微机保护设计

微机保护设计（精选12篇）

微机保护设计 篇1

摘要：文章提出了一种采用新型单片机配电网的微机保护硬件设计方案,硬件设计采用C8051F020为主控CPU结构,充分发挥了其强大的数据处理能力和事件管理能力,可以满足配电网对保护装置的要求。该保护装置设计合理,能够满足低压配电网多种继电保护的技术要求,配备有高速通讯接口,适合在配网推广使用。

关键词：配电网,微机保护,MCU,设计

随着时代的不要断进步,电力逐渐成为当今世界使用最广泛、地位最重要的能源,因此有关电力配电网正常运行的安全性和可靠性对于人们的日常生活、企业的生产经营非常重要[1,2]。但由于电力系统的组成结构各不相同,运行情况也相当的复杂,覆盖的区域又非常广泛,因此会受到自然条件、电力设备以及人为因素的干扰,从而出现各种故障,需要采用装载保护装置来保证电力系统的正常运行。

微机保护是基于微型机、微控制器之类器件的继电保护。对于国内来说,微机保护方面的研究工作起步有点晚,但发展速度却是相当快[3,4]。在1984年,对微机距离保护样机进行了试运行,这在国内是第一次研究,并且在科技成果鉴定中也顺利通过了。在1986年,对于微机高压线路的保护装置的研制取得了成功,并且还对微机高压线路保护进行了一次试机验证,其结果显示出了微机继电保护的充分可靠性和快速性[5,6]。目前微机保护的产品主要应用在中、高压输变电系统中,随着电力系统自动化水平的提高,对低压配电网的保护和自动化研究日益重要。

1 低压配网保护元件

低压配电网在运行过程中可能发生各种故障和不正常运行状态。继电保护装置就是指能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态,动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。继电保护在技术上应满足4个基本要求,即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。传统的继电保护装置,采用电压、电流互感器作为传感元件,根据不同的故障类型,使得相应的电磁型继电器动作,从而切除故障线路,实现继电保护功能。微机保护中借用了继电保护原理中的元件概念,利用程序来实现相应的保护功能,低压配电网的主要保护元件包括过流元件、过负荷元件、自重合元件、过压欠压元件、通讯元件等。

1.1 三相过流元件

低压配电网内发生相间短路故障时,其线电流会急剧异常增大。因此,把线路电流作为特征量,作为区分系统正常运行和故障之间的判别,如公式(1)所示。通过短路计算和设定保护定值,可以确定过流元件保护的范围。过流元件可以设定合适的动作延时,通常根据实际需要采用三段式保护中的瞬动和过流Ⅰ段、过流Ⅱ段进行搭配,以实现特别严重故障和末端短路情况下保护装置的启动。

1.2 零序过流元件

低压配电网普遍采用TN-C-S或TN-S等中性点直接接地的运行方式,设备出现相地故障并且配电电缆较长时,过流元件的设定值比较高,过流元件不一定启动,此时可以把零序电流作为接地故障的特征量,如公式(2)所示。需要注意的是,正常情况下的负载不对称,会有一定的零序电流,零序过流元件的设定值要躲过正常情况的不对称电流。

1.3 过负荷元件

低压配电网中的变压器、电动机等设备需要装过负荷保护,以防过载导致设备损坏或引起更大的事故。过长时间的过负荷运行会使设备发热,导致绝缘性能降低。过负荷元件通过告警提示或者调节负荷,非重要的负荷可以采用延时后作用于断路器跳闸,以达到保护供电安全可靠的目的。过负荷元件选取相电流作为特征量,其定值设定如公式(3)所示。过负荷元件也可和电机的热继电器相配合,实现后备保护功能。

1.4 自重合元件

低压配电网中的架空输电线路,经过短时故障情况后断路器跳闸,使故障点的绝缘材料性能得到恢复,此时在非金属性短路条件下,采用一次自动重合闸,恢复故障线路的供电,可以提高用户供电的可靠性。重合闸后如果断路器保护再次启动并发生跳闸,则说明故障点为金属性短路,闭锁断路器合闸回路。本方案中用软件实现自动重合闸功能。

1.5 过压欠压元件

低压配电网中的电压敏感器件,比如补偿电容,线路电压高于一定值时要切断电源以保护电容器,电压恢复后再投入。另外,如果电源电压过低,电动机在低电压下长期运行,会导致电机发热严重,绝缘损坏后引发次生故障,所以电压过低时应及时切断电机电源或报警。综合以上两种情况,电压异常的判定可以用公式(4)来表示。过压欠压元件根据测得的电压和整定值相比较,作用于信号或跳闸。

1.6 通讯元件

通讯接口是微机保护装置的重要组成部分,担负着和后台机通讯功能,可以依托通讯元件升级微机保护程序算法和功能,便于设备调试和易于实现电力系统自动化。低压配电网的保护装置位置分散,节点数量较多,工作所在的电磁环境复杂,所以设计时对比考虑了多种通讯方案,最后选定了隔离型RS485总线和隔离型CAN现场总线通讯进行通讯,以提供对上位机和电力系统自动化的支持。

2 微机保护装置硬件设计

微机保护是基于微型机、微控制器之类器件的继电保护。国内在1984年,对微机距离保护样机进行了试运行。在1986年,对于微机高压线路的保护装置的研制取得了成功,并且还对微机高压线路保护进行了试机验证,其结果显示出了微机继电保护的充分可靠性和快速性。经过30多年的发展取得了巨大进步,微机保护必将改变继电保护领域的传统模式,不断改进,方便与电子式互感器、光学互感器实现连接,充分利用计算机的特点,来获得更高的性能。本设计方案针对低压配电网对继电保护的要求和要实现的功能来确定整体设计方案和具体实现电路。

2.1 系统功能框图

微型机继电保护实际上是既具有一般微机系统的结构,又是采用单片机继电保护功能的系统。10kV配电网微机继电保护装置主要有数据采集模块、主控模块、外部指令及开关量输入/输出模块等主要模块组成,其每个模块的主要作用如下。

(1)数据采集模块由霍尔传感器、电压电流调理电路和A/D转换器来构成,对电压电流互感器的二次侧的输入量进行精确地采集,并且变换为数字量,使微型机能够接收,来进行计算、判断和处理。A/D转换器与单片机的接口比较简单且容易实现同时采样,抗干扰能力也较强,可以为保护装置提供较为准确的数据,以便快速实现保护功能。系统功能框图如图1所示。

(2)微型机保护主控模块是保护装置的处理核心。它包括微处理器、只读存储器或闪存内存单元、随机存取存储器、定时器,并串行接口等。根据事先编好的程序,对得到的输入量进行逻辑运算和判断,并输出对应的信号来解决问题。

(3)开关量输入/输出系统来完成各种保护的出口跳闸、人机对话及通讯功能。

2.2 传感器电路

在模拟量输入中,电压信号首先要经过传感器处理,在进行调理,而本方案设计的电压转换电路中,需要使用霍尔电压传感器来完成。设计所选择的是霍尔电压传感器CHV-50P,因为CHV-50P型电压传感器的输出端与原输入端是隔离的,它可以测量直流、交流或者脉动电压和小电流(如图2所示)。对于传感器CHV-50P,输入额定电流为10 mA,所测电压为100 V,故而可以得到R1的阻值。

输出额定电流为50 mA,在检测交流电压采样电路时,需要把输出电流转换为电压,所以在输出侧串联了电阻R2,并且采样电路的电压范围为-5 V～+5 V,故而得出R2的值。

2.3 信号调理电路

经过传感器后,电压信号和电流信号需要进行调理之后才能被A/D转换器接收。根据采集的交流电压信号,其电压调理电路如图3所示。经过传感器的电压信号首先需要由OPA2111运放构成的射极跟随器进行处理,其中电阻和电容的目的是为了抑制干扰;之后是需要经过电压偏移电路,它是由两个电阻和一个电压源组成的,经过传感器之后,交流电压信号的范围变为0～±5 V,由于中央处理模块和A/D转换器需要的范围是0～3.3 V,因此需要电压偏移电路来进行处理。接着是射极跟随器电路,最后是限幅电路,通过二极管的作用使得电压信号最后被处理为0～3.3 V,来满足后续信号的电平要求,仿真结果如图4所示。

3 保护软件设计

微机保护装置能够完成其各项保护功能,主要靠软件来实现。本方案中采用C8051F020单片机作为主控制器。C8051F020单片机属于完全集成的混合信号系统级MCU芯片,和8051系列兼容,在性能上得到了大幅度提高,其性能足以满足低压配电网微机保护装置各项功能的算法要求。经过初始化和全面的自检后,就说明了微型机的准备工作已经准备好了。此时,开放中断,就会将数据采集投入运行,然后根据采集得到的实时数据计算电压电流的有效值,依次判断各量是否越限,以判断是否发生故障。为了使流程和逻辑更清晰,图5中只画出了电流元件和时间元件的工作流程。软件系统整体流程图如图5所示。

4 结语

本次设计的低压配电网微机继电保护装置,是根据现有的继电保护技术的发展状况,利用微型机技术,为提高继电保护装置的性能进行设计。在设计的继电保护装置的硬件电路中,主要通过对各类型的单片机、AD转换器的性能比较,筛选出符合设计性能,满足要求的型号,并且通过所选元件的本身特有的性能,使得整体电路更加简单而高效。此外,为了确定电压电流调理电路中的元件参数,利用电路仿真软件对电路进行了仿真,对生产实际有一定的参考意义。

参考文献

[1]樊志中.10 kV电力变压器在供电系统中常见的故障及做好继电保护的措施[J].建材与装饰,2007(10).

[2]黄少锋,徐玉琴,张新国.提高电流保护灵敏度的方法[J].电力系统自动化,1997(7).

[3]何德智.剩余电流动作保护器分级保护方式及正确运用措施探讨[J].中国新技术新产品,2012(22).

[4]徐雪良.继电保护故障分析处理系统在电力系统的应用[J].中国新技术新产品,2010(11).

