微机继电保护系统分析

微机继电保护系统分析（精选9篇）

微机继电保护系统分析 篇1

引言

眼下, 计算机网络作为信息和数据通信工程已成为信息时代的技术支撑, 使人类生产和社会生活的面貌发生了变化--微机继电保护装置就是其中的一例, 实际上就是一台高性能、多功能的计算机, 是整个电力系统计算机网络上的一个智能终端。它能有效从网上获取电力系统运行和故障的任何信息和数据, 也可将它所获得的被保护元件的任何信息和数据传送给网络控制中心或任一终端。因此, 每个微机继电保护装置不但可完成继电保护功能, 而且在无故障正常运行隋况下还可完成测量、控制、数据通信功能亦即实现保护、控制、测量、数据通信一体化。

1. 电力系统中微机继电保护装置的应用

我国电力系统中继电保护装置的应用比较广泛, 本文结合笔者工作实际, 就以电力系统中微机继电保护装置为例谈下它在某地区线路中的设计应用。

1.1 电力系统中微机继电保护装置介绍

实际上, 我们所说的微机继电保护装置一般是以微处理器为基础, 采用数字处理的方法用不同的模块化软件来实现各种功能。但是随着我国微电子技术的发展, 各种功能强大的微处理器及其他相关大规模集成电路器件的广泛应用, 使得微机继电保护装置得到了飞速的发展, 它的应用范围越来越大, 功能也越来越大。特别是在电力系统中的保护功能上, 采用不同的装置可以有效地实现线路、变压器、等电力设备的保护功能。不仅如此, 利用微处理器强大的数据处理能力, 还能实现以往难以实现的很多保护功能

以往旧有的电磁和电磁感应原理的保护存在动作速度慢、灵敏度低等缺点, 晶体管继电保护装置也有抗干扰能力差、判据不准确, 装置本身的质量不是很稳定等明显的缺点。但是随着数字计算机技术的发展, 大规模集成电路技术的飞速发展, 微处理器和微型计算机进入实用化的阶段, 微机继电保护装置开始逐渐趋于实用。

1.2 电力系统中微机继电保护装置应用

1.21应用地区情况。某座城市的城区共设有110 k V变电站66座, 日常的运行维护工作分属其下属的供电分公司变电一、二部所管理, 其中变电一部管辖110 k V变电站34座, 主要位于城区西面, 主变压器容量共3142MVA;变电二部管辖110k V变电站32座, 主要位于城区北面, 主变压器容量共2666MVA。全部变电站已实现三遥无人值班。

另外, 110k V变电站采用的保护装置类型达50余种, 数量共有2071套, 其中微机继电型保护装置1764套, 集成型保护装置72套, 电磁型保护装置235套。

笔者从有关数据统计来看, 后一年的微机继电保护正确动作率高于前一年的, 而且在继电保护设备数量不断增加的情况下, 保护正确动作率一直处于较高的水平。

但是也有不正确的动作情况。笔者从具体的数据分析得知, 得出如下的结论:

1.22元器件有故障。在我国的电力系统中, 据笔者所知元器件故障引起保护装置动作不正确所占比例较大。这主要原因是厂家设备制造工艺不良和部分元器件质量不佳。解决这种问题除了要求厂家在质量上严格把关外, 还应对保护装置缺陷进行长期跟踪, 应尽快将运行时间较长、经常出现不正确动作的保护装置列入改造计划并督促实施;此外, 我们还应加强设备的选型工作, 以期将设备质量问题从源头就开始消除。

1.23设备的设计原理存在缺陷。现在的保护装置设计原理缺陷大致可以分为以下两类:第一类是抗干扰能力差, 比如说某个变电站发生事故, 由于本体保护非电量保护启动及出口回路仅由6只2 kΩ电阻和3只24V继电器串联组成, 并没有任何的抗干扰措施, 事故时受雷电干扰导致了本体重瓦斯保护误动作;第二类是保护程序设计错误, 一变电站发生自投装置TV断线后重新上电时, 程序逻辑出错导致了502A开关误动作。对于保护设计错误引起的不正确动作, 笔者建议除了在事故后及时制定相应的反措外, 在设备投运前还应对图纸设计加强审核。另外, 对于新型号装置, 在正式选用前, 二次专业人员也应与厂方设计人员加强技术交流, 以保障新设备的可靠性和适用性。

1.24施工维护也存在一定的问题。如果对变电站开关零序保护动作, 站内1号Z形变压器保护同时出口切开变压器低压侧开关。事故原因是变电站管理移交时图纸和试验数据不完备, 导致Z形变压器存在2套零序保护, 像类似这样的事故表明我们的试验记录和图纸资料管理制度仍有待完善。

2. 电力系统中微机继电保护装置的维护

根据上面案例的分析和比较, 笔者也总结了一些维护微机继电保护装置的方法, 行文如下:

我们电力系统的有关值班人员要定期定时对微机继电保护装置进行巡视和检查, 并做好各仪表的运行记录。在它运行过程中, 如果发现异常现象时, 应加强监视并向主管部门报告, 并建立岗位责任制, 做到每个盘柜有值班人员负责。同时, 我们还要做好继电保护装置的清扫工作。但要注意, 笔者在这建议清扫工作最好由两人进行, 防止误碰运行设备, 注意与带电设备保持安全距离, 避免人身触电和造成二次回路短路、接地事故。对微机保护的电流、电压采样值每周记录一次, 每月对微机保护的打印机进行定期检查并打印。

除了以上的两点外, 还要做到:我们还要全面了解设备的初始状态。微机继电保护设备的初始状态, 影响其日后的正常和有效运行。因此, 必须注意收集整理设备图纸、技术资料以及相关设备的运行和检测数据的资料。对设备日常状态的检修, 要在设备生命周期中各个环节都必须予以关注, 进行全过程的管理。

要对设备运行状态数据进行及时、全面的统计分析。首先要了解设备出现故障的特点和规律, 进而通过对继电保护装置运行状态的日常数据的分析, 预先判断分析故障出现的部分和时间, 在故障未发生时, 及时地排查。提高保护装置的安全系数和使用周期, 保证电力系统的正常运行。

3. 电力系统中微机继电保护装置的发展

据资料显示, 我国从70年代末就已开始了计算机继电保护装置的研究工作, 揭开了我国继电保护发展史上新的一页, 为微机保护的应用打下了基础, 为电力系统提供了性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置。

但随着微机保护装置的研究, 在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果。可以说从90年代开始我国继电保护技术已进入了微机保护的时代。这除了保护的基本功能外, 还应具有大容量故障信息和数据的长期存放空间, 快速的数据处理功能, 强大的通信能力, 与其它保护、控制装置和调度联网以共享全系统数据、信息和网络资源的能力, 高级语言编程等。这就要求微机保护装置具有相当于一台PC机的功能。现在, 同微机保护装置大小相似的工控机的功能、速度、存储容量大大超过了当年的小型机, 因此, 用成套工控机作成继电保护的时机已经成熟, 这将是微机继电保护装置的发展方向之一。但继电保护装置的微机化、计算机化是不可逆转的发展趋势。但对如何更好地满足电力系统要求, 如何进一步提高继电保护的可靠性, 取得更大的经济效益和社会效益, 我们尚须进行具体深入的研究。

摘要：我国的电力系统急速发展, 对继电保护提出了一项新的要求。文章结合实际着重阐述了微机继电保护装置在当下我国电力系统中的应用, 分析了它的未来发展, 供大家参考。

关键词：电力系统,微机继电保护,应用案例,未来发展

参考文献

[1]王泽.关于继电保护可靠性提高措施的探讨[J].中小企业管理与科技 (下旬刊) , 2010年06期.

[2]赵自刚.继电保护运行与故障信息自动化管理系[J].电力系统自动化, 2009.

[3]朱广伟;;微机继电保护在企业供电系统中的应用及发展趋势[J];辽宁科技学院学报, 2006年03.

[4]苗友忠.配电系统馈线整体化暂态保护与分布智能故障定位的研究[D].天津:天津大学.2004年.

