摘要:隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，電氣自動化系統(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,自動化微機綜合保護系統(tǒng)正在逐漸替代傳統(tǒng)繼電保護，以全新開放式的平臺，進入變配電系統(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)過多個生產(chǎn)工序，所以必須保證生產(chǎn)裝置的連續(xù)運行與穩(wěn)定供電，如果在生產(chǎn)過程中遇到突然停電等事故會使生產(chǎn)環(huán)節(jié)中斷、重要設(shè)備損壞，造成重大經(jīng)濟損失。

傳統(tǒng)的繼電保護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。需要引入自動化微機綜合保護系統(tǒng)對傳統(tǒng)繼電保護升級或在新廠建設(shè)階段直接配置自動化微機綜合保護系統(tǒng)，本文針對常規(guī)繼電保護系統(tǒng)與自動化微機綜合保護系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，要求，系統(tǒng)之間的優(yōu)缺點進行研究。

一、常規(guī)繼電保護裝置

1、傳統(tǒng)繼電保護屏的發(fā)展

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

2、供電系統(tǒng)對繼電保護的要求

2.1選擇性;保護裝置動作時，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)安全運行

2.2速動性;短路時快速切除故障，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;靈敏性是指對保護范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)的反應(yīng)能力。保護裝置的靈敏性，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;可靠性是繼電保護在規(guī)定的保護范圍內(nèi)發(fā)生了屬于它應(yīng)該動作的故障時，它不應(yīng)該拒絕動作，而在其它不屬于它應(yīng)該動作的情況下，則不應(yīng)該誤動作。

3、常規(guī)繼電保護缺點：

常規(guī)繼電保護多數(shù)是采用繼電器組合搭建而成，如：過流繼電器、時間繼電器、中間繼電器、等通過復雜的組合，來實現(xiàn)保護功能，經(jīng)過多年的使用和維護經(jīng)驗總結(jié)其缺點如下：

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采用的繼電器觸點多，降低了保護的靈敏度和可靠性。

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

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

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的可靠動作。

3.6繼電器保護功能單一，要安裝各種檢測儀表才能觀察與實時觀測功能。

3.7數(shù)據(jù)不能遠方監(jiān)控，無法實現(xiàn)遠程控制，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)收到雷擊等強電壓沖擊時容易產(chǎn)生故障并使故障范圍擴大。

3.10常規(guī)繼電保護已經(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維護復雜，故障出現(xiàn)后沒有故障處理經(jīng)驗的維護人員很難找到故障點。

3.12運行維護工作量大，設(shè)備的運行成本比微機綜合保護系統(tǒng)多出50%以上。

二、自動化微機綜合保護系統(tǒng)

目前國內(nèi)的自動化微機綜合保護系統(tǒng)的設(shè)計和生產(chǎn)均采用GB、IEC等標準，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)。自動化微機綜合保護系統(tǒng)基于計算機軟硬件、自動控制、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、測控、通訊、當?shù)乇O(jiān)控和遠程監(jiān)控，遠程指揮等主要功能，能夠滿足供電安全、穩(wěn)定運行的要求。

1、自動化微機綜合保護系統(tǒng)特點

1.1自動化微機綜合保護系統(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、高低壓繼電保護插件、測控、監(jiān)控等專用設(shè)備和人性化的人機界面與工具軟件包。

1.2用光纖代替?zhèn)鹘y(tǒng)信號電纜進行通訊，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)境對信號的干擾，使用以太網(wǎng)通訊實現(xiàn)間隔聯(lián)鎖閉鎖、母線差動失靈保護、過負荷聯(lián)切等功能，用少量光纖取代大量信號控制電纜，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)與人機界面能夠跨多個操作系統(tǒng)平臺使用，開發(fā)后的代碼能適用于多個操作系統(tǒng)，或者實現(xiàn)混合平臺應(yīng)用，并能根據(jù)實際需求靈活選擇軟硬件資源配置。