微机保护设计 篇2

摘要：介绍微机继电保护发展历史与发展趋势，数字信号处理器DSP应用于微机继电保护，促使变电站综合自动化水平的进一步提高。

1.微机继电保护发展历史与现状

电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求,电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断注入了新的活力,因此继电保护技术的发展得天独厚。在我国,微机继电保护的发展大体上经历了三个阶段。第一阶段以单CPU的硬件结构为主,硬件及软件的设计符合我国高压线路保护装置的“四统一”的设计标准;第二阶段为以多个单片机并行工作的硬件结构为主, CPU之间以通讯交换信息，总线不引出插件,利用多CPU的特点做到了后备容错，风险分散，强化了自检和互检功能,使硬件故障可定位到插件。对保护的跳闸出口回路具有完善的抗干扰措施及防止拒动和误动的措施。第三阶段以高性能的16位单片机构成的硬件结构为主,具有总线不出芯片,电路简单及较先进的网络通信结构,抗干扰能力进一步加强,完善了通信功能,为变电站综合自动化系统的实现提供了强有力的环境,使得我**机保护的硬件结构进一步提高。第一代微机保护装置:1984年华北电力学院研制的MDP-1，特点是:采用单CPU结构及多路转换的ADC模数变换模式。第二代微机保护装置，它是由华北电力学院北京研究生部首先研制的。第一套“11”型微机保护装置于1990年5月投入了试运行。特点是:采用多单片机并行工作，总线不引出插件，数模变换采用VFC方式。第三代产品是CS系列，特点是:采用不扩展的单片机，总线不引出芯片及较先进的网络通信结构技术。

2.微机继电保护装置发展趋势

继电保护技术的发展趋势是向计算机化，网络化，智能化,保护、控制、测量和数据通信一体化发展。2.1计算机化。

随着计算机硬件的迅猛发展,微机保护硬件也在不断进步。现在以32位数字信号处理器(DSP)为基础的保护、控制、测量一体化微机装置已经研制成功并投入使用。采用32位微机芯片不仅仅在精度上有很大的提高,更重要的是32位微机芯片具有很高的集成度,很高的工作频率和计算速度,很大的寻址空间,丰富的指令系统和较多的输入输出接口。信息和数据的长期存放空间,快速的数据处理能力,强大的通信功能,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, 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在功能、速度、存储容量和可靠性等方面已得到了巨大的发展, 成本大大降低,因此用成套工控机来做继电保护硬件装置的时机己经成熟,这将是微机保护未来的发展方向之一。

2.2网络化。

计算机网络作为信息和数据通信工具己成为信息时代的技术支柱,它深刻影响着各个工业领域,也为各个工业领域提供了强有力的通信手段。传统的继电保护专业性很强,并以“事先整定,实时动作,定期检验”为其特征,很少触及到装置或系统的经常自检,远方监控,信息共享,动态修改定值等问题。国外早就提出过系统保护的概念,这在当时主要是指安全自动装置, 但是对于继电保护同样适用。继电保护的作用应不只限于切除故障元件和限制事故影响范围(这当然是其主要任务),还要保证全系统的安全稳定运行。这就要求每个保护单元都能共享全系统的正常运行和故障时的信息,并在此基础上进行大量的计算和分析,作出正确的判断使全系统协调动作。对于一般的非系统保护, 实现保护装置的网络化也有很大的好处,继电保护装置能够得到与系统有关的信息越多,对故障性质,故障位置和故障距离的判断就越准确,动作的灵敏性、选择性和可靠性就越高。由此可知,微机保护装置的网络化可大大提高继电保护的性能,这是微机保护发展的必然趋势。2.3保护、控制、测量、数据通信一体化。

80年代末90年代初,数字信号处理(单片机)技术的应用,导致变送器RTU 的问世,现在随着继电保护的计算机化和网络化,保护装置实际上就是一台高性能、多功能的计算机,它可以通过网络获取系统正常运行和故障时的所有信息和数据,也可以在它获得的被保护元件的信息和数据的基础上进行计算和判断, 并将结果通过网络上传给控制中心或任一终端,因此,每个微机保护装置不但可以完成传统的继电保护功能,而且在系统正常运行情况下还可完成测量、控制、数据通信等功能,亦即实现了装置的保护、控制、测量、数据通信的一体化。2.4智能化。

近年来,人工智能如神经网络、遗传算法、进化规划、模糊逻辑等在电力系统各个领域都得到了应用,在继电保护领域应用的研究也已经开始。这些算法都有其独特的求解复杂问题的能力,如果将这些人工智能的方法适当的结合起来可使求解的速度更快。可以预见,人工智能技术在继电保护领域必将会得到越来越广泛的应用,以解决用常规方法难以解决的问题。电力工业的发展和继电保护相关科学技术的进步都给微机继电保护装置的研制提出了前所未有的机遇与挑战。微机继电保护装置结构上不断优化,功能上不断增强,应用上更为灵活,继电保护装置的功能有了较大的延拓。世界上知名自动化系统供应商不断推陈出新,研发了许多优秀的微机继电保护装置平台。随着单片机技术的发展，特别是数字信号处理器DSP技术的出现，使得继电保护硬件平台更加先进。数字信号处理器DSP与目前通用的CPU不同，是一种为了达到快速数学运算而具有特殊结构的微处理器。DSP的突出特点是:运算能力强、精度高、总线速度快、吞吐量大，尤其是采用专用硬件实现定点和浮点加乘（矩阵）运算，速度非常快。将数字信号处理器DSP应用于微机继电保护，极大地缩短了数字滤波、滤序和傅里叶变换算法的计算时间，不但可以完成数据采集、信号处理的功能，还可以完成以往主要由CPU完成的运算功能，甚至完成独立的继电保护功能。鉴于此，国内外已研制出以数字信号处理器DSP为硬件平台的新型微机继电保护装置，促使变电站综合自动化水平的进一步提高。

参考文献

［1］袁刚,范继霞.浅谈微机保护的使用现状［J］.中国科技信息,2005;12：23 ［2］张承军.配电系统监控保护装置的应用.大众科技,2005;83(9)：103 ［3］景胜.我**机保护的现状与发展［J］.继电器,2001;29（10）：1-4 ［4］孙悦迪,张冰,田有文.微机继电保护的研究现状及展望.农业机械化与电气化，2005；（4）：48－49

微机综合保护装置的应用分析 篇3

（一）微机综合保护概述

环网柜在电力行业发展中的应用越来越广泛，针对目前环网柜结构紧凑的特点，宏瑞公司采用先进的嵌入式数字信号处理器（DSP），并总结了10KV/6KV配电站微机保护与测控装置的成功运行经验推出了NR-2000系列微机综合保护装置，可应用于配电网自动化系统智能箱变、智能户外开关、智能环网柜、智能户外分支箱、智能户外计量控电装置。

它集最新的数字控制技术、抗强干扰技术和故障自诊断软件修复技术于一体，以其极小的维护保养工作量为高压电力系统的继电保护、故障定位、监视监测电力质量和通讯等提供了先进的管理能力。

（二）电力系统现状及发展趋势

传统的10kV配电系统是以放射式为主，放射式与树干式相结合为辅的接线方式，成套开关柜的受电、馈电柜几乎都采用断路器。这种10kV配电方式不仅占地面积大、投资高，而且可靠性也低。

目前，我国使用最多的环网柜主要为负荷开关+熔断器柜、空气绝缘负荷开关柜，它不仅可减少高压配电室的面积并降低层高，而且环网柜不需操作电源，不需专门的控制室，可进一步减少占用面积，这对于高层建筑物内的配电所更具优越性。环网开关柜安装、调试方便，维护简单，易于实现电网自动化管理。

二、微机综合保护装置的特点、原理及参数

（一）主要特点

高性能：由于继承了10KV/6KV和110KV/35KV装置的核心技术，所以在国内外同类产品中有明显的性能优势。

体积小：由于采用了SMT表面贴装工艺和专利的结构设计使此系列微机综合保护装置目前在同类产品中体积最小，非常适合于安装在开关柜上。

功能强：有各种保护的软件库可供用户订货选择，除具备常规的功能外，装置内有自适应跳合闸电流的操作回路、磁保持信号继电器、硬时钟功能、取自保护电流的测量功能（P，Q，U，I，F，COS（φ）），数据掉电保持及良好的液晶显示界面。

硬件稳定：在硬件设计上追求“电磁继电器”的抗恶劣环境的能力，比如优越的抗干扰能力（抗Ⅳ级快速瞬变干扰试验和抗Ⅳ级静电放电干扰试验）、宽工作温度范围（-25℃—+55℃），强抗震动能力等。

良好的人机界面：通过NR系列产品通用液晶界面可以方便的调试维护装置、查询装置的工作状态、分析事故的原因。

系统的解决方案：有相应的软件平台，所以很方便的组成系统以发挥数字保护的通讯优势，达到远方的监控。

（二）工作原理

当微机综合保护装置的负荷侧发生故障时，故障电流信号被装在开关本体内的电流互感器感知后送入电子控制单元中的电流监测电路，控制单元对此电流信号进行处理和识别，当断定电流信号大于预先整定的最小启动电流时，微机模块便自动启动，并按预定的动作程序，通过执行电路自动地向操动机构的分、合闸线圈发出动作信号，操动机构便带动输出轴和转动机构，使开关本体内的主回路动触头完成相应的开断、关合动作。在操作顺序进行的过程中，若故障已经消除（即瞬时性故障），控制单元将不再发分闸信号，直到预定的复位时间到来时自动复位，恢复到初始状态；若故障持续存在（即永久性故障），控制单元将完全按预先整定的操作顺序完成动作次数后闭锁。直到命令合闸时，控制单元才能解除闭锁并恢复到初始状态。

（三）技术参数

1.模拟量输入：8路交流输入。采集3路电流量，3路电压量（可根据用户要求增加）额定交流电流输入：1A/5A；额定交流电压输入：100V；

额定交流信号输入过载能力：400%连续，3200%连续4S。

2.A/D转换分辨率：12位。采样方式：交流采样，每周波64点，采样精度优于1%。

3.开关量输入、输出：4路开关量输入（可增加到12路）。可以是开关位置信号、电源告警、远动分合闸的控制信号等；2路继电器接点输出，用于分、合闸电源控制等。接点容量：12.5A，48VDC或16A，220VAC（空接点）；合闸脉冲电压范围为38V-72V，额定电流10A-20A，脉冲持续时间40-60ms；（可根据开关类型调节）。

4.可面板或远方整定：整定值、操作顺序、重合间隔、安一秒特性曲线、复位时间等参数能在面板或远端设定。反时限、定时限过流保护（0.1-64秒连续可调，可使用符合ANSI/IEC标准的内部固化的17条曲线，也可加载用户自行编制的自定义曲线。