35kV变电站微机继电保护探析 篇2

【关键词】35kV变电站；微机继电保护；优点；构成；应用

35kV变电站继电保护的作用是在电力系统发生故障时，通过继电保护自动消除故障或是发出警告，以便电力工作人员及时处理故障，从而达到保证35kV变电站正常运行的目的。微机继电保护是一种新型的继电保护结构，相较于传统继电保护结构，具有较多优点，在35kV变电站中应用微机继电保护，具有十分重要的意义。

1.微机继电保护的优点概述

第一，性能稳定，可靠性高。微机继电保护是以微型计算机强大的运算能力作为基础，对对电力系统是否正常运行进行判据，其数字元件所具有的特性受各种因素影响较小，例如温差变化、使用年限、电源波动等，具有性能稳定，可靠性高的优点。

第二，动作正确率高。相较于传统的继电保护，微机继电保护具有一定的特性，能够实现故障分量保护、状态预测、自动控制等手段，将这些手段应用到继电保护中，能够极大的提高动作正确率。

第三，容易获取附加功能。微机继电保护即是利用微型计算机来实现对继电的保护，通过配置相关辅助设备，例如打印机、显示屏等，并进行联网，能够轻松获取有关电力系统故障的信息情况，例如故障录波、波形分析等，从而为电力部门处理电力系统故障提供了重要的依据。

第四，灵活性较强。微机继电保护能够对电力系统故障状态进行预测并进行自动控制，实现了人机界面，不仅为维护调试提供了便利，还减少了故障处理时间，提高了故障处理效率。通过对微机继电保护的运行情况进行长期观测表明，能够利用微机中的相关软件在现场改变继电保护的特性以及结构。此外，微机继电保护还具有串行通信功能，能够通过网络连接实现远程监控[1]。

2.传统电磁式继电保护的弊端

（1）占的空间大，安装不方便。

（2）采用的继电器触点多，大大降低了保护的灵敏度和可靠性。

（3）调试、检修复杂，一般要停电才能进行，影响正常生产。

（5）使用寿命太短，由于继电器线圈的老化直接影响保护的可靠动作。

（6）继电器保护功能单一，要安装各种表计才能观察实时负荷。

（7）数据不能远方监控，无法实现远程控制。

（8）继电器自身不具备监控功能，当继电器线圈短路后，不到现场是不能发现的。

（9）继电器保护是直接和电器设备连接的，中间没有光电隔离，容易遭受雷击。

（10）常规保护已经逐渐淘汰，很多继电器已经停止生产。

3.结合某变电站改造实例分析35kV变电站微机继电保护应用

某变电站改造传统电磁式继电保护时，两台主变的差动电流速断保护选用CAT221微机保护装置，两台主变的高、低压后备保护装置选用CAT211微机保护，两路35kV电源进线选用RCS—9613微机继电保护，监控平台选用iES—SL300微机保护监控，具体改造过程如下。

3.1主变保护装置的改造

3.1.1主变的差动电流速断保护

CAT221微机保护装置的工作方式为两个CPU（一个测控CPU，一个保护CPU）共同运行的方式。由于是两个CPU共同运行，所以采集数据的CPU插件也有两个，且是独立回路，利用串行通信的方式实现信息交换，即便发生通信故障，也不会对保护动作产生影响。测控CPU的功能较多，主要包括实现网络通讯、完成人机界面、对开关量进行采集、控制主变中性点接地等。保护CPU的主要功能就是进行保护。CAT221微机保护装置中的显示屏幕为液晶显示屏，通过液晶显示屏能够实现在线对所有开关量、输入交流量、整定值以及历史记录进行查看的功能。利用相关软件能够合理调整交流量精度，具体操作由微机装置中的键盘以及显示界面来完成。

3.1.2主变高、低压侧后备保护

选用CAT211微机保护装置，具有主变高、低压侧速断、过负荷、过流等保护功能。其主要功能是准确提供交直流模拟量、采集脉冲量、开关量，为主变高、低压后备保护提供便利。其保护功能还可以为主变单侧断路器提供手动和遥控分合控制。主变高、低压后备保护中，CAT211微机保护装置所具有的保护功能还能针对主变单侧断路器情况分别提供手动和遥控分合控制两种手段。主变高、低压侧后备保护中，CAT211微机保护装置的保护功能不仅表现为对复合电压闭锁的三段过流保护、母线充电保护以及三段过负荷保护功能，还能表现为对零序过压发信、母线PT断线判别以及控制回路断线判别的功能。

3.2电源线微机继电保护

RCS—9613微机继电保护的主要功能是同时对两路35kV电源光纤纵差、过流、过负荷以及定时限速断进行保护。在35kV变电站电源线继电保护方面选用RCS—9613微机继电保护具有众多优点：性能稳定、可靠性高、动作快速；操作回路灵活、适应机构广；选配插件充分满足现场需要；全封闭机箱有效隔离强弱电；抗干扰能力强；对外电磁辐射符合标准；事件报告处理功能完善等。RCS—9613微机继电保护功能主要表现为以下方面：对短线路光纤纵差进行保护；对零序过流进行保护；对三段式的定时限方向过流进行保护；对一段定值分别独立整定的合闸加速进行保护；对低周减载进行保护等。

3.3监控平台的微机继电保护

iES—SL300微机继电保护中的软件系统包括5种模块：数据库编辑模块、通讯服务器模块、图形绘制模块、数据库服务器模块、人机对话模块。其中数据库编辑模块和通讯服务器模块相配合能够完成网络RTU；而其余三种模块相配合能够为实现保护功能提供重要的支持。以上5种模块共同配合就具备变电站监控通讯和保护功能。在35kV变电站中iES—SL300微机继电保护具有明显的优点：第一，硬件处理能力强、运行速度快、稳定性高；第二，软件运行稳定、功能扩展性好；第三，完备的通讯功能，支持多种通讯方式，例如串行通讯、总线通讯、以太网通讯等方式；第四，满足现代化变电站运行要求，能实现无人值班变电站正常运行。第五，传统电磁式继电保护装置接线繁琐、机械触点多的问题得到解决。

4.结语

综上所述，本文对35kV变电站微机继电保护进行了分析与探讨，具有非常重要的意义。35kV变电站是否正常运行对于我国国民经济发展及人民日常生产生活有着严重的影响，加强35kV变电站继电保护，并大力引进先进科学技术、设备，能够为35kV变电站的正常运行提供可靠的保障。

参考文献

[1]郝文新.35kV变电站微机继电保护设计[J].山西建筑，2008，32：182-183.

[2]刘亚辉.35kV变电站微机继电保护研究[J].中国电业（技术版），2013，03：14-16.

微机继电保护系统分析 篇3

随着微电子技术和计算机技术的迅速发展,继电保护也已经迈向微机时代。一方面,微机保护装置早已突破常规保护的概念,向计算机化、网络化、智能化,保护、控制、测量和数据通信一体化发展。大量微电子技术的应用使其在电磁干扰方面有明显的敏感性和脆弱性;另一方面,微机保护装置一般工作在电磁环境极为恶劣的变电站中,使位于开关场内的继电保护装置比主控室继电保护所遭受的电磁干扰更加强烈,因此研究微机保护装置的抗电磁干扰性能具有重要的意义,不少学者对此都作了深入探讨[1,2]。

1 电磁干扰源分析

保护设备位于变电站内,变电站的电磁干扰是非常强烈的。随着输电电压的提高,当开关进行运行操作或发生故障时,在空间内会产生更强的电磁场。而且,SF6开关和GIS(Gas-Insulated Substation,GIS)系统的使用也越来越普遍。由于SF6气体的去游离能力极强,当开关操作时,母线上会出现频率极高的快速暂态过电压,向空间辐射上升沿极陡的脉冲电磁场,成为频带很宽的更强烈的干扰源[3],其电磁环境极为恶劣,EMC问题就更加突出。具体地说,可能存在的电磁干扰有很多种,例如变电站内可能产生的电磁干扰如高压回路中操作隔离开关及断路器引起的电气暂态现象;高压回路中绝缘击穿或避雷器和火花间隙放电引起的电气暂态现象;高压装置产生的工频电场和磁场;接地系统中的短路电流引起的电位升;雷电引起的电气暂态现象;低压设备开合操作引起的快速瞬变干扰;静电放电;设施内部或外部的无线电发射装置产生的高频场;设施内部其他电气或电子设备产生的高频传导和辐射干扰;供电线路串来的低频传导干扰;核电磁脉冲(NEMP);地磁干扰等等。归纳起来,常见电磁现象的属性如表1所示。

由于电磁环境是非常复杂的,可以用三类现象来描述所有的电磁干扰。(1)低频现象(传导及辐射的,除静电放电以外);(2)高频现象(传导及辐射的,除静电放电以外);(3)静电放电现象(传导及辐射的)。表2列出了基本电磁干扰现象,其分类是相当广泛的,包罗了绝大多数的电磁现象。在对于一个给定的设备进行抗干扰分析时,需要按照设备所处的环境及固有特性来进行组合分析。

2 电磁兼容性与电磁干扰机理

2.1 电磁兼容性

电磁兼容(Electromagnetic Compatibility,EMC)是研究在有限的空间、有限的时间及有限的频谱资源条件下,各种设备可以共存并不致引起性能降低的一门科学。电磁兼容定义为:“设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁干扰的能力。”从上述定义看,电磁兼容应包括:设备不受干扰的影响;设备不对周围的其他设备形成不能承受的干扰。电磁兼容涉及到以下问题:干扰源特性的研究,包括电磁干扰产生的机理、频域及时域的特性、抑制其发射强度的方法等;敏感设备的抗干扰性能;电磁干扰的特性,包括辐射和传导;电磁兼容的测量,包括测量设备、测量方法、数据处理方法以及测量结果的评价;系统内及系统间的电磁兼容性。电磁兼容的研究涉及自然界的电磁干扰(Electromagnetic Interference,EMI)源及其模型的研究、EMI、EMC的测量及评估、实现EMC的技术及技巧,其内容包括:

