變電所的微機(jī)保護(hù)和綜合自動化系統(tǒng)

楊志 楊明漢

摘 要：變電所的微機(jī)保護(hù)可充分發(fā)揮和利用計算機(jī)的數(shù)值運(yùn)算、邏輯判斷和存儲記憶等對信息進(jìn)行處理，其最大的特點(diǎn)就是快速敏捷，并可實(shí)現(xiàn)管理自動化，最終達(dá)到無人值守的目的。對系統(tǒng)運(yùn)行自動化水平的提高有著意義重大，同時故障發(fā)現(xiàn)與排除的準(zhǔn)確性也大大提高。

關(guān)鍵詞：變電所 自動化 計算機(jī) 保護(hù)系統(tǒng)

中圖分類號：TM766 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）02（c）-0000-00

1 變電所的微機(jī)保護(hù)

國內(nèi)早期變電所的保護(hù)系統(tǒng)主要是機(jī)電式繼電保護(hù)系統(tǒng)，它有以下幾個長期存在的缺陷：（1） 沒有自診斷和自檢功能 （2） 動作速度慢（3）裝置的靈敏度差，有可能發(fā)生誤動作（4） 保護(hù)裝置的功能靈活性差。

而微機(jī)保護(hù)則可以充分利用計算機(jī)處理信息的能力，通過搭配相關(guān)的軟件應(yīng)用，不僅有繼電保護(hù)系統(tǒng)的一貫特點(diǎn)外，還具備靈敏和快速的優(yōu)點(diǎn)。這種系統(tǒng)的邏輯分析和綜合判斷能力很強(qiáng)，可以進(jìn)行自動識別。高可靠性，不容易被干擾；系統(tǒng)的保護(hù)動作特性和功能可以方便地通過改變軟件程序來進(jìn)行調(diào)整，調(diào)試方便，因此適應(yīng)的靈活性較大。同時，微機(jī)保護(hù)的通訊功能非常完善，構(gòu)建綜合自動化系統(tǒng)也較為便利，最終達(dá)到無人值守，對系統(tǒng)運(yùn)行自動化水平的提高有著重大的意義。

2 微機(jī)系統(tǒng)保護(hù)的組成

典型的微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)主要由微機(jī)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)、開關(guān)量的I/O系統(tǒng)三個部分組成。

1、微機(jī)系統(tǒng)：即微型計算機(jī)。由運(yùn)算器、存儲器、控制器、I/O設(shè)備組成。

2、數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)：該系統(tǒng)一般包含交流轉(zhuǎn)換和電壓形成、采樣保持器、模擬低通濾波器、模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換電路、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)等組成部分。它的作用是把模擬信號的輸入量轉(zhuǎn)換成所需要的數(shù)字量。

（1）交流互換和電壓形成：微機(jī)保護(hù)是從供電系統(tǒng)中的電流互感器和電壓互感器上獲取信息，但是互感器二次側(cè)的數(shù)值（一般是5A和100W）是不能直接輸入微機(jī)系統(tǒng)的。因此需要用中間變換器對從供電系統(tǒng)中的電流互感器和電壓互感器上獲得的信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而獲取適用于A/D變換的電壓輸入信號。中間變換器還可以起到隔離的作用，保護(hù)的可靠性提高了。

在微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)中一般有兩種方式來采集模擬量，一種是直流采樣檢測，另一種是交流采樣檢測。

（2）模擬低通濾波器：對于微機(jī)系統(tǒng)保護(hù)而言，選擇采樣頻率是系統(tǒng)硬件設(shè)計的一個核心問題。由于微機(jī)保護(hù)是一個實(shí)時系統(tǒng)，如果采樣頻率過高，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)會不斷地向CPU傳輸數(shù)據(jù)，CPU要在兩個相鄰采樣間隔的時間周期內(nèi)，把每一組采樣值所必須的各種運(yùn)算和操作處理完畢。這樣CPU就可能因?yàn)楦簧蠈?shí)時節(jié)拍而停止工作；假如采樣頻率過低，供電系統(tǒng)發(fā)生故障的初始那一瞬間，電流、電壓中都含有較高的諧波成分，這樣又會造成頻率混疊而讓數(shù)據(jù)失真。因此，設(shè)置一個模擬低通濾波器在采樣環(huán)節(jié)之前，就可以將電流、電壓信號中的高頻分量過濾掉，從而降低采樣頻率，微機(jī)對系統(tǒng)硬件的要求也隨之降低。

（3）采樣保持器：該裝置的作用就是采樣后將采樣數(shù)值保持一段時間不變。在微機(jī)保護(hù)中，該裝置的功能是在數(shù)模轉(zhuǎn)換的過程中，保持信號采樣的數(shù)值不發(fā)生變化。

（4）多路開關(guān)：在微機(jī)保護(hù)和微機(jī)監(jiān)測中，被保護(hù)和被監(jiān)測的電路往往是幾十路，這些被監(jiān)測量常使用公共的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。而模數(shù)轉(zhuǎn)換電路不能同時轉(zhuǎn)換各路被測量，而是一路接一路地轉(zhuǎn)換，這就產(chǎn)生了各路被測量分時占有A/D轉(zhuǎn)換電路的問題。

完成被測回路與A/D轉(zhuǎn)換電路之間輪流切換的裝置稱為多路開關(guān)，多路開關(guān)的路數(shù)依實(shí)際需要而定，如采用16路、32路、64路、128路等。

（5）模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換電路：由多路轉(zhuǎn)換開關(guān)送入轉(zhuǎn)換電路輸入端的量是連續(xù)變化的電流、電壓、功率等，這種連續(xù)變化的量稱為模擬量，而數(shù)學(xué)計算機(jī)不能直接處理模擬量，因此，被監(jiān)測的模擬量必須先轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量，才能送入計算機(jī)。