操作顺序（可调）：O—t1—CO—t2—CO—t3—CO—t3—CO—闭锁。

5.通信功能（可根据用户要求增加）。通过RS-485总线通信可实现遥测、遥信、遥控以及远方参数设定操作。通讯规约符合IEC870-5-103标准。

6.工作条件：环境温度：-25℃∽55℃；相对湿度：0∽95%；大气压力：86∽106kpa（相当于海拔高度2km及以下）。

7.可记录1000次系统质量信息和分合闸动作状态信息（时间、过流值、相序、整定值、电池电压等）。允许在电网连续失电30天内系统数据可靠恢复。

8.控制单元的抗电磁干扰能力达到以下要求：振荡波抗扰能力、快速瞬态/脉冲群抗扰能力、冲击抗扰能力、静电放电抗扰能力等按GB/T17626-1998规定第四级要求。

9.系统工作采用以电网电流或电压供电为主、以蓄电池为后备。采用电源泵技术，即使电池电压下降到50%时也可以进行可靠的分合闸切换。电池组系统采用先进的线路电流控制充电技术和数控定期自动完全放电活化处理技术，大大延长电池使用寿命。

10.可在系统进行软件升级和数据更新。

三、结束语

由于电网系统的复杂性，对供电的可靠性要求更高，环网供电方式已成为一种必然趋势，结合环网供电以及环网柜结构的特点推出的微机综合保护装置广泛应用于环网柜、配电所、开闭所、箱变中替代常規的继电器组合方案，不仅功能完善，抗干扰能力强，安装使用方便，与目前国内外同类产品相比具有明显的性能优势。

微机保护设计 篇4

随着电力系统不断发展和先进技术的不断引入,现代继电保护装置和过去使用的有很大不同。过去的许多设计规程和范例也不再有效。本文结合国内外继电保护装置的发展,介绍了很多新型设计理念,可用于改善保护和控制系统(IPAC)的性能,提高可靠性,耐用性以及容错能力。

继电保护的方式和装置的优劣主要是从选择性,可靠性,速动性,灵敏性以及经济性和可实现性等多个角度来判断,而事实上每一种途径和设计都会存在其独特的优势和缺点,为此应不断探求和改进,结合实际的情况,改进保护和控制系统的性能,将不足最小化。

就目前的继电保护装置而言,值得改进的地方有以下几点:

1)减小成本、维修费用和运行费用。

2)必须改善系统稳定性,同时减少停机时间以获得更大的客户满意度。

3)能够实时监测断路器与保护和控制系统。使用中继的存储信息进行异常情况探测,系统故障诊断和预防性维修。

针对上述发展趋势和要求,现代继电保护装置显示出提高保护和控制系统可靠性的可能。通过引入通信发展的先进技术和消除单点故障对整个保护和控制功能决定性影响的设计理念,新型的集成系统设计能有效改善继电保护装置的性能。

为了满足集成保护和控制系统标准要求,通过有效利用新一代继电保护装置的特性,发展了很多新型的控制功能。

1 通信技术发展

通信技术的发展为上述三点要求提出的实现的契机。首先,增加从IPAC系统中获取的数字和模拟SCADA数据,可以减少外地人员的工作量,可减小运行费用。

其次,电力系统通信技术的不断发展将提高SCADA系统的可靠性,可减少继电保护装置数量,淘汰RTU模拟传感器和数字I/O,以及特定的供应商协议转换设备。可减小成本,同时也改善了系统稳定性。

再次,先进的通信技术能够实现本地和远程(通过SCADA或者EMS系统)监测,观测如系统负荷和电压等稳态条件的变化趋势。能够捕捉电力系统暂态事件中的系统电流,电压和频率的波形。将这些信息可靠保存,以便进一步分析。这些新型技术也保障了对断路器与保护和控制系统的实时监控和预测分析。

2 容错型集成化控制系统[1]

单点故障不应对系统产生决定性的影响。系统或器件的故障可能使得系统不够稳定和可靠,但必须保证能够承受,这就是N-1原则。通过冗余的设计,可以使得控制系统满足要求。

如果本地和远程控制功能没有共享的继电器、通信处理器等装置,就造成了人工控制系统的冗余。本地HMI计算机并不是集成化保护和控制系统中必需的组件,但提供了大量功能。集成化系统通过操作控制接口与继电器连接,提供直接的控制职能。因此本地控制系统应包括额外的冗余。

由于在最集成的保护和控制系统中最低可靠性能的组件是计算机,推荐使用有面板HMI控制功能的继电器,为本地的继电器控制提供支持。如果HMI计算机停止工作,许多功能虽然不能便利的获得,但仍可能实现本地对系统的控制。

在保证冗余的同时,也应消除本地控制中积极的多元因素,在HMI中设置一个系统,它包括HMI计算机中脚本运行给继电器的计时器阶段性脉冲。当HMI计算机或通信路径故障时该系统也失效。如果计时器没有刷新,达到预设时间,可进行本地控制。

图1为有冗余的集成控制系统。图2为集成控制系统没有设计冗余的情况,远程SCADA控制和本地HMI控制分享通信信道传给统一的通信处理器和继电器,在共同控制断路器的控制回路。这时需由有面板HMI的继电器提供冗余。在此设计中继电器必须包括独立控制按钮来开断断路器,以防继电器本身失效。由于此设计没有单点故障,可以满足运行。

因此对于集成化控制系统而言,冗余设计可有效提高系统的容错性能,即使在本身的系统设计中不带有冗余,应在继电器中补充,使得系统在结构简单,节约成本的同时满足容错要求。

3 集成化设计中的定制功能

3.1 各组继电保护装置的同步(图3)[2]

随着系统的复杂程度增加,多元化的各组继电保护装置要同时运行,就必须保证同步。

各组的设置可以SCADA远程执行或通过本地的面板HMI按钮。设继电器A需要8种工作状态。其具体实现方法为:继电器A的选择器开关通过3位的逻辑关系配置为8个位置开关。每个位置激发继电器A中相应的设定组,并通过3位解码器和一个硬件的输入输出接口送到继电器B。这个3位信息在继电器B中进行编码,并激发匹配的继电器B中相应设定组。从而使得继电器A和继电器B能快速的实现动作同步。多组时的实现原理与此一致。

有两种方式可实现集成保护和控制系统选择选择器开关的新位置,并实现连续的设定组激发。方法一是本地控制,按指定的用户可编程按钮,在小于5 s间隔内按钮被按的次数作为开关位置动作的次数。如原来的激发设定组为2号,当在5 s内按下三次时5号设定组将被激发。另一种方法是远程控制,通过从继电器B将3位外部信号传至继电器A,所获得信号形成上升或者下降沿,选择器开关位置依据解码的位置数字而改变。这种方式使得两个继电器同时发生设定组的变化。

3.2 自动闭锁和自动复原[2]

继电保护装置在判断后若不动作需进行自动闭锁,若动作,之后需自动复原。这就使得继电保护装置的逻辑设计更为复杂。继电器中可用的自动闭锁功能不能涵盖所有的特殊情况和实用标准所需的细节。继电器内部可编程逻辑元素有助于提高自动闭锁设计专用化的水平,并执行一切强制性的和可选的计划要求。

断路器具有自动重合闸功能。根据系统要求,断路器在一定的系统条件下可进行自动闭合。如暂态故障后母线恢复;系统电压恢复并稳定在一定幅值水平;系统频率恢复到可运行水平。前两个条件与继电器A中配置的连拍自动闭锁功能有关。第三个条件是有关频率恢复的逻辑,由实用说明书定制开发的,并放置在继电器A中。

3.3 高频自动关闭

频率因素由继电器失控状态,频率失控状态,低电压条件等决定。保护和控制系统设计提供了低频跳闸事故后的自动恢复功能。有两种高频情况的恢复也在设计中实施。一是当频率稍微超过标准50 Hz时快速自动重合闸,以维持系统供需平衡;一是当频率恢复到稍低于标准50 Hz时依据电力系统频率事故恢复计划延迟反应时间。

3.4 延时断路器保持

延时断路器检测逻辑被用作断路器保护,在继电器中编程后按方案执行。它用于核实主断路器在断路器关合操作中触点移动的时间,将此时间与参考断路器操作时间比较。如果实际操作时间超过参考时间,延时断路器起动,相应的预警信号传给本地和远程接口。

图4给出了延时断路器保持的继电器设计。当CPU输出由0变1,光敏晶体管突然由导通变为截止,为继电器线圈释放储存的能量提供电流通路,从而最终实现主断路器的跳闸。从CPU发出信号时刻开始,KT延时线圈使得控制开关保持导通从而辅助继电器不动作,但是在参考时间内主断路器(其出口继电器线圈为KCO1)没有断开,KT到达计时时间,辅助继电器所对应的出口继电器控制电路中的光敏晶体管截止,从而KCO2释放能量,辅助断路器断开。此设计有效提高了系统可靠性。

4 结论

新型集成保护和控制系统(IPAC)设计已成为发展趋势。集成化保护和控制设计提供了全面和可靠的配电保护和控制的解决办法,并具有节约大量成本的潜力。此外,其编程操作方便,可进行预防性维护,提高系统稳定性。

总而言之,新型的集成保护和控制系统(IPAC)具备以下关键性的优势[2]:

1)有效解决成本问题,将许多传统保护和控制功能集成到继电保护装置中,如断路器失灵保护,传统开关,辅助继电器,测量系统等,从而减小继电保护装置的数量。

2)所需数据记录,测量和事故信息植入本地微机继电保护装置和远程检索,使得解决方案标准化。对多级继电器的继电保护整定计算和错误检查模板化。

3)继电器设定或编程更为灵活,系统具有更多先进的功能。如遥感探测,远程控制,自动控制,实时控制,负载数据记录,系统测量,器件测量,持续数据记录等。

尽管已经实现多功能的继电保护装置,但新型的集成保护和控制系统还面临很多问题。如,直流电源电压波动,继电器触点反弹时机等。同时对于集成化的设计还可能带来一些实际问题,如设计的复杂度增加使得维修工作难度增多,同时连锁反应的处理也面临挑战。

随着不断的发展和改进,集成化保护和控制系统必将实现功能的全面化,控制的智能化,装置的节能化,保护更为快速,系统更为可靠。

摘要：针对继电保护装置中存在的有待改进的地方,提出了新型的设计思路。集成化保护和控制系统设计可有效改善保护和控制系统的性能,提高可靠性、耐用性以及容错功能。论述了容错型集成化控制系统依据N-1原则的实现方法,并对集成化设计中的特殊功能进行了具体探讨,如各组继电保护装置同步问题、自动闭锁和复原、高频自动关闭以及延时断路器保持,得到了较为理想的集成化保护和控制系统设计。

关键词：微机继电保护装置,保护和控制系统,通信技术发展,容错型集成化控制系统,集成系统设计

参考文献

[1]Thompson M.The Power of Modern Relays Enables Fundamental Changes in Protection and Control SystemDesign[J].Schweitzer Engineering Laboratories,Inc,2007.

