微機繼電保護裝置和綜合自動化系統的組

成及應用

1、微機繼電保護裝置概述

1.1微機繼電保護裝置的發展

微機繼電保護是指以數字式計算機（包括微型機）為根抵

構成的繼電保護。20世紀60年代中后期起源于英國和美國,

但是由于當時計算機價格昂貴，同時也無法滿足高速繼電保

護的技術要求，因此沒有在保護方面取得實際應用。隨著微

處理器技術不斷發展，促使計算機繼電保護的研究浮現了高

潮。在70年代后期,研發出了比較完善的微機保護樣機,并

投入到電力系統中試運行。80年代,微機保護在硬件構造和

軟件技術方面日漸成熟,并已在一些國家推廣應用。90年代,

電力系統繼電保護技術發展到了微機保護時代，這是繼電保

護技術發展歷史過程中的第4代。我國的微機保護研究起步

于20世紀80年代初期,盡管起步晚但是發展很快。1984

年華北電力學院研制的輸電路線微機保護裝置首先通過鑒

定。從90年代開始我國繼電保護技術已進入了微機保護的

時代。目前，無論在軟硬件技術還是在保護原理方面，國內

繼電保護的發展都已到達甚至超過國外同行業水平。

1.2微機繼電保護裝置的構造與原理

微機型繼電保護裝置是由微型計算機構成的繼電保護

裝置,其核心是一臺微型計算機。保護對象的運行狀態量引

入裝置后經過采樣和模數變換器變換成數字量輸入計算機，

計算機根據輸入量不斷地開展計算和判斷，當發現被保護對

象工作狀況不正常時，通過接口電路驅動執行元件，動作于

跳閘,用于報警或者執行其他任務。保護裝置的硬件由CPU

主系統、數據采集系統(或者稱摹擬量輸入系統)及開關量

輸出系

統三部份組成,如圖1所示。121CPU主系統

CPU主系統包括微處理機CPU、存放程序的EPROM、

存放整定值的EPROM、隨機存儲器RAM以及可編程用以

實現各種定時要求(如定時采樣和各種保護的延時等)的定時

1.2.2數據采集系統

數據采集系統包括電壓形成回路、摹擬低通濾波器、采

樣保持器(S/H)和模數變換器(A/D)。電壓形成回路將輸入量

變換成適合于模數變換器工作的電壓信號，并實現外部電路

和微機之間的電氣隔離，以防止輸入引線攜帶的共模浪涌干

擾微機的正常工作。對于交流輸入量，普通用變壓器原理實

現電氣隔離和電平轉換。對于直流輸入量,普通用電一一光

或者光——電轉換技術。

采樣保持器(S/H)的基本部份由一個快速電子開關S和

一個保持電容器C組成。在CPU主系統定時器的控制下,每

隔一定時間ts,使電子開關短時接通，開展采樣,從而在電

容器C兩端記下該時刻電壓信號的輸入值。電子開關打開后,

電容器上電壓短時保持基本不變，模數變換器可從容地將此

采樣值變換為數字量。摹擬變換器(A/D)將輸入的采樣值變

換成二進制的數值,然后由CPU開展數字處理。

1.2.3開關量輸入輸出系統

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開關量輸入輸出系統是指保護裝置的出口、信號系統以

及裝置同外部其他裝置的觸點連接回路。微機通過可編程的

并行接口芯片和光電隔離器件同這些電路聯接。對不同的保

護原理，開關量輸入輸出系統的硬件構造方式基本不變，

可以應用通用的硬件配以不同的軟件實現各種不同的保護

原理。

1.3微機繼電保護的主要特點

Q)由于微機型繼電保護裝置各種功能均由軟件實現，

有很大的靈便性，于是該裝置具有常規保護裝置難以實現的

某些性能。通過打印機可以在事故后打印出多種有價值的信

息供事故分析，如輸出故障距離等；止匕外,該裝置具有在線

自動檢測功能，當保護裝置異常時自動報警，并顯示出故障

部位,從而允許延長運行中的定檢周期，并減少調試工作量。

(2)工藝構造條件優越。主要表達在硬件比較通用，創造

標準統一,裝置體積小，減少了盤位數量,功耗低等。

