微机综合保护系统的发展与在变配电系统中应用(1)

摘要:随着我国经济的发展，电气自动化系统在企业连续生产中扮演着重要的角色，应用有很多方面,自动化微机综合保护系统正在逐渐替代传统继电保护，以全新开放式的平台，进入变配电系统，保证国民生产中变配电的安全稳定、应急响应、事故处理、联网通讯等方面。

目前我国的电网处于发展壮大时期，现阶段建设的工厂变配电装置投资规模大，所服务的装置生产流程长，从原料到成品往往需要经过多个生产工序，所以必须保证生产装置的连续运行与稳定供电，如果在生产过程中遇到突然停电等事故会使生产环节中断、重要设备损坏，造成重大经济损失。

传统的继电保护装置存在较多的弊端，已经不适用现代工业的高速发展。需要引入自动化微机综合保护系统对传统继电保护升级或在新厂建设阶段直接配置自动化微机综合保护系统，本文针对常规继电保护系统与自动化微机综合保护系统的结构，要求，系统之间的优缺点进行研究。

一、常规继电保护装置

1、传统继电保护屏的发展

继电保护的发展是随着电力系统和自动化技术的发展而发展的。在20世纪50年代及以前，差不多都是用电磁型的机械元件构成。随后陆续推广了整流型元件和由半导体元件组成的装置。70年代以后，集成电路构成的继电保护装置中得到广泛运用。到80年代，随着新技术新工艺的采用，继电保护硬件设备的可靠性，运行维护方便性也在不断得到提高。

2、供电系统对继电保护的要求

2.1选择性;保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中无故障部分仍能继续安全运行

2.2速动性;短路时快速切除故障，可以缩小故障范围，减轻短路引起的破坏程度，减小对用户工作的影响，提高电力系统的稳定性。

2.3灵敏性;灵敏性是指对保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。保护装置的灵敏性，通常用灵敏系数来衡量，灵敏系数越大，则保护的灵敏度就越高，反之就越低。

2.4可靠性;可靠性是继电保护在规定的保护范围内发生了属于它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作，而在其它不属于它应该动作的情况下，则不应该误动作。

3、常规继电保护缺点：

常规继电保护多数是采用继电器组合搭建而成，如：过流继电器、时间继电器、中间继电器、等通过复杂的组合，来实现保护功能，经过多年的使用和维护经验总结其缺点如下：

3.1占地空间大，安装不方便，变电站安装需要较大的空间，增加盘柜数量，建设投资增加。

3.2采用的继电器触点多，降低了保护的灵敏度和可靠性。

3.3调试、检修复杂，一般要停电才能进行，如出现事故将很难找到故障点，及时修复，应该生产。

3.4没有灵活性，保护定值修改要在继电器上调节，有时候还要更换继电器。

3.5使用寿命太短，由于继电器线圈的老化与发热问题将直接影响保护的可靠动作。

3.6继电器保护功能单一，要安装各种检测仪表才能观察与实时观测功能。

3.7数据不能远方监控，无法实现远程控制，不具备联网功能。

3.8继电器自身不具备监控与自检功能，当继电器线圈短路后，不到现场检查是很难发现问题的。

3.9继电器保护是直接和电器设备连接的，中间没有光电隔离措施，在系统收到雷击等强电压冲击时容易产生故障并使故障范围扩大。

3.10常规继电保护已经逐渐淘汰，很多继电器已经停止生产，备件采购困难。

3.11维护复杂，故障出现后没有故障处理经验的维护人员很难找到故障点。

3.12运行维护工作量大，设备的运行成本比微机综合保护系统多出50%以上。

二、国内目前较为先进的自动化微机综合保护系统

目前国内的自动化微机综合保护系统的设计和生产均采用GB、IEC等标准，二次系统设备的组成也采用了单纯的数字信息处理系统。自动化微机综合保护系统基于先进的计算机软硬件、自动控制、传感器和光纤网络通信等技术，融合了电子式互感器、继电保护、测控、通讯、当地监控和远程监控，远程指挥等主要功能，能够最大限度地满足供电安全、稳定和高效运行的要求。

1、自动化微机综合保护系统特点

1.1自动化微机综合保护系统包含电子式电压、电流互感器、高度智能终端、专用工控交换机、高低压继电保护插件、测控、监控等专用设备和人性化的人机界面与工具软件包。

1.2用光纤代替传统信号电缆进行通讯，简化接线，适用较长距离的控制要求，提高安全可靠性，避免电磁环境对信号的干扰，使用以太网通讯实现间隔联锁闭锁、母线差动失灵保护、过负荷联切等功能，用少量光纤取代大量信号控制电缆，降低施工成本并大大改善电磁兼容环境。

1.4软件系统与人机界面能够跨多个操作系统平台使用，开发后的代码能适用于多个操作系统，或者实现混合平台应用，并能根据实际需求灵活选择软硬件资源配置。

1.5并行实时数据库，数据库采用冗余技术保证数据安全，将监控、远动及保护信息管理系统整合存储。

1.6柜间隔独立、双重保护独立，合理划分网络和一二次设备，双重化或主备分开的保护独立，屏柜界限清晰，屏间信号具备软硬件隔离点，方便设备的运行维护和检修。

2、自动化微机综合保护系统按站控层、间隔层和过程层划分。

2.1站控层：监控系统包含监控、一体化五防、VQC和保护信息管理等功能。

2.2间隔层：保护装置、测控装置、安全稳定装置等自动装置。

2.3过程层：电子式互感器、智能终端应用于开关和变压器智能化管理控制。

2.4其它设备包括系统配置器、变电站专用工业以太网交换机、RS-485接口等。

3、自动化微机综合保护系统的各逻辑接口具有的功能：间隔与远方保护系统之间保护数据交换;过程层和间隔层之间PT和CT瞬时数据交换;变电站与远方工程师办公地点数据交换;间隔之间直接数据交换，尤其是像联锁、保护这样需要快速动作的功能;变电站和远方控制中心之间或者与DCS、ESD等系统的控制数据交换等。

4、通信网络物理上应该分为两层，其一为站控间隔层网络，其二为过程层网络。

变配电之间的网络可采用双绞线以太网或光纤以太网，过程层网络采用光纤以太网，推荐采用简单可靠的星型拓扑结构或者环网机构。隔层网络和传统的自动化系统一样，可通过双网热备用或双网双工方式冗余提高通信可靠性;而过程层网络则视为继电保护的一部分，需根据保护配置原则进行冗余，在双网运行时应采用双网双工无延时切换，以满足保护跳闸要求。

三、自动化微机综合保护系统较传统继电保护的优点：

1.自动化微机综合保护系统，系统具备采集、监视、控制、自检查功能、通过一台设备可以发现：输电线路的故障，输电线路的负荷、自身的运行情况(当设备自身某种故障，微机保护通过自检功能，把故障进行呈现)人为介入处理，采用计算机原理进行远程控制和监视。

2.由于自动化微机综合保护系统采用各种电力逻辑运算来实现保护功能，所以只需要采集线路上的电流电压等少量信息，简化了接线与布线工作。

3.自动化微机综合保护系统采用计算机控制功能，保护定值、保护功能、保护手段采用程序逻辑，这样可以随时修改保护参数，修改保护功能。