[2]Vaziri M,Brojeni F,Shulman E,et al.Innovative Distribution Feeder Protection and Control Schemes Using New Capabilities of Microprocessor Relays[A].in:59th Annual Conference for Protective Relay Engineers[C].2006.

[3]张保会,尹项根.电力系统继电保护[M].北京:中国电力出版社,2008.ZHANG Bao-hui,YIN Xiang-gen.Relay Protection in the Electrical Power System[M].Beijing:China Electric Power Press,2008.

微机保护设计 篇5

装置软件版本管理规定

1.总则

1.1 为加强电网微机继电保护装置的运行管理，避免因软件版本管理不善而引起保护装置异常或造成保护装置不正确动作，确保电网的安全稳定运行，特制定本规定。

1.2 本规定适用于我公司电网范围内运行的微机保护装置。

1.3 微机保护软件版本按照调度管辖范围实行分级管理。1.4 调度、运行、基建、设计、物资等部门和制造厂家均应执行本规定。

2.软件版本的入网确定

2.1 新型微机保护装置投入运行前，必须做入网检测。通过检测试验的软件版本方能投入使用。根据检测报告对有关程序进行修改后形成的新版本，应重新检测，确保不存在衍生问题。

2.2 通过入网检测的微机保护装置软件版本必须有相应的标识，包括版本号、校验码及生成时间等。

2.3 入网检测工作按电网的有关规定执行。3.软件版本升级管理 3.1 升级流程：

3.1.1 已投运的微机保护装置软件版本需要升级前，由制造厂家向相应调度机构提出升级申请。升级申请包括升级装置名称、型号、升级原因、新老版本功能区别、新软件版本号、软件

校验码、形成时间、试验证明等。

若软件版本变动较大，涉及保护原理、功能、逻辑等，必须经入网检测试验确认。

3.1.2 调度部门收到升级申请后，经过审核、确认后统一安排升级工作。

3.2 升级原则：

3.2.1 装置原软件版本存在严重缺陷，相应调度部门应及时下发有关版本升级的反措文件，限期整改。运行维护单位收到文件后，立即整改。

3.2.2 装置原软件版本存在一般缺陷（如报文显示或后台通讯及规约等方面），但不涉及保护原理、功能以及定值等方面，调度部门发布新软件版本，明确允许新、老版本同时存在。新投运装置按新版本要求，原装置暂维持老版本，择机申请升级。

3.2.3 运行单位对软件版本有特殊要求时，向相应调度机构提出升级要求，上报相关资料，经审核同意后，方可执行。

4.软件版本发布形式

4.1 调度机构的继电保护部门每年初，以文件形式集中发布本微机保护软件版本。

4.2 本内，保护装置需要修改软件版本时，调度机构的继电保护部门以传真文件形式下发软件版本修改通知，规定相关装置新的软件版本并注明作废版本。

5.职责分工

5.1 调度机构继电保护部门

5.1.1 负责对调度管辖范围内的微机保护装置软件版本进行统一管理。

5.1.2 负责组织调度管辖范围内新型微机保护装置软件版本的入网确定和运行装置软件版本的升级工作。

5.1.3 负责收集调度范围内微机保护装置软件版本的运行状况，写出分析报告，并提出相应的改进建议。

5.3 运行单位

5.3.1 组织专业人员学习软件版本的管理规定，熟知微机保护软件版本，建立软件版本台帐。

5.3.2 确保运行的微机保护装置符合规定要求。软件版本文件中未涉及的装置和版本，应上报相应调度机构审批。

5.3.3 继电保护装置的招标、订货时，在技术协议中对保护装置软件版本提出具体要求。将微机保护软件版本检查列入出厂验收项目。

5.3.4 微机保护装置校验和基建工程验收时必须校核其软件版本号、校验码是否符合要求。

5.4 基建、生技、设计部门

5.4.1 熟知微机保护软件版本和相关规定。

5.4.2 在基建、改造工程的招标、订货、设计、施工等工作中，严格执行本规定。微机保护装置的标书和订货技术协议中，必须明确提出软件版本条款。

5.4.3 基建、改造工程投产前，按规定上报的资料应包括软件版本，相应调度机构根据软件版本情况进行相关装置的定值整定计算工作。

5.5 制造厂家

5.5.1 对调度范围内的订货装置，按照每年发布的微机保护软件版本的文件规定调试、发货。如遇特殊情况，可按技术协

议调试、发货。并报相应调度继电保护专业管理部门备案。

5.5.2 必须提供软件版本、校验码的检查方法。5.5.3 微机保护装置软件版本应保持相对稳定，不应频繁随意修改。

5.5.4 微机保护装置如进行软件升级，应向相关调度机构提出书面申请，并按3.1.1条规定上报材料，由调度机构统一安排升级。

固安供电有限公司

微机保护的抗干扰措施研究 篇6

【关键词】微机保护；措施研究

0.引言

安装于变电站现场的微机保护和监控系统，必须长期不间断地无故障运行。其可靠性主要面临两个问题：一是各种干扰引起的功能差错；二是元器件损坏，若有一个元器件损坏，有可能造成保护误动或者拒动，信息不能正确及时传送。对保护和监控系统装置，工作环境的干扰情况比较严重，因此提高保护和监控装置可靠性的重点应是在抗干扰上。

微机保护和监控装置既有数字部件又有模拟部件，干扰对模拟电路和数字部件所造成的后果是不同的。模拟电路在干扰作用下往往使开关电路误翻转，在没有完善闭锁措施时将会导致误动作。数字电路受干扰作用往往造成数据或地址传送错误，从而导致装置运行故障或功能障碍。由此可见，干扰造成数据传送错误，重则造成保护拒动或误动，都会严重危及电力系统的安全可靠供电。

干扰就是除有用信号外，还有可能对装置的正常工作造成不利影响的内外电磁信号，干扰可分为外部干扰和内部干扰。外部干扰源只能通过合理的措施将它“拒之门外”，内部干扰源可以在设计和调试中使之尽量减少。

1.外部抗干扰措施

电源的抗干扰措施。开关电源具有效率高等优点，在电子设备中被广泛采用。有些开关电源虽然采用了静电屏蔽来抑制共模干扰，但由于开关电源内部元件布置得比较紧密，电源和输出线路导线之间距离较近，接地线又较长，因此防外来干扰的能力较差，高频时尤为明显。通常在电源入口处增设电源滤波器来防止电源干扰的侵入。滤波器的接地点应以最短距离可靠接地。所有电源线必须经过滤波器才能进入设备内部，即在机箱电源线入口处安装滤波器。

微机保护和监控装置要求有相互独立的多个电源供电。每块插件板上最好能采用独立功能块电源，以进一步控制相互干扰。

隔离措施。防止干扰危及保护装置的隔离对策，主要包括以下几个方面：交流电压、电流、功率等交流信号可经变送器转换为直流量送入微机，以防止交流信号的干扰。交流量均经小型中间电压互感器和电流互感器隔离，使交流“地”与直流“地”隔离，增加系统的抗干扰能力。所有模拟量都经光电隔离单元隔离后再送入主机，从而使微机内外系统的电源接地线在电气上完全隔离，提高系统的抗干扰能力。

屏蔽。机壳用铁质材料做成，以实现对电场和磁场的屏蔽，必要时应采用双层屏蔽措施，在电场很强的场合，还可以考虑在铁壳内加装铜网衬里。

通道干扰处理。为控制通道之间的干扰，减少来自电流互感器二次回路中产生的磁场耦合干扰和来自电压互感器二次线上的电场干扰，在变送器屏安装时绝对不允许把它们与变送器输出的弱电信号线捆绑在一起，两者必须单独走线，而且尽量远离，避免平行。每个变送器插件输出的直流电压信号都有一根线与微机电源的共同接地，为避免信号地线形成回路造成磁场干扰，必须采用一点接地方式。

合理分配和布置插件。接地、屏蔽和隔离措施并不能完全阻断干扰信号的窜入，为防止剩余浪涌引起的恶果，可以合理地将保护和控制电路分成若干个插件，将最怕干扰的部分集中在一个和几个插件上，放置在内层屏蔽箱内，并使之尽量远离干扰源和与干扰源有联系的部分。

2.内部抗干扰措施

由于现场环境复杂，外部抗干扰措施并不能保证万无一失，还应采取针对性措施，防止窜入微机保护和控制装置的内部干扰信号。对输入采样值抗干扰纠错。由于干扰，采样输入数据有可能发生错误，为确保保护和监控的正确运行，必须找出错误的数据，并加以剔除，然后用随后输入的正确数据供保护和监控程序用。可以对每一个信号设两个通道，只有在两个通道读数一致时才可取用，否则应取用以后的数据，这样可以确保装置躲过干扰。

软件运算过程中的核对。干扰有可能造成软件运算出错，为了避免这种情况，可以对运算结果进行复算核对，比较计算结果是否一致。

程序出轨的自恢复。对于越过外部防线入侵到微机系统内部的干扰，可能导致程序运行出轨。可以采用看门狗技术，看门狗有软件抗干扰和硬件抗干扰之分。

软件抗干扰实质上是一个由CPU复位的计数器，只要应用程序正常工作，它不会发生计时溢出。如果因干扰引起系统出错和程序出轨，内部定时器将会产生计时溢出脉冲，使系统自动复位，重新装入应用程序，这是一种很有效的抗干扰措施。

