用的A/D將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。5.A/D：模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量各部分作用：1.電壓變換：將TA、TV采集到的信號轉(zhuǎn)變成微機保護裝置能夠接受的電壓信號；2.ALF：前置模擬低通濾波器。低通濾波器是一種能使工頻信號通過，同時抑制高頻信號的電路。2.開關(guān)量輸入輸出單元220V-E3.數(shù)據(jù)處理單元

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是微機保護的核心（微機主系統(tǒng)即CPU系統(tǒng)），它主要由中央處理器(CPU)、存儲器、定時器/計時器及控制電路等組成，并通過數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線連成一個系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和操作控制。繼電保護程序在數(shù)字核心部件內(nèi)運行，完成數(shù)字信號處理任務(wù)，指揮各種外圍接口部件運轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)繼電保護的原理和各項功能。4.人機對話單元5.通信接口微機保護除完成自身的獨立功能之外，通過主機向本地或遠(yuǎn)方傳送保護定值、故障報告等同時遠(yuǎn)方可通過主機對微機保護實行遠(yuǎn)方控制，如俢改定值、投切壓板等，這些都需由通信接口來實現(xiàn)。6.電源主要包括打印、現(xiàn)實、鍵盤及信號燈、音響等。在微機裝置中一般用裝置面板的形式出現(xiàn)。微機保護裝置電源采用逆變電源，即直流屏的直流電源送給微機保護裝置后，微機保護裝置內(nèi)部電源部分先將其逆變后又整流得到不同大小的直流電壓，從而將將外部電源轉(zhuǎn)變成各電路板需要的電源（5V，15V，12V或24V）。7.微機保護裝置的箱體和插件微機保護裝置箱體的正面稱為面板，面板上一般設(shè)置有顯示器、信號燈、鍵盤等。面板的背面都有一個插件，在裝置的內(nèi)部，是各種用途的插件。每一個插件都有其本身的功能。一般有電源插件、交流插件、繼電器插件、保護插件、通信插件等。

三.微機保護的軟件原理由于微機保護的硬件分為人機接口和保護兩大部分，因此相應(yīng)的軟件也就分為接口軟件和保護軟件兩大部分。

一、接口軟件

接口軟件是指人機接口部分的軟件，其程序可分為監(jiān)控程序和運行程序。執(zhí)行哪一部分程序由接口面板的工作方式或顯示器上顯示的菜單選擇來決定。調(diào)試方式下執(zhí)行監(jiān)控程序，運行方式下執(zhí)行運行程序。

二、保護軟件

各保護CPU插件的保護軟件配置為主程序和二個中斷服務(wù)程序。主程序通常都有三個基本模塊：初始化和自檢循環(huán)模塊、保護邏輯判斷模塊和跳閘處理模塊。通常把保護邏輯判斷和跳閘處理總稱為故障處理模塊。一般而言，前后二個模塊，在不同的保護裝置中基本上是相同的，而保護邏輯判斷模塊就隨不同的保護裝置而相差甚遠(yuǎn)。

中斷服務(wù)程序中斷的作用：暫時停止原程序執(zhí)行轉(zhuǎn)為外部事件，并在服務(wù)完成后自動返回原程序的執(zhí)行過程。

對保護裝置而言，其外部事件主要是指電力系統(tǒng)狀態(tài)、人機對話、系統(tǒng)機的串行通信要求。中斷服務(wù)程序有定時采樣中斷服務(wù)程序和串行口通信中斷服務(wù)程序。在不同的保護裝置中，采樣算法是不相同的，采樣算法有些不同或因保護裝置有些特殊要求，使得采樣中斷服務(wù)程序部分也不盡相同。不同保護的通信規(guī)約不同，也會造成程序的很大差異。

四、微機繼電保護裝置對環(huán)境及電源的要求1.2.五、微機保護裝置的校驗（摘自《微機繼電保護裝置運行管理規(guī)程》）一、

每套微機繼電保護裝置定檢周期和時間原則規(guī)定如下：

新安裝的保護裝置1年內(nèi)進行1次全部檢驗，以后每6年進行1次全部檢驗；每1～2年進行1次部分檢驗。二、

檢驗微機繼電保護裝置時，為防止損壞芯片，應(yīng)注意如下問題：

1、

微機繼電保護屏(柜)應(yīng)有良好可靠的接地，接地電阻應(yīng)符合設(shè)計規(guī)定。用使用交流電源的電子儀器(如示波器、頻率計等)測量電路參數(shù)時，電子儀器測量端子與電源側(cè)應(yīng)絕緣良好，儀器外殼應(yīng)與保護屏(柜)在同一點接地。

2、

檢驗中不宜用電烙鐵，如必須用電烙鐵，應(yīng)使用專用電烙鐵，并將電烙鐵與保護屏(柜)在同一點接地。

3、

用手接觸芯片的管腳時，應(yīng)有防止人身靜電損壞集成電路芯片的措施。

4、只有斷開直流電源后才允許插、拔插件。

5、拔芯片應(yīng)用專用起拔器，插入芯片應(yīng)注意芯片插入方向，插入芯片后應(yīng)經(jīng)第二人檢驗無誤后，方可通電檢驗或使用。

6、測量絕緣電阻時，應(yīng)拔出裝有集成電路芯片的插件(光耦及電源插件除外)。三、

微機繼電保護裝置現(xiàn)場檢驗應(yīng)做以下幾項內(nèi)容：

1、測量絕緣；

2、檢驗?zāi)孀冸娫?拉合直流電流，直流電源緩慢上升、緩慢下降時逆變電源和微機繼電保護裝置應(yīng)能正常工作)；

3、檢驗固化的程序是否正確；

4、檢驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的精度和平衡度；

5、檢驗開關(guān)量輸入和輸出回路；

6、檢驗定值單；

7、整組檢驗；

8、用一次電流及工作電壓檢驗。1.微機繼電保護裝置應(yīng)對二次回路異常運行情況（如電流互感器斷線、電壓互感器斷線、相序接反等）進行自動檢測，發(fā)現(xiàn)異常運行狀況時，告警或/和閉鎖可能誤動的保護；2.微機保護裝置必須具有故障記