浅谈铁路配电所微机保护原理

浅谈铁路配电所微机保护原理
摘要：微机保护技术在铁路配电所的广泛应用，对提高贯通（自闭）线供电的可靠性，保障铁路运输安全起到了关键的作用，因此，文章结合目前铁路配电所普遍采用的微机保护装置，简单阐述铁路配电所微机保护系统的构成原理及功能特点，以促进其在今后铁路配电所技术中得到更广泛的应用。

关键词：配电所；微机保护；构成原理；功能
1微机保护装置的硬件组成
微机保护装置同一般微机具有相同的组成结构，但它也有实现继电保护功能的独特原理，主要有数据处理单元、数据采集单元、通信接口等组成，还具有时钟单元为装置提供精准的时间参考和鼠标、键盘、显示器、打印机等人机交互接口。

1.1数据处理单元，是微机保护装置的核心部分
存储器（RAM、EPROM、和E2PROM）：用来存放程序、采样数据、计算数据和定值。

目前流行趋势都采作EPROM而不用ROM存放程序。

EPROM的编程需要在12~24 V的高电压下进行。

中央处理器（CPU）：可以根据保护的功能程序选择CPU类型。

需要计算原理复杂、要求动作速度快的保护就需要采用比较高档的CPU。

随着大规模集成电路技术的飞速发展，现今普遍采用将CPU、存储器、定时器以及I/O接口等集中在1块电路板上的单片机。

它具有可靠性高、微型化、适应环境能力强、价钱便宜等优点，而且运算速度、编程能力、抗电磁干扰、防尘等能力都大大提高。

1.2模拟量采集单元
模拟量采集单元主要是将被保护单元（线路、变压器和母线等）的流互和压互二次侧的电流和电压模拟量变换成数字量，便于数据处理
1.2.1采样（电压、电流）回路
采样回路的电压、电流模拟量经变换器和辅助互感器处理，转换成满足A/D 变换器需求的电压（±10 V左右）。

而且这些变换器或互感器一二次绕组间的屏蔽层，可抑制高频干扰，具有电气隔离作用。

为了不失真地获得模拟量转换后的离散信号，防止频谱混淆，在采样前用模拟低通滤波器滤除折叠频率以上的信号。

采样频率Ωs/2称为折叠频率。

1.2.2采样保持器S/H
采样/保持器的作用：①保持在A/D变换过程中模拟量不变；②保证各通道
获得同步采样数据，使各模拟量的相位关系保持不变。

S/H有两种工作方式：其一，平时连续地处于采样状态，跟踪输入信号，只是在某一特定的时间内进入保持状态；其二，大部分时间处于保持状态，只在采集新值时才转入采样跟踪状态，然后以返回保持状态。