对遥控回路采用的抗干扰措施。对遥控的码制采用比较好的保护码，如BCH保护码等，BCH码所检查的码位不多，编码效率高，实现电路不复杂，不仅可以检查错误，而且还可纠错，是一种抗干扰能力强，灵活性大的保护码。

提高单元码制的抗干扰能力。为保证信息传输的不失真，除了采用比较好的保护码保证较大的码距外，还必须提高单元码元在通道中的抗干扰能力，因为遥控的可靠性比其传输速率更为重要，所以应采用较慢的速率传输信息。遥控宜采用经常不传输的异步工作方式，这样可排除经常性的干扰。

3.提高可靠性的其他措施

系統容错设计技术。系统容错设计主要是指在硬件结构上采用冗余技术。硬件冗余技术主要有三种方法：静态冗余法、动态冗余法、混合冗余法。使用冗余技术设计容错系统，是为使各模块的工作彼此不受影响，各模块的时钟也应完全独立。

装置故障自动检测技术。装置的元器件损坏可能导致保护装置拒动或误动，也可能导致监控装置传输误码，所以要求装置上的元器件损坏时，应立即发现并报警，以便迅速采取措施予以修复。目前，微机保护和监控装置的硬件故障，都可以准确地查出损坏元件的部件并显示相应的信息。

对保护和监控装置出口回路的监控和闭锁。加强对遥控和保护回路的出口异常状态监视和必要的自动闭锁功能。对保护出口前，可以利用几个并行接口的不同位，使CPU必须执行多条指令才能构成跳闸条件，这样可以避免误动；遥控对象、执行继电器等在命令尚未下达的情况下，其常开触点不允许闭合，并对其触点进行监视；一旦触点状态不正常，能及时报警并自动闭锁执行回路。

从系统电路设计和结构形式上提高可靠性。微机保护和监控装置系统可以采用单CPU、双CPU备用方式以及多CPU方式。采用单CPU的系统，一旦此CPU出故障，则全套系统就不能正常工作。采用多CPU分层控制系统，把保护和控制装置分成各个功能单元，每个功能单元独立工作，互不干扰，当某一回路的单元部件发生故障时，可整体更换，而不影响其他回路的正常工作，这样可以大大提高系统的可靠性。

防止人为失误措施。当人在大脑疲劳或高度紧张的情况下，往往容易发生误操作。对于那些绝对不允许误操作的地方，设计时应考虑预防措施，以保证设备安全可靠地正确操作。例如，对断路器的分合闸，必须在硬件、软件上进行多重校验，在硬件上应设有操作锁，操作时必须打开规定的操作锁方可操作。

4.结束语

微机保护设计 篇7

1 传统发电机转子接地保护不足

常规发电机的故障概率和励磁回路的复杂程度增加是因为需要通过长电缆把转子电压引入转子接地保护集成的机组保护屏中;乒乓式转子接地保护[1]的大量使用因为转子接地位置可以测量, 拥有较高的保护灵敏度。对于转子电压无法引出的机组 (只引出转子绕组一端) , 不能使用乒乓式转子接地保护的原理。而且发电机无励磁状态下的转子绝缘监测功能缺失, 必须加上励磁之后乒乓式转子接地保护功能才能使用。可见, 大型水电机组对保护配置高要求决定了传统发电机转子接地保护的不适用。

2 新型发电机转子接地保护装置设计

2.1 设计原理

本文介绍的转子接地保护采用的是双端注入式, 意为采用注入转子绕组的正负两端的偏移方波电源的方式来测得两种状态下方波电压的转子泄漏电流, 保护装置自产注入电压, 对转子对地的绝缘电阻值进行实时求解, 以保护反映下降的转子对大轴绝缘电阻。

双端注入式转子接地保护可通过测量转子一点接地的位置为故障排查提供参考, 不受机组工况的影响, 具备高可靠性与灵敏度。机组在未加励磁或静止的状态下仍可正常工作是注入式转子接地保护与传统的转子接地保护相比最突出的优点。

2.2 硬件设计

本文采用插件式结构设计, 这一设计是面向功能的, 并完全分开弱、强电回路, 可以有效抑制电磁和静电的干扰, 同时不需要外部抗干扰器件就能实现抗干扰能力的增强。

(1) 电源插件:此插件为整个装置提供弱电电源。电源插件输入220V的直流, 输出分别为+24V、±15V、+5V的直流, 其分别作用于不同的芯片, 如输入开关量的电源以及驱动继电器、MCU以及模数转换芯片和各种其它芯片, 其中, 各回路具有电气隔离的特点, 各组电源具有不共地的特点。此外, 装置的安全性由于电源的监视功能以及电源50ms的延迟特性得到了进一步提高。

(2) 主控单元插件:包括中央信号输出自举载入接口、输出微控制器M C U (M i c r o C o n t r o l U n i t) 、开关量采集及C A N B U S、S R A M、E 2 P R O M、F L A S H R O M网络接口等部分在内的所有资源的管理控制。微控制器为其核心部分, 其性能高集成度也高。该微控制器能够很好的抵抗电磁的干扰, 具有很好的实时性, 资源丰富;表贴工艺及四层制板, 具有非常紧凑的结构;能实现对快闪存储器的重新编程;全部开入、CAN接口及开出均经过隔离处理, 具有安全可靠的特点。瞬态抑制、吸收、滤波、模数转换等一系列功能能够通过采集模拟量来实现。每路模拟量分别于一路信号调理及A/D转换相对应, 测量精度高, 转换速度快, 并且具有良好的稳定性及可靠性;串行通信, 快速可靠;采样回路没有调整元件, A/D转换器具有自动记忆测量精度功能, 单次调整测量精度后现场无需调整零偏。

(3) 交流接口插件:交流接口插件主要为外部模拟量提供输入的接口。外部电压、电流输入经过互感器的隔离变换, 将强电信号转换成模数转换回路可以识别的电压信号, 分为由高精度交流电流、精密电阻、有源滤波电路及电压互感器构成的交流电压输入回路和交流电流输入回路两部分。

(4) 直流逻辑插件:中央信号输出及开出接点输出是通过直流逻辑插件来控制的。底板通过直流逻辑插件输出脉冲实现了MCU对脉冲的操作, 全部操作输出都要经光电隔离, 当公共启动继电器中通过24V直流电源时, 存在常开接点闭锁, 将其开出能够实现增加出口可靠性的目的。控制回路中跳合闸出口继电器能实现跳合闸操作的保持功能, 而程序控制通过操作输出实现脉冲输出,

(5) 人机对话接口 (MMI) :它是人与装置之间交换信息的接口。通过键盘人机对话接口能够实现信息的输入, 通过显示屏人机对话接口能够实现信息的获取。面板与装置主MCU通过485或232实现通信, 存在单独的CPU对面板进行管理和控制, 口与通信, 因此它是一个独立的子系统。面板包括动作指示灯、128×64点阵背光液晶汉字显示屏、十键触摸式键盘等部件, 能够完成信号复归、测试、控制操作、设置参数、信号指示、读取信息等一系列功能。

3 模拟实验

3.1 模拟转子一点接地保护试验

转子正、负两端的输入电压在变阻箱的阻值在10kΩ以下时将转子与变阻箱进行短接, 一点接地的灵敏段经过5s的延时后发出报警信号;然后将转子正、负两端的输入电压在变阻箱的阻值在1kΩ以下时将转子与变阻箱进行短接, 一点接地经过5s的延时后发出报警信号;最后将保护硬压板投入其中, 将转子正、负两端的输入电压在变阻箱的阻值在1kΩ以下时将转子与变阻箱进行短接, 将变阻箱的阻值调整到1kΩ以下, 并将转子输入电压的正、负两端与其短接, 保护经过1s的延时后动在出口产生作用。上述作用是静止状态的机组中通过在发电机双端增加转子一点接地的保护功能而实现的。

3.2 模拟转子两点接地保护试验

试验前需要注意以下事项:1) “转子一点接地报警”发生之后, 转子两点接地保护才能投入, 在转子一点接地保护试验不合格或者退出一点接地保护的情况下不能进行转子两点接地保护的试验, 并且转子一点接地保护不投跳闸、只投信号。将发电机双端注入式转子一点接地与两点接地保护在机组静止状态下投入, 同时将转子两点接地保护硬压板投入, 将变阻箱阻值调到10kΩ以下, 并将转子输入电压正端与其短接, 经过5s延时后, 装置发出“一点接地灵敏段报警”信号, 经过15s延时后, “转子两点接地保护投入”信号发出, 然后将转子电压负端与大轴输入端短接, 保护瞬时动作于出口。以上两个试验的结果可以有效的论证双端注入式转子接地保护具有保护彻底、适用工况广泛、动作灵敏、可靠性高的优点。

4 结语

本文对一种新型的微机发电机转子接地装置的设计原理进行了介绍, 提出了检测机组励磁回路接地故障的有效方案, 并经工程实践对其灵敏、准确、可靠进行了证明。

参考文献

[1]李先彬.电力系统自动化[M].北京:水利电力出版社, 1989.

[2]王维俭.电气主设备保护原理与应用[M].北京:中国电力出版社, 1998.

[3]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用 (第2版) [M].北京:中国电力出版社, 2002.

