淺談鐵路配電所微機(jī)保護(hù)原理

摘要：微機(jī)保護(hù)技術(shù)在鐵路配電所的廣泛應(yīng)用，對(duì)提高貫通（自閉）線供電的可靠性，保障鐵路運(yùn)輸安全起到了關(guān)鍵的作用，因此，文章結(jié)合目前鐵路配電所普遍采用的微機(jī)保護(hù)裝置，簡(jiǎn)單闡述鐵路配電所微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成原理及功能特點(diǎn)，以促進(jìn)其在今后鐵路配電所技術(shù)中得到更廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：配電所；微機(jī)保護(hù)；構(gòu)成原理；功能

中圖分類(lèi)號(hào)：U224文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-8937（2014）18-0078-02

1微機(jī)保護(hù)裝置的硬件組成

微機(jī)保護(hù)裝置同一般微機(jī)具有相同的組成結(jié)構(gòu)，但它也有實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)功能的獨(dú)特原理，主要有數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)采集單元、通信接口等組成，還具有時(shí)鐘單元為裝置提供精準(zhǔn)的時(shí)間參考和鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、顯示器、打印機(jī)等人機(jī)交互接口。

1.1數(shù)據(jù)處理單元，是微機(jī)保護(hù)裝置的核心部分

存儲(chǔ)器（RAM、EPROM、和E2PROM）：用來(lái)存放程序、采樣數(shù)據(jù)、計(jì)算數(shù)據(jù)和定值。目前流行趨勢(shì)都采作EPROM而不用ROM存放程序。EPROM的編程需要在12~24 V的高電壓下進(jìn)行。

中央處理器（CPU）：可以根據(jù)保護(hù)的功能程序選擇CPU類(lèi)型。需要計(jì)算原理復(fù)雜、要求動(dòng)作速度快的保護(hù)就需要采用比較高檔的CPU。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)今普遍采用將CPU、存儲(chǔ)器、定時(shí)器以及I/O接口等集中在1塊電路板上的單片機(jī)。它具有可靠性高、微型化、適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)、價(jià)錢(qián)便宜等優(yōu)點(diǎn)，而且運(yùn)算速度、編程能力、抗電磁干擾、防塵等能力都大大提高。

1.2模擬量采集單元

模擬量采集單元主要是將被保護(hù)單元（線路、變壓器和母線等）的流互和壓互二次側(cè)的電流和電壓模擬量變換成數(shù)字量，便于數(shù)據(jù)處理

1.2.1采樣（電壓、電流）回路

采樣回路的電壓、電流模擬量經(jīng)變換器和輔助互感器處理，轉(zhuǎn)換成滿足A/D變換器需求的電壓（±10 V左右）。而且這些變換器或互感器一二次繞組間的屏蔽層，可抑制高頻干擾，具有電氣隔離作用。為了不失真地獲得模擬量轉(zhuǎn)換后的離散信號(hào)，防止頻譜混淆，在采樣前用模擬低通濾波器濾除折疊頻率以上的信號(hào)。采樣頻率Ωs/2稱(chēng)為折疊頻率。

1.2.2采樣保持器S/H

采樣/保持器的作用：①保持在A/D變換過(guò)程中模擬量不變；②保證各通道獲得同步采樣數(shù)據(jù)，使各模擬量的相位關(guān)系保持不變。S/H有兩種工作方式：其一，平時(shí)連續(xù)地處于采樣狀態(tài)，跟蹤輸入信號(hào)，只是在某一特定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)入保持狀態(tài)；其二，大部分時(shí)間處于保持狀態(tài)，只在采集新值時(shí)才轉(zhuǎn)入采樣跟蹤狀態(tài)，然后以返回保持狀態(tài)。當(dāng)保持時(shí)間遠(yuǎn)小于采樣間隔時(shí)間時(shí)，采用前一種方式可使電容器有較長(zhǎng)的充電時(shí)間，可選用較大的電容器，利于采樣值的保持。

1.2.3模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）

將模擬通道中已離散化的信號(hào)（保存在S/H中的模擬量）通過(guò)A/D變換器轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)所需要的數(shù)字量。微機(jī)保護(hù)一般都用逐次逼近型A/D變換器。逐次逼近寄存器（SAR）在開(kāi)始轉(zhuǎn)換時(shí)首先將最高位置“1”并送給D/A變換器。這相當(dāng)于用1/2滿刻度與輸入模擬量相比較。如果D/A變換器的輸出小于輸入模擬量，則SAR寄存器的最高位保留為“1”；反之，若大于輸入模擬量，則最高位清零。于是完成第1次逼近。第2次逼近開(kāi)始時(shí)SAR將次高位置“1”，這相當(dāng)于增加1/4滿刻度再與輸入模擬量相比較，以決定SAR寄存器的次高位是“1”還是“0”。這樣直到完成第n次逼近后，SAR寄存器中的數(shù)碼就是所求的數(shù)字量。A/D變換器的1個(gè)重要參數(shù)是它的位數(shù)，位數(shù)越多，分辨率越高，轉(zhuǎn)換出的數(shù)定量的舍入誤差越小。

2配電所微機(jī)保護(hù)裝置

2.1配電所微機(jī)保護(hù)模塊功能

①保護(hù)功能。目前鐵路電力配電所主要采用的保護(hù)有過(guò)電流電流I段、II段、III段、零序過(guò)流I、II段、電流速斷保護(hù)、過(guò)負(fù)荷、過(guò)電壓、低電壓等和三相一次重合閘功能。向自閉（貫通）線路供電饋線保護(hù)裝置除還必須具有備自投功能。

