淺析微機(jī)繼電保護(hù)技術(shù)

王長江

關(guān)鍵詞:微機(jī)保護(hù) 故障 抗干擾

摘要:文章結(jié)合筆者多年實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn),介紹了我國微機(jī)繼電保護(hù)技術(shù)的特點(diǎn),針對目前我國微機(jī)保護(hù)的常見故障和抗干擾技術(shù)進(jìn)行了分析,對微機(jī)繼保未來的發(fā)展提出了相關(guān)看法。

繼電保護(hù)技術(shù)主要是針對電力系統(tǒng)故障和危及安全運(yùn)行的異常工況,以探討其對策的反事故自動化措施。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障或異常工況時,在可能實(shí)現(xiàn)的最短時間和最小區(qū)域內(nèi),自動將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除,或發(fā)出信號由值班人員消除異常工況根源,以減輕或避免設(shè)備的損壞和對相鄰地區(qū)供電的影響,其重要性可見一斑。

微機(jī)繼電保護(hù)指的是以數(shù)字式計算機(jī)(包括微型機(jī))為基礎(chǔ)而構(gòu)成的繼電保護(hù)。微機(jī)保護(hù)裝置硬件包括微處理器(單片機(jī))為核心,配以輸入、輸出通道,人機(jī)接口和通訊接口等。該系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于電力、石化、礦山冶煉、鐵路以及民用建筑等。

本文根據(jù)筆者多年實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)分析一下電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。

1.主要技術(shù)特點(diǎn)

研究和實(shí)踐證明,與傳統(tǒng)的繼電保護(hù)相比較,微機(jī)保護(hù)有許多優(yōu)點(diǎn),其主要特點(diǎn)如下[1]:

(1)改善和提高繼電保護(hù)的動作特征和性能,動作正確率高。主要表現(xiàn)在能得到常規(guī)保護(hù)不易獲得的特性;其很強(qiáng)的記憶力能更好地實(shí)現(xiàn)故障分量保護(hù)。

(2)可以方便地擴(kuò)充其他輔助功能。如故障錄波、波形分析等,可以方便地附加低頻減載、自動重合閘、故障錄波、故障測距等功能。

(3)由軟件實(shí)現(xiàn)的動作特性和保護(hù)邏輯功能不受溫度變化、電源波動、使用年限的影響。

(4)簡潔可靠地獲取信息,通過串行口同 PC 通信就地或遠(yuǎn)方控制。

(5)采用標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議(開放的通信體系),使裝置能夠同上位機(jī)系統(tǒng)通信。

2.常見故障分析

(1) 硬件故障

主要有:按鍵失靈、顯示屏顯示不正常、插件損壞等等。

可能的原因有:運(yùn)行時間太久使得按鍵機(jī)械部分接觸不良導(dǎo)致按鍵失靈,或者是設(shè)備內(nèi)部連接線損壞導(dǎo)致按鍵失靈;顯示屏液晶面板受潮或受到損壞,顯示芯片損壞;插件問題可能是插件電路電容長時間運(yùn)行損壞,電源芯片損壞等原因造成。

(2)軟件故障

某變電所主變壓器采用的是WBZ-1201D,保護(hù)運(yùn)行時,所有報告均由人機(jī)對話模件收集顯示或打印機(jī)輸出。在運(yùn)行過程中,出現(xiàn)過這種情況而無法解決:保護(hù)屏上顯示“有報告”,但人機(jī)對話模件上未顯示“報告”內(nèi)容,且打印機(jī)亦未工作。

(3)安裝問題

安裝保護(hù)設(shè)備時要注意防高壓。安裝時要找廠家協(xié)商,在保護(hù)裝置入口或適當(dāng)?shù)牡胤桨惭b防高壓裝置,防止高壓電竄入低壓回路,燒毀插件板。鶴礦熱電廠就曾燒壞過三個插件板。