微机保护设计 篇8

20世纪80年代,随着电子技术与计算机技术的发展,变配电站开始采用计算机集中监测与控制。

20世纪90年代,交流采样技术用于变电站计算机监控系统后,变电站的自动化水平有了很大的提高,微机保护开始推广,此后又发展为保护与监控相结合的综合自动化装置。因此进入21世纪后,电力系统新建变配电站几乎全部采用了电力系统综合自动化,有些老变电站也开始进行改造。工厂变配电站一般以10KV与220V/380V低压配电为主,是一个中低压变配电系统,与电力系统变配电站比较,它具有电压等级低、继电保护简单、变配电站数量多但每个站监控点少、通信距离短、投资不能太高等特点。

21世纪后,工厂变配电站10KV系统已开始采用微机保护,具有保护与监控功能的综合自动化单元在工厂变配电站中也开始得到推广。220V/380V低压配电系统由于低压短路器已具有保护功能,所以220V/380V低压配电系统只需要监控单元。有些单位已开始生产10KV综合自动单元与220V/380V低压监控单元相结合的工厂变配电站综合自动化系统。

国外一些厂家的综合自动化系统也开始进入我国电力自动化市场,但由于其价格昂贵,特别是系统软件价格高,而且不太适合我国工厂变配电站的管理模式,普遍推广存在问题,所以工厂变配电站还应以推广我国自行开发研制的综合自动化系统为主。

有些单位已经开始把现场总线(FCS)技术应用到工厂变配电站综合自动化系统,这样继电保护时差配合以及备用电源互投就可以由综合自动化系统来完成。这不仅简化了设计,减少了施工与维护工作量,同时也提高了工厂变配电站的自动化水平。

选煤厂变电所的特殊性:选煤厂的变电所处于设备的负荷中心,一般在主厂房内或者在主厂房的旁边,其环境较脏、附近振动较多、噪声较大。所以一般我们选型要求微机保护系统具有抗干扰能力要强、故障率低的特点。

2 选煤厂微机继电保护的设计

2.1 选煤厂变电所主接线介绍

选煤厂变电所一般均为终端站,为两路10KV或6KV进线供电,主接线形式为单母线分段,继电保护相对简单。

2.2 选煤厂变电所继电保护设计

选煤厂变电所继电保护对象主要有进线、母联、出线、变压器、高压电容器及高压电动机等,保护有定时限与反时限,其中定时限较多。根据继电保护设计规范,继电保护分为主保护、后备保护、辅助保护、异常运行保护、复合电压启动的过流保护等。

主保护应满足系统稳定和设备安全要求,在系统发生故障时,能以最快速度有选择地切除被保护设备或全线路的故障。

后备保护是在系统发生故障主保护或断路器拒动时,用以切除故障的保护。由相邻电力设备或线路的保护实现的后备为远后备保护,由本电力设备或线路的另一套保护实现的后备保护为近后备保护。

为补充主保护和后备保护的性能而增设的简单保护为辅助保护,如保护回路断线等。反应被保护电力设备或线路异常状态的保护为异常运行保护,如瓦斯、温度等。由接于线电压的低电压和过电流三个元件组成的保护为复合电压起动的过电流保护。

选煤厂变电所均为终端站,继电保护比较简单,主要有速断与过流保护,800KVA及以上油浸变压器(400KVA车间内油浸变压器)应有瓦斯保护,干式变压器应有温度保护,10 000KVA及以上的单独运行的变压器与6 300KVA及以上并列运行或单独运行的重要变压器应装设纵联差动保护,6300KVA及以下的重要变压器亦可装纵联差动保护。

继电保护整定值一般由当地供电部门给出,在设计时有时也通过计算给出整定值,但最后送电时还是要以供电部门正式给出的整定值为准。供电部门从电力系统稳定与保护方面考虑的比较多,对进线速断与过流整定值要求很高,这就给下一级保护配合带来一定困难,特别是用户单台变压器容量较大时,整定相对困难。

2.3 微机继电保护

微机继电保护是当前最为先进的继电保护。它在电力系统已经得到广泛的应用。微机保护单元采用的CPU也在不断升级。现在普遍采用16位CPU以及DSP信号处理芯片,微机保护单元还有计算机通信接口,可以很方便的组成计算机网络。

微机保护单元的保护、测量以及通信功能均由软件来完成。所以对功能要求复杂的保护,微机保护单元优越性更能得到充分的发挥。

2.4 微机继电保护的电气设计

微机保护单元还没有国家标准图,是在现有国家标准图基础上进行修改,保护与测量由电流互感器及电压互感器直接接到微机保护单元的相应输入口,微机保护单元的输出口分别接到合分闸回路。有些微机保护单元本身已有防跳功能,这样设计时防跳继电器就可以取消。本身没有防跳功能的微机保护单元仍然要设计防跳继电器。

微机保护单元都有直流220V开关量输入口,因此开关状态,手车位置等信号可以直接到微机保护单元的开关量输入口。

微机保护单元一般都有故障显示,并且通过通信接口可以传到值班室计算机进行事故报警与记录。所以设计时,信号继电器可以取消,瓦斯及温度信号可以直接接到微机保护单元的信号输入口,重瓦斯与超高温跳闸,一般直接接到跳闸回路,中间应串联一个信号继电器,再将其接点接到微机保护单元的信号输入口。

微机保护设计 篇9

基于上述要求, 本文提出一种可应用于高压输电线路微机保护的新型数据采集系统。该数据采集系统采用ANALOG公司的16位数据采集芯片AD7656, 该芯片内部带有独立的高速6通道同步采样保持器和模数转换器, 简化了外围电路设计, 可以自动完成多路输入通道的数据采集工作而无需处理器的干预。

1、数据采集系统的硬件结构

数据采集系统包括模拟量预处理 (电压、电流变换和低通滤波) 、采样保持及模数转换等功能模块, 完成将模拟输入量准确地转换成所需的数字量, 传给处理器 (DSP) 进行相关处理、计算。其中AD7656芯片完成了采样保持和模数转换功能, 处理器采用DSP芯片TMS320VC33, 二者之间逻辑使用CPLD芯片XC95144, 如图1所示。

2、系统各部分原理图及主要芯片

2.1 模拟量预处理

输入模拟信号是由电压、电流互感器二次侧输出的9路工频电压、电流信号。在进行A/D转换之前, 每路输入的模拟信号须经过信号变换以满足A/D转换器件量程, 并滤除高频成分以满足采样定理要求。如图2所示为信号变换和RC低通滤波电路[8]。

交流模拟量变换回路的基本设计原则是:要保证各电压/电流互感器的一次、二次侧之间相位位移保持一致;互感器要在整个工作范围内保持线性传输, 输入小信号不失真, 输入大信号不饱和。AD7656芯片输入电压范围设为±5V (±5V、±10V可选) , 为了使电压/电流变换器二次侧信号与A/D量程匹配, 电压变换器应选用变比为 (100/3) / (5/2) =100/3.53。若高压电流互感器二次额定电流为Ie (一般为5A或1A) , 为了保证其线性范围, 电流变换器变比为20Ie/3.53。

由于无源滤波器具有结构简单、能经受较大的浪涌冲击、可靠性高的特点, 而高阶的模拟滤波器将带来长的过渡过程, 有可能影响保护的速度, 所以一般选择采用一阶RC无源低通滤波器。本系统采样频率设为1.6kHz, 即每周波采32点, 若按2.5倍频滤波应滤除0.64kHz以上高频信号分量, 则电阻R参数选为2.5kΩ, 电容C参数选为0.1μF。低通滤波的幅频/相频响应如图3所示。可见, 在截止频率ω=2πf=4019.2rad/s处, 信号幅度低于0.707。

稳压管组成双向限幅, 使A/D变换芯片的输入电压限制在峰-峰值±5V以内。

2.2 模数转换与DSP芯片及原理电路

模数转换采用的AD7656是Analog公司生产的一款16位高速6通道同步采样芯片, 功能框图如图4所示。它内部带有6个高速同步采样/保持电路通道和16为逐次逼近型模数转换器 (ADC) , 采样速率250kSPS, 满足实时性要求。AD7656的6路模拟输入分为三组, 分别由CONVSTA、CONVSTB、CONVSTC来控制启动, 可通过引脚或软件方式设定输入电压范围 (±10V或±5V, 为±4×VREF或±2×VREF) , 它提供了可选的高速并行或串行接口, 从而允许该器件与微处理器 (MCU) 或数字信号处理器 (DSP) 连接, 每个通道的输出都可为一个16位字, 可见它非常适合于多路采集系统需要。

处理器所采用的TMS320VC33是TI公司的一种DSP芯片, 除具有一般浮点DSP的优点之外, 还具有众多的内部资源:34K×32位双存取的SRAM, 4K×32位的片内屏蔽式的ROM, 还包括一个串口、两个定时器及DMA控制器等, 为设计提供了很大的便利。由于它采用了内部1.8V、外部3.3V供电, 因而功耗比原有型号降低了大约一个数量级。

处理器与模数转换间的逻辑控制用CPLD完成。本装置使用Xilinx公司的CPLD器件——XC95144。XC9500系列器件的最快达3.5ns, 宏单元数达288个, 可用门数达6400个, 系统时钟可达到200MHZ。XC9500系列器件采用快闪存储技术 (Fast FLASH) , 功耗低。XC9500系列产品符合PCI总线规范;含JTAG测试接口电路, 具有可测试性;具有在系统可编程 (ISP:In System Programmable) 能力;具有5v和3.3v工作电压混合模式;有很好的保密和抗干扰能力等等。XC9500系列可提供从最简单的PAL综合设计到最先进的实时硬件现场升级的全套解决方案。由于TMS320VC33的I/O口电压为3.3V, 为了与其匹配, AD7656数据逻辑输出电压也应为3.3V, 即将TMS320VC33的DVDD与AD7656的VDRIVE同接到+3.3V电源。

下面考虑AD7656与TMS320VC33接口电路的设计。如图5, 是AD7656与TMS320VC33接口电路原理图, 为了简化两片AD7656只画出一片。

高压输电线路微机保护输入的9路模拟信号需要两片AD7656芯片来完成。两个芯片的6个采样使能端CONVSTA/B/C连在一起, 这样可以进行9路模拟信号同步采样。模数转换完成后, 数据存储在输出数据寄存器中, BUSY电平降低, 两个芯片BUSY信号在CPLD中进行或逻辑, 则两个芯片的模数转换全部完成再通过CPLD触发DSP中断, DSP在中断处理程序中读数据。接地则输出为并行模式, 可一次读出16位数据。通过片选可以连续读出一个芯片6个通道的数据, 然后通过CPLD的地址译码选择另一片AD, 再读出3路数据, 则可读出全部9路数据。

3、数据采集系统软件设计

数据采集系统软件设计的主要功能是完成数据采集, 把数据读取到数据存储器, 由DSP处理器进行数据分析与处理。数据采集的流程为:DSP完成初始化自检后, 首先设定定时器时间间隔, 开放DSP的外部中断, 启动定时器。当定时采样周期到, 定时器输出通过CPLD向A/D发采样命令, 启动A/D转换。数据采集工作主要在A/D中断服务子程序中进行。当A/D转换完成后向DSP发出中断请求信号, DSP程序转入外部A/D中断服务子程序, 连续6次读取6路数据, 然后通过片选选取另一个芯片, 再次读取3个通道的转换结果, 两次完成全部数据采样。数据采集系统A/D中断服务子程序流程如图6所示。

4、结语

以上较完整的论述了应用于高压输电线路微机保护的新型数据采集系统设计的各个部分:模拟量处理、模数转换及其与DSP处理器的接口、软件流程等。该系统具有采样速率高、精度高及高可靠性、高度集成化和开放性等特点。

摘要：随着微机保护的发展, 一些新的保护原理和方案的出现对构成微机保护装置的硬件平台提出了更高的要求, 尤其是对采样速率提出了更高要求。本文介绍的新型高速数据采集系统采用了数字信号处理器 (DSP) 和模数 (A/D) 转换芯片AD7656, 逻辑控制电路使用复杂可编程控制器件 (CPLD) 作为整个系统的逻辑控制芯片。该系统具有采样速率高、精度高及高可靠性等优点。

关键词：微机保护,数据采集,数字信号处理器,复杂可编程控制器件

参考文献

[1]杨奇逊.微型机继电保护基础.水利电力出版杜, 1987.

