微机综合保护系统的发展与在变配电系统中应用

作者:未知

2011-11-09 15:40:02 来源:日新恒通电气有限公司  浏览量:

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  摘要:随着我国经济的发展,电气自动化系统在企业连续生产中扮演着重要的角色,应用有很多方面,自动化微机综合保护系统正在逐渐替代传统继电保护,以全新开放式的平台,进入变配电系统,保证国民生产中变配电的安全稳定、应急响应、事故处理、联网通讯等方面。 

  关键词:电气自动化、自动化微机综合保护系统 

  目前我国的电网处于发展壮大时期,现阶段建设的工厂变配电装置投资规模大,所服务的装置生产流程长,从原料到成品往往需要经过多个生产工序,所以必须保证生产装置的连续运行与稳定供电,如果在生产过程中遇到突然停电等事故会使生产环节中断、重要设备损坏,造成重大经济损失。 

  传统的继电保护装置存在较多的弊端,已经不适用现代工业的高速发展。需要引入自动化微机综合保护系统对传统继电保护升级或在新厂建设阶段直接配置自动化微机综合保护系统,本文针对常规继电保护系统与自动化微机综合保护系统的结构,要求,系统之间的优缺点进行研究。 

  一、常规继电保护装置 

  1、传统继电保护屏的发展 

  继电保护的发展是随着电力系统和自动化技术的发展而发展的。在20世纪50年代及以前,差不多都是用电磁型的机械元件构成。随后陆续推广了整流型元件和由半导体元件组成的装置。70年代以后,集成电路构成的继电保护装置中得到广泛运用。到80年代,随着新技术新工艺的采用,继电保护硬件设备的可靠性,运行维护方便性也在不断得到提高。 

  2、供电系统对继电保护的要求 

  2.1选择性;保护装置动作时,仅将故障元件从电力系统中切除,使停电范围尽量缩小,以保证系统中无故障部分仍能继续安全运行 

  2.2速动性;短路时快速切除故障,可以缩小故障范围,减轻短路引起的破坏程度,减小对用户工作的影响,提高电力系统的稳定性。 

  2.3灵敏性;灵敏性是指对保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。保护装置的灵敏性,通常用灵敏系数来衡量,灵敏系数越大,则保护的灵敏度就越高,反之就越低。 

  2.4可靠性;可靠性是继电保护在规定的保护范围内发生了属于它应该动作的故障时,它不应该拒绝动作,而在其它不属于它应该动作的情况下,则不应该误动作。 

  3、常规继电保护缺点: 

  常规继电保护多数是采用继电器组合搭建而成,如:过流继电器、时间继电器、中间继电器、等通过复杂的组合,来实现保护功能,经过多年的使用和维护经验总结其缺点如下: 

  3.1占地空间大,安装不方便,变电站安装需要较大的空间,增加盘柜数量,建设投资增加。 

  3.2采用的继电器触点多,降低了保护的灵敏度和可靠性。 

  3.3调试、检修复杂,一般要停电才能进行,如出现事故将很难找到故障点,及时修复,应该生产。 

  3.4没有灵活性,保护定值修改要在继电器上调节,有时候还要更换继电器。 

  3.5使用寿命太短,由于继电器线圈的老化与发热问题将直接影响保护的可靠动作。 

  3.6继电器保护功能单一,要安装各种检测仪表才能观察与实时观测功能。 

  3.7数据不能远方监控,无法实现远程控制,不具备联网功能。 

  3.8继电器自身不具备监控与自检功能,当继电器线圈短路后,不到现场检查是很难发现问题的。 

  3.9继电器保护是直接和电器设备连接的,中间没有光电隔离措施,在系统收到雷击等强电压冲击时容易产生故障并使故障范围扩大。 

  3.10常规继电保护已经逐渐淘汰,很多继电器已经停止生产,备件采购困难。 

  3.11维护复杂,故障出现后没有故障处理经验的维护人员很难找到故障点。 

  3.12运行维护工作量大,设备的运行成本比微机综合保护系统多出50%以上。 

  二、国内目前较为先进的自动化微机综合保护系统 

  目前国内的自动化微机综合保护系统的设计和生产均采用GB、IEC等标准,二次系统设备的组成也采用了单纯的数字信息处理系统。自动化微机综合保护系统基于先进的计算机软硬件、自动控制、传感器和光纤网络通信等技术,融合了电子式互感器、继电保护、测控、通讯、当地监控和远程监控,远程指挥等主要功能,能够最大限度地满足供电安全、稳定和高效运行的要求。 

  1、自动化微机综合保护系统特点 

  1.1自动化微机综合保护系统包含电子式电压、电流互感器、高度智能终端、专用工控交换机、高低压继电保护插件、测控、监控等专用设备和人性化的人机界面与工具软件包。 

  1.2用光纤代替传统信号电缆进行通讯,简化接线,适用较长距离的控制要求,提高安全可靠性,避免电磁环境对信号的干扰,使用以太网通讯实现间隔联锁闭锁、母线差动失灵保护、过负荷联切等功能,用少量光纤取代大量信号控制电缆,降低施工成本并大大改善电磁兼容环境。 

