淺談微機繼電保護在大型泵站的應用

江 偉

（大東口電排管理站 益陽市 413200）

座落在洞庭湖畔的某大型泵站始建于2000年，2004年竣工受益，總裝機容量為4×2 500 kW，擔負著1 247 km2集雨面積的排漬任務。該泵站主電機大部分采用常規(guī)電磁式繼電保護方式，但隨著自動化程度要求的提高，電磁式繼電保護暴露的問題日趨嚴重，因此該泵站于2009年對繼電保護裝置進行了升級改造，由微機繼電保護替代了常規(guī)的電磁繼電保護，成為綜合自動化和信息化程度比較高的一個泵站。

1 泵站采用常規(guī)繼電保護裝置存在的問題

（1）保護回路設計復雜，控制電纜較多。比如設計1 臺電動機的保護回路，需要設計電流、電壓保護回路，直流回路，保護出口和音響信號回路等。因此1 臺電動機的保護需配置大量電磁型繼電器和控制電纜，由于繼電器和控制電纜使用較多，接線也相對復雜很多。

（2）繼電保護動作的靈敏性較低。保護的時限級差在0.7 s 以上，不能迅速切除故障。

（3）電磁繼電器本身存在的問題。比如繼電器可動部分容易磨損，接點怕震動、易燒毛，功率損耗大，靈敏度低，接點易接觸不良等。

（4）維護工作量大。每年都要花費大量的人力和物力進行測試、維護、更換等。

2 微機保護的特點

（1）可靠性高。微機保護裝置靠軟件來實現(xiàn)各種保護，避免了常規(guī)繼電器的接點故障、線圈故障、機械故障而引起的保護拒動。通過自檢，能夠避免保護誤動，從而保證了保護裝置動作的可靠性。

（2）選擇性和靈敏性高。電磁型保護的各個繼電器都有一固有動作時間及接點抖動，相互配合受到限制。而微機保護采用的是高性能的單片機，憑借強大的計算和邏輯功能，使保護動作更為迅速，保護時限級差由（0.5～0.7）s 縮短為0.3 s，大大提高了保護動作的選擇性和靈敏性。

（3）保護配置更加靈活合理。由于微機強大的運算和邏輯處理能力，使電動機保護更趨合理化，保護功能更多，如啟動時間過長保護、過熱保護、堵轉保護、速斷保護等。

（4）實時參數(shù)顯示、修改、故障存儲。微機保護通過采樣環(huán)節(jié)可將在線運行的電氣量如電流、電壓幅值及相位等顯示在液晶屏上，便于管理人員及時了解現(xiàn)場參數(shù)； 保護動作時液晶屏自動顯示最新一次的跳閘報告，包括保護動作時間、動作類別、故障相別及故障電流等，這些參數(shù)的提供對快速分析故障原因起著非常重要的作用。

（5）具有數(shù)據(jù)通信傳輸功能，能實現(xiàn)遠程遙控操作。微機保護最大的優(yōu)點之一就是可實現(xiàn)同上位機的通信功能，通過標準接口與站內監(jiān)控系統(tǒng)、調度系統(tǒng)連接，將保護的跳閘事件、跳閘報告及自檢報告等信息立即上傳給監(jiān)控系統(tǒng)，使值班人員集中管理，還可在中央控制室對保護系統(tǒng)進行遙控操作。

（6）調試便捷，維護簡單。微機保護的調試非常簡單，省去了單個繼電器的校驗工作。因為從理論上講只要能判別硬件完好，軟件和出廠代碼完全相同，就能保證其繼電保護邏輯功能與設計功能相同。

3 大型泵站微機繼電保護裝置應用實例

該泵站于2009年對主機組的繼電保護實施了改造，全部更新為某電力系統(tǒng)自動化有限公司研發(fā)的DVP9000 系列微機綜合保護系統(tǒng)，該系統(tǒng)由電動機保護、進線保護、PT 監(jiān)控保護、主變保護和數(shù)據(jù)通信管理機組成。