(3)可靠性高。數字元件的特性是不易受溫度變化、電源

波動、使用年限及元件更換的影響；止匕外，自檢和巡檢能力

強,可用軟件方法檢測主要元件、部件及功能軟件本身的工

況。

(4)使用靈便方便。人機界面越來越友好，其維護調試也

更方便,從而縮短了維修時間；同時依據運行經驗，在現場

可通過軟件方法改變特性、構造。

(5)可以開展遠方監控。微機保護裝置具有串行通信功能

與變電所綜合自動化系統的通信聯絡使微機保護具有遠方

監控特性。

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主控層三臺監控主機以數字通訊方式連接起來。實現數據

的統

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一管理、監控。多臺通訊管理器具有徹底一樣的功能。

⑶現場控制層：由微機繼電保護裝置、智能監控采樣裝

置和其它設備的控制器組成，負責電氣設備的各類保護、現

場遙信/遙測數據的采集、遙控命令的執行，并通過通訊接口

執行數據的處理及傳送。

2.2保護監控裝置的配置及設備選型

綜合自動化系統選用某電氣公司及其代理的微機繼電

保護監控裝置和通訊管理器。

2.2.1220kV進線和母線保護：由電力設計院完成路線

保護和母線保護裝置的設計，本綜合自動化系統網絡預留接

口以便接入。

2.2.2220kV/6kV動力變設置縱聯差動保護、變壓器瓦

斯保護、主變有載開關瓦斯保護、壓力釋放閥保護、溫度保

護、復合電壓啟動過電流保護、過負荷保護、零序保護。選

用T35和F35作為微機繼電保護裝置,C60作為監控裝置。

2.2.3220kV整流機組變壓器設置調變有載開關瓦斯保

護、變壓器瓦斯保護、壓力釋放閥保護、溫度保護、復合電

壓啟動調變電流速斷保護、整變過流保護。選用F35作為微

機繼電保護裝置，C60作為監控裝置。

2.2.4整流機組濾波裝置設置電流速斷保護、過壓保護、

欠壓保護、頻率保護、內部不平衡電流電壓保護。選用F35

作為微機繼電保護裝置兼監測裝置。

2.2.56kV總配系統：6kV進線不設保護，動作于動力

變220kV保護;6kV母聯設充電電流保護、電流速斷保護；

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6kV電纜饋線設帶時限電流速斷保護、過流保護、單相接地

保護；干式變壓器饋線設溫度保護、電流速斷保護、過流保

護、單相接地保護。選用帶液晶顯示的測控一體化裝置F650,

分散安裝于各個開關柜上。

2.2.6通訊管理層選用多臺ML2400作為通訊管理機。

2.2.7主控層為有人值班系統，配置二臺以時下主流配

置硬件系統的高性能、高可靠性的工控機，安裝系統監控

組態軟件，可完成系統全面監控和遠動功能，也是操作人員

或者維護人員人機接口界面。一臺工程師工作站配置在辦

公室，也采用高性能、高可靠性的工控機，完成監視、在

線調試功能。

3、應用效果

Q)徹底改變了常規保護裝置的布線邏輯控制方式，簡

化了二次回路的構造。把傳統的繼電器、接點、節點、導線

全部集成在裝置內，在外電路惟獨一個開出量接點；

(2)改變了保護原理與路線一一對應的關系，通過控制面

板上的菜單就可以改變保護特性和功能，組成不同的保護方

案；

(3)操作界面使用更方便，定值修改無需停電,只需要幾

分鐘即可完成，工作效率提高百倍，通過事件記錄菜單排查

故障也能大大縮短檢修時間；

(4)可實時開展各種電氣參數的采集和各電氣設備狀態

的遠程監控，實現事故報警和記錄功能，以及統計分析，報

表打印。最終實現遙測、遙信、遙控、遙調遠動功能。

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