摘要:隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電氣自動(dòng)化系統(tǒng)在企業(yè)連續(xù)生產(chǎn)中扮演著重要的角色，應(yīng)用有很多方面,自動(dòng)化微機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)正在逐漸替代傳統(tǒng)繼電保護(hù)，以全新開放式的平臺(tái)，進(jìn)入變配電系統(tǒng)，保證國民生產(chǎn)中變配電的安全穩(wěn)定、應(yīng)急響應(yīng)、事故處理、聯(lián)網(wǎng)通訊等方面。

目前我國的電網(wǎng)處于發(fā)展壯大時(shí)期，現(xiàn)階段建設(shè)的工廠變配電裝置投資規(guī)模大，所服務(wù)的裝置生產(chǎn)流程長，從原料到成品往往需要經(jīng)過多個(gè)生產(chǎn)工序，所以必須保證生產(chǎn)裝置的連續(xù)運(yùn)行與穩(wěn)定供電，如果在生產(chǎn)過程中遇到突然停電等事故會(huì)使生產(chǎn)環(huán)節(jié)中斷、重要設(shè)備損壞，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。

傳統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置存在較多的弊端，已經(jīng)不適用現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展。需要引入自動(dòng)化微機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)對(duì)傳統(tǒng)繼電保護(hù)升級(jí)或在新廠建設(shè)階段直接配置自動(dòng)化微機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)，本文針對(duì)常規(guī)繼電保護(hù)系統(tǒng)與自動(dòng)化微機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，要求，系統(tǒng)之間的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行研究。

一、常規(guī)繼電保護(hù)裝置

1、傳統(tǒng)繼電保護(hù)屏的發(fā)展

繼電保護(hù)的發(fā)展是隨著電力系統(tǒng)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。在20世紀(jì)50年代及以前，差不多都是用電磁型的機(jī)械元件構(gòu)成。隨后陸續(xù)推廣了整流型元件和由半導(dǎo)體元件組成的裝置。70年代以后，集成電路構(gòu)成的繼電保護(hù)裝置中得到廣泛運(yùn)用。到80年代，隨著新技術(shù)新工藝的采用，繼電保護(hù)硬件設(shè)備的可靠性，運(yùn)行維護(hù)方便性也在不斷得到提高。

2、供電系統(tǒng)對(duì)繼電保護(hù)的要求

2.1選擇性;保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)，僅將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使停電范圍盡量縮小，以保證系統(tǒng)中無故障部分仍能繼續(xù)安全運(yùn)行

2.2速動(dòng)性;短路時(shí)快速切除故障，可以縮小故障范圍，減輕短路引起的破壞程度，減小對(duì)用戶工作的影響，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.3靈敏性;靈敏性是指對(duì)保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)的反應(yīng)能力。保護(hù)裝置的靈敏性，通常用靈敏系數(shù)來衡量，靈敏系數(shù)越大，則保護(hù)的靈敏度就越高，反之就越低。

2.4可靠性;可靠性是繼電保護(hù)在規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生了屬于它應(yīng)該動(dòng)作的故障時(shí)，它不應(yīng)該拒絕動(dòng)作，而在其它不屬于它應(yīng)該動(dòng)作的情況下，則不應(yīng)該誤動(dòng)作。

3、常規(guī)繼電保護(hù)缺點(diǎn)：

常規(guī)繼電保護(hù)多數(shù)是采用繼電器組合搭建而成，如：過流繼電器、時(shí)間繼電器、中間繼電器、等通過復(fù)雜的組合，來實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，經(jīng)過多年的使用和維護(hù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)其缺點(diǎn)如下：

3.1占地空間大，安裝不方便，變電站安裝需要較大的空間，增加盤柜數(shù)量，建設(shè)投資增加。

3.2采用的繼電器觸點(diǎn)多，降低了保護(hù)的靈敏度和可靠性。

3.3調(diào)試、檢修復(fù)雜，一般要停電才能進(jìn)行，如出現(xiàn)事故將很難找到故障點(diǎn)，及時(shí)修復(fù)，應(yīng)該生產(chǎn)。