模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的作用就是把輸入端傳來的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路有現(xiàn)成的產(chǎn)品，可以直接使用，一般常用的芯片型號有AD574、ADC1210等等。

3、開關(guān)量的I/O系統(tǒng)：該系統(tǒng)由多個光電隔離器、并行接口適配器、有接點(diǎn)的中間繼電器等部件組成，以完成各種保護(hù)的出口跳閘、外部接點(diǎn)的輸入、人機(jī)對話及信號報警等功能。該系統(tǒng)開關(guān)量輸入通道的設(shè)置是為了實(shí)時地了解斷路器及其它輔助繼電器的狀態(tài)信號，以確保保護(hù)動作的準(zhǔn)確性。而開關(guān)量的輸出通道則是為了完成斷路器跳閘及信號報警等功能而設(shè)計的。

（1）開關(guān)量輸入回路：對微機(jī)保護(hù)裝置的開關(guān)量輸入可以分成兩類，即安裝在裝置面板上的接點(diǎn)和從裝置外部引入的接點(diǎn)。

（2）開關(guān)量輸出回路：開關(guān)量輸出主要包括保護(hù)的跳閘出口以及中央信號和本地信號等，一般控制有接點(diǎn)繼電器的方法都采用并行接口的輸出口。為提高抗干擾能力，通常也經(jīng)過一級光電隔離。

3 變電所的綜合系統(tǒng)自動化特點(diǎn)

變電所的綜合系統(tǒng)自動化具有以下明顯的特點(diǎn)：

（1）綜合化的功能：在計算機(jī)硬件技術(shù)、軟件模塊化技術(shù)的基礎(chǔ)上，變電所的綜合自動化技術(shù)是建立發(fā)展起來，變電所內(nèi)除交直流電源以外的其它全部二次設(shè)備都被它綜合了。

（2）微機(jī)化的結(jié)構(gòu)：變電所的綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)的主要插件全是微機(jī)化的分布式結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)總線連接將微機(jī)保護(hù)、數(shù)據(jù)采集、控制環(huán)節(jié)的CPU群構(gòu)成一個整體，實(shí)現(xiàn)各自功能，一個系統(tǒng)往往有幾十個CPU同時并行運(yùn)行。

（3）屏幕化的操作監(jiān)視：綜合系統(tǒng)自動化使用彩色大屏幕顯示器，值班人員可以對變電所進(jìn)行全方位監(jiān)視和操作。數(shù)據(jù)顯示會代替變電所的值班人員在面對指針儀表的讀數(shù)會，相關(guān)的故障復(fù)位操作可以在屏幕上進(jìn)行操作。

（4）智能化的運(yùn)行管理：變電所綜合自動化系統(tǒng)的智能化運(yùn)行管理，不僅表現(xiàn)在功能自動化上，還表現(xiàn)在系統(tǒng)本身所具備的在線專家功能和自診斷功能。原有的一次設(shè)備只能被二次系統(tǒng)檢測，系統(tǒng)本身的故障只能運(yùn)行維護(hù)人員去檢查。而綜合系統(tǒng)自動化即能監(jiān)測供電系統(tǒng)的一次設(shè)備，也能實(shí)現(xiàn)在線自檢。

4 變電所綜合自動化系統(tǒng)的基本功能和結(jié)構(gòu)

4.1 綜合自動化系統(tǒng)的基本功能如下：

（1）數(shù)據(jù)的采集：其主要功能之一是對供電系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時在線采集，運(yùn)行的參數(shù)可分為狀態(tài)量、模擬量和脈沖量。（2）數(shù)據(jù)的記錄與處理：需要處理的數(shù)據(jù)主要是指用戶和電力部門之間產(chǎn)生調(diào)度所要求的數(shù)據(jù)。內(nèi)容包括變電所運(yùn)行參數(shù)的統(tǒng)計、計算、分析；變電所內(nèi)各種事件信息的登陸、存檔、順序記憶；變電所內(nèi)運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備的越限報警及記錄。（3）控制與閉鎖的操作：主要內(nèi)容包括出口具有跳、合閉鎖功能；操作出口具有并發(fā)操作的閉鎖；根據(jù)實(shí)時信息，實(shí)現(xiàn)隔離開關(guān)、斷路器操作閉鎖；適應(yīng)一次側(cè)設(shè)備現(xiàn)場維修操作；CRT屏幕閉鎖功能的操作。（4）微機(jī)保護(hù)：微機(jī)保護(hù)主要包括線路保護(hù)、變壓器保護(hù)、母線保護(hù)、電容器保護(hù)、備用電源的自動投入裝置和自動重合裝置等。（5）與遠(yuǎn)方操作控制中心通信。（6）人機(jī)交互。

4.2 變電所綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

變電所綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式可以分為集中式、分布集中式和分布散式三種類型。其中分布式結(jié)構(gòu)是按變電所內(nèi)的回路設(shè)計的，每個單元模塊對應(yīng)于一條回路或按變電所內(nèi)的一次設(shè)備對應(yīng)分布設(shè)置。而分布散式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是減少了所內(nèi)的二次設(shè)備及信號電纜，避免了電纜傳送信息時的電磁干擾，節(jié)省了資源，簡化了維護(hù)。

5 結(jié)語

工廠企業(yè)供電系統(tǒng)使電力系統(tǒng)的重要組成部分，在實(shí)際應(yīng)用中，可以采用綜合自動化系統(tǒng)的方案；逐步向綜合自動化系統(tǒng)發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)無人值班的變電所的運(yùn)行方式。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，未來會有更多的高新技術(shù)融入到生產(chǎn)應(yīng)用中來。

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