  1.4软件系统与人机界面能够跨多个操作系统平台使用,开发后的代码能适用于多个操作系统,或者实现混合平台应用,并能根据实际需求灵活选择软硬件资源配置。 

  1.5并行实时数据库,数据库采用冗余技术保证数据安全,将监控、远动及保护信息管理系统整合存储。 

  1.6柜间隔独立、双重保护独立,合理划分网络和一二次设备,双重化或主备分开的保护独立,屏柜界限清晰,屏间信号具备软硬件隔离点,方便设备的运行维护和检修。 

  2、自动化微机综合保护系统按站控层、间隔层和过程层划分。 

  2.1站控层:监控系统包含监控、一体化五防、VQC和保护信息管理等功能。 

  2.2间隔层:保护装置、测控装置、安全稳定装置等自动装置。 

  2.3过程层:电子式互感器、智能终端应用于开关变压器智能化管理控制。 

  2.4其它设备包括系统配置器、变电站专用工业以太网交换机、RS-485接口等。 

  3、自动化微机综合保护系统的各逻辑接口具有的功能:间隔与远方保护系统之间保护数据交换;过程层和间隔层之间PT和CT瞬时数据交换;变电站与远方工程师办公地点数据交换;间隔之间直接数据交换,尤其是像联锁、保护这样需要快速动作的功能;变电站和远方控制中心之间或者与DCS、ESD等系统的控制数据交换等。 

  4、通信网络物理上应该分为两层,其一为站控间隔层网络,其二为过程层网络。 

  变配电之间的网络可采用双绞线以太网或光纤以太网,过程层网络采用光纤以太网,推荐采用简单可靠的星型拓扑结构或者环网机构。隔层网络和传统的自动化系统一样,可通过双网热备用或双网双工方式冗余提高通信可靠性;而过程层网络则视为继电保护的一部分,需根据保护配置原则进行冗余,在双网运行时应采用双网双工无延时切换,以满足保护跳闸要求。 

  三、自动化微机综合保护系统较传统继电保护的优点: 

  1.自动化微机综合保护系统,系统具备采集、监视、控制、自检查功能、通过一台设备可以发现:输电线路的故障,输电线路的负荷、自身的运行情况(当设备自身某种故障,微机保护通过自检功能,把故障进行呈现)人为介入处理,采用计算机原理进行远程控制和监视。 

  2.由于自动化微机综合保护系统采用各种电力逻辑运算来实现保护功能,所以只需要采集线路上的电流电压等少量信息,简化了接线与布线工作。 

  3.自动化微机综合保护系统采用计算机控制功能,保护定值、保护功能、保护手段采用程序逻辑,这样可以随时修改保护参数,修改保护功能。 

  4.自动化微机综合保护系统还具备通讯功能,可以通过网络把用户所需要的各种数据传输到监控中心,进行集中调度。 

  5.自动化微机综合保护系统的采样与控制信号采用光电耦合隔离技术,把所有采集上来的电信号转换为光信号,这样在有强电流进入控制系统的时候,设备可以建立自身保护机制防止损坏或扩大事故。 

[$page]  6.自动化微机综合保护系统采用双核或者多核心CPU进行数据处理,加大了数据处理速度保证动作相应时间。 

  7.自动化微机综合保护系统的寿命长,由于设备在正常状态处于休眠待机等状态,只有程序实时运行。 

  8.自动化微机综合保护系统具备时钟同步功能,对于故障可以记录,采用故障波形记录的方式把故障记录下来,便于对故障的分析判断。 

  9.自动化微机综合保护系统采用了多层印刷板和表面贴装技术,因而具有很高的可靠性和抗干扰能力。 

  四、自动化综合保护系统在企业变配电系统中的应用 

  东能化工有限公司10kV总变电站项目,自动化微机综合保护系统采用了国电南京自动化有限公司NEP998A电动机综合保护装置、NEP983数字式变压器保护装置等,构成自动化微机保护监控系统,该系统采用工业总线经过智能网关、以太网网络交换机及远动装置在后台监控机上实现全站监控所电气设备。 

  1、系统硬件结构及配置 

  NEP9xx系列数字式继电保护装置主要用于110kv及以下电压等级的变电站,该系列主要由线路保护,变压器保护,电容器保护,电抗器保护,备自投、电动机保护综合测控组成,采用高性能32位CPU将保护、测控、通信功能集成于一体。 

