金盆水电站微机保护装置的研究

2024.06.17

张宝成

摘? 要：微机保护装置搭载集成度高、总线排布芯片PLC、高灵敏度电流、电压互感装置、绝缘性能好的出口中间继电器、可靠性能高的开关、电源模块等电器元件构成。微机保护装置主要用于220kV及以下电压等级的发电厂、变电站、配电站等，也可用于部分（70～220）V电压等级系统中的电压、电流的保护及测量控制。

关键词：微机保护;装置;研究

中图分类号：TQ02 文献标志码：A? ? ? ? ?文章編号：2095-2945（2020）21-0058-02

Abstract： The microcomputer protection device is composed of electrical components such as high integration， bus arrangement chip PLC， high sensitivity current and voltage mutual inductance， export intermediate relay with good insulation performance， switch with high reliable performance， power supply module and so on. The microcomputer protection device is mainly used for power plants， substations and power distribution stations with voltage levels below 220kV， and can also be used for voltage and current protection and measurement control in some （70～220）V voltage grade systems.

Keywords： microcomputer protection; device; research

前言

在发电厂、变电站、配电站中经常会用到微机保护装置（见图1），微机保护装置较之前的电磁式继电器保护来讲，可靠性高，功能更加集中化和智能化。安装调试维护起来也容易很多，这是电力系统的一大进步。下面将重点对金盆水电站微机保护装置保护作用进行分析，让大家进一步明晰微机保护装置达到的效果。

1 金盆水电站电气保护简介

金盆水电站为后溪河流域第二级电站，总装机容量为2×12.5MW，发电机出口电压为10.5kV，采用扩大单元接线，主变型号为S11-31500/110，110 kV出线1回，采用国电南京自动化股份有限公司微机保护装置。水轮发电机组电气保护由发电机保护柜中的SDG801E发电机保护装置实现，主变压器电气保护由变压器保护柜中的SDG801E主变差动保护装置、SDG801E主变后备保护装置实现，110kV线路保护由线路保护柜中的RCS-943AM线路保护装置实现。

2 微机保护装置三大保护作用

2.1 过电压保护

过电压对任何电气设备来说都是致命伤，它可能对一切设备做出不可挽救的损害。具体指峰值大于在正常状态下最大的稳定电压的相应峰值的任何一种电压。通俗来讲，下雨时的雷击、试验中的过电压以及平时进行的开关操作的操作过电压都是其主要来源，而微机保护装置就能系统对其进行保护，切断电源。[2]

2.2 非电量保护

非电量这个名词指的是压力、温度的高低、火灾探头的信息等非电力参数。微机保护装置可以对非电量的数据进行记录和保护，对于失控的参数自动选择进行非电量闭锁，也就是自动拉闸。如变压器瓦斯保护、温度保护、压力释放阀动作后自动断开各侧开关保护等。

2.3 过热保护

微机保护装置的这个功效则更加简单容易。电流通过线路或者说继电器时会导致热量的散发，此时由于金属的特性导致受热膨胀，继电器中的双金属片会因为热膨胀系数不一样而发生弯曲变形，微机保护装置就可以对其进行密切监测，定时限或反时限动作跳闸。如电流速断保护、定时限过流保护、反时限过流保护、过载电流保护等。

3 微机保护装置的主要性能

微机保护装置采用集成度高、CAN芯片的微处理器采集来自电流、电压互感器的信号，采用数字化逻辑计算控制设备的输出信号。设备内部空间布置合理、机箱密闭、后期保养简单、适应性强，相当适宜操作场景非常恶劣、环境繁杂的现场操作。

（1）搭载高性能控制单元、高速大存储高可靠性存储设备，使设备拥有海量的数据处理能力。（2）集检测、操控、电量度于一体，功能强大，满足各类型的现场工况需求。（3）保护装置安全完善，多种安全保护功能都可采用控制的方式自由投退。（4）三种IEC标准反时限特性曲线选取的时间反时限过电流保护。（5）具备完整的测试功能，可测试电压、电流、有功功率、无功功率、有效功率、功率因数等重要电气化参数。（6）搭载全部中文LED液晶显示方式，多个菜单页面显示，人机互动体验非常好。（7）装载超大存储量的不容易丢失存储设备确保记载一百次历史数据，记载详细的内容，即时掉电数据也不会丢失。（8）设备搭载完备的动态与静态的自检功能，在线监控设备各主要部件运行状态，确保设备的运行可靠度。（9）精密零部件及制造工艺流程可确保微机保护装置的精准度、耐久性及长期的生命周期。（10）微机保护装置搭载通信CAN接口，可以为使用者提供非封闭的通信协议，便于SCADA功能的应用。