3.4沒有靈活性，保護(hù)定值修改要在繼電器上調(diào)節(jié)，有時(shí)候還要更換繼電器。

3.5使用壽命太短，由于繼電器線圈的老化與發(fā)熱問題將直接影響保護(hù)的可靠動(dòng)作。

3.6繼電器保護(hù)功能單一，要安裝各種檢測儀表才能觀察與實(shí)時(shí)觀測功能。

3.7數(shù)據(jù)不能遠(yuǎn)方監(jiān)控，無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，不具備聯(lián)網(wǎng)功能。

3.8繼電器自身不具備監(jiān)控與自檢功能，當(dāng)繼電器線圈短路后，不到現(xiàn)場檢查是很難發(fā)現(xiàn)問題的。

3.9繼電器保護(hù)是直接和電器設(shè)備連接的，中間沒有光電隔離措施，在系統(tǒng)收到雷擊等強(qiáng)電壓沖擊時(shí)容易產(chǎn)生故障并使故障范圍擴(kuò)大。

3.10常規(guī)繼電保護(hù)已經(jīng)逐漸淘汰，很多繼電器已經(jīng)停止生產(chǎn)，備件采購困難。

3.11維護(hù)復(fù)雜，故障出現(xiàn)后沒有故障處理經(jīng)驗(yàn)的維護(hù)人員很難找到故障點(diǎn)。

3.12運(yùn)行維護(hù)工作量大，設(shè)備的運(yùn)行成本比微機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)多出50%以上。

二、自動(dòng)化微機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)

目前國內(nèi)的自動(dòng)化微機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)均采用GB、IEC等標(biāo)準(zhǔn)，二次系統(tǒng)設(shè)備的組成也采用了單純的數(shù)字信息處理系統(tǒng)。自動(dòng)化微機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)基于計(jì)算機(jī)軟硬件、自動(dòng)控制、傳感器和光纖網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)，融合了電子式互感器、繼電保護(hù)、測控、通訊、當(dāng)?shù)乇O(jiān)控和遠(yuǎn)程監(jiān)控，遠(yuǎn)程指揮等主要功能，能夠滿足供電安全、穩(wěn)定運(yùn)行的要求。

1、自動(dòng)化微機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)特點(diǎn)

1.1自動(dòng)化微機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)包含電子式電壓、電流互感器、高度智能終端、專用工控交換機(jī)、高低壓繼電保護(hù)插件、測控、監(jiān)控等專用設(shè)備和人性化的人機(jī)界面與工具軟件包。

1.2用光纖代替?zhèn)鹘y(tǒng)信號(hào)電纜進(jìn)行通訊，簡化接線，適用較長距離的控制要求，提高安全可靠性，避免電磁環(huán)境對(duì)信號(hào)的干擾，使用以太網(wǎng)通訊實(shí)現(xiàn)間隔聯(lián)鎖閉鎖、母線差動(dòng)失靈保護(hù)、過負(fù)荷聯(lián)切等功能，用少量光纖取代大量信號(hào)控制電纜，降低施工成本并大大改善電磁兼容環(huán)境。

1.4軟件系統(tǒng)與人機(jī)界面能夠跨多個(gè)操作系統(tǒng)平臺(tái)使用，開發(fā)后的代碼能適用于多個(gè)操作系統(tǒng)，或者實(shí)現(xiàn)混合平臺(tái)應(yīng)用，并能根據(jù)實(shí)際需求靈活選擇軟硬件資源配置。

1.5并行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫采用冗余技術(shù)保證數(shù)據(jù)安全，將監(jiān)控、遠(yuǎn)動(dòng)及保護(hù)信息管理系統(tǒng)整合存儲(chǔ)。

1.6柜間隔獨(dú)立、雙重保護(hù)獨(dú)立，合理劃分網(wǎng)絡(luò)和一二次設(shè)備，雙重化或主備分開的保護(hù)獨(dú)立，屏柜界限清晰，屏間信號(hào)具備軟硬件隔離點(diǎn)，方便設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)和檢修。

2、自動(dòng)化微機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)按站控層、間隔層和過程層劃分。