当保持时间远小于采样间隔时间时，采用前一种方式可使电容器有较长的充电时间，可选用较大的电容器，利于采样值的保持。

1.2.3模/数转换器（A/D）
将模拟通道中已离散化的信号（保存在S/H中的模拟量）通过A/D变换器转变为计算机所需要的数字量。

微机保护一般都用逐次逼近型A/D变换器。

逐次逼近寄存器（SAR）在开始转换时首先将最高位置“1”并送给D/A变换器。

这相当于用1/2满刻度与输入模拟量相比较。

如果D/A变换器的输出小于输入模拟量，则SAR寄存器的最高位保留为“1”；反之，若大于输入模拟量，则最高位清零。

于是完成第1次逼近。

第2次逼近开始时SAR将次高位置“1”，这相当于增加1/4满刻度再与输入模拟量相比较，以决定SAR寄存器的次高位是“1”还是“0”。

这样直到完成第n次逼近后，SAR寄存器中的数码就是所求的数字量。

A/D变换器的1个重要参数是它的位数，位数越多，分辨率越高，转换出的数定量的舍入误差越小。

2配电所微机保护装置
2.1配电所微机保护模块功能
①保护功能。

目前铁路电力配电所主要采用的保护有过电流电流I段、II段、III段、零序过流I、II段、电流速断保护、过负荷、过电压、低电压等和三相一次重合闸功能。

向自闭（贯通）线路供电馈线保护装置除还必须具有备自投功能。

铁路配电所向贯通（自闭）线路供电按运行方式分主供所和备供所，一般由主供所向线路供电，备供所作备供。

当线路设备发生临时故障，主供所断路器跳闸，线路失压。

备供所检测到线路失压，在备供所母线有压的情况下，备供所断路器快速自动投入，贯通（自闭）线路带电。

主供所检测到线路有压，则重合闸放电，闭锁重合闸，由备供所向线路供电。

当贯通（自闭）线存在永久故障时，主供所断路器跳闸，线路失压。

备供所检测到贯通（自闭）线失压，在备供所母线有压的情况下，备供所断路器快速自动投入，断路器合闸送电到故障线路上，备供所保护动作，断路器跳闸。

这时电力调度人员可通过操作沿线远动开关对故障地点进行定位，然后将故障点两端开关断开，切除故障，由相邻两所向无故障的线路恢复供电，并立即通知沿线工区出动进行故障抢修。

实现了快速地对故障点定位、处理，保证了铁路信号供电的稳定。

如图1所示，T为备自投延时，由用户设定。

T1为闭锁信号展宽延时，用以确保在保护跳闸、手动跳闸时可靠闭锁备自投，其延时应充分大于从发出跳闸至断路器完全跳开（电压消失），建议设1.0 s以上。

合闸脉冲宽度固定为2 500 ms。

②实时测量、计算电流电压值、频率、有功（无功）功率、功率因数、有功
（无功）电度值。

③可操作断路器分合闸，包括就地/远方操作及闭锁、保护动作信号输出、防误操作、相关回路的电气联锁、防越级跳闸；功率因数自动补偿、变（调压）器分接头自动调节、自动切换。

④可实现对断路器状态、接地刀、隔离开关、手车工作/试验位置，弹簧储能状态、SF6气体压力，温度、瓦斯、电气联锁信号；控制电源失电、控制回路断线、CT/PT断线、装置自检，发生异常告警等信号的实时监控。

具有事件记录、故障录波功能，掉电不丢失。

2.2后台及通信系统
后台监控主机一般采用工业控制机，适应多种运行环境，操作系统采用熟悉的Windows，便于管理人员维护，应用软件采用集成化保护监控系统平台，便于灵活组态和具有对各种智能化设备完全的访问和控制能力。

保护监控系统可实时显示电力系统运行画面，如一次系统图，曲线图等，可及时显示和查阅包括开关量、摸拟量、脉冲量、数字量、其它非电气量及报警记录、录波记录，并进行统计计算、处理、保存。

实现对可远动控制的开关分合，调节有载调压器分接抽头、自动无功补偿、变压器风机的启停等操作。

提供防误操作提示，具有操作返校功能；具有可设置挂牌闭锁操作断路器分、合闸功能。

具备、数据报表输出打印、GPS卫星钟自动对时等功能。

通信管理机实现各种智能化设备之间的通信互连及数据交换，完成各级设备之间所有通信规约的转换，给上级调度系统提供标准的通信规约。

3结语
目前，通过对现有铁路配电所微机保护技术改造升级，大量采用新技术的设备应用，产品的先进性、开放性、容错性、扩展性大幅提高，使得配电所微机保护装置实用性、安全性、可靠性大大提高，也使得综合自动化系统能实现对变配电所可靠、合理、完善的监视、测量、控制、运行管理，并具有遥测、遥信、遥调、遥控等全部远动功能。

参考文献：
[1] 罗钰玲.电力系统微机继电保护[M].北京:人民邮电出版社,2005.
[2] 张保会,尹项根.电力系统继电保护[M].北京:中国电力出版社,2009.
[3] 贺家李,宋从矩.电力系统继电保护原理[M].北京:中国电力出版社,2001.。