3.1 DVP9000 系列微機綜合保護裝置的特性

頂級速度:裝置采用3 片DSP 設計，通過功能劃分使每片DSP 專職于固定的工作，從而具有極高的處理速度和超量的計算能力。

強大的、高精度的測量功能:采用專用16 位采樣芯片，每周波采樣48 點。監(jiān)控量精度可達到0.2%；保護量精度可達到1%；功率可達到0.5%；電度可達到0.5%；同時對裝設電度表的用戶提供累計脈沖電度的接入端。

豐富的資源: 最多可以記錄8 min 的錄波數(shù)據(jù)，錄波內容包括12 路模擬量、16 路開入量、12 路開出量，均為每周波48 點，同時記錄故障錄波的開始時間，結束時間。

高度可靠性:產品采用全密封設計，真正的防水防塵抗振動設計；具有優(yōu)異的抗干擾性能，裝置內部采用CPLD 技術，減少了邏輯元件，大大提高了可靠性。

硬件免調試: 采樣回路中選用高精度高穩(wěn)定的器件，保證正常運行的高精度，避免因環(huán)境改變或長期運行而造成采樣誤差增大；產品中無可調節(jié)元件，無需在現(xiàn)場調整采樣精度，大大提高運行穩(wěn)定性。

人性化設計:采用大屏幕液晶顯示器，顯示內容全部菜單化顯示；操作中交互性強，具有多種提示信息和反饋信息；顯示內容按照相關性、就近性原則進行組織；人機交互采用旋轉鼠標，具有快速靈活方便的特點。

3.2 DVP9000 微機電動機保護監(jiān)控裝置

DVP9000 電動機微機保護主要由差動保護、速斷保護、過熱保護、負序過流保護、零序過流保護、低電壓保護、堵轉保護、啟動時間過長保護和自啟動保護組成。

（1）差動保護。

邏輯: 差動保護采用比率制動原理避免區(qū)外故障不平衡電流的影響，并有CT 斷線閉鎖功能。保護判據(jù):差動電流：Icd=I機端+I中性點

制動電流：Izd=I機端-I中性點

差動速斷

動作判據(jù)： Icd≥Isdd

Icd 為差動電流，Isdd 為差動速斷整定值。

差動比率制動

動作判據(jù)：Icd≥cdi 當Izd＜Iz

Icd≥cdi+k(Izd-Iz) 當Izd＞Iz

Icd 為差動電流，cdi 為差動啟動值，Izd 為制動電流

Iz 為比率制動特性拐點電流,k 為比率制動系數(shù)。

程序依次按相判別，當滿足以上任何一個條件時，比率差動保護動作。

圖1 為差動動作區(qū)和制動區(qū)原理圖。

圖1 差動動作區(qū)和制動區(qū)原理圖

（2）速斷保護。裝置采集A、B、C 三相的電流值與保護整定的速斷定值比較，當實測值大于定值時保護動作跳閘。該裝置在電動機啟動過程中速斷定值為原定值，當電動機啟動完成后速斷定值自動降低為原定值的50%?？捎行У胤乐箚舆^程中因啟動電流過大引起的誤動，同時還能保證在正常運行中保護有較高的靈敏性。見圖2。

圖2 速斷保護

（3）過熱保護。該裝置考慮了電動機正序、負序電流所產生的綜合熱效應、熱積累過程和散熱效應，可模擬不同的反時限特性曲線；當實測電流值超過過熱定值時，經預定時間后發(fā)出預告信號或報警跳閘。

（4）低電壓保護。當電動機的3 個相間電壓均小于低電壓保護定值時，啟動低電壓保護延時，當延時滿足后，低電壓保護動作。相間電壓由輸入的三相相電壓計算獲得。

依據(jù)工程設計部門的設計方案和定值計算，結合電力系統(tǒng)的運行規(guī)程，該泵站電動機選用的保護功能有:差動保護、過熱保護、負序過流保護和低電壓保護。