(1)自然界及人为的电磁干扰源及其模型的研究:闪电及静电放电是两个自然界的电磁干扰源。

(2)EMI和EMC的测量:开阔场地的测量;辐射干扰的测量;传导干扰的测量;脉冲干扰的测量(静电放电、电快速瞬时变脉冲群、电浪涌)。

(3)实现EMC的技术及技巧:屏蔽;接地;绑接;滤波;适当的频率规划及实现;采用特殊设计的电缆及连接器来抑制干扰。

2.2 电磁干扰机理

形成电磁干扰必须同时具备三个因素:电磁干扰源;对此种类型的干扰能量敏感的接受器(敏感设备);将能量从干扰源耦合到敏感设备的媒质(耦合通道)。因此,抗干扰设计必须从两个方面着手:减小设备内部存在的射频能量(发射);减小进入设备内的射频能量(敏感度或抗扰度)。发射和干扰是通过辐射及传导途径传输。为了更深入地研究干扰途径,必须认识到传播途径包含多种传播方式。一般来说,干扰途径有:从干扰源到敏感设备的直接辐射;从干扰源将射频能量直接辐射到敏感设备的电源线或信号控制电缆;射频能量通过电源线、信号线及控制线,从干扰源辐射到敏感设备;射频能量通过公共电源线或公共信号/控制电缆。对于上述耦合途径,存在四种形式的耦合:传导、电磁场、磁场及电场。

电磁干扰与耦合方式有关。在装置的端口或敏感设备的回路上的作用形式可以分为共模干扰、差模干扰两种情形。差模干扰是串联于信号源之中的干扰;共模干扰是引起回路对地电位发生变化的干扰,即对地干扰。共模干扰可为直流,也可为交流,它是装置不正常工作的主要来源。通常认为差模信号携带有用的数据及信息;共模信号不含有任何有用的信息,是最主要的辐射源,对装置的EMC影响最大。共模电流的幅度一般比差模电流小,但它却能产生非常高的辐射电场。差模电流的辐射发射可以被削弱,但是绝对无法消除,因为两个传输途径不可能绝对一致。此时共模电流的发射也随之产生。有许多因素,如距导电面的距离、结构的对称性等都会产生共模电流。非常小的共模电流产生的RF发射能量将与非常大的差模电流RF能量相当,并且共模电流在RF回流路径中不可能被取消。

应当注意:印制板PCB上的共模电流,与差模电流相比,是很难预测的。共模电流的返回通路常常是经杂散电容(位移电流)至其他相邻物体。因此一个完整的预测方案必须详细考虑PCB和其外壳的机械结构以及对地和对其他设备的接近程度。削弱共模干扰的主要方法有:浮空隔离技术;双层屏蔽技术;系统一点接地;低阻抗匹配传输、电流传输代替电压传输;采用隔离变压器;采用光电耦合器等。

当两个信号线都有差分阻抗,就存在差模电流与共模电流的转换。这些阻抗在射频下主要是由于杂散电容及杂散电感产生。在印制板布置时,一定要使装置的杂散电容及杂散电感最小,以阻止差模、共模电流的产生。由于需要平衡的电压及参考地,对于存在高频信号的电路一定要平衡设计,使每个导体上的杂散电容保持一致,最大程度地降低射频辐射能量、减少对其他信号的影响及提高抗扰度。

3 数字电路在干扰下的行为及其影响因素分析

大多数微控制器(MCU)采用CMOS技术。由于这些器件的同步特性,时钟信号电平的差异可能引起误动作。所有的CMOS设备都有一个噪声阀值,当超过该值时,将产生错误。元器件在干扰作用下被破坏的形式如下:(1)干扰功率过大造成半导体器件PN结点熔化或者烧毁;(2)电压过高,使半导体器件厚度仅为微米级的氧化膜绝缘层击穿而损坏;(3)电流过大使半导体器件的镀敷金属烧毁;(4)出现幅度过大的尖峰电压,使半导体器件处于不能自动恢复至正常状态,造成电路“死机”,切断电源后尚可恢复正常。由于半导体器件的损坏存在累计过程,所以任何不良的影响均会由潜伏性损坏导致永久性损坏。而器件的损坏会带来额定电压下降、性能降低、计算机数据丢失、误动作、拒动作等不良后果。电磁干扰导致电子设备失效的最根本原因在于电子元器件在电磁干扰能量作用下的破坏,其脉冲能量及元器件失效能量如表3和表4所示。

从装置系统级EMC考虑,在EMC研究中应考虑以下几点[4]:(1)频率,研究问题的频谱。(2)幅值,干扰源的电平多强?引起有害干扰的最大电势是多大?(3)时间,研究的问题是连续信号或者仅在操作间隔内出现?(4)阻抗,干扰源、敏感设备的阻抗以及传输途径的阻抗。(5)物理尺寸,设备能够引起发射的物理尺寸。当装置产生EMI问题时,依照上述特性分析问题是非常有益的。此外根据“Norton等效定理”得到的Norton网络,EMI问题都可以迎刃而解。

4 微机保护硬件系统抑制干扰的策略

通常抑制干扰的措施包括:积极防范电磁干扰的措施,即抑制干扰源;消极防电磁干扰措施,即阻断干扰途径;预防性抑制电磁干扰的措施,即降低受干扰装置的噪声敏感度。在研究系统级EMC问题时应当注意:不使用不当的抑制干扰措施;电缆及接插件(连接器)的错误设计、实施及接地处理;错误的印制板(PCB)布置。具体地说,也就是抑制干扰的措施与时钟和周期信号的布线、印制板的布局及信号的布置、选择高频谱能量分布的元器件、共模、差模滤波器、接地处理和不充分的旁路、退耦电容有关系。为了克服上述缺陷,可采用屏蔽、密封、接地、滤波、解耦、正确布线、隔离、电路阻抗控制等措施。

4.1 布局与布线

布局与布线的好坏对PCB的电磁兼容性影响是非常大的,所以在布局与布线前就应考虑到电磁兼容性问题。数字电路、模拟电路以及电源电路的元件的布局和布线特点各不相同,它们产生的干扰以及抑制措施也不相同。所以在元件布局时,应将数字电路、模拟电路以及电源电路分别放置,将高频电路与低频电路分开。在条件允许的情况下应使之各自隔离或单独做成一块电路板。此外,布局中还应特别注意强、弱信号的器件分布及信号传输方向、途径等问题。时钟发生器、晶振和CPU的时钟输入端都易产生噪声,要相互靠近些。易产生噪声的器件、小电流电路、大电流电路等应尽量远离逻辑电路。

电路元件和信号通路的布局必须最大限度地减少无用信号的相互耦合:低电平信号不能靠近高电平信号和无滤波的电源线;将低电平的模拟电路和数字电路分开,避免模拟电路、数字电路和电源公共回线产生公共阻抗耦合;高、中、低速逻辑电路在PCB上要用不同区域;安排电路时要使得信号线长度最小;保证相邻板之间、同一板相邻层之间、同一层面相邻布线之间不能有过长的平行信号线;EMI滤波器要尽可能靠近EMI源,并放在同一块线路板上;DC/DC变换器、开关元件和整流器尽可能靠近变压器放置,使导线长度最小;尽可能靠近整流二极管放置调压元件和滤波电容器;将印刷电路板按频率和电流开关特性分区,噪声元件与非噪声元件要距离远一些;对噪声敏感的布线不要与大电流,高速开关线平行[5]。在布线时,要注意:

(1)45°角的路径:与过孔相似,应该避免直角的转弯路径,因为它在内部的边缘能产生集中的电场。该场能耦合较强噪声到相邻路径。因此,当转动路径时全部的直角路径应该采用45°。

(2)短截线:会产生反射,同时也潜在增加天线辐射的可能。虽然短截线长度可能不是任何系统已知信号波长的1/4整数,但是附带的辐射可能在短截线上产生振荡。因此,避免在传送高频率和敏感的信号路径上使用短截线。

(3)不变的路径宽度:信号路径的宽度从驱动到负载应该是常数。改变路径宽度时路径阻抗会产生改变,从而产生反射和造成线路阻抗不平衡。

(4)树型信号线排列:虽然树型排列适用于多个PCB印刷线路板的地线连接,但它带有可能产生多个短截线的信号路径。因此,应尽量避免用树型排列高速和敏感的信号线。

(5)辐射型信号线排列:辐射型信号排列通常有最短的路径,以及产生从源点到接收器的最小延迟,但是这也能产生反射和辐射干扰,所以应避免用辐射型排列高速和敏感信号线。

(6)过孔密度:经过电源和地层的过孔过于密集会在接近过孔的地方产生局部化的阻抗差异。这个区域不仅成为信号活动的“热点”,而且电源在这点是高阻,影响射频电流传递。

(7)接地敷铜区:所有的敷铜区应该被连接到地,否则,这些大的敷铜区能充当辐射天线。

(8)最小化环面积:保持信号路径和它的地返回线紧靠在一起将有助于最小化地环,因而,也避免了潜在的天线环。对于高速单端信号,有时如果信号路径没有沿着低阻的地层走,地线回路必须沿着信号路径流动来布置。

(9)其他布线策略:采用平行走线可以减少导线电感,但导线之间的互感和分布电容会增加,如果布局允许,电源线和地线最好采用井字形网状布线结构,具体做法是印刷板的一面横向布线,另一面纵向布线,然后在交叉孔处用金属孔相连。

