電力自動化中微機繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用探析

李正

摘 要：國民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，對供電的可靠性也提出了越來越高的要求。繼電保護(hù)裝置是電力系統(tǒng)中保障電網(wǎng)運行過程安全性、可靠性的重要裝置。較傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置而言，微機繼電保護(hù)裝置性能更優(yōu)，工藝結(jié)構(gòu)更為科學(xué)。因此，必須推動微機繼電保護(hù)裝置的廣泛應(yīng)用，逐步實現(xiàn)電力系統(tǒng)的自動化。文章重點針對電力自動化中微機繼電保護(hù)裝置的應(yīng)用進(jìn)行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：電力自動化；微機繼電保護(hù)技術(shù)；應(yīng)用

微機繼電保護(hù)裝置是利用多功能、高性能的計算機作為電力系統(tǒng)的智能終端，通過網(wǎng)絡(luò)獲取電力運行及故障信息，并將所獲取被保護(hù)元件的數(shù)據(jù)成功傳送任何一個終端或控制中心，這樣，微機繼電保護(hù)裝置不僅有效實現(xiàn)了繼電保護(hù)的功能，還實現(xiàn)了正常運行下的測量、通信、控制功能，達(dá)到了保護(hù)、控制、測量、通信一體化的目的。

1 電力系統(tǒng)中微機繼電保護(hù)裝置及特點分析

通常而言，微機繼電保護(hù)裝置是利用微處理器，借助于數(shù)字處理方法，采用各類模塊化軟件，用以實現(xiàn)多種功能。隨著微機繼電保護(hù)技術(shù)的進(jìn)步，其應(yīng)用范圍越來越廣，功能與性能進(jìn)一步拓展，尤其是在電力系統(tǒng)保護(hù)功能方面，利用各種裝置即可有效實現(xiàn)對變壓器、線路等多種設(shè)備的保護(hù)，與此同時，借助于微處理器優(yōu)良的數(shù)據(jù)處理功能，還實現(xiàn)了傳統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)所無法實現(xiàn)的多項保護(hù)功能，解決了傳統(tǒng)電磁感應(yīng)原理保護(hù)方式所存在的靈敏度不佳、動作速度慢，以及晶體管繼電保護(hù)方式抗干擾性能差、質(zhì)量不穩(wěn)定、判據(jù)不準(zhǔn)等諸多缺陷。隨著數(shù)字化進(jìn)程的加快，大規(guī)模集成電路技術(shù)推動了微處理器、微機迅速步入實用化階段，由此，微機繼電保護(hù)日趨實用。

同傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置相比，微機繼電保護(hù)具有如下特點：（1）進(jìn)一步改善了繼電保護(hù)裝置的性能及動作特征，提高了動作的正確率；（2）能夠有效擴(kuò)充相關(guān)輔助性功能；（3）具有優(yōu)良的工藝結(jié)構(gòu)；（4）極大地提高了裝置的可靠性；（5）使用過程方便、靈活性強、界面友好；（6）可遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2 電力自動化中微機繼電保護(hù)裝置的有效應(yīng)用

文章以某廠區(qū)10kV系統(tǒng)為例，就微機繼電保護(hù)在其中的應(yīng)用加以具體分析。該廠區(qū)具有一處110/10kV變電站，以電力負(fù)荷分布狀況為依據(jù)，分別設(shè)置了三處10kV的變配電所，確保變電所都處于負(fù)荷中心，利用變電站進(jìn)行電源的輸送，設(shè)計了相應(yīng)的綜合自動化系統(tǒng)，以下具體就該廠區(qū)10kV系統(tǒng)中微機繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用加以探討。

2.1 微機繼電保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)分析

該廠區(qū)10kV系統(tǒng)采用的微機繼電保護(hù)裝置為DVP-600，其與CAN通信網(wǎng)絡(luò)、保護(hù)裝置機箱、網(wǎng)絡(luò)控制器等設(shè)備共同構(gòu)成了全分散式無人值守綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。其中，綜合自動化系統(tǒng)主要包括廠站層、間隔層，其中，間隔層具有為不同間隔設(shè)備所設(shè)置的直流系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備及保護(hù)測控綜合設(shè)備，例如，變壓器、電容器、后備、10kV線路等保護(hù)裝置；廠站層主要包括外設(shè)裝置、工程師站、運動通信設(shè)備等。DVP-600系統(tǒng)微機繼電保護(hù)裝置采用多單片機CPU負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)，并設(shè)置了雙重化硬件，確保獨立機箱能夠通過各單元加以控制，專門負(fù)責(zé)配電系統(tǒng)電量測量以及繼電保護(hù)控制，確保不同單元運行過程的獨立性。采用CAN總線網(wǎng)絡(luò)對不同機箱進(jìn)行了連接，并利用DVP-602通訊管理裝置，對不同機箱加以協(xié)調(diào)與控制，并將不同機箱信息傳送至變電站，實現(xiàn)配變電所綜合自動化系統(tǒng)，用以滿足無人值守等相關(guān)運行的需求。

2.2 微機繼電保護(hù)功能的實現(xiàn)

