微機繼電保護在大型泵站應用的思考

摘 要：文章分析了早期泵站中應用的各種常規(guī)繼電保護裝置中可能存在的問題，結(jié)合應用實例對泵站微機保護裝置的便捷性、靈敏性、可靠性加以論述，同時介紹了調(diào)試微機保護時所需了解的問題及解決方法，以及一些需要改進和完善之處。

關鍵詞：微機繼電保護；大型泵站；保護裝置

江蘇泰州引江河高港樞紐是國家南水北調(diào)東線源頭工程之一，高港樞紐是實現(xiàn)泰州引江河工程引、排、航目標的控制建筑物，采用閘站結(jié)合布置，主要包括泵站、節(jié)制閘、調(diào)度閘、送水閘4座水工建筑物及110kV專用變電所等設施，其中泵站安裝立式開敞式軸流泵9臺套，葉輪直徑3.0M，配2000kW高壓同步電機，總裝機容量18000KW，單機抽水能力34m3/s，采用雙向X型流道，通過閘門調(diào)節(jié)實現(xiàn)抽排結(jié)合，雙向運用，底層流道可自流引江160m3/s。

1 泵站采用常規(guī)繼電保護裝置存在的問題

現(xiàn)很多大型泵站都建于上世紀末，大部分電機繼電保護方式然采用最初的電磁式，問題頗為顯著，主要包括：

（1）控制電纜較多，保護回路設計復雜。每臺電動機的保護往往都會因為結(jié)構(gòu)復雜而不得不配置大量控制電纜和電磁型繼電器，故而接線也頗復雜。（2）繼電保護動作缺乏應有的靈敏性。尤其是0.7s以上的保護的時限級差難以有效切除故障。（3）電磁繼電器自身問題和故障較多。（4）維護工作量頗大。

2 微機保護的特點

（1）可靠性高。各種保護靠軟件實現(xiàn)，避免了保護拒動問題。自檢又可以避免保護誤動。（2）選擇性和靈敏性高。采用高性能的單片機，由于計算和邏輯功能較強，故而可以將保護時限級差縮短為0.3s左右。（3）保護配置靈活合理。借助運算和邏輯處理來進行合理電動機保護，同時也增多了保護功能。（4）顯示存儲故障、實時參數(shù)。通過采樣環(huán)節(jié)在液晶屏上顯示在線運行的電氣量，便于及時了解；保護動作時自動顯示最新跳閘報告，便于快速分析故障原因。（5）可以傳輸數(shù)據(jù)通信，可遠程遙控?？蓪崿F(xiàn)同上位機的通信功能，以此來將保護情況及自檢報告等立即上傳。（6）調(diào)試便捷，維護簡單。省去了單個繼電器校驗。

3 大型泵站微機繼電保護裝置應用實例

高港泵站微機保護系統(tǒng)采用南京東大金智電氣自動化有限公司提供的成套保護測控裝置，為樞紐主機提供保護，每臺主電機配置WDZ-430綜合保護和WDZ-431差動保護測控裝置（主要用于2000KW電機）各1臺配合使用，2003年投入使用至今一直安全可靠，未出現(xiàn)過安全事故。該微機綜合保護系統(tǒng)，主要結(jié)構(gòu)包括數(shù)據(jù)通信管理機、主變保護、PT監(jiān)控保護、進線保護、電動機保護之類。

3.1 裝置特性

速度：采用先進的32位嵌入式微處理器，多CPU結(jié)構(gòu)，以之來提升計算能力和處理速度。

測量功能：采用每周波采樣48點的16位采樣芯片，可將監(jiān)控量精度、保護量精度、功率、電度分別達到0.2%、1%、0.5%、0.5%，也能提供累計脈沖電度的接入端給裝設電度表的用戶。

資源：錄波數(shù)據(jù)最多可記錄8min，其包括的模擬量、開入量、開出量分別為12、16、12路，均為每周波48點，又可記錄故障錄波的起迄點。

可靠性：全密封嵌入式機箱設計可起到、防塵、抗振動作用；CPLD技術(shù)可在抗干擾前提下減少邏輯元件。

免調(diào)試：完善的軟、硬件自檢，以高穩(wěn)定、高精度器件保證運行精度。

設計：菜單化顯示、操作簡便直觀，具備人機交互性、顯示內(nèi)容依據(jù)相關性和就近性、采用旋轉(zhuǎn)鼠標控制。

3.2 監(jiān)控裝置

該電動機微機保護主要包括過熱禁止再啟動保護、欠壓保護、長啟動保護、低電壓保護、零序過流保護、正序過流保護、速斷保護、差動保護等。

（1）差動保護：采用“比率制動原理”避免干擾，同時也有CT斷線閉鎖功能。其保護判據(jù)為：差動電流Icd和制動電流Izd分別體現(xiàn)為I機端和I中性點的和與差。以差動電流Icd≥差動速斷整定值Isdd作為差動速斷的動作判據(jù)，以Izd>比率制動特性拐點電流Iz時Icd≥差動啟動值cdi+比率制動系數(shù)k（Izd-Iz），Izd