4.2 接地设计

在电子设备中,接地是控制干扰的重要方法。如能将接地和屏蔽正确结合起来使用,可解决大部分干扰问题。电子设备中地线结构大致有系统地、机壳地(屏蔽地)、数字地(逻辑地)和模拟地等。在PCB板的地线设计中,接地技术既应用于多层PCB,也应用于单层PCB。接地技术的目标是最小化接地阻抗,从而减少从电路返回到电源之间的接地回路电势。

(1)正确选择单点接地与多点接地。在低频电路中,信号的工作频率小于1 MHz,它的布线和器件间的电感影响较小,而接地电路形成的环流对干扰影响较大,因而应采用单点接地。当信号工作频率大于10 MHz时,地线阻抗变得很大,此时应尽量降低地线阻抗,应采用就近多点接地。当工作频率在1~10 MHz时,如果采用单点接地,其地线长度不应超过波长的1/20,否则应采用多点接地。高频电路宜采用多点串联接地,地线应短而粗,高频元件周围尽量布置栅格状大面积接地铜箔。

(2)将数字电路与模拟电路分开。电路板上既有高速逻辑电路又有模拟电路,应尽量使它们分开,两者的地线不要相混,应分别与电源端地线相连。要尽量加大模拟电路的接地面积。

(3)接地线应尽量短而粗。因为导体电感与其直径对应成反比,而与其长度成正比,若接地线用很细的线条,导线电感增大,接地电位会随电流的变化而变化,致使电子设备的定时电平信号不稳,抗噪声能力变弱。因此应将接地线尽量加粗,使它能通过三倍于印刷线路板的允许电流。

(4)将接地线构成闭环路。在设计只由数字电路组成的地线系统时,将接地线作成闭环路可以明显地提高PCB抗噪声能力。因为当印刷线路板上继承电路元件比较多时,耗电量比较大,受接地线粗细的限制,会在地结上产生较大的电位差,引起抗噪声能力下降,若将接地构成环路,则能减小电位差值,提高PCB的抗噪声能力。

(5)当采用多层线路板设计时,可将其中一层作为接地层,这样可以减少接地阻抗,同时又起到屏蔽作用。设计中常在印刷板周边布一圈的地线,也是起同样的作用。

(6)在多层板的设计中,应把电源面和接地面尽可能近地放置在相邻层中,因为电源面和接地面间的绝缘薄层可以产生PCB电容。在单层板中,电源线和地线的平行布放也存在这种电容效应。PCB电容的一个优点是它具有非常高的频率响应和均匀地分布在整个面或整条线上的低串联电感,它等效于一个均匀分布在整个板上的去耦电容。

(7)布放高速电路和元件时应使其接近地面,而低速电路和元件应使其接近电源面。

(8)当电路需要不只一个电源供给时,应采用接地将每个电源分离开。

5 结束语

抗电磁干扰问题是很复杂的,在硬件系统设计中考虑问题稍有不慎,就有可能给微机保护系统留下先天性的故障隐患。随着继电保护装置的更新换代,电磁兼容问题变得尤为突出,因此结合工程实践对微机继电保护装置的抗电磁干扰性能展开研究,针对可能产生的电磁干扰提出抑制相应的抗电磁干扰措施是有工程参考意义的。

参考文献

[1]黄益庄.变电站智能电子设备的电磁兼容技术[J].电力系统保护与控制,2008,36(15):6-9.HUANG Yi-zhuang.EMC technology for IED in substations[J].Power System Protection and Control,2008,36(15):6-9.

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[3]杨吟梅.变电站内电磁兼容问题——有关的基本概念[J].电网技术,1997,21(2):61-69.YANG Yin-mei.Problems of compatibility within substations about basic concepts[J].Power System Technology,1997,21(2):61-69.

[4]Designing for electromagnetic compatibility(EMC)with HCMOS microcontrollers[M].Motorola Inc,2000.

微机继电保护系统分析 篇4

关键词：综保装置；继电保护定值；进线及母联；进线备自投；主风机；变压器；循环水泵；电容器

中图分类号：TU856 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）05-0130-02

微机保护和传统的电磁式继电器式保护相比，具有可靠性高、维护调试方便、保护性能好等优点，因而得到了广泛应用，传统的继电器式保护逐渐退出历史舞台。延安炼油厂运用微机保护对40万/年催化装置6kV系统的继电器式保护进行了综合自动化改造，我们将根据微机保护的动作原理、设备的情况和上下级配电室的定值配合等计算出该配电室各类设备的定值。

1 进线及母联

根据延安炼油厂供电系统的实际情况和生产装置电气设备要求，我们对该配电室的6kV进线只投过流保护，在定值计算上主要是和上级老区35kV变电站相配合。上级出线过流定值为：IDZ=1980A，T=0.9s。进线过流定值为：IDZ=1900A；IDZJ=9.5A；T=0.6s（CT变比为1000/5）。母联保护和进线保护在定值上相同。微机保护灵敏度较高，过流保护0.3s的时间差即可避免故障越级跳闸。

2 进线备自投

延炼6kV配电室采用单母分段运行方式，正常时两段进线投入运行，母联处于备用状态。南瑞进线备自投的原理是：运行中的两段进线如有一段被检测到无压无流，将被撤出运行，母联将自动加入运行。备自投进线定值为：母线无压定值U=25V、母线有压定值U=70V、进线无流定值IDJ=0.2A、跳进线开关时间T=2.8s和合母联开关时间T=0.3s。

3 主风机

40万吨/年催化装置共有3台主风机，使用功率型号相同的三相异步电动机，有功功率为1800kW，额定电流为197A，CT变比为300/5。投入了速断保护、过流保护、过负荷保护、低电压保护和PT断线闭锁保护。速断保护主要是预防电机短路现象，定值整定上要躲过电机的启动电流。通常鼠笼型异步电动机的启动电流为额定电流的7倍左右，依据主风机的启动电流情况，速断保护定值整定为：IDZ=2040A、IDZJ=34A、T=0s。

过流保护主要是预防电机的堵转、超载等现象，定值整定上通常为1.5倍的额定电流，时限为8～12s。在使用原高压柜的电磁式继电保护时，在启动阶段我们将过流保护的压板打开，电机启动时间为40s，启动结束后过流保护再投入运行。但使用微机保护后，所有保护共用一个压板，将压板打开会对电网安全运行造成很大风险。过流保护定值整定为：IDZ=295.5A、IDZJ=4.93A、T=40s。40s的延时是为了躲过电机的启动时间而设置的，超过了电机过流保护通常设定时间，存在一定安全隐患，我们将在来年大修时会同继电保护效验单位和南瑞技术人员，看能否启用保护装置的堵转反时限保护来消除此隐患。

过负荷保护是预防电机长时间超载运行对电机线圈造成损害、动作与告警。定值整定上通常为1.2倍的额定电流，时限为8～12s。过负荷保护定值整定为：IDZ=236.4A、IDZJ=3.94A、T=8s。

低电压保护是预防系统停电后，来电瞬间电机突然启动造成风机、泵等机械负载的损坏。低电压保护定值整定为：U=60V、T=9s，在系统停电9s后断路器将自动分闸。投PT断线闭锁保护是预防PT二次保险熔断后，电机误跳闸。

4 循环水泵

40万吨/年催化装置有2台循环水泵，使用功率型号相同的三相异步电动机，有功功率为200kW，额定电流为24A，CT变比为100/5。此电机为直接启动，投入了速断保护、过流保护、低电压保护和PT断线闭锁保护。各类保护整定原则和主风机相同，具体如下：速断保护定值整定为：IDZ=240A、IDZJ=12A、T=0s，过流保护定值整定为：IDZ=37.5A、IDZJ=1.88A、T=8s，低电压保护定值整定为：U=60V、T=9s，投PT断线闭锁保护。

5 变压器

40万吨/年催化装置有2台同型号的干式变压器，容量都是1250kVA，额定电流是115A，CT变比为150/5。按照国家电力部门有关规定容量在2000kVA以上的变压器才需投差动保护，因此本变压器只需投速断保护和过流保护。

变压器的速断保护动作电流应躲过变压器低压侧的最大短路电流和变压器合闸时的励磁涌流，厂用变还应考虑躲过大容量电机的启动电流。根据我们多年的运行经验和本变压器的运行情况，本装置的速断保护整定为额定电流的5.5倍。速断保护整定值为：IDZ=640A、IDZJ=21.3A、T=0s。

变压器的过流保护是为了防止变压器外部短路和长时间过载运行，根据经验我们通常将6kV变压器的过流保护整定为2倍的额定电流，整定时间要和进线相配合，以避免越级跳闸。过流保护整定值为：IDZ=230A、IDZJ=7.67A、T=0.3S。

6 电容器

40万吨/年催化装置配备了两台540kVR的电容器，额定电流为50A，CT变比为150/5。投入了速断保护、过流保护、过电压保护和低电压保护。

电容器的速断保护是为了预防电容器内部有短路或接地现象，在合闸时会对电网造成冲击，在定值整定时要考虑躲过合闸时的冲击电流，我们一般将电容器的速断保护整定为额定电流的5倍。具体为：IDZ=250A、IDZJ=8.4A、T=0S。

根据规程电容器运行电流不能超过1.3倍的额定电流，过流保护整定值为：IDZ=65A、IDZJ=1.3A、T=0.5s。

电容器运行电压不允许超过1.1倍额定电压，超过此值后，电容器内部游离电荷增大，可能发生局部放电。过电压保护定值整定为：U=115V、T=0.3s。

低电压保护是为了预防母线失压后瞬间来电，而电容器的残余电压还未释放，相互叠加将使电容器承受高于1.1倍额定电压，造成损坏。低电压保护定值整定为：U=25V、T=0s。

7 结语

电力系统继电保护定值整定计算对系统的安全平稳运行有很大的影响，如何根据保护装置的动作原理和特点，结合设备的实际情况及运行经验，计算出最适合的继电保护整定值是值得深入研究的课题。

参考文献

[1] 陈英涛.继电保护与综合自动化系统[M].北京：化学工业出版社，2007.