2.1站控層：監(jiān)控系統(tǒng)包含監(jiān)控、一體化五防、VQC和保護(hù)信息管理等功能。

2.2間隔層：保護(hù)裝置、測控裝置、安全穩(wěn)定裝置等自動(dòng)裝置。

2.3過程層：電子式互感器、智能終端應(yīng)用于開關(guān)和變壓器智能化管理控制。

2.4其它設(shè)備包括系統(tǒng)配置器、變電站專用工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、RS-485接口等。

3、自動(dòng)化微機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)的各邏輯接口具有的功能：間隔與遠(yuǎn)方保護(hù)系統(tǒng)之間保護(hù)數(shù)據(jù)交換;過程層和間隔層之間PT和CT瞬時(shí)數(shù)據(jù)交換;變電站與遠(yuǎn)方工程師辦公地點(diǎn)數(shù)據(jù)交換;間隔之間直接數(shù)據(jù)交換，尤其是像聯(lián)鎖、保護(hù)這樣需要快速動(dòng)作的功能;變電站和遠(yuǎn)方控制中心之間或者與DCS、ESD等系統(tǒng)的控制數(shù)據(jù)交換等。

4、通信網(wǎng)絡(luò)物理上應(yīng)該分為兩層，其一為站控間隔層網(wǎng)絡(luò)，其二為過程層網(wǎng)絡(luò)。

變配電之間的網(wǎng)絡(luò)可采用雙絞線以太網(wǎng)或光纖以太網(wǎng)，過程層網(wǎng)絡(luò)采用光纖以太網(wǎng)，推薦采用簡單可靠的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或者環(huán)網(wǎng)機(jī)構(gòu)。隔層網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)的自動(dòng)化系統(tǒng)一樣，可通過雙網(wǎng)熱備用或雙網(wǎng)雙工方式冗余提高通信可靠性;而過程層網(wǎng)絡(luò)則視為繼電保護(hù)的一部分，需根據(jù)保護(hù)配置原則進(jìn)行冗余，在雙網(wǎng)運(yùn)行時(shí)應(yīng)采用雙網(wǎng)雙工無延時(shí)切換，以滿足保護(hù)跳閘要求。

三、自動(dòng)化微機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)較傳統(tǒng)繼電保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)：

1.自動(dòng)化微機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)，系統(tǒng)具備采集、監(jiān)視、控制、自檢查功能、通過一臺(tái)設(shè)備可以發(fā)現(xiàn)：輸電線路的故障，輸電線路的負(fù)荷、自身的運(yùn)行情況(當(dāng)設(shè)備自身某種故障，微機(jī)保護(hù)通過自檢功能，把故障進(jìn)行呈現(xiàn))人為介入處理，采用計(jì)算機(jī)原理進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視。

2.由于自動(dòng)化微機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)采用各種電力邏輯運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，所以只需要采集線路上的電流電壓等少量信息，簡化了接線與布線工作。

3.自動(dòng)化微機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)控制功能，保護(hù)定值、保護(hù)功能、保護(hù)手段采用程序邏輯，這樣可以隨時(shí)修改保護(hù)參數(shù)，修改保護(hù)功能。

4.自動(dòng)化微機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)還具備通訊功能，可以通過網(wǎng)絡(luò)把用戶所需要的各種數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，進(jìn)行集中調(diào)度。

5.自動(dòng)化微機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)的采樣與控制信號(hào)采用光電耦合隔離技術(shù)，把所有采集上來的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，這樣在有強(qiáng)電流進(jìn)入控制系統(tǒng)的時(shí)候，設(shè)備可以建立自身保護(hù)機(jī)制防止損壞或擴(kuò)大事故。

6.自動(dòng)化微機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)采用雙核或者多核心CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，加大了數(shù)據(jù)處理速度保證動(dòng)作相應(yīng)時(shí)間。

7.自動(dòng)化微機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)的壽命長，由于設(shè)備在正常狀態(tài)處于休眠待機(jī)等狀態(tài)，只有程序?qū)崟r(shí)運(yùn)行。