  2、NEP9xx系列数字式继电保护装置系统监控系统的功能 

  2.1实时数据采集及处理功能 

  (1)遥测:可选程遥测变电站运行的各种实时数据,如母线电压、线路电流、主变温度、功率、频率等。 
  (2)遥信:开关、刀闸位置、分接头位置、各种设备状态、瓦斯、气压信号等。通过间隔层I/O单元进行实时数据的采集和处理。根据CT、PT的采集信号,计算每一个电气单元的电流、电压、有功功率、无功功率和功率因数及电度量等。 

  2.2限值监视和报警处理功能 

  限值、报警级别、告警方式、告警闭锁和解除,变位告警等。 

  2.3事件顺序记录、事故追忆功能和保护信号的动作顺序以毫秒级进行记录。分辨能力2ms。 

  2.4控制功能 

  在授权许可条件下,通过当地或调度端计算机键盘或鼠标输入操作命令,对变电站的控制对象进行操作,包括开关及刀闸的分合、变压器分接头调节、PT并列信号复归等。 

  2.5管理功能 

  系统具有管理权限、操作权限分类设置的功能,对于不同性质的工作人员,可授予不同的权限。运行人员或工程师可以修改、检索、显示、打印设备工况报告,对各种运行记录及设备的资料进行档案管理。 

  2.6在线统计计算功能 

  具有统计计算和报表统计功能,用户自定义报表工具。根据采样的CT、PT实时数据,能够 

  计算每一电气单元的有功、无功功率,各相电流、电压,功率因数;能够分时段统计电压、功率因数合格率,开关或事故跳闸次数,变压器的停用时间及次数等信息。 

  2.7画面显示和打印功能 

  在CRT画面上显示主接线图、直流系统图、站用电系统图、监控系统运行工况图、系统网络结构图、开关量等状态表、各种实时测量值表、历史事件及某些重要数据等。 

  2.8自诊断和自恢复功能 

  微机监控系统能够在线诊断系统的软件、硬件运行情况,一旦发现异常能够发出报警信号。在微机监控系统诊断到软件运行时,能自动发出报警信号,不丢失重要的数据。 

  2.9维护功能 

  工程师可以通过工程师站对该系统进行诊断、管理、维护和扩充等工作,能够用交互方式在线对数据库中的各个数据项进行修改和增删。可以对各种应用功能运行状态进行监测,在线生成各种报表和在线编辑显示画面,还可以对计算机站控制系统的各个设备进行状态检查。 

  五、分析自动化微机综合保护系统目前存在的问题与解决方法 

  1、安全性问题:由于自动化微机综合保护系统的功能强大,并且可以控制运行设备,与电网的安全稳定运行关系密切,在通过网络异地修改保护定值或其它设置时,客户机端通过加密的数字签名核实调度端传送数据的可信度,并通过校验码保证定值的可靠性。当客户机向保护传送定值时,系统可以自动检测修改值的合理性,如对系统运行工况影响较大则先提出警告和提示等。 

  2、通讯协议问题,需要将工厂网络的所有微机保护、故障录波器和现场智能采集设备联系到一起,如果能够解决好信息的组织及传输通讯规约问题,将减少系统投资加快通讯速率。 

  3、增加视频监控措施。在操作执行后,能在一次设备附近装设视频和声控系统,通过远动和通信系统进行数据采样和传输,运行操作人员在控制室就能对设备的运行工况及状态变化情况了如指掌,同时也减少了与高压设备接触的不安全因素。 

  4、微机综合保护装置的功能插件板比较容易受静电等因素损坏。有些电源板插件因为散热问题损坏,通信监控插件的损坏导致通信连接不上,需要配备有经验的维修人员与设备进行维修。 

  5、设备的运行维护与技术培训要及时更新,通过不断的学习培训,完成人员的培训与技术更新进步。 

  总结:自动化微机综合保护系统比传统的继电保护屏在个个方面具有明显优势,虽然初期装置建设费用较传统继电保护装置高,但是装置投产后会得到良好的后期使用效果,减少配电系统的故障率,保障化工装置的连续生产,其收到的间接经济效果将超过装置建设多出的费用。自动化微机综合保护系统在使用过程中还可将配电系统的各种数据、信号通过通讯线路传送到生产管理部门及总变电站的微机系统,生产管理部门及总变电站的各项指令也可通过数据传输下达到各级变电所的微机工作站,减少人工参与过程,保证数据的真实可靠,方便化工企业通过内部网络组建ERP管理系统。 

  参考文献: 

  (1)变电站综合自动化系统二次回路及运行维护王国光中国电力出版社 
  (2)电力系统继电保护原理与实用技术中国电力出版社 
  (3)继电保护自动装置及二次回路熊为群陶然中国电力出版社 

  作者简介: 

  李鹏宇(1991年—),男,现就读于大连海事大学轮机工程学院,学习电气工程及其自动化。 

  陈默(1970年—),男,现任满洲里达赉湖热电有限责任公司副总经理。1991年毕业后,长期在大型电力企业从事电气系统运行和维护工作。 

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