[2]兀鹏越, 俞霄靓.基于DSP的分布式微机保护测控装置的硬件设计.现代电子技术, 2007, (21) , 109～111, 114.

[3]TMS320VC33 Data Sheet[M].Dallas:Texas InstrumentsIncorporated, 2004.

微机保护设计 篇10

哈三电厂200MW#1、#2机组基建投产时发变组保护为老式整流型和电磁型保护, 整流型元件保护原理复杂, 调试困难, 运行状况不稳定、日常维护量大。保护装置没有自检和参数在线监测功能。随着电力系统科技水平的提高, 此装置的技术性能、可靠性, 都不能满足新的安全性评价及《二十五项反措继电保护实措细则》中关于发变组保护双重化配置等较高要求。为保障发电机组的安全稳定运行, 将#1、#2发变组保护更换为国电南自股份公司的DGT-801B型微机保护。保护和出口配置均依据《电力工程电气设计手册》、《继电保护和安全自动装置技术规程》、《二十五项反措继电保护实措细则》中的规定和要求进行。

1 保护组屏及配置方案

改造后#1、#2发变组微机保护均由三个柜组成, A、B柜为电气量保护, C柜为非电气量保护。A、B柜电气量保护实现了双重化配置且分别独立, 新增了主变差动等保护。

1.1 发变组保护A、B柜具体保护配置

发电机差动、主变差动、高厂变差动、发电机匝间保护、定子接地、转子一两点接地、发电机过激磁、转子过负荷、发电机低励失磁、发电机逆功率、电压断相闭锁、发电机低电压闭锁过电流、、发变组差动、对称过负荷、负序过电流、发电机过电压和低电压、出口断路器非全相、出口断路器失灵、主变零序电流、主变间隙零序电压、主变间隙零序电流、高厂变高压侧电压闭锁过流、高厂变低压侧分支过流和速断、主变通风启动、高厂变通风启动

1.2 发变组保护C柜保护配置

主变重瓦斯、主变轻瓦斯、高厂变重瓦斯、高厂变轻瓦斯、主变冷却器全停、失磁联跳、发电机定子断水、热工保护跳发电机、主变压力释放、高厂变压力释放、主变油温、高厂变油温

2 保护系统出口方式设计方案

2.1 两套电气量保护出口方式设置

断开发变组出口断路器, 发电机磁场开关、跳高厂变低压侧分支开关、失磁动作切换厂用电、失磁动作减出力、关闭主汽门、停炉、起动失灵保护、跳母联断路器、跳备励、启动备自投等。其中, 差动、定子95%接地、转子两点接地、重瓦斯、主变电压电流保护作用于全停, 其它后备保护动作采用解列、解列灭磁、程序跳闸、减出力、减励磁、切换厂用电、发信号等不同的出口方式。

2.2 非电气量保护出口方式设置

断开发变组出口断路器, 发电机磁场开关、跳高厂变低压侧分支开关、关闭主汽门、停炉、跳母联断路器、跳备励、启动备自投等。

出口方式说明如下: (1) 新增母联带送发变组方式跳母联出口回路, 具体情况等将在“三”中详细说明。 (2) 新增主保护至备自投的快切启动出口两路。确保机组跳闸后厂用电的快速切换。 (3) 按反措要求, 新增与一期220k V母差保护配合的失灵解除母差电压闭锁出口和失灵启动母差保护出口。在失灵保护启动母差保护同时发跳汽机和锅炉命令。 (4) 转子一点接地保护动作后直接启动投入转子两点接地保护, 并发信号。 (5) 非电量保护不启动失灵保护, 并设单独的非电量出口矩阵。 (6) 新增发变组保护跳备励出口, 新增发电机低电压启动备用励磁机出口。将低电压启动备励、主变通风启动、高厂变通风启动做入出口矩阵。

3 增设特殊运行方式下, #1#2发变组保护直接跳母联开关回路改进原因: (以#2机为例)

当我厂#2机出口2202断路器在运行中由于机构泄压造成断路器禁止跳闸或禁止操作时, 按照调度规程, 应当将#2机2202断路器所在南母线上的其他设备断路器倒至北母线上运行, #2机2202断路器单独送至南母线, 通过母联断路器与北母线相连, 220KV母差保护投无选择性刀闸, 此时, 由于所有发变组保护启动跳闸出口STJ继电器的回路均已被压力降低禁止跳闸2YJJ或压力降低禁止操作3YJJ继电器的常闭接点断开, 造成2202断路器已经是死开关, 如果#2发变组发生故障, 只能通过发变组断路器失灵保护去跳母联断路器将#2机组解列, 但这种状况下, 发变组断路器失灵保护去跳母联断路器回路在某些运行方式下存在以下几种严重缺陷:

(1) 发变组断路器失灵保护中串有相电流闭锁判据LJA、LJB、LJC继电器接点, 如果机组带18万千瓦负荷以下, 当发电机出现定子过电压、主变瓦斯、高厂变瓦斯、主变冷却器全停、发电机定子断水等非短路性质故障或非电气量保护动作, 或处于小电流接地方式的发电机发生定子单相接地故障, 或发电机励磁回路发生两点接地故障等情况, 反映到主变高压侧的电流不会有太大的变化, LJA、LJB、LJC继电器不会励磁。发变组断路器失灵保护不会启动去跳母联断路器将故障机组断开, 这对机组的安全而言是相当危险的。

(2) 在发变组通过母联开关送电的特殊运行方式下, 如果由于检修泄压故障时误碰机构的原因或其他意外的原因造成2202断路器非全相, 即便#2发电机非全相保护动作, 也只能通过启动跳闸出口STJ继电器发跳令, 但是由于启动STJ回路已经被压力降低禁止跳闸2YJJ或压力降低禁止操作3YJJ继电器的常闭接点断开, 2202断路器已经是死开关, 这时, 虽然母联CT二次会有零序电流产生, 但母联断路器自身仍旧是三相运行, 它没有发生非全相, 不会启动三相位置不一致继电器ZWJ, 由于母联ZWJ接点与LJ0接点串接去启动母联非全相保护, 使得母联断路器自身非全相保护根本不会动作, 只能由网控运行人员手拉母联断路器来消除机组的非全相故障。如果单控、网控由于处理事故不当或联络时间过长, 将造成#2机组长时间非全相运行, 产生较大的负序电流, 将会烧损发电机转子。

综上所述, 在这种特殊运行方式下的保护回路, 当机组真正发生故障时, 保护根本满足不了能够可靠与快速动作的要求, 如果发生保护拒动或经较长的延时动作, 都将对发电机组的设备安全带来严重威胁。针对上述运行方式下保护存在的缺陷, 提出如下改进回路:

当#1、#2机组发变组出口2201或2202断路器由于压力异常不能进行任何操作, 且空出一条220k V母线由母联断路器和发变组出口断路器串联进行送电时, 220k V继自装置规程要求发变组保护动作应直接作用于跳母联断路器。为此, 在操作屏上设置这种特殊运行方式下的一个出口跳母联压板, 两套电气量保护和非电气量保护动作后再通过操作屏上压板出口, 机组正常运行时解除这个压板, 母联断路器带送机组时投入这个压板。

4 结束语

通过#1、#2机组发变组微机保护改造, 一改原有设备的技术落后、性能低下、可靠性差、维护量大等一系列缺点, 大大增加了科技进步含量, 提高了自动化运行水平, 为#1、#2机组的安全稳定运行提供了有利的保障。

摘要：以华电能源哈尔滨第三发电厂200MW#1、#2机组发变组保护改造为例, 将发变组保护由整流型保护更换为微机保护, 对保护的配置、出口方式的设计等问题进行了阐述, 分析了原有保护回路存在的缺陷, 提出了增设了220kv母联开关带送发变组运行方式下, 发变组保护直接跳220kv母联开关回路等解决方法。

关键词：发变组保护,改造,设计

参考文献

[1]电力工程电气设计手册[Z].[1]电力工程电气设计手册[Z].

[2]继电保护和安全自动装置技术规程[S].[2]继电保护和安全自动装置技术规程[S].

[3]防止电力生产重大事故的二十五条重点要求继电保护实施细则[S].[3]防止电力生产重大事故的二十五条重点要求继电保护实施细则[S].