4 金盆水电站微机保护装置功能

4.1 发电机保护装置

能够实现纵联差动保护、低电压过电流保护、失磁保护、过电压保护、频率保护、定子95%接地保护、转子接地保护、过负荷保护、低电压保护、断路器失灵保护、断路器跳闸回路监视、非电量保护（水机、励磁事故等）、励磁变温度升高保护、故障录波等。

4.2 变压器保护装置

能够实现主变压器纵联差动保护、零序电流保护、10kV侧复合电压闭锁过电流保护、过负荷保护、过激磁保护、变压器低压侧接地保护、变压器接地差动保护、非电量保护（瓦斯保护、温度升高和过高保护、油箱压力过高保护等）、断路器失灵保护、断路器跳闸回路监视、故障录波等。

4.3 110kV线路光纤差动保护装置

能够实现110kV线路全线速断的微机光纤纵差线路保护、线路保护与对端联跳信号三相自动重合闸、同期检查、断路器跳闸回路监视、三段式接地和相间距离保护（带方向）、低电压/过电压保护、3段式零序和方向电流保护、3段式零序和速断与过载保护、3段式零序和定时限过流保护、故障测距、断路器失灵保护、断路器跳闸回路监视、故障录波等。

5 故障录波器

故障录波器在故障前后将电压量、电流量、开关量和保护动作情况录入，以便进行事故调查分析，查找事故原因。金盆水电站故障录波器为数字式，有独立的起动元件，拥有把它记载的数据原地输出并可以向远端传递的功能。故障码滤波仪在微机保护系统产生故障或震动时可以启动并且开始记录波形，在故障码解除或保护系统震动停止后，再使事先设定的时间来终止数据记录。故障码滤波仪具有外端启动接收点的收回路线。故障码滤波仪可以不间断记载数次错误曲线。故障录波器能全部完整记录电力系统在每10分钟内发生的相继三次故障（包括重合闸）及一次长过程振荡。每台故障录波器能记录96路模拟量（84路交流模拟量+6路直流量）和192路事件量。故障码滤波仪拥有测量距离的作用，它的测试结果误差不大于曲线波形总长度的3%。故障码滤波仪有能力记载和存储从故障码出现之前至少40ms开始持续到停止记载时间的电器量波形曲线图，采样频谱可以选择，96路的模擬数量线路在同一时间作业时，每一个模拟的线路最高级采样频谱大于5kHz。故障码滤波仪开始工作后可以供给简短的错误数据说明，其中包括：出故障的电子元器件、故障的型式、故障发生的时间节点、起动数量和故障测量距离的数据结果等。时间打印的分辨率小于等于1ms，打印时可记录出行动频率。故障码滤波系统应包括后台机，并要求组柜安装。

配备相关软件，用来研究电压、电流的曲线，获取故障率、有用功、无用功、频谱、振幅等参数。

经过系统软件计算分析获取的数据结果可以显示输出结果，并可以通过信息接收接口发送至后台服务器。后台服务器可以运行在Windows 95及以上操作系统，并可以同时进行多重功能操作，具有完整的故障码信息远程传输、数据分析、文件保存等功能，故障码文件的保存型式应该能转换成comtrade的格式。

故障码滤波仪具备接入保护及故障信息处理系统的接口。并采用符合IEC 60870-5-103或IEC 61850标准规约，否则需提供标准文本。

对于数据网方式，故障录波器应通过串口或Ethernet网卡以TCP/IP协议接入数据网。

故障码滤波仪拥有够用的信号警示灯、警示信号和时间记载发出节点。

故障码滤波屏应拥有定期检验和原地及远处实验能力。

故障码滤波屏应提供GPS硬接线对时脉冲接口以便接至SCADA系统GPS扩展板。

与SCADA系统的通讯接口应采用以太网接口。

故障录波器及其配套设备应安装成柜，并接好所有内部接线直至端子排。

事故和故障记录等，均可在打印机上打印出来。

6 结束语

独具特色的微机保护装置的功能还有很多，各种类型的电流保护、电压保护以及功率、频率甚至启动时间的保护系统都十分完善，在选择合适的微机保护，不要看功能是不是强大，而是看功能是否满足现场的需要，保护装置的其他功能越少越好，这样装置运行的稳定系数也会增加。

参考文献：

[1]周银.精细化工中自动化技术的应用[J].化工设计通讯，2018（5）：93-94.