2.2.1 將事故隱患及時消除

在進(jìn)行分散式系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計過程中，需要保障各線路與機箱的對應(yīng)，采用CAN總線通信電纜，對主機及開關(guān)柜面板加以連接。因大規(guī)模復(fù)雜電纜的連接極易導(dǎo)致變電磁運行過程出現(xiàn)安全隱患，因此，需要分散微機繼電保護(hù)裝置，利用通訊線同主機加以聯(lián)絡(luò)，由主機進(jìn)行日常管理，以節(jié)約各類信號線接入主控室所需要的龐大的資金投入，有助于進(jìn)一步提升系統(tǒng)運行過程的安全性、可靠性、可維護(hù)性，便于及時消除安全事故隱患。

2.2.2 實現(xiàn)監(jiān)控保護(hù)的獨立性與統(tǒng)一性

通過監(jiān)控、通信、保護(hù)等CPU，分別對相同機箱中的各項功能進(jìn)行實施和處理，將監(jiān)控、通信CPU設(shè)為相同的插件，將保護(hù)CPU設(shè)為單獨的插件，不同插件間獨立運行，利用串行通訊加以聯(lián)絡(luò)，保障監(jiān)控、保護(hù)插件擁有獨立的電源。

2.2.3 提升裝置的穩(wěn)定性與可靠性

微機保護(hù)裝置中各元件采用的均為CMOS工業(yè)級芯片，具有強大的抗干擾力、極低的故障率、獨特的布線設(shè)計及良好的電磁屏蔽性能，確保裝置的抗干擾功能。當(dāng)元件出現(xiàn)損壞時，可利用自動化系統(tǒng)，加以處理，保障變電站系統(tǒng)得以順利運行。

2.3 CAN即時通信網(wǎng)絡(luò)功能的實現(xiàn)

作為DVPS-600系統(tǒng)的重要組成部分之一，CAN即時通信網(wǎng)絡(luò)在分散監(jiān)控保護(hù)裝置及主機CAN通訊卡的聯(lián)合使用情況下，能夠利用網(wǎng)絡(luò)將微機監(jiān)控保護(hù)設(shè)備同上位主機相連，確保微機保護(hù)裝置擁有即時電流、功率、電壓、頻率等信息采集功能，實現(xiàn)監(jiān)控、保護(hù)等多項功能。此外，CAN即時通信網(wǎng)絡(luò)通過主機可以對設(shè)備保護(hù)參數(shù)、運行方式、工作狀態(tài)、執(zhí)行效果等進(jìn)行修改，是變電站綜合自動化系統(tǒng)的重要構(gòu)成。

2.4 DVP-602運動通信設(shè)備

該裝置屬于戰(zhàn)端通信RTU管理機，其內(nèi)部具有獨立的RS-485、CPU、CAN通信等接口，可對自動化信息及監(jiān)控信息進(jìn)行分類、匯總及處理，并以此將信息利用RS-232傳送到調(diào)度站的前端接收裝置中，實現(xiàn)命令的下達(dá)，將各信息傳送至分散測量監(jiān)控設(shè)備中。

2.5 軟件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)軟件采用的是數(shù)字信號處理DSP軟件，該軟件借助于數(shù)字信號處理技術(shù)為系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)提供了高度集成及大吞吐量的數(shù)字化芯片系統(tǒng)。DSP是系統(tǒng)軟件之核心，利用保護(hù)算法對所采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，并對不同故障加以判斷，對電參數(shù)進(jìn)行計算，對外圍器件的動作加以管理。具體而言，DSP軟件賦予系統(tǒng)如下功能：（1）實現(xiàn)了模擬量的同步檢測。通過DSP對系統(tǒng)所需信號進(jìn)行輸入模擬量同步采樣與檢測，對數(shù)據(jù)采集模塊中斷申請加以響應(yīng)，并對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取；（2）實現(xiàn)了頻率、變化率等的越限判斷，對于所計數(shù)值不滿足整定要求的，將其認(rèn)定為頻率故障，并發(fā)出相應(yīng)的保護(hù)命令，對時標(biāo)加以記錄時標(biāo)；（3）對于各路模擬量加以判斷，利用差動算法對采樣值加以計算和判斷，對于不滿足整定要求的，發(fā)出相應(yīng)的保護(hù)命令，并對時標(biāo)進(jìn)行記錄；（4）采用DFT算法，對電參數(shù)有效值、幅值等進(jìn)行科學(xué)計算，并以此為依據(jù)，對是否存在故障進(jìn)行判斷。并對有功、無功等功率進(jìn)行分析，將數(shù)據(jù)存至RAM；（5）采用DFT算法對電流二次諧波的含量進(jìn)行計算，有效實現(xiàn)了閉鎖保護(hù)；（6）能夠在整定時間之內(nèi)連續(xù)實現(xiàn)所需線路電壓模擬量采樣值0；（7）DSP讀取周波數(shù)據(jù)量時，就會采集相應(yīng)的開關(guān)量輸入信號；（8）一旦通道采樣數(shù)據(jù)存在較大跳變，會立即發(fā)出故障信號。

3 結(jié)束語

綜上所述，隨著智能電網(wǎng)建設(shè)步伐的加快及規(guī)模的日趨擴(kuò)大，要求繼電保護(hù)裝置必須逐步豐富其功能、完善其性能。為了保障電力系統(tǒng)自動化裝備的有效應(yīng)用，采用傳統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)已經(jīng)難以實現(xiàn)有效保護(hù)，為此，電力自動化中微機繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)成為必然之選。

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