微機繼電保護(hù)裝置和綜合自動化系統(tǒng)的組成及應(yīng)用

微機繼電保護(hù)裝置和綜合自動化系統(tǒng)的組

成及應(yīng)用

1、微機繼電保護(hù)裝置概述

1.1微機繼電保護(hù)裝置的發(fā)展

微機繼電保護(hù)是指以數(shù)字式計算機（包括微型機）為根抵

構(gòu)成的繼電保護(hù)。20世紀(jì)60年代中后期起源于英國和美國,

但是由于當(dāng)時計算機價格昂貴，同時也無法滿足高速繼電保

護(hù)的技術(shù)要求，因此沒有在保護(hù)方面取得實際應(yīng)用。隨著微

處理器技術(shù)不斷發(fā)展，促使計算機繼電保護(hù)的研究浮現(xiàn)了高

潮。在70年代后期,研發(fā)出了比較完善的微機保護(hù)樣機,并

投入到電力系統(tǒng)中試運行。80年代,微機保護(hù)在硬件構(gòu)造和

軟件技術(shù)方面日漸成熟,并已在一些國家推廣應(yīng)用。90年代,

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展到了微機保護(hù)時代，這是繼電保

護(hù)技術(shù)發(fā)展歷史過程中的第4代。我國的微機保護(hù)研究起步

于20世紀(jì)80年代初期,盡管起步晚但是發(fā)展很快。1984

年華北電力學(xué)院研制的輸電路線微機保護(hù)裝置首先通過鑒

定。從90年代開始我國繼電保護(hù)技術(shù)已進(jìn)入了微機保護(hù)的

時代。目前，無論在軟硬件技術(shù)還是在保護(hù)原理方面，國內(nèi)

繼電保護(hù)的發(fā)展都已到達(dá)甚至超過國外同行業(yè)水平。

1.2微機繼電保護(hù)裝置的構(gòu)造與原理

微機型繼電保護(hù)裝置是由微型計算機構(gòu)成的繼電保護(hù)

裝置,其核心是一臺微型計算機。保護(hù)對象的運行狀態(tài)量引

入裝置后經(jīng)過采樣和模數(shù)變換器變換成數(shù)字量輸入計算機，

計算機根據(jù)輸入量不斷地開展計算和判斷，當(dāng)發(fā)現(xiàn)被保護(hù)對

象工作狀況不正常時，通過接口電路驅(qū)動執(zhí)行元件，動作于

跳閘,用于報警或者執(zhí)行其他任務(wù)。保護(hù)裝置的硬件由CPU

主系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(或者稱摹擬量輸入系統(tǒng))及開關(guān)量

輸出系

統(tǒng)三部份組成,如圖1所示。121CPU主系統(tǒng)

CPU主系統(tǒng)包括微處理機CPU、存放程序的EPROM、

存放整定值的EPROM、隨機存儲器RAM以及可編程用以

實現(xiàn)各種定時要求(如定時采樣和各種保護(hù)的延時等)的定時

1.2.2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括電壓形成回路、摹擬低通濾波器、采

樣保持器(S/H)和模數(shù)變換器(A/D)。電壓形成回路將輸入量

變換成適合于模數(shù)變換器工作的電壓信號，并實現(xiàn)外部電路

和微機之間的電氣隔離，以防止輸入引線攜帶的共模浪涌干

擾微機的正常工作。對于交流輸入量，普通用變壓器原理實

現(xiàn)電氣隔離和電平轉(zhuǎn)換。對于直流輸入量,普通用電一一光

或者光——電轉(zhuǎn)換技術(shù)。

采樣保持器(S/H)的基本部份由一個快速電子開關(guān)S和

一個保持電容器C組成。在CPU主系統(tǒng)定時器的控制下,每

隔一定時間ts,使電子開關(guān)短時接通，開展采樣,從而在電

容器C兩端記下該時刻電壓信號的輸入值。電子開關(guān)打開后,

電容器上電壓短時保持基本不變，模數(shù)變換器可從容地將此

采樣值變換為數(shù)字量。摹擬變換器(A/D)將輸入的采樣值變

換成二進(jìn)制的數(shù)值,然后由CPU開展數(shù)字處理。

1.2.3開關(guān)量輸入輸出系統(tǒng)

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開關(guān)量輸入輸出系統(tǒng)是指保護(hù)裝置的出口、信號系統(tǒng)以

及裝置同外部其他裝置的觸點連接回路。微機通過可編程的

并行接口芯片和光電隔離器件同這些電路聯(lián)接。對不同的保

護(hù)原理，開關(guān)量輸入輸出系統(tǒng)的硬件構(gòu)造方式基本不變，

可以應(yīng)用通用的硬件配以不同的軟件實現(xiàn)各種不同的保護(hù)