（2）速斷保護。采用比較保護整定的速斷定值與采集A，B，C三相的電流值的方式完成，一旦實測值大于定值，保護動作即可跳閘。其將原定值設置為電動機啟動過程中速斷定值，啟動完成后自動降至原定值一半。其原理圖如圖2所示。

（3）過熱保護。該裝置考慮到了一系列效應，能夠?qū)Σ煌姆磿r限特性曲線加以模擬，一旦實測電流值超過過熱定值，就可在預定時間后做出反應。

（4）低電壓保護。啟動低電壓保護延時的條件是低電壓保護定值同時大于電動機的三個相間電壓，后者以計算輸入的三相相電壓得出。

4WDZ-430系列微機保護裝置在調(diào)試時需注意的問題及處理方法

（1）調(diào)試保護功能前，應首先檢查顯示值與輸入值之間可能出現(xiàn)的誤差，一旦測量值和保護值分別超過±0.5%和±2.5%誤差，就要立即校準精度。

（2）有關電流量的保護調(diào)試進行時，要注意相位角度問題。正確的設置為機端相位角度和中性點相位分別設為0°和180°。

（3）低電壓保護實驗中若三相電壓降低至整定值之后，經(jīng)延時保護不動作的話，最可能的原因是裝置采集的斷路器處于位置信號斷開狀態(tài)下，而其首要判據(jù)為斷路器合閘，此時輸入斷路器合閘時的信號即可。

（4）實驗時要注意保護判據(jù)運用，以免由于錯誤而誤認為故障。

（5）調(diào)試檢查合格后，要將該保護功能的投退情況、保護定值大小再次檢查，以免機組運行時誤動。

5 WDZ-430系列微機保護應用主要故障分析

（1）CPU插件故障：顯示DSP控制板和CPU插件之間通信中斷，原因在于插件與背板接觸方面的問題。

（2）鼠標異常，包括跳動過快、顯示器上鼠標突然消失等，以至于難以有效操控保護裝置。

（3）跳合閘操作箱（與裝置配套）設計不合理，容易因為故障而遙控跳合閘失靈。

（4）保護裝置集中裝設在中控室，以至于不得不從各個機組高壓柜傳送采集的各種模擬量至中控室，由于彼此距離較遠，導致出現(xiàn)二次電氣參數(shù)采集路徑不應由地延長、線損過大，從而加大采集的電氣參數(shù)和其實際值之間出現(xiàn)較大誤差。

（5）因為監(jiān)控上位機與微機保護裝置并非同一生產(chǎn)廠家，故而容易發(fā)生通信接口不配套的問題，以至于不得不加裝通訊轉(zhuǎn)換器，造成日后檢修困難。

6 微機保護需要改進和完善的內(nèi)容

（1）微機保護應被看作泵站綜合自動化諸環(huán)節(jié)中的最重要者，泵站管理和運行人員有必要提升此方面相關技術(shù)的培訓，達到對其的熟悉掌握，并且有效適應現(xiàn)場要求。

（2）盡最大可能將微機保護裝置安裝在高壓開關柜內(nèi)，從而有效降低由于二次線路過長和相應的線損增加導致的采樣值誤差。

（3）因為計算機監(jiān)控與微機保護的各生產(chǎn)廠家設備沒有設置統(tǒng)一規(guī)格的通訊接口，故而在采購過程中應注意其通訊接口的彼此相匹配問題。

（4）技術(shù)支持問題。為了有效保證微機保護裝置能夠正常運行，其實驗和運行人員必須詳細了解保護的硬軟件設計，但因為各種原因，為數(shù)眾多的微機保護廠家往往極少提供技術(shù)方面的資料，以至于缺陷處理、日常維護活動都會依賴廠家，尤其是主要部件的損壞更是需要廠家及時協(xié)助，造成了很大程度的運行不便。

參考文獻

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[2]徐斐.繼電保護優(yōu)化技術(shù)在大型設備上的新應用[J].科技風，2014（21）.

作者簡介：黃蔚（1987-），男，本科，主要從事泵站電氣方面的工作。