浅谈常见的几种微机母线保护 篇11

关键字：微机 母线保护 装置

中图分类号：TM7文献标识码：A文章编号：1674-098X（2012）12（c）-00-01

计算机技术的高速发展，使得微机继电保护的优势越来越明显，不仅容易操作，便于管理维护，而且可靠性高、选择性好、速动灵活等。目前微机母线保护在电力系统方面的应用已经变得很广泛，微机化保护在220 kV以上电网继电保护装置中的线路保护上已经基本实现，元件保护也正朝着全面微机化方向过渡中。微机母线保护中应用原理最广的是具有比率制动特性的差动保护原理，它是以差动电流的计算为基础，关键点是确定差流计算范围以及规定TA极性。母线保护的要求比较高，需要满足灵敏性、选择性、可靠性以及速动

性等。

1 母线保护概述

1.1 母线保护的重要性

母线是电力系统中的一个重要组成元件，是汇集电能及分配电能的重要设备。如果母线故障时没有装备相应的母线保护，那么就要靠相邻元件的保护当做其后备的保护，这样一来就会延长断开故障的时间，使得停电范围扩大。母线上通常连有较多的电气元件，母线故障将使这些元件停电，从而造成大面积的停电事故，在修复故障母线期间，将使故障母线连接的所有元件转换到其他没有故障的母线上运行。因为母线保护关联较多的开关，一旦误动作会造成严重的后果，所以对它的安全性的要求更高。

1.2 母线保护分类

母线保护按照原理分类可分为：用相邻回路保护实现的母线保护；电流差动原理（固定连接母差）；母联电流相位比较原理；电流相位比较式母线保护原理。按照差动回路的电阻大小分类可分为：低阻抗型母线保护；中阻抗型母线保护；高阻抗型母线保护。按照元器件构成来分类可分为：整流型母线保护；集成电路型母线保护；微机型母线保护。

1.3 微机型母线保护的优点

微机型母线保护的优点有：能根据软件计算的结果来合成差动电流以及制动电流，不再要求有公共的差电流回路，不用并联各回路的电流互感器次绕组后引到保护盘，使保护的可靠性得到很大的提高；微机母线保护可以利用微机的快速计算处理能力和智能分析能力进行比较复杂的动作判据，实现更为可靠的保护方法；能通过软件平衡不同回路电流互感器的变比；微机母线保护还具有自检功能，更加可以提高可靠性，此外，微机母线保护还有一些通信接口，能够实现监控系统方便互联、数据的传输以及远程控制。

2 常见的几种微机母线保护装置

2.1 RCS-915AB型母线保护装置

RCS-915AB型母线保护装置包括一套 RCS-915AB型微机母线保护、一套RCS-918A型复合电压闭锁装置以及隔离开关模拟盘MNP-3。

该保护装置设有母联差动、母联充电保护、母联死区保护、母联失灵保护、母联过流保护、母联非全相保护、以及断路器失灵保护等功能。本装置保护采用高灵敏比率差动保护原理，由分相式比率差动元件构成，并采用常规比率差动和工频变化量比率差动元件。

RCS-918A型复合电压闭锁装置为由微机实现的数字式复合电压闭锁装置，用作母线差动保护或断路器失灵保护的独立电压闭锁元件。复合电压元件包括相低电压、零序电压和负序电压三个判据，三个判据任一动作时，电压闭锁元件开放。复合电压元件长期开放装置发电压开放报警信号。

RCS-915AB型母线保护装置是利用隔离开关辅助接点判断母线运行方式，因此刀闸辅助触点的可靠性直接影响到保护的安全运行，配置MNP-3隔离开关模拟盘以减小隔离开关辅助接点的不可靠性对保护的影响。

当保护向母联断路器发跳令后，经整定延时（应大于母联断路器最大动作时间）母联电流仍然大于母联失灵电流定值时，母联失灵保护切除两条母线上的所有连接元件。母联失灵保护可由差动保护、失灵保护、外部开入启动，受与之相连的两段母线电压闭锁（双母双分接线形式下分段失灵时只受与之相连的一段母线电压闭锁）。

元件的动作方程为：当正序电压 或负序电压，延时10 s报PT断线并发告警信号。PT断线元件仅发告警信号不闭锁差动保护。

2.2 SGB750型数字式母线保护装置

SGB750型数字式母线保护装置包括一套SGB750型数字式母线保护装置及SGB750-2模拟盘。该装置设有母线差动保护、母联充电保护、母联过流保护、母联断路器失灵和盲区保护、断路器失灵保护、母联断路器非全相保护、复合电压闭锁功能、运行方式识别功能等功能。

该装置保护采用比率制动差动保护原理。并设置两套差动保护：采用分相式全电流差动保护和分相式电流变化量差動保护。特点是：抗过渡电阻的能力强，受故障前系统功角的影响小。采用“差电流变化量起动”和“差电流起动”双启动原理，双启动原理的启动灵敏度高，对系统发生的金属性或非金属性故障、短路容量的差异所产生的不同故障特征，均能快速起动，并进入下一级保护判别。对于可能导致母线保护装置误动的小概率因素，能从多方位采取有效措施，确保不误动。能自动适应母线的各种运行方式。还设置独立于差动保护软件的复合电压闭锁功能，可靠防止差动保护的误动。

2.3 BP-2C（S）母线保护装置

BP-2C（S）母线保护装置是深圳南瑞科技有限公司研发的新一代微机型母线保护装置。该装置的设计继承了BP系列成熟的保护原理及丰富的现场运行经验，研制出高性能的硬件平台，并以此为基础提升软件的逻辑处理能力，数字化技术应用平台兼容能力，以及工程应用的自适应配置能力。其中“S”为BP-2C扩展型号，表示BP-2C装置国网测试后定版版本。

BP-2CS 微机母线保护装置适用于1000 kV及以下电压等级，包括单母线、单母分段、双母线、双母单分段以及双母双分段在内的各种主接线方式，母线上连接元件的最大规模为24个支路。对于中性点不接地系统，若母线保护仅接入两相CT，母线上连接元件的最大规模为36个支路。适用于Q/GDW 175—2008《变压器、高压并联电抗器和母线保护及辅助装置标准化设计规范》。

2.4 WMH-800母线保护装置

WMH-800A母线保护装置是WMH-800系列微机母线保护装置的改进型产品，适用于750 kV及750 kV以下各种电压等级、各种主接线方式的母线。装置设有两套独立的保护用CPU，CPU2完成启动，CPU1完成出口，双CPU模式可防止一块CPU意外故障而引起保护误出口。

3 结语

随着微机母线保护各种相关技术的发展和进步，数字式母线保护将成为母线保护的一个发展方向。随着电网的复杂程度的提高及设备功能的增强、费用的提高，对微机母线保护的可靠性、快速性、反应的准确性要求将会越来越高。微机母线保护方法也会越来越多，更先进的微机母线保护装置也会不断出现，为电力系统的安全、可靠、稳定运行提供保障。

参考文献

[1] 黄雪松.浅析微机母线保护[J].仪器仪表用户，2012（2）.

[2] 王迎新，王兰，刘海燕.RCS-915A微机型母线差动保护原理与应用[J].电力学报，2004（1）.

微机保护设计 篇12

电流回路二次接线正确与否直接关系到微机保护动作的正确性, 在保护接线中有着很重要的作用。在施工现场, 可以通过点极性、通流、合相等方法来检查和确定电流回路接线的正确性, 但因电流回路二次接线错误所引起的保护误动与拒动事故还是屡有发生。虽然大多数事故是人为原因造成的, 但与微机保护没有相应的检查和判别功能有很大关系。现在的微机线路保护能够判断出一些交流回路二次接线的错误, 如PT二次回路断线判据、CT断线判据等。这些判据可以在原二次接线回路正确的情况下, 当二次回路发生故障时, 防止保护误动作;又如线路保护中开口三角3U0与保护自产3U0的对比判据, 可以判别PT二次回路接线是否正确。但是, 微机保护对于电流回路二次接线的正确性如极性、相序等, 并没有自动的识别与纠正能力, 只能通过新线路或是新装置投运后人为地进行判断。本文提出了一种利用线路空载投入时判断电流回路二次接线是否正确的设计思路及微机自动识别纠正的方法, 可以解决微机保护由于电流回路二次接线错误引起的问题。

1 电流回路二次接线判断原理

如图1所示, 当高压长线路空载合闸时, DK1与DL1闭合, DK2与DL2断开, 此时线路空载投入, 线路电流为容性电流, 认为线路三相参数相同、对地电容相等, 则线路三相容性电流大小相等, 且各相电流超前各相电压的角度为π/2, 考虑到微机保护的采样误差与离散性, 则有:

φ=tan-1 (I/U) ∈ (φ1, φ2) (1)

式中, φ1, φ2由 (φ1, φ2) =π/2 (1±ρ%) 确定, ρ为可靠性系数, 其相量图如图2所示。

2 接线判错程序设计

由以上分析可知, 当线路空载投入时, 电流超前电压, 且其关系满足 (1) 式, 故可以通过判断线路是否空载合闸, 且电流电压的关系是否满足上述关系, 来确定电流回路二次接线是否正确。其程序流程如图3所示, 当电流检查功能投入, 可以将该检查功能设置为软压板, 也可以由保护装置自带的充电保护功能压板来代替。该功能投入后, 首先检查线路电压, 对于110 kV 线路可以取单相电压, 对于220 kV及220 kV以上线路可以取线路三相电压或单相电压。判断线路PT是否有电压是为了确定线路是否空载投入, 如果线路PT有电压, 说明对端断路器已投入运行, 线路带电, 则不能用空载合闸判据来判断电流回路二次接线。当有断路器合闸开关输入量输入时, 判断单相电流可以取任意相, 当取A相时, 判断“Ia>Izd”, 即线路是否投入运行, 避免线路未投入时程序的频繁启动。以上判据未判断线路是否空载投入运行, 若判断出线路已经空载投入运行, 则判断线路各相电流电压的角度差, 其中φa、φb、φc值由 (2) 式确定, Ua、Ub、Uc取母线电压, Ia、Ib、Ic取线路各相电流。

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(2)

判断程序首先判断A相电流回路是否正确, 是否满足φa∈ (φ1, φ2) , 如果满足, 则说明线路电流呈容性, A相电流回路接线正确, 下一步则判断B相电流回路;如果不满足, 则显示“A相接线错误”, 下一步再判断B相。依次类推, 直至检查完C相后程序结束。

3 接线自动识别程序设计

若判错程序发现电流接线错误, 通过保护装置面板显示“接线错误”。继电保护工作人员可以带电改动电流回路接线来纠正错误, 但危险较大, 而接线自动识别程序可以对接线进行自动的识别与纠正。通常情况下, 交流回路接线可能出现的问题有相序错误、极性错误等, 接线自动识别程序主要以这两种错误为例进行设计, 如图4所示。其中, I'a、I'b、I'c为程序纠正后电流, 即微机保护识别出的各相电流;Ia为保护装置A相接线端子处输入电流;φa、φba、φca由 (3) 式确定。

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(3)

当接线判错程序判断出某相电流接线错误, 则进入自动识别程序。以A相为例, 首先判断A相极性是否接反, 若φa∈-[ (π-φ1) , (π-φ2) ], 则说明A相极性接反, 则程序自动纠正为A相电流I'a=-Ia;若不满足φa∈-[ (π-φ1) , (π-φ2) ], 则进行下一步判断, 判断A相实际输入电流是否为B相电流, 依此类推。

4 结语