4 DVP9000系列微機保護裝置在調試時需注意的問題及處理方法

（1）在進行任何保護功能的調試前，先檢查裝置的顯示值與輸入值的誤差，若發(fā)現(xiàn)有精度不準（測量值超過±0.5%誤差、保護值超過±2.5%誤差），必須通過軟件進行精度校準后再做各項實驗。

（2）做有關電流量的保護調試時，必須注意輸入裝置電流的相位角度，如果設置不對，將會造成保護的邏輯運算混亂，給調試帶來困擾。正確的設置應該是：機端相位角度設為0°，中性點相位設為180°。

（3）在做低電壓保護實驗時，如果將三相電壓降低至整定值經延時，保護不動作，這極有可能是裝置采集的斷路器位置信號是在斷開位置，而做這項實驗時的首要判據(jù)是斷路器在合閘位置，這時只需給裝置輸入一個斷路器在合閘位置的信號即可順利完成該實驗。

（4）做每個實驗時一定要注意各個保護的判據(jù)運用的是相電流、相電壓還是線電流、線電壓，以免由于輸入的采集量錯誤而誤認為是保護裝置的測量故障。

（5）所有保護功能經過調試檢查合格后，切記要將該裝置的保護定值大小、保護功能的投退情況全部檢查一遍，確認已恢復至實驗前的狀態(tài)，避免保護裝置在機組運行時誤動而導致重大事故的發(fā)生。

5 DVP9000系列微機保護應用分析

微機保護作為當今繼電保護的領導者，雖然它和常規(guī)繼電保護相比有很多優(yōu)點和功能，但是由于生產廠家較多，在軟件設計、元器件加工和裝置制造工藝方面存在差異，造成保護裝置在運行中異常情況的發(fā)生，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）CPU 插件故障:CPU 插件與顯示DSP 控制板通信中斷，插件與背板接觸不良。

（2）保護裝置的鼠標易出現(xiàn)異常，比如鼠標在顯示器上突然消失或者跳動過快，導致無法操控保護裝置。

（3）與裝置配套的跳合閘操作箱設計不合理，易出故障，不能遙控跳合閘。

（4）微機保護裝置集中裝設在中控室，采集的各種模擬量要從各個機組高壓柜傳送至中控室，經過的距離較遠，因此二次電氣參數(shù)的采集路徑過長，線損過大，易造成保護裝置上采集的電氣參數(shù)與實際值誤差較大。

（5）由于微機保護裝置和監(jiān)控上位機的生產廠家不同，在通訊方面存在通信接口不配套，需加裝通訊轉換器才能相互通信，由于增加了設備，給以后的檢修帶來困難。

6 微機保護需要改進和完善的內容

（1）微機保護是泵站綜合自動化的一個重要環(huán)節(jié)，泵站管理和運行人員必須加強對微機保護相關技術的培訓，以便熟悉掌握，適應現(xiàn)場要求。

（2）盡量將微機保護裝置裝設在高壓開關柜內，避免二次線路過長、線損增加而造成采樣值誤差增大。

（3）因為微機保護和計算機監(jiān)控生產廠家較多，各廠家設備的通訊接口不是統(tǒng)一標準，所以在訂購產品時需注意設備的通訊接口必須相匹配。

（4）技術支持問題。為確保微機保護裝置的正常運行，要求現(xiàn)場的實驗和運行人員必須對保護的硬軟件設計有較詳細的了解，但由于種種原因，多數(shù)微機保護廠家對技術方面的資料提供較少，導致用戶在日常的維護及缺陷處理過多依賴廠家，特別是在運行時主要部件的損壞，需要廠家及時來協(xié)助處理，給運行帶來了不便。

[1] 楊新民，楊雋琳.電力系統(tǒng)微機保護培訓教材[M]. 北京:中國電力出版社，2000.

[2] 喬楓.微機繼電保護裝置在大型泵站的應用[J].華電技術，2010，32（5）.