1.5并行實時數(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、遠動及保護信息管理系統(tǒng)整合存儲。

1.6柜間隔獨立、雙重保護獨立，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獨立，屏柜界限清晰，屏間信號具備軟硬件隔離點，方便設(shè)備的運行維護和檢修。

2、自動化微機綜合保護系統(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和保護信息管理等功能。

2.2間隔層：保護裝置、測控裝置、安全穩(wěn)定裝置等自動裝置。

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、RS-485接口等。

3、自動化微機綜合保護系統(tǒng)的各邏輯接口具有的功能：間隔與遠方保護系統(tǒng)之間保護數(shù)據(jù)交換;過程層和間隔層之間PT和CT瞬時數(shù)據(jù)交換;變電站與遠方工程師辦公地點數(shù)據(jù)交換;間隔之間直接數(shù)據(jù)交換，尤其是像聯(lián)鎖、保護這樣需要快速動作的功能;變電站和遠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撲結(jié)構(gòu)或者環(huán)網(wǎng)機構(gòu)。隔層網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)的自動化系統(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)則視為繼電保護的一部分，需根據(jù)保護配置原則進行冗余，在雙網(wǎng)運行時應(yīng)采用雙網(wǎng)雙工無延時切換，以滿足保護跳閘要求。

三、自動化微機綜合保護系統(tǒng)較傳統(tǒng)繼電保護的優(yōu)點：

1.自動化微機綜合保護系統(tǒng)，系統(tǒng)具備采集、監(jiān)視、控制、自檢查功能、通過一臺設(shè)備可以發(fā)現(xiàn)：輸電線路的故障，輸電線路的負荷、自身的運行情況(當設(shè)備自身某種故障，微機保護通過自檢功能，把故障進行呈現(xiàn))人為介入處理，采用計算機原理進行遠程控制和監(jiān)視。

2.由于自動化微機綜合保護系統(tǒng)采用各種電力邏輯運算來實現(xiàn)保護功能，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.自動化微機綜合保護系統(tǒng)采用計算機控制功能，保護定值、保護功能、保護手段采用程序邏輯，這樣可以隨時修改保護參數(shù)，修改保護功能。

4.自動化微機綜合保護系統(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，進行集中調(diào)度。

5.自動化微機綜合保護系統(tǒng)的采樣與控制信號采用光電耦合隔離技術(shù)，把所有采集上來的電信號轉(zhuǎn)換為光信號，這樣在有強電流進入控制系統(tǒng)的時候，設(shè)備可以建立自身保護機制防止損壞或擴大事故。

6.自動化微機綜合保護系統(tǒng)采用雙核或者多核心CPU進行數(shù)據(jù)處理，加大了數(shù)據(jù)處理速度保證動作相應(yīng)時間。

7.自動化微機綜合保護系統(tǒng)的壽命長，由于設(shè)備在正常狀態(tài)處于休眠待機等狀態(tài)，只有程序?qū)崟r運行。

8.自動化微機綜合保護系統(tǒng)具備時鐘同步功能，對于故障可以記錄，采用故障波形記錄的方式把故障記錄下來，便于對故障的分析判斷。

9.自動化微機綜合保護系統(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、自動化綜合保護系統(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總變電站項目，自動化微機綜合保護系統(tǒng)采用了國電南京自動化有限公司NEP998A電動機綜合保護裝置、NEP983數(shù)字式變壓器保護裝置等，構(gòu)成自動化微機保護監(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)交換機及遠動裝置在后臺監(jiān)控機上實現(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)字式繼電保護裝置主要用于110kv及以下電壓等級的變電站，該系列主要由線路保護，變壓器保護，電容器保護，電抗器保護，備自投、電動機保護綜合測控組成，采用高性能32位CPU將保護、測控、通信功能集成于一體。

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

2.1實時數(shù)據(jù)采集及處理功能

(1)遙測：可選程遙測變電站運行的各種實時數(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、氣壓信號等。通過間隔層I/O單元進行實時數(shù)據(jù)的采集和處理。根據(jù)CT、PT的采集信號,計算每一個電氣單元的電流、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)視和報警處理功能

