电子核心论文-微机综合保护装置的选择及应用
发布时间：2013-08-06
[摘 要]：本文介绍了微机综合保护装置的硬件和软件技术特点、网络通信方式及保护装置的应用。
[关键词]：电子论文,核心论文,综合保护装置,处理单元,硬件,软件
随着计算机技术的飞速发展，近年来，在中、高压配电系统工程中应用微机综合保护装置的项目越来越多。微机综合保护装置使用方便，克服了传统继电器保护接线复杂、可靠性低、整定调试麻烦等问题。微机综合保护装置具有完善的自检功能，检测及调试十分方便，一旦发现异常，中央处理器CPU就会指挥信号发生器发出相应的声、光警报信号;同时在保护中很容易实现各种附加功能，如保护动作后打印故障信息、记录保护动作时间等。
由于我们国家暂时还没有出台微机综合保护装置相关的技术标准，生产保护装置的厂家又很多，各厂家生产的产品在功能及硬件配置方面不尽相同，这使得我们在选择综合保护装置时感到较难取舍。
以下就我本人在工程设计中选择与应用微机综合保护装置的一些体会作一简单介绍，供大家参考。
微机综合保护装置的选用
为了使微机综合保护装置能正确无误地完成继电保护的任务，在设计选型时我们应从装置的可靠性、响应时间、维护调试、附加功能等几个方面综合考虑选择。
1.1 微机综合保护装置可靠性的选择
微机综合保护装置的信号输入与传统的继电器保护相同，从电压互感器和电流互感器引入电压和电流信号，经变送器转换为符合保护装置所要求的标准信号，并由滤波器去掉低次和高次谐波及其它干扰信号，经 A/D转换器将模拟量转换为数字信号，CPU对输入的数字信号进行运算并与整定值比较作出判别,然后决定是否报警或跳闸。为满足装置可靠性要求，装置的测量与保护输入信号在装置内采用不关联的处理单元进行处理和输出，这样装置既可以保证测量精度又可在最严重故障时有充分的裕度，故障信号电流是正常值的20倍时不发生A/D溢出和饱即可满足一般工程可靠性要求。
1.2 微机综合保护装置响应时间的选择
保护装置的软件工作流程大致如下图所示：
由图可知保护装置的响应时间与装置所使用的软件及电气量计算方法密切相关，一般情况下用户是不知道的。我们在设计选型时只能从其计算精度、响应时间和运算量三个指标来判别保护装置的优劣。装置的计算精度、计算量及响应时间是互相矛盾的，计算精度差、计算量小，其响应时间就快，反之响应时间就慢。一般来说电网的末端用户，确定装置的计算量应大于3次，其计算精度高于0.2%，其最长响应时间应小于30ms即可满足一般工程对响应时间的要求。
1.3 微机综合保护装置其他功能的选择
综合保护装置内有大量的集成芯片，对保护装置进行维护需要较高的专业技术知识。我们在选型时应尽量选用具有模块化、通用化硬件的保护装置，通过更换模块即可排除保护装置的硬件故障，提高工作效率。另外保护装置应自带EPROM模块，保护装置的整定值都可以以数字形式存于EPROM中，现场工作人员可随时调用其整定值对设备进行调试而不需重新写入数据。
为配合整个工程自动化监控系统，保护装置应具有通信功能，能通过数据总线方便地组成网络，在保护装置动作后能将其信息传送至上一级自动化监控系统。
2. 综合保护装置与全厂自动化控制系统的关系
根据工厂自动化控制系统的配置及通信要求，一般情况下微机综合保护装置的自动化系统可分为三层，即开关柜层、变电所层和中心控制室。
2.1 开关柜层
开关柜层由各种类型的微机综合保护装置组成，保护装置直接安装在开关柜上，每台保护装置直接处理本柜的测量、保护信号和控制功能。各装置的具体功能如下：
(1).进线柜
保护功能：瞬时电流速断、带时限电流速断;
测量功能：三相电流、三相电压、有功、无功功率、有功、无功电度;
监测功能：断路器分/合闸位置;
控制功能：手动分/合闸(柜上)、远控分/合闸;
报警功能：事故跳闸、预告信号、分/合闸、装置故障、故障录波等。
(2).变压器柜
保护功能：瞬时电流速断、带时限电流速断、反时限过负荷、单相接地故障、重瓦斯
跳闸;