8.自動(dòng)化微機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)具備時(shí)鐘同步功能，對(duì)于故障可以記錄，采用故障波形記錄的方式把故障記錄下來，便于對(duì)故障的分析判斷。

9.自動(dòng)化微機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)采用了多層印刷板和表面貼裝技術(shù)，因而具有很高的可靠性和抗干擾能力。

四、自動(dòng)化綜合保護(hù)系統(tǒng)在企業(yè)變配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

東能化工有限公司10kV總變電站項(xiàng)目，自動(dòng)化微機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)采用了國電南京自動(dòng)化有限公司NEP998A電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)裝置、NEP983數(shù)字式變壓器保護(hù)裝置等，構(gòu)成自動(dòng)化微機(jī)保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng),該系統(tǒng)采用工業(yè)總線經(jīng)過智能網(wǎng)關(guān)、以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)及遠(yuǎn)動(dòng)裝置在后臺(tái)監(jiān)控機(jī)上實(shí)現(xiàn)全站監(jiān)控所電氣設(shè)備。

1、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及配置

NEP9xx系列數(shù)字式繼電保護(hù)裝置主要用于110kv及以下電壓等級(jí)的變電站，該系列主要由線路保護(hù)，變壓器保護(hù)，電容器保護(hù)，電抗器保護(hù)，備自投、電動(dòng)機(jī)保護(hù)綜合測控組成，采用高性能32位CPU將保護(hù)、測控、通信功能集成于一體。

2、NEP9xx系列數(shù)字式繼電保護(hù)裝置系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的功能

2.1實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集及處理功能

(1)遙測：可選程遙測變電站運(yùn)行的各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),如母線電壓、線路電流、主變溫度、功率、頻率等。

(2)遙信：開關(guān)、刀閘位置、分接頭位置、各種設(shè)備狀態(tài)、瓦斯、氣壓信號(hào)等。通過間隔層I/O單元進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集和處理。根據(jù)CT、PT的采集信號(hào),計(jì)算每一個(gè)電氣單元的電流、電壓、有功功率、無功功率和功率因數(shù)及電度量等。

2.2限值監(jiān)視和報(bào)警處理功能

限值、報(bào)警級(jí)別、告警方式、告警閉鎖和解除，變位告警等。

2.3事件順序記錄、事故追憶功能和保護(hù)信號(hào)的動(dòng)作順序以毫秒級(jí)進(jìn)行記錄。分辨能力2ms。

2.4控制功能

在授權(quán)許可條件下，通過當(dāng)?shù)鼗蛘{(diào)度端計(jì)算機(jī)鍵盤或鼠標(biāo)輸入操作命令,對(duì)變電站的控制對(duì)象進(jìn)行操作,包括開關(guān)及刀閘的分合、變壓器分接頭調(diào)節(jié)、PT并列信號(hào)復(fù)歸等。

2.5管理功能

系統(tǒng)具有管理權(quán)限、操作權(quán)限分類設(shè)置的功能,對(duì)于不同性質(zhì)的工作人員,可授予不同的權(quán)限。運(yùn)行人員或工程師可以修改、檢索、顯示、打印設(shè)備工況報(bào)告，對(duì)各種運(yùn)行記錄及設(shè)備的資料進(jìn)行檔案管理。

2.6在線統(tǒng)計(jì)計(jì)算功能

具有統(tǒng)計(jì)計(jì)算和報(bào)表統(tǒng)計(jì)功能,用戶自定義報(bào)表工具。根據(jù)采樣的CT、PT實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),能夠

計(jì)算每一電氣單元的有功、無功功率,各相電流、電壓,功率因數(shù);能夠分時(shí)段統(tǒng)計(jì)電壓、功率因數(shù)合格率,開關(guān)或事故跳閘次數(shù),變壓器的停用時(shí)間及次數(shù)等信息。

2.7畫面顯示和打印功能

在CRT畫面上顯示主接線圖、直流系統(tǒng)圖、站用電系統(tǒng)圖、監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行工況圖、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖、開關(guān)量等狀態(tài)表、各種實(shí)時(shí)測量值表、歷史事件及某些重要數(shù)據(jù)等。