限值、報警級別、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信號的動作順序以毫秒級進行記錄。分辨能力2ms。

2.4控制功能

在授權(quán)許可條件下，通過當?shù)鼗蛘{(diào)度端計算機鍵盤或鼠標輸入操作命令,對變電站的控制對象進行操作,包括開關(guān)及刀閘的分合、變壓器分接頭調(diào)節(jié)、PT并列信號復歸等。

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,對于不同性質(zhì)的工作人員,可授予不同的權(quán)限。運行人員或工程師可以修改、檢索、顯示、打印設(shè)備工況報告，對各種運行記錄及設(shè)備的資料進行檔案管理。

2.6在線統(tǒng)計計算功能

具有統(tǒng)計計算和報表統(tǒng)計功能,用戶自定義報表工具。根據(jù)采樣的CT、PT實時數(shù)據(jù),能夠

計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);能夠分時段統(tǒng)計電壓、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、各種實時測量值表、歷史事件及某些重要數(shù)據(jù)等。

2.8自診斷和自恢復功能

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

2.9維護功能

工程師可以通過工程師站對該系統(tǒng)進行診斷、管理、維護和擴充等工作,能夠用交互方式在線對數(shù)據(jù)庫中的各個數(shù)據(jù)項進行修改和增刪。可以對各種應(yīng)用功能運行狀態(tài)進行監(jiān)測,在線生成各種報表和在線編輯顯示畫面,還可以對計算機站控制系統(tǒng)的各個設(shè)備進行狀態(tài)檢查。

五、分析自動化微機綜合保護系統(tǒng)目前存在的問題與解決方法

1、安全性問題：由于自動化微機綜合保護系統(tǒng)的功能強大，并且可以控制運行設(shè)備，與電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行關(guān)系密切，在通過網(wǎng)絡(luò)異地修改保護定值或其它設(shè)置時，客戶機端通過加密的數(shù)字簽名核實調(diào)度端傳送數(shù)據(jù)的可信度，并通過校驗碼保證定值的可靠性。當客戶機向保護傳送定值時，系統(tǒng)可以自動檢測修改值的合理性，如對系統(tǒng)運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)的所有微機保護、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),通過遠動和通信系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采樣和傳輸,運行操作人員在控制室就能對設(shè)備的運行工況及狀態(tài)變化情況了如指掌,同時也減少了與高壓設(shè)備接觸的不安全因素。

4、微機綜合保護裝置的功能插件板比較容易受靜電等因素損壞。有些電源板插件因為散熱問題損壞，通信監(jiān)控插件的損壞導致通信連接不上，需要配備有經(jīng)驗的維修人員與設(shè)備進行維修。

5、設(shè)備的運行維護與技術(shù)培訓要及時更新，通過不斷的學習培訓，完成人員的培訓與技術(shù)更新進步。

總結(jié)：自動化微機綜合保護系統(tǒng)比傳統(tǒng)的繼電保護屏在個個方面具有明顯優(yōu)勢，雖然初期裝置建設(shè)費用較傳統(tǒng)繼電保護裝置高，但是裝置投產(chǎn)后會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)濟效果將超過裝置建設(shè)多出的費用。自動化微機綜合保護系統(tǒng)在使用過程中還可將配電系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)、信號通過通訊線路傳送到生產(chǎn)管理部門及總變電站的微機系統(tǒng)，生產(chǎn)管理部門及總變電站的各項指令也可通過數(shù)據(jù)傳輸下達到各級變電所的微機工作站，減少人工參與過程，保證數(shù)據(jù)的真實可靠，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：

(1)變電站綜合自動化系統(tǒng)二次回路及運行維護王國光中國電力出版社

(2)電力系統(tǒng)繼電保護原理與實用技術(shù)中國電力出版社

(3)繼電保護自動裝置及二次回路熊為群陶然中國電力出版社