测量功能、监测功能、控制功能：同进线柜;
报警功能：事故跳闸、轻瓦斯、温度报警、预告信号、分/合闸、装置故障、故障录波等。
(3).母线柜
保护功能、监测功能、控制功能:同进线柜;
报警功能：事故跳闸、装置故障、故障录波等。
(4).电动机柜
保护功能：瞬时电流速断、带时限电流速断、过负荷、单相接地、低电压、过热;
测量功能：三相电流、三相电压、有功、无功功率、有功、无功电度;
监测功能：断路器分/合闸位置;
控制功能：手动分/合闸(柜上)、远控分/合闸;
报警功能：事故跳闸、预告信号、分/合闸、装置故障、故障录波等。
保护装置在各自开关柜内将数据采集后，通过总线传输到变电站层的监控计算机上。采用此系统后控制电缆大大减少，缩短现场调试时间，提高工作效率。
2.2 变电所层
变电所中的许多信号需要通过厂区的工业以太网向中心控制室传输，并接收中心控制室的信号向保护装置发出控制指令。变电所层一般由工业控制计算机、打印机、显示器等硬件组成，其主要功能为对开关柜综合保护装置进行组态管理、监控系统运行，建立和管理变电所数据库，并与中心控制室进行通讯等等。由于各综合保护装置的生产厂家对其保护装置的软件及电气数值的计算方法保密，变电所层还要负担通信制式的转换工作以方便中心控制室与保护装置之间的信号传输与接收。
2.3 通讯网
开关柜与变电所之间可采用MODbus总线网络通信，最多可联64个从站，通信网与装置之间采用光电隔离措施防止外界干扰。变电所与中心控制室之间采用光纤介质的工业以太网方式通信。其通信速率大于1Mpbs。
2.4 软件
系统软件可采用国际标准结构的主流软件平台Windows NT 等。软件模块应包括：主控软件、图形软件、数据库管理软件、报表生成软件、通讯软件等。在选择软件时，主控软件要求其模块化程度越高越好，软件模块化程度高了后，现场工作人员可随时根据现场情况调用软件而不需另外编程，可极大地减轻调度人员及维护人员的操作及维护工作量，提高工作效率。
3.其它
另外，微机综合保护装置硬件选型还应注意以下问题：
1). 采用封闭、加强型机箱，抗强振动、强干扰，安装尺寸较小，适合于恶劣环境及柜体安装。
2). 采用工业级双CPU结构，每个装置内包含一个主CPU及一个通讯CPU，两CPU之间采用互检方式工作，提高装置的响应时间及精度，避免保护装置误动作或拒动作，提高稳定性和可靠性。
3). 全范围温度自动补偿，装置可长期工作在-20~+60C环境中。
4). 测量和保护信号在装置内分开处理，既可满足精度要求又可满足保护范围及可靠性的要求。
5). 采用专门的频率采样电路，使得采样频率可精确地跟踪电网频率，使电气量计算更精确。
6). 开关量输入、输出采用光电隔离措施，柜内接线电缆采用屏蔽电缆，有效地防范外界干扰信号，提高装置的抗干扰能力。
7). 采用大屏幕液晶显示器及软键盘，使得装置数值显示更清晰，操作更容易。
8). 对装置的各种保护方式的整定值经调试运行后以数字量的形式存于EPROM中，在调试或回路故障修复后可及时调用。
9). 有功能齐全的断路器操作回路，适用于各种类型的断路器控制，便于变电所改造。
10). 具有完善的事故分析能力，包括保护动作事件记录、电量信号越限记录、故障录波记录等。
4. 结束语
由于目前国内生产的微机综合保护装置的硬件模块化程度不高，不能象PLC的模块那样即插即用，保护装置的某一部分电路损坏后只能将整个装置更换，在无备用的情况下，有时会造成停电时间较长，影响生产。建议厂家将产品模块化、通用化、能即插即用。同时希望有关微机综合保护装置的技术标准能尽早出台，使我们在设计选用时有充分的依据。
以上是我在工程设计中对综合保护装置选择及应用的一点体会，供大家参考，不妥之处，望大家批评指正。
参考文献：1.《给水排水设计手册》第八分册 电气与自控 中国建筑出版社，2006年
2. 《工业与民用配电设计手册》第三版 中国电力出版社2012年
3.《供配电设计手册》中国计划出版社 1999年