作者简介：董争武（1980-），男，陕西韩城人，延长石油炼化公司项目建设指挥部工程师。

微机继电保护装置的电磁干扰分析 篇5

在计算机技术飞速发展的今天,基于数字计算机和实时数字信号处理技术实现的电力系统微机继电保护装置,以其综合判断能力强、性能稳定、灵活性强、可靠性高等特点,正在逐步取代常规的继电器型或晶体管型的保护装置。但是,微机继电保护装置属于低电平的弱电装置,而它工作的场所是电磁干扰非常严重的强电场所。所以,采取何种抗干扰措施才能保证微机继电保护装置从容面对各种干扰,并做到不误动和不拒动,显得尤为重要。

2 电磁干扰的来源及传播途径

说到电磁干扰,首先要理解电磁兼容,根据国际电工委员会(IEC)的定义,所谓电磁兼容(EMC)指的是设备或系统在其电磁环境中不受干扰地正常工作,而且其自身所发出的电磁能量也不至于干扰和影响其它设备的正常运行。简单地说,电磁兼容就是各种设备和系统在共同的电磁环境中互不干扰,并能各自保持正常工作的能力。而干扰产生的原因很多,干扰的形成包括干扰源、传播途径和被干扰对象等三个基本要素。要解决好电磁兼容问题,必须围绕上述三个基本要素,抑制干扰、阻断干扰传播途径及提高设备自身的抗干扰能力。

2.1 电磁干扰的来源

电磁干扰的来源主要有如下两个方面:

(1)内部干扰

内部干扰,即主要由微机继电保护装置自身结构、元件布置、制造工艺等方面所引起的干扰。

(2)外部干扰

外部干扰主要包括如下几个方面:

①变电站设备的交流电源及直流电源受低频扰动,如电压波动、电压突降或中断、谐波污染、非工频整数倍的简谐波、电力线附加信号扰动等;

②高频干扰,如雷击、操作或短路故障造成的干扰等;

③场的干扰现象,包括工频磁场、脉冲磁场、阻尼振荡磁场、辐射电磁场等。

2.2 传播途径

电磁干扰的传播途径主要包括两种:一种途径是通过金属导体以及电感、电容、变压器或电抗器等的传导,这种传播方式的特点是这些载体在传导电磁干扰信号的同时,也消耗干扰源的能量;另一种途径是以电磁波的形式在空间中的辐射干扰,这种传播方式的特点是,干扰源对外辐射能量具有一定的方向性,并且辐射的能量随着距离的增加而逐渐减弱。这两种传播途径在传播过程中是可以相互转换的。

2.3 电磁干扰分析

2.3.1 形成电磁干扰的三个因素

形成电磁干扰必须同时具备干扰源、敏感设备、耦合通道三个因素,为了研究干扰途径,必须要认识到传播途径所包含的多种传输方式,图1给出了装置中四种干扰途径,分别为:

(1)途径①从干扰源到敏感设备的直接辐射;

(2)途径②从干扰源将射频能量直接辐射到敏感设备的电源线或信号控制电缆上;

(3)途径③射频能量通过电源线、信号线及控制线,从干扰源辐射到敏感设备上;

(4)途径④射频能量通过公共电源线或公共信号线进入控制电缆。

2.3.2 耦合方式

电磁骚扰存在于装置的端口或在敏感设备的回路中,其作用的形式可以分为共模干扰和差模干扰两种形式。

如图2所示,差模干扰是串联于信号源之中的干扰,在两根信号线之间传输,属于对称性干扰,一般是指在两根信号线上产生的幅度相等,相位相反的噪声。

如图3所示,共模干扰是引起回路对地电位发生变化的干扰,即对地干扰。一般指是在两根信号线上产生的幅度相等,相位相同的噪声。

如图4所示,相线(L)与地(E)和中线(N)与地(E)间存在的电磁干扰信号称为共模干扰信号,即电压U1、U2;对L、N线而言,共模干扰信号可视为在L线和N线上传输的电位相等、相位相同的噪声信号。把L线和N线之间存在的干扰信号称作差模干扰信号,也可把它视为在L线和N线上有180°相位差的共模干扰信号。

从上面的概念中可知,共模干扰电压并不会影响电路的正常工作,因为相线L、中线N与回线之间的信号电压并没有因为干扰电压存在而发生改变,而差模干扰电压是引起电路故障的根本原因。但事实并非如此简单,原因是:

(1)由于电路的不平衡性,相同的共模电压会在信号线和信号地线上产生不同幅度的共模电流,从而产生差模电压,形成干扰。

(2)共模电流会产生很强的辐射,对周围的电路形成辐射性干扰,而电缆的共模辐射则是设备辐射干扰发射超标的主要原因之一。

一般情况下,电缆上产生共模电流的原因有三个方面:一个是外界电磁场在电缆中所有导线上感应出来的电压(这个电压相对于大地是等幅同相的),这个电压产生电流;另一个原因是电缆两端的设备所接的地电位不同,在这个地电位的驱动下产生电流;第三个原因是设备上的电缆与大地之间的电位差,这样电缆上会有共模电流。如果设备在其电缆上产生共模电流,电缆会产生强烈的电磁辐射,会对电子、电气产品元器件产生电磁干扰,将影响产品的性能指标。另外,当电路不平衡时,共模电流会转变为差模电流,差模电流将对电路直接产生干扰影响。对于电子、电气产品电路中的信号线及其回路而言:差模电流流过电路中的导线环路时,将引起差模辐射,这种环路相当于小环天线,能向空间辐射磁场或接收磁场。因此,必须限制环路的大小和面积。

3 电磁干扰产生的不良后果

(1)电源回路干扰的后果:使计算机电源受干扰,造成计算机工作不稳定,甚至死机。

(2)开关量输入、输出通道干扰的后果:变电站现场断路器或隔离开关的辅助触点通常都是通过长线接至开关量的输入回路,因其受到干扰,会产生辅助触点抖动,造成计算机系统对分、合位置的误判断。开关量的输出通道由计算机的输出至断路器的跳、合闸的出口回路,除了易受外界引入的浪涌电压干扰外,自动装置内部也容易有干扰信号,导致误动。

(3)模拟量输入、输出通道干扰后果:从电流互感器或电压互感器的二次引线引入浪涌电压,造成采样数据错误,轻则影响采样精度和计量的准确度;重则可能引起微机保护误动,甚至可能损坏元器件。

(4) CPU和数字电路受干扰的后果:当CPU正通过地址线送出一个地址信号时,若地址线受干扰,使传送的地址错误,导致取出的指令、操作码或数据的错误,结果有可能误判断或误发命令,也可能取到CPU不认识的指令操作码而停止工作或进入死循环;如果CPU在传送数据过程中,数据线受干扰,则造成数据错误,逻辑紊乱,对于微机保护装置来说也可能引起误动、拒动或引起死机;计算机的随机RAM是存放中间计算结果、输入输出数据和重要标志的地方,在强电磁干扰下,可能引起RAM中部分区域的数据或标志出错,其所引起的后果如同数据线受干扰一样,也是很严重的;大部分自控装置的程序和各种定值存放在EPROM中,如果EPROM受干扰,使程序或定值遭破坏,将导致相应的自动装置无法工作。

4 微机继电保护装置抗电磁干扰措施

(1)隔离屏蔽干扰来源

电源部分加装交直流滤波器,保证电源输出干净、稳定;通信部分加装光电隔离,同时使用带有屏蔽层的信号线用来杜绝干扰信号的入侵;设备机箱屏蔽用来阻隔来自空间电磁场的辐射干扰,屏蔽措施的实质是通过由具有良好导电性的金属材料所构成的全封闭的壳体来隔离和衰减电磁干扰。

(2)完善接地方案

常见有以下几种情况:一种称为信号接地,通过把装置中的两点或多点接地点用低阻抗的导体连在一起,为内部微机电路提供一个电位基准,为了尽量减少共模干扰,同一电路中的地电位应保持一致,同时,避免不必要的地线环路,也可以减少外磁场空间干扰的耦合;另一种称为功率接地,为了将沿微机继电保护电源回路串入的以及从低通模拟滤波回路耦合进来的各种干扰信号滤除,往往要加装滤波器,在加装滤波器时,必须要确保滤波器可靠接地,以使干扰信号有泄放的通路;还有一种接地方式称为屏蔽接地,即将保护装置外壳以及电流、电压变换器的屏蔽层接地,以防止外部电磁场干扰和从输入回路窜入的干扰。