原理。

1.3微機繼電保護(hù)的主要特點

Q)由于微機型繼電保護(hù)裝置各種功能均由軟件實現(xiàn)，

有很大的靈便性，于是該裝置具有常規(guī)保護(hù)裝置難以實現(xiàn)的

某些性能。通過打印機可以在事故后打印出多種有價值的信

息供事故分析，如輸出故障距離等；止匕外,該裝置具有在線

自動檢測功能，當(dāng)保護(hù)裝置異常時自動報警，并顯示出故障

部位,從而允許延長運行中的定檢周期，并減少調(diào)試工作量。

(2)工藝構(gòu)造條件優(yōu)越。主要表達(dá)在硬件比較通用，創(chuàng)造

標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一,裝置體積小，減少了盤位數(shù)量,功耗低等。

(3)可靠性高。數(shù)字元件的特性是不易受溫度變化、電源

波動、使用年限及元件更換的影響；止匕外，自檢和巡檢能力

強,可用軟件方法檢測主要元件、部件及功能軟件本身的工

況。

(4)使用靈便方便。人機界面越來越友好，其維護(hù)調(diào)試也

更方便,從而縮短了維修時間；同時依據(jù)運行經(jīng)驗，在現(xiàn)場

可通過軟件方法改變特性、構(gòu)造。

(5)可以開展遠(yuǎn)方監(jiān)控。微機保護(hù)裝置具有串行通信功能

與變電所綜合自動化系統(tǒng)的通信聯(lián)絡(luò)使微機保護(hù)具有遠(yuǎn)方

監(jiān)控特性。

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主控層三臺監(jiān)控主機以數(shù)字通訊方式連接起來。實現(xiàn)數(shù)據(jù)

的統(tǒng)

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一管理、監(jiān)控。多臺通訊管理器具有徹底一樣的功能。

⑶現(xiàn)場控制層：由微機繼電保護(hù)裝置、智能監(jiān)控采樣裝

置和其它設(shè)備的控制器組成，負(fù)責(zé)電氣設(shè)備的各類保護(hù)、現(xiàn)

場遙信/遙測數(shù)據(jù)的采集、遙控命令的執(zhí)行，并通過通訊接口

執(zhí)行數(shù)據(jù)的處理及傳送。

2.2保護(hù)監(jiān)控裝置的配置及設(shè)備選型

綜合自動化系統(tǒng)選用某電氣公司及其代理的微機繼電

保護(hù)監(jiān)控裝置和通訊管理器。

2.2.1220kV進(jìn)線和母線保護(hù)：由電力設(shè)計院完成路線

保護(hù)和母線保護(hù)裝置的設(shè)計，本綜合自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)留接

口以便接入。

2.2.2220kV/6kV動力變設(shè)置縱聯(lián)差動保護(hù)、變壓器瓦

斯保護(hù)、主變有載開關(guān)瓦斯保護(hù)、壓力釋放閥保護(hù)、溫度保

護(hù)、復(fù)合電壓啟動過電流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、零序保護(hù)。選

用T35和F35作為微機繼電保護(hù)裝置,C60作為監(jiān)控裝置。

2.2.3220kV整流機組變壓器設(shè)置調(diào)變有載開關(guān)瓦斯保

護(hù)、變壓器瓦斯保護(hù)、壓力釋放閥保護(hù)、溫度保護(hù)、復(fù)合電

壓啟動調(diào)變電流速斷保護(hù)、整變過流保護(hù)。選用F35作為微

機繼電保護(hù)裝置，C60作為監(jiān)控裝置。

2.2.4整流機組濾波裝置設(shè)置電流速斷保護(hù)、過壓保護(hù)、

欠壓保護(hù)、頻率保護(hù)、內(nèi)部不平衡電流電壓保護(hù)。選用F35

作為微機繼電保護(hù)裝置兼監(jiān)測裝置。

2.2.56kV總配系統(tǒng)：6kV進(jìn)線不設(shè)保護(hù)，動作于動力

變220kV保護(hù);6kV母聯(lián)設(shè)充電電流保護(hù)、電流速斷保護(hù)；

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6kV電纜饋線設(shè)帶時限電流速斷保護(hù)、過流保護(hù)、單相接地

保護(hù)；干式變壓器饋線設(shè)溫度保護(hù)、電流速斷保護(hù)、過流保

護(hù)、單相接地保護(hù)。選用帶液晶顯示的測控一體化裝置F650,

分散安裝于各個開關(guān)柜上。

2.2.6通訊管理層選用多臺ML2400作為通訊管理機。

2.2.7主控層為有人值班系統(tǒng)，配置二臺以時下主流配

置硬件系統(tǒng)的高性能、高可靠性的工控機，安裝系統(tǒng)監(jiān)控

組態(tài)軟件，可完成系統(tǒng)全面監(jiān)控和遠(yuǎn)動功能，也是操作人員

或者維護(hù)人員人機接口界面。一臺工程師工作站配置在辦

公室，也采用高性能、高可靠性的工控機，完成監(jiān)視、在

線調(diào)試功能。

3、應(yīng)用效果

Q)徹底改變了常規(guī)保護(hù)裝置的布線邏輯控制方式，簡

化了二次回路的構(gòu)造。把傳統(tǒng)的繼電器、接點、節(jié)點、導(dǎo)線

全部集成在裝置內(nèi)，在外電路惟獨一個開出量接點；

(2)改變了保護(hù)原理與路線一一對應(yīng)的關(guān)系，通過控制面

板上的菜單就可以改變保護(hù)特性和功能，組成不同的保護(hù)方

案；

(3)操作界面使用更方便，定值修改無需停電,只需要幾

分鐘即可完成，工作效率提高百倍，通過事件記錄菜單排查

故障也能大大縮短檢修時間；

(4)可實時開展各種電氣參數(shù)的采集和各電氣設(shè)備狀態(tài)

的遠(yuǎn)程監(jiān)控，實現(xiàn)事故報警和記錄功能，以及統(tǒng)計分析，報

表打印。最終實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)遠(yuǎn)動功能。

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