鐵路配電所向貫通（自閉）線路供電按運(yùn)行方式分主供所和備供所，一般由主供所向線路供電，備供所作備供。當(dāng)線路設(shè)備發(fā)生臨時(shí)故障，主供所斷路器跳閘，線路失壓。備供所檢測(cè)到線路失壓，在備供所母線有壓的情況下，備供所斷路器快速自動(dòng)投入，貫通（自閉）線路帶電。主供所檢測(cè)到線路有壓，則重合閘放電，閉鎖重合閘，由備供所向線路供電。當(dāng)貫通（自閉）線存在永久故障時(shí)，主供所斷路器跳閘，線路失壓。備供所檢測(cè)到貫通（自閉）線失壓，在備供所母線有壓的情況下，備供所斷路器快速自動(dòng)投入，斷路器合閘送電到故障線路上，備供所保護(hù)動(dòng)作，斷路器跳閘。這時(shí)電力調(diào)度人員可通過(guò)操作沿線遠(yuǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān)對(duì)故障地點(diǎn)進(jìn)行定位，然后將故障點(diǎn)兩端開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，切除故障，由相鄰兩所向無(wú)故障的線路恢復(fù)供電，并立即通知沿線工區(qū)出動(dòng)進(jìn)行故障搶修。實(shí)現(xiàn)了快速地對(duì)故障點(diǎn)定位、處理，保證了鐵路信號(hào)供電的穩(wěn)定。

如圖1所示，T為備自投延時(shí)，由用戶設(shè)定。T1為閉鎖信號(hào)展寬延時(shí)，用以確保在保護(hù)跳閘、手動(dòng)跳閘時(shí)可靠閉鎖備自投，其延時(shí)應(yīng)充分大于從發(fā)出跳閘至斷路器完全跳開(kāi)（電壓消失），建議設(shè)1.0 s以上。合閘脈沖寬度固定為2 500 ms。

②實(shí)時(shí)測(cè)量、計(jì)算電流電壓值、頻率、有功（無(wú)功）功率、功率因數(shù)、有功（無(wú)功）電度值。

③可操作斷路器分合閘，包括就地/遠(yuǎn)方操作及閉鎖、保護(hù)動(dòng)作信號(hào)輸出、防誤操作、相關(guān)回路的電氣聯(lián)鎖、防越級(jí)跳閘；功率因數(shù)自動(dòng)補(bǔ)償、變（調(diào)壓）器分接頭自動(dòng)調(diào)節(jié)、自動(dòng)切換。

④可實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器狀態(tài)、接地刀、隔離開(kāi)關(guān)、手車(chē)工作/試驗(yàn)位置，彈簧儲(chǔ)能狀態(tài)、SF6氣體壓力，溫度、瓦斯、電氣聯(lián)鎖信號(hào)；控制電源失電、控制回路斷線、CT/PT斷線、裝置自檢，發(fā)生異常告警等信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。具有事件記錄、故障錄波功能，掉電不丟失。

2.2后臺(tái)及通信系統(tǒng)

后臺(tái)監(jiān)控主機(jī)一般采用工業(yè)控制機(jī)，適應(yīng)多種運(yùn)行環(huán)境，操作系統(tǒng)采用熟悉的Windows，便于管理人員維護(hù)，應(yīng)用軟件采用集成化保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)，便于靈活組態(tài)和具有對(duì)各種智能化設(shè)備完全的訪問(wèn)和控制能力。保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)時(shí)顯示電力系統(tǒng)運(yùn)行畫(huà)面，如一次系統(tǒng)圖，曲線圖等，可及時(shí)顯示和查閱包括開(kāi)關(guān)量、摸擬量、脈沖量、數(shù)字量、其它非電氣量及報(bào)警記錄、錄波記錄，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算、處理、保存。實(shí)現(xiàn)對(duì)可遠(yuǎn)動(dòng)控制的開(kāi)關(guān)分合，調(diào)節(jié)有載調(diào)壓器分接抽頭、自動(dòng)無(wú)功補(bǔ)償、變壓器風(fēng)機(jī)的啟停等操作。提供防誤操作提示，具有操作返校功能；具有可設(shè)置掛牌閉鎖操作斷路器分、合閘功能。具備、數(shù)據(jù)報(bào)表輸出打印、GPS衛(wèi)星鐘自動(dòng)對(duì)時(shí)等功能。通信管理機(jī)實(shí)現(xiàn)各種智能化設(shè)備之間的通信互連及數(shù)據(jù)交換，完成各級(jí)設(shè)備之間所有通信規(guī)約的轉(zhuǎn)換，給上級(jí)調(diào)度系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)的通信規(guī)約。

3結(jié)語(yǔ)

目前，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有鐵路配電所微機(jī)保護(hù)技術(shù)改造升級(jí)，大量采用新技術(shù)的設(shè)備應(yīng)用，產(chǎn)品的先進(jìn)性、開(kāi)放性、容錯(cuò)性、擴(kuò)展性大幅提高，使得配電所微機(jī)保護(hù)裝置實(shí)用性、安全性、可靠性大大提高，也使得綜合自動(dòng)化系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)變配電所可靠、合理、完善的監(jiān)視、測(cè)量、控制、運(yùn)行管理，并具有遙測(cè)、遙信、遙調(diào)、遙控等全部遠(yuǎn)動(dòng)功能。

參考文獻(xiàn)：

[1] 羅鈺玲.電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)[M].北京:人民郵電出版社，2005.

[2] 張保會(huì)，尹項(xiàng)根.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)[M].北京:中國(guó)電力出版社，2009.

[3] 賀家李，宋從矩.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理[M].北京:中國(guó)電力出版社，2001.