5 结束语

微机继电保护系统分析 篇6

关键词：石化企业,微机继电保护,电力系统

在日新月异的计算机技术推动下, 微机继电保护装置应用越来越广泛, 工作经验也逐渐成熟。就过去工作实践分析, 微机继电保护系统不论是从灵敏性、可靠性还是安全性分析, 都比电磁式继电保护系统优越, 它有效的解决了电磁式保护系统中存在的检修时间长、故障多、故障复杂、维护速度慢的问题, 大大缩短了保护系统的校验, 而且有效的提高了故障处理速率, 从而更加方便人们进行事故原因分析和检修。下面, 我们就微机继电保护系统在石化企业电力系统中的应用做了简单的探讨。

1 电力系统概述

电力系统是一个综合性系统, 它集发电厂、输电网、变电站、配电网、用户为一体, 是将水能、风能等一次能源转换为电能并且输送给每一个用户使用的综合性系统。一般来说, 输电网、配电网普遍称之为电网, 是电力系统中最为关键的组成部分, 它如同电力系统血脉一样承担着电能输送、传递的重任。发电厂主要是将各种一次能源转变成为电能, 经过电网进行运输和分配的用电设备, 从而完成电能的生产到使用。在整个电力系统中, 除了保证电能生产运行稳定之外, 还要对电能的运行安全进行控制, 而继电保护系统在这种背景下逐渐受到重视, 成为电力系统主要的安全保护体系。

2 继电保护系统在电力系统中的作用

电力系统是由发电机、变压器、输电线路以及用电设备共同组成的一个整体, 它在运行的过程中是发电、输电、配电以及用电同时完成的。因此, 为了保证供电质量, 电力系统中发电机发出的电能随时处于不断变化之中, 同时这些电能受到外界因素的干扰还会产生损失和威胁, 因此在线路上必须要采用一定装置进行预防和控制, 从而保证电力系统的正常运行, 将运行中所容易出现的损耗控制在预计范围内。

但是, 虽然近几年人们对电力系统的防范做了大量的研究, 也取得了一定的成绩, 但是因为各种原因的影响使得电器元件仍然经常被损坏, 时常有各种故障的发生, 给电力系统运行造成不必要的影响。在这些故障问题中, 其中以过负荷最为严重, 一旦产生过负荷问题, 其必然会造成电气设备载流部分和绝缘材料温度上升, 加速设备老化和损坏, 进而产生故障。同时, 如果电力系统中出现低负荷, 那么必然会使得电气设备的运行状态降低, 进而产生振荡等不正常运行状况, 给设备造成影响。基于这些问题, 采取积极防范措施就显得十分重要, 一般都是以继电保护装置为主的, 这种保护装置的应用直到目前仍然处于进一步研究的状态, 它主要是朝着反应速度、反应灵敏性方向迈进, 通过提高继电保护装置的反应速度和另名都, 从而解决电气系统中各种不正常的运行状态, 使得整个电力系统的安全性、稳定性得到有效保障, 进而达到提高工作效率的目的, 为企业的生存和发展打下坚实的理论基础。

3 微机继电保护装置在化工企业电力系统中的应用

化工企业也被称之为石化企业, 是石油化工企业的简称, 它在我国国民经济中占有重大份额, 是国民经济的支柱。在化工企业的生产中, 生产工艺通常都包含几套大型或者特大型的生产装置, 这些生产装置之间的关系十分紧密, 对于电能的要求十分严格, 而且生产的连续性要求十分强烈, 因此一旦产生电能供应不稳定、故障问题, 极容易产生巨大的经济损失, 甚至引发重大安全事故。在这种生产条件下, 做好微机继电保护装置的应用就显得十分必要, 也是不容忽视的内容。

3.1 微机继电保护原理

为完成继电保护所担负的任务, 显然应该要求它能够正确地区分系统正常运行与发生故障或不正常运行状态之间的差别, 以实现保护。根据电气设备的特点实现反应非电量的保护。例如, 当变压器油箱内部的绕组短路时, 反应于油被分解所产生的气体而构成的瓦斯保护反应于电动机绕组的温度升高而构成的过负荷或过热保护等。以上各种原理的保护, 可以由一个或若干个继电器连接在一起组成保护装置来实现。

3.2 微机继电保护技术设计要点

微机继电保护是用微型计算机构成的继电保护, 是电力系统继电保护的发展方向, 它具有高可靠性, 高选择性, 高灵敏度。微机保护装置硬件以微处理器单片机为核心, 配以输入、输出通道, 人机接口和通讯接口等。

3.2.1 数据采集一模拟量输入

通过数据输入/输出单元系统对所有模拟量测量点进行巡回检测, 并能对模拟数据进行死区判别和越限判别, 同时对所有模拟量输入回路进行相应的滤波和防干扰措施, 以保证模拟量的检测精度, 使得保护能正确动作, 测量准确。

3.2.2 开关量输入、输出

对开关量的输入应分为两种类型来处理, 对断路器位置信号, 继电保护及自动装置的动作信号等需要快速反应的开关量, 应采用中断方式而对一些预告信号及隔离开关位置信号等反应较慢的开关量, 可采用巡回检测方式。对于电力系统或运行设备发生事故时, 应能将继电保护、自动装置的动作和断路器的跳合闸顺序记录下来, 准确记录动作时间和动作性质, 对快速反应的开关量、动作时间精确到毫秒对一般开关信号, 要求动作精确到秒。同时对所有开关量输入回路的硬件上均需采取光电隔离措施, 软件上采取防抖动措施, 以增强抗干扰能力, 提高可靠性。

3.2.3 显示功能

计算机主机应显示全站模拟量、开关量等实时信息、报表和画面, 并且当模拟量越限或重要开关量动作时计算机立即发出音响报警, 并根据用户习惯附加变色、闪光等措施, 同时还应要求自动推出相关事故画面, 对主机的画面分配及操作方式, 除满足用户要求外, 应设计配置成多区式。

3.2.4 设计要求

3.2.4. 1 按变电站自动化系统要求设计, 具备以下功能具备遥测功能、遥测功能, 正常运行时能向后台监控主机上报各种运行参数。具备故障录波功能, 故障时能记录并向后台监控主机上报所有故障数据。

3.2.4. 2 具有良好的中文人机交互界面, 所有保护监控单元均采用大屏幕液晶显示, 全中文显示界面, 运行时能够显示设备运行参数各项操作、保护设置、定值更改及开关动作、故障信号均有完整的中文显示及中文提示故障时能够显示故障信息。

结束语

总之, 微机保护已成为继电保护系统的主要发展方向, 要尽快研究现有微机保护通信功能的升级问题, 以适应继电保护信息网络的需要, 这不仅是微机继电保护装置应用要求, 更是石化企业未来发展的主流目标。

参考文献

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[2]孙悦迪, 张冰, 田有文.微机继电保护的研究现状及展望[J].农业机械化与电气化, 2005 (4) .

微机继电保护系统分析 篇7

微机继电保护具体装置的各个动作过程比较抽象,它自身的特点是故障产生的原因之一,因此,要对此装置故障产生的原因进行分析,掌握其规律,才能快速对故障进行处理,降低或者是避免因为继电保护而产生的电网或设备事故的发生几率,保障电网运行的安全性与稳定性。

1 常见故障

1.1 逆变稳压电源中的问题

(1)纹波的系数太高。一般来说,纹波系数指的是在输出过程中,交流电压和直流电压之间的比值。前者在高频范畴以内,若是装置之中的高频幅值太高,就会直接影响设备使用寿命,甚至还会导致逻辑措施或保护拒动等现象的发生。所以,要求直流装置的精度比较高。

(2)输出的功率不充足或没有较好的稳定性。如果电路没有输出足够的功率,就会影响到输出电压,使其下降。如果下降的幅度太大,就会使比较电路的相关基准值发生变化,还会使充电电路时间缩短,在一定程度上直接影响了继电保护的相关逻辑配合,甚至还会使逻辑功能的判断出现失误。如果事故发生,就会导致出口以及信号和重动等各种继电器相继执行相关命令并作出相应的动作。为了保证安全,必须保证电源输出的功率充足。有时候,也会因为元件的老化造成输出功率出现下降现象,使现场事故发生,导致继电保护不能给出后台信号或者是没有办法实现重合闸。

1.2 定值整定中的问题

定值整定中出现错误,主要是由工作人员没有较高的技术水平和工作不认真造成的。数值是对装置的具体工作状态进行衡量的重要参数,人为出现的错误主要表现有:①将数值看错;②TA与TV的变比没有计算准确;③在微机保护菜单之中,没有找准位置,也没有正确使用定值区;④运行人员将压板投错。在设备进行送电前,应该再由两个或者更多的人员对装置的定值进行校核。