在二次回路接線時要將電流互感器的二次接線和微機(jī)保護(hù)內(nèi)的二次接線一并考慮,否則可能出現(xiàn)電流互感器二次開路現(xiàn)象。有時廠家來的高壓開關(guān)柜電流互感器的內(nèi)部接線已經(jīng)完成,但個別出現(xiàn)反極性的情況,進(jìn)而出現(xiàn)保護(hù)誤動,所以在調(diào)試時開關(guān)柜內(nèi)部接線也應(yīng)檢查。

3.抗干擾

繼電保護(hù)的抗干擾是指繼電保護(hù)裝置在投入實(shí)際運(yùn)行時,既不受周圍電磁環(huán)境的影響,又不影響周圍環(huán)境,并能按設(shè)計要求正常工作的能力。

按干擾的形態(tài)可分為共模干擾、差模干擾兩種。共模干擾發(fā)生于保護(hù)裝置電路中某點(diǎn)各導(dǎo)線對與接地或外殼之間的干擾;差模干擾是發(fā)生在電路各導(dǎo)線之間的干擾,是與信號傳遞途徑相同的一種干擾。保護(hù)裝置接收這種干擾的能力和接收信號的能力完全相同。

按干擾的危害性可分兩種,一是引起保護(hù)裝置不正確動作的干擾,低頻差模常屬于這一類。二是引起設(shè)備損壞的干擾。由于高壓網(wǎng)絡(luò)的操作或雷電引起的高頻振蕩,最容易造成保護(hù)裝置元件和二次回路的損壞。這種干擾常屬于共模干擾。

減少各種干擾對繼電保護(hù)或其它二次設(shè)備影響,可以考慮采取以下措施。(1)硬件抗干擾

屏蔽和隔離相結(jié)合。電磁屏蔽是通過切斷電磁能量從空間傳播的路徑來消除電磁干擾的。保護(hù)柜用鐵質(zhì)材料做成,以實(shí)現(xiàn)對電場和磁場的屏蔽,在電場很強(qiáng)的場合,可以考慮在鐵殼內(nèi)加裝銅網(wǎng)襯里或用鋁板做屏蔽體。隔離既可使測控裝置與現(xiàn)場保持信號聯(lián)系,又不直接發(fā)生電的聯(lián)系。

(2)軟件抗干擾

接入RC濾波器。對于微機(jī)保護(hù),在印制板布線設(shè)計時應(yīng)使強(qiáng)、弱信號電路之間有一定的距離,避免平行,在每芯片的電源與零序之間應(yīng)加抗干擾電容,在交流和直流入口處應(yīng)接入RC濾波器等。

對外部二次回路的設(shè)計采取必要的抗干擾措施。如降低干擾源和干擾對象之間的耦合電容和電感;降低屏蔽層的阻抗值;降低二次回路附近的電氣值等等。

此外,保護(hù)裝置的模擬輸入量之間存在著某些可以利用的規(guī)律。如果由于干擾導(dǎo)致輸入采樣值出錯,可以取消不能通過檢查的采樣值,等干擾脈沖過去,數(shù)據(jù)恢復(fù)正常后再恢復(fù)工作。