2.8自診斷和自恢復(fù)功能

微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能夠在線診斷系統(tǒng)的軟件、硬件運(yùn)行情況,一旦發(fā)現(xiàn)異常能夠發(fā)出報(bào)警信號(hào)。在微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)診斷到軟件運(yùn)行時(shí),能自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào),不丟失重要的數(shù)據(jù)。

2.9維護(hù)功能

工程師可以通過工程師站對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行診斷、管理、維護(hù)和擴(kuò)充等工作,能夠用交互方式在線對(duì)數(shù)據(jù)庫中的各個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行修改和增刪?？梢詫?duì)各種應(yīng)用功能運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測,在線生成各種報(bào)表和在線編輯顯示畫面,還可以對(duì)計(jì)算機(jī)站控制系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)檢查。

五、分析自動(dòng)化微機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)目前存在的問題與解決方法

1、安全性問題：由于自動(dòng)化微機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)的功能強(qiáng)大，并且可以控制運(yùn)行設(shè)備，與電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系密切，在通過網(wǎng)絡(luò)異地修改保護(hù)定值或其它設(shè)置時(shí)，客戶機(jī)端通過加密的數(shù)字簽名核實(shí)調(diào)度端傳送數(shù)據(jù)的可信度，并通過校驗(yàn)碼保證定值的可靠性。當(dāng)客戶機(jī)向保護(hù)傳送定值時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)檢測修改值的合理性，如對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行工況影響較大則先提出警告和提示等。

2、通訊協(xié)議問題，需要將工廠網(wǎng)絡(luò)的所有微機(jī)保護(hù)、故障錄波器和現(xiàn)場智能采集設(shè)備聯(lián)系到一起，如果能夠解決好信息的組織及傳輸通訊規(guī)約問題，將減少系統(tǒng)投資加快通訊速率。

3、增加視頻監(jiān)控措施。在操作執(zhí)行后,能在一次設(shè)備附近裝設(shè)視頻和聲控系統(tǒng),通過遠(yuǎn)動(dòng)和通信系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣和傳輸,運(yùn)行操作人員在控制室就能對(duì)設(shè)備的運(yùn)行工況及狀態(tài)變化情況了如指掌,同時(shí)也減少了與高壓設(shè)備接觸的不安全因素。

4、微機(jī)綜合保護(hù)裝置的功能插件板比較容易受靜電等因素?fù)p壞。有些電源板插件因?yàn)樯釂栴}損壞，通信監(jiān)控插件的損壞導(dǎo)致通信連接不上，需要配備有經(jīng)驗(yàn)的維修人員與設(shè)備進(jìn)行維修。

5、設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)與技術(shù)培訓(xùn)要及時(shí)更新，通過不斷的學(xué)習(xí)培訓(xùn)，完成人員的培訓(xùn)與技術(shù)更新進(jìn)步。

總結(jié)：自動(dòng)化微機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)比傳統(tǒng)的繼電保護(hù)屏在個(gè)個(gè)方面具有明顯優(yōu)勢，雖然初期裝置建設(shè)費(fèi)用較傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置高，但是裝置投產(chǎn)后會(huì)得到良好的后期使用效果，減少配電系統(tǒng)的故障率，保障化工裝置的連續(xù)生產(chǎn)，其收到的間接經(jīng)濟(jì)效果將超過裝置建設(shè)多出的費(fèi)用。自動(dòng)化微機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)在使用過程中還可將配電系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)、信號(hào)通過通訊線路傳送到生產(chǎn)管理部門及總變電站的微機(jī)系統(tǒng)，生產(chǎn)管理部門及總變電站的各項(xiàng)指令也可通過數(shù)據(jù)傳輸下達(dá)到各級(jí)變電所的微機(jī)工作站，減少人工參與過程，保證數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠，方便化工企業(yè)通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)組建ERP管理系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

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(2)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理與實(shí)用技術(shù)中國電力出版社

(3)繼電保護(hù)自動(dòng)裝置及二次回路熊為群陶然中國電力出版社