1.3 TA饱和问题

如果中低压系统中出现短路的现象,就会使系统电流急剧增加,从而使TA饱和问题变得突出,直接影响保护装置各种动作的正确性。电流互感器饱和,就会使现场的馈线出现保护拒动现象,从而导致主变压器中的后备保护出现越级跳开三侧开关现象。运用微型计算机才能实现数字式的继电器,其工作的电压大约为5V,对于数据采集部分来说,其有效电平比较高,但是范围大约为10V左右,所以能够有效进行处理的信号范围更加小,对于数字式继电器,TA饱和问题会对其造成更大影响,主要是对辅助判据和基于工频的相关分量算法造成比较大的影响。

从运行设计以及故障分析等角度方面来说,要想解决TA饱和问题,就要采取以下措施:运用分列运行的方法;使用串联电抗器限制短路电流;将TA变比进行增加,结合在保护安装处有可能会发生的最大短路电流以及互感器负载力和饱和倍数确定TA比变比;缩短二次电缆的长度,并将其截面增大。

1.4 抗干扰问题

微机保护没有比较好的抗干扰性,如果在保护屏附近的位置使用对讲机与其他无线设备,就会使某些逻辑元件的工作发生错误。基建以及技改都应该严格执行相关技术措施,避免操作干扰以及冲击负荷干扰和直流回路接地产生的干扰等。要想减少干扰问题对继电保护和其他二次设备造成的各种影响,必须要采取以下措施:①关于硬件抗干扰。要将屏蔽和隔离结合起来。电磁屏蔽就是将电磁干扰所产生的能量在空间中进行传播的路径消除。用铁质材料制作保护柜,能够将电场和磁场进行屏蔽。如果电场比较强,就需要将铜网衬里或铝板安装在铁壳以内,作为屏蔽体,能够保证测控装置与现场始终保持信号联系,而且也不会发生电的直接联系。②关于软件抗干扰。将RC滤波器接入进来。要对印制板做布线设计,必须要保证强信号与弱信号电路之间的距离,布置时不能保持平行,针对每一个芯片,还要将抗干扰电容加在电源和零序之间,要在交直流入口的位接上RC滤波器。RC低通滤波器的电路图如图1。

1.5 插件绝缘问题

微机保护装置具有比较高的集成度,且布线也比较紧密。运行时间久了之后,就会受到静电的作用,在插件接线焊点附近聚集其数量众多的静电尘埃,从而在两个焊点之间出现了导点通道,导致装置故障以及事故发生。线路刀闸接点处就会受到静电尘埃的影响,导致测控装置中的遥信接点处的后台机的显示发生错误。

1.6 设备电源问题

如果电源长时间处于工作当中,就会在某些原因的影响下,发生输出功率不足的现象,导致输出的电压下降。如果电压下降幅度太大,就会导致电路基准值变化,充电电路时间也会被缩短。在现场对熔丝进行配置的时候要遵循一定的顺序,即从符合到电源,其熔断电流要一级比一级大。这样即使是出现短路过载的现象,熔丝也能保持自己的选择性,保证上级与下级之间的配合,保证装置的安全性与可靠性。

1.7 元器件老化问题以及外部环境影响问题

设备如果长期运行,元器件就会出现老化的问题,从而使A/D转换不再精确,最终导致各种电网事故发生。在装置运行的实际过程中,都会受到周围环境,如空气的湿度以及室内的温度等因素的影响。

2 处理措施

2.1 必须要保证记录的真实性与完整性

在对事故进行分析判断时,必须要将事件相关记录以及灯光显示信号和故障录波图形等当作重要的依据。要解决问题,最关键的是利用这些有用的信息进行正确判断。如果在通过一次以及二次系统做好全面检查工作之后,虽然一次系统出现故障,但是保护系统还是能进行正常工作,则不需要对继电保护事故进行处理,如果故障产生的原因是继电保护出现了问题,应该尽量保持原状,并做好记录,将故障处理的具体计划制定出来之后再对后续工作进行开展,从而防止原始状况对事故处理造成的麻烦。

2.2 对待事故要有良好的、正确的心态

在事故发生之后,必须要根据现场的相关信号灯进行处理,如果没有办法将故障原因及时找出或断路器发生跳闸现象之后没有信号灯进行指示,没法对故障的原因是设备还是人为进行判断,这种情况一般与工作人员没有采取正确的措施以及没有足够的重视有关。如果是人为引起的,就必须要及时向上级反映,从而对事故产生的原因进行分析,避免浪费时间。

2.3 保证检查方法的正确性

(1)运用逆序检查法。如果只运用故障录波或者是事件记录不能将事故的根源及时找出来,就要从事故的结果开始,一级一级向前进行查找,一直到找出根源。在保护产生误动的时候经常会用到这种方法。

(2)运用顺序检查法。这是寻找故障根源的一种方法,使用的手段是检验调试。操作的顺序是外部检查与绝缘监测以及定值检查还有电源性能测试和保护性能检查。在对保护拒动以及逻辑问题的各种事故进行处理时经常会用到这种检查方法。

(3)整组试验法。主要是对动作逻辑以及动作时间进行检查,看它们是否正常。这种方法能够在比较短的时间内将故障再现,快速找出问题根源。如果有异常出现,还要在检查时结合其他方法。

2.4 将故障处理能力进行提升

工作人员必须要掌握好保护装置的具体设备组成以及原理性能,这样才能尽量避免出现操作失误,减少人为错误导致的故障。工作人员在对设备进行具体操作的过程中,必须要严格遵守相关使用规定,并且还要保证装置周围的外部环境条件与规定相符,及时对其做好检测与维护工作,尽量减少元器件老化对机器造成的各种故障。

在对装置故障进行处理时,必须要学习、借鉴前人经验,因为这能帮助我们快速找到会重复发生的各个故障点。但是还需要掌握一定的故障处理技能,主要有:①替代法。对于那些测量不方便的插件或者是元件,必须要用规格与功能相同,并且性能也比较好的插件或者是元件代替。②对比法。将故障产生的相关装置上的具体参数与以前的具体检验报告进行对比,差别比较大的部位要做好重点监测,因为这个位置是故障点的可能性非常大。③模拟检查法。对于那些良好的装置,要结合原理图,对装置中的各个部位做好开路以及改变元件、参数的方法,对装置是否会产生故障进行观察。这样如果以后出现了同样的故障,我们就能快速将故障的部位以及损坏的元件进行确认。

3 结束语

总之,为了保证电力系统运行的安全性,必须要对微机继电保护做好管理。通过对微机继电保护中故障产生的原因进行认真分析与总结,能够将合理有效的事故处理措施制定出来,从而对故障进行及时有效的解决,这样在将微机继电保护的相关技术进行不断完善的基础上,也保障了电力系统安全运行。

参考文献

[1]廖韬.微机继电保护装置故障分析及处理措施[J].电源技术应用,2013(10).

[2]向敏,刘茜.浅谈微机继电保护的常见故障及处理措施[J].无线互联科技,2012(11).

微机继电保护系统分析 篇8

1 微机继电保护装置概述

微机继电保护系统能够在正常网络运行和发生故障时, 对所有自动化智能机器的运行信息进行记录。继电保护装置一般安装在被保护的线路之间, 假如被保护的线路出现故障, 继电保护装置会自动发出警报, 根据系统的设置, 自动切断整个线路, 避免造成更大范围的故障而殃及整个线路。继电保护装置还能自动把发生故障的线路的输电功能转移至运行正常的线路之中, 以保证正常的供电量。如果出现很难处理的重大故障, 继电装置无法自行解决时, 该装置会自动将故障情况传送至管理人员, 由管理人员直接处理, 避免错过处理故障的最佳时间。

2 微机继电保护装置故障种类

2.1 电源问题

在整个供电系统的长时间的工作中, 电源的输送时间过长会导致输送功率下降, 假如电压波动的幅度过大, 会影响电路基准值, 影响正常的输电工作。假如供电系统出现故障, 而微机继电保护装置没有自动切断线路或者是将故障数据输送至管理人员处, 就很有可能是电源的输送功率出现问题。电源出现问题可能是电源器件老化, 也有可能是带直流动电源插拔的插件出现问题。有些是因为现场在直流电源情形下, 不断插拔各种电源插件, 导致插件出现损坏而引发电源问题。

2.2 定值差错

定值出现差错主要有人为因素和客观因素。人为因素是指在进行数值整定的时候, 相关工作人员看错数字, 或者是计算错误以及对微机继电装置不熟悉的人员找错数据等, 这些都会导致定值出现差错, 影响整个计算结果。客观因素指的是由于装置使用年限过长, 导致器件老化。温度和湿度的变化也会在一定程度上影响定值的准确性。微机继电保护装置必须在规定的湿度和温度的范围内运行, 如果出现温度和湿度的变化, 就会引起定值的漂浮。

2.3 绝缘问题

微机继电保护装置电路的集成度很高, 线路之间布局紧密。在长期使用中, 因为静电的原因导致在插件的焊点周围形成大范围的静电尘埃, 在两个焊点之间会形成导电通道, 干扰微机继电保护装置的正常进行。另外, 在继电保护装置里面有一种剥离绝缘子, 它由玻璃制作而成, 所以在相关器件的安装和运输过程中容易被损坏, 进而影响整个微机继电装置的运作。