4.微機(jī)保護(hù)的發(fā)展

我國的微機(jī)保護(hù)研究起步于20世紀(jì)70年代末期、80年代初期，盡管起步晚，但是由于我國繼電保護(hù)工作者的努力，進(jìn)展卻很快。經(jīng)過10年左右的奮斗，到了80年代末，計算機(jī)繼電保護(hù)，特別是輸電線路微機(jī)保護(hù)已達(dá)到了大量實(shí)用的程度。我國對計算機(jī)繼電保護(hù)的研究過程中，高等院校和科研院所起著先導(dǎo)的作用。從70年代開始，華中理工大學(xué)、東南大學(xué)、華北電力學(xué)院、西安交通大力自動化研究院都相繼研制了不同原理、不同型式的微機(jī)保護(hù)裝置。1984年原華北電力學(xué)院研制的輸電線路微機(jī)保護(hù)裝置首先通過鑒定，并在系統(tǒng)中獲得應(yīng)用，揭開了我國繼電保護(hù)發(fā)展史上的新一頁，為微機(jī)保護(hù)的推廣開辟了道路。在主設(shè)備保護(hù)方面，東南大學(xué)和華中理工大學(xué)研制的發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)和發(fā)電機(jī)－變壓器組保護(hù)也相繼于1989年、1994年通過鑒定，投入運(yùn)行。南京電力自動化研究院研制的微機(jī)線路保護(hù)裝置也于1991年通過鑒定。天津大學(xué)與南京電力自動化設(shè)備廠合作研制的微機(jī)相電壓補(bǔ)償式方向高頻保護(hù)，西安交通大學(xué)與許昌繼電器廠合作研制的正序故障分量方向高頻保護(hù)也相繼于1993年、1996年通過鑒定。至此，不同原理、不同機(jī)型的微機(jī)線路和主設(shè)備保護(hù)各具特色，為電力系統(tǒng)提供了一批新一代性能優(yōu)良、功能齊全、工作可靠的繼電保護(hù)裝置。因此到了90年代，我國繼電保護(hù)進(jìn)入了微機(jī)時代。隨著微機(jī)保護(hù)裝置的研究，在微機(jī)保護(hù)軟件、算法等方面也取得了很多理論成果，并且應(yīng)用于實(shí)際之中。

(1)更趨自動化、智能化

隨著我國智能電網(wǎng)概念的提出和相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定,智能電網(wǎng)相應(yīng)配套的關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)也需要加快研發(fā)速度。

對于繼電保護(hù)技術(shù)來講,一方面,可以深入挖掘智能技術(shù)如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進(jìn)化規(guī)劃模糊邏輯等在微機(jī)保護(hù)方面的應(yīng)用前景,將技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力,以解決常規(guī)技術(shù)難以解決的實(shí)際問題。

(2)提高微機(jī)保護(hù)的設(shè)備管理和事件記錄功能

現(xiàn)在的微機(jī)保護(hù),除了應(yīng)完成保護(hù)、測控、通信一體化功能外,還應(yīng)能提供被保護(hù)設(shè)備的日常管理和事件記錄。這些設(shè)備管理包括斷路器的分閘、合閘次數(shù),累計故障次數(shù)、斷路器動作時間監(jiān)視、斷路器開斷電流水平,斷路器觸頭壽命、設(shè)備累計停電時間、設(shè)備累計運(yùn)行時間、設(shè)備檢修記錄、分區(qū)段平均負(fù)荷電流、日最大負(fù)荷電流、日平均負(fù)荷電流、累計電度等。對變壓器保護(hù)測控裝置,如果有油溫、壓力等模擬量接入,還可進(jìn)一步監(jiān)視變壓器的其它運(yùn)行工況。

5.結(jié)語

隨著我國智能化電網(wǎng)建設(shè)的一步步深入,變電站綜合自動化技術(shù)的提高,數(shù)字式微機(jī)測控保護(hù)裝置逐漸取代了傳統(tǒng)模式,同時由傳統(tǒng)的保護(hù)、測控單一實(shí)現(xiàn)方式向整合型轉(zhuǎn)化即在同一平臺上實(shí)現(xiàn)微機(jī)保護(hù)、測量監(jiān)控及設(shè)備的管理和傳動。

可以預(yù)見,未來的微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)將會使更加人性化、自動化、智能化,將會為確保我國電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行,確保國民經(jīng)濟(jì)的快速持續(xù)增長發(fā)揮更大的作用。

參考文獻(xiàn):

[1] 李瓊, 康靈芳. 微機(jī)保護(hù)常見故障分析, 甘肅科技縱橫, 2009, 38卷, 4期, 39-40.

[2] 周曉義. 微機(jī)保護(hù)可能出現(xiàn)的問題及解決方法, 江西煤炭科技, 2009, 2期, 60-61.