2.4 器件损坏

继电保护装置的长期运行导致很多元器件出现损坏的迹象。而在继电保护装置的运行中, 使用频率最高的是集成电路等器件, 它们经常出现损坏现象, 导致逻辑出错或者是出口出现跳闸的情况。继电保护装置是一个整体性很强的系统, 其中任何一个器件不能正常使用都会影响整个继电保护装置的运行。

3 处理措施

3.1 充分利用故障记录波

故障记录波以及时间记录等是为事故分析提供参考的重要工具。当继电系统或者是其他方面出现运行错误, 故障记录波以及时间记录等一些装置会自动将事故发生的经过记录下来。假如故障出现在继电保护装置上, 那么就应该尽量保持好原状, 并做好故障记录工作, 在制定好完善的事故处理计划之后, 再进行具体的应对工作。

3.2 加强继电保护装置的自适应性发展

原来传统的电力系统中, 故障排除工作主要是由人工来完成, 人力资源有限就很难保证人力工作的质量。继电保护装置的自适应性主要是指能够根据自身的编程设计, 在发生故障的时候进行自动调试, 保证电力系统的正常进行。因此, 要不断改善继电保护装置的自适应性, 提高该装置进行自动调试的能力, 保证电能的正常输送。

3.3 充分运用继电保护技术

技术人员要具备充足的专业知识, 详细了解继电保护装置的各个部分的性能。在发生事故的时候, 相关工作人员要能够熟练使用技术使用说明书, 查询到问题症结所在, 然后按照正确的顺序进行操作, 顺利解除危机。

3.4 使用正确的检查方式

由于出现危机事件的时候, 经常因故障记录波出现故障而无法迅速发现故障所在之处, 所以工作人员要仔细地检查, 找寻机器发生故障的准确位置。对机器进行检查的方式主要有两种。第一, 是逆向检查法, 从事故发生的结果开始查询, 一直向上查找, 直到发现故障的原因为止。第二, 是顺序检查法, 按照外部、绝缘、定值和电源性能的顺序进行逐一排查, 直到找寻到故障的根源。

4 结语

综上所述, 电力系统想要长久保持正常运转, 离不开微机继电保护装置的保护作用。但是继电保护装置依旧存在着一些缺陷, 这就要求我们在继电保护的有关工作中不断地去探索, 进而保障电网能够安全稳定地运行。

摘要：电力资源的广泛运用造成电力系统的负荷量增大, 使得电力系统的运行出现很多故障, 使用微机继电装置能够保障电力系统的安全运行。本文对继电保护装置进行了系统的故障和处理措施分析, 为促进电力行业的健康发展提出对策。

关键词：微机继电装置,故障,处理措施,电力

参考文献

[1]王海军.电力系统继电保护技术的探析[J].内蒙古煤炭经济, 2011 (02) .

浅析微机继电保护技术 篇9

关键词：微机保护,故障,抗干扰

继电保护技术主要是针对电力系统故障和危及安全运行的异常工况, 以探讨其对策的反事故自动化措施。当电力系统发生故障或异常工况时, 在可能实现的最短时间和最小区域内, 自动将故障设备从系统中切除, 或发出信号由值班人员消除异常工况根源, 以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响, 其重要性可见一斑。

微机继电保护指的是以数字式计算机 (包括微型机) 为基础而构成的继电保护。微机保护装置硬件包括微处理器 (单片机) 为核心, 配以输入、输出通道, 人机接口和通讯接口等。该系统广泛应用于电力、石化、矿山冶炼、铁路以及民用建筑等。

1 主要技术特点

研究和实践证明, 与传统的继电保护相比较, 微机保护有许多优点, 其主要特点如下:

(1) 改善和提高继电保护的动作特征和性能, 动作正确率高。主要表现在能得到常规保护不易获得的特性;其很强的记忆力能更好地实现故障分量保护。

(2) 可以方便地扩充其他辅助功能。如故障录波、波形分析等, 可以方便地附加低频减载、自动重合闸、故障录波、故障测距等功能。

(3) 由软件实现的动作特性和保护逻辑功能不受温度变化、电源波动、使用年限的影响。

(4) 简洁可靠地获取信息, 通过串行口同PC通信就地或远方控制。

(5) 采用标准的通信协议 (开放的通信体系) , 使装置能够同上位机系统通信。

2 常见故障分析

(1) 硬件故障

主要有:按键失灵、显示屏显示不正常、插件损坏等等。

可能的原因有:运行时间太久使得按键机械部分接触不良导致按键失灵, 或者是设备内部连接线损坏导致按键失灵;显示屏液晶面板受潮或受到损坏, 显示芯片损坏;插件问题可能是插件电路电容长时间运行损坏, 电源芯片损坏等原因造成。

(2) 软件故障

某变电所主变压器采用的是WBZ-1201D, 保护运行时, 所有报告均由人机对话模件收集显示或打印机输出。在运行过程中, 出现过这种情况而无法解决:保护屏上显示“有报告”, 但人机对话模件上未显示“报告”内容, 且打印机亦未工作。

(3) 安装问题

安装保护设备时要注意防高压。安装时要找厂家协商, 在保护装置入口或适当的地方安装防高压装置, 防止高压电窜入低压回路, 烧毁插件板。鹤矿热电厂就曾烧坏过三个插件板。

在二次回路接线时要将电流互感器的二次接线和微机保护内的二次接线一并考虑, 否则可能出现电流互感器二次开路现象。有时厂家来的高压开关柜电流互感器的内部接线已经完成, 但个别出现反极性的情况, 进而出现保护误动, 所以在调试时开关柜内部接线也应检查。

3 抗干扰

继电保护的抗干扰是指继电保护装置在投入实际运行时, 既不受周围电磁环境的影响, 又不影响周围环境, 并能按设计要求正常工作的能力。

按干扰的形态可分为共模干扰、差模干扰两种。共模干扰发生于保护装置电路中某点各导线对与接地或外壳之间的干扰;差模干扰是发生在电路各导线之间的干扰, 是与信号传递途径相同的一种干扰。保护装置接收这种干扰的能力和接收信号的能力完全相同。

(2) 软件抗干扰

接入RC滤波器。对于微机保护, 在印制板布线设计时应使强、弱信号电路之间有一定的距离, 避免平行, 在每芯片的电源与零序之间应加抗干扰电容, 在交流和直流入口处应接入RC滤波器等。

对外部二次回路的设计采取必要的抗干扰措施。如降低干扰源和干扰对象之间的耦合电容和电感;降低屏蔽层的阻抗值;降低二次回路附近的电气值等等。

此外, 保护装置的模拟输入量之间存在着某些可以利用的规律。如果由于干扰导致输入采样值出错, 可以取消不能通过检查的采样值, 等干扰脉冲过去, 数据恢复正常后再恢复工作。

4 微机保护的发展

我国的微机保护研究起步于20世纪70年代末期、80年代初期, 尽管起步晚, 但是由于我国继电保护工作者的努力, 进展却很快。经过10年左右的奋斗, 到了80年代末, 计算机继电保护, 特别是输电线路微机保护已达到了大量实用的程度。我国对计算机继电保护的研究过程中, 高等院校和科研院所起着先导的作用。从70年代开始, 华中理工大学、东南大学、华北电力学院、西安交通大力自动化研究院都相继研制了不同原理、不同型式的微机保护装置。1984年原华北电力学院研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定, 并在系统中获得应用, 揭开了我国继电保护发展史上的新一页, 为微机保护的推广开辟了道路。在主设备保护方面, 东南大学和华中理工大学研制的发电机失磁保护、发电机保护和发电机-变压器组保护也相继于1989年、1994年通过鉴定, 投入运行。

(1) 更趋自动化、智能化

随着我国智能电网概念的提出和相关技术标准的制定, 智能电网相应配套的关键技术和系统也需要加快研发速度。

对于继电保护技术来讲, 一方面, 可以深入挖掘智能技术如神经网络、遗传算法、进化规划模糊逻辑等在微机保护方面的应用前景, 将技术转化为生产力, 以解决常规技术难以解决的实际问题。

(2) 提高微机保护的设备管理和事件记录功能

现在的微机保护, 除了应完成保护、测控、通信一体化功能外, 还应能提供被保护设备的日常管理和事件记录。这些设备管理包括断路器的分闸、合闸次数, 累计故障次数、断路器动作时间监视、断路器开断电流水平, 断路器触头寿命、设备累计停电时间、设备累计运行时间、设备检修记录、分区段平均负荷电流、日最大负荷电流、日平均负荷电流、累计电度等。对变压器保护测控装置, 如果有油温、压力等模拟量接入, 还可进一步监视变压器的其它运行工况。

5 结语

随着我国智能化电网建设的一步步深入, 变电站综合自动化技术的提高, 数字式微机测控保护装置逐渐取代了传统模式, 同时由传统的保护、测控单一实现方式向整合型转化即在同一平台上实现微机保护、测量监控及设备的管理和传动。

可以预见, 未来的微机保护系统将会使更加人性化、自动化、智能化, 将会为确保我国电力系统的安全稳定运行, 确保国民经济的快速持续增长发挥更大的作用。

参考文献

[1]李琼, 康灵芳.微机保护常见故障分析, 甘肃科技纵横, 2009, 38卷, 4期, 39-40.