微机保护装置在站用交流电源系统中的应用

微机保护装置在站用交流电源系统中的应用
发布时间：2022-09-27T07:07:31.229Z 来源：《福光技术》2022年20期作者：胡景桐
[导读] 当前背景下交流操作电源对微机机电保护提出更高要求。

及时完善微机综合保护系统，使其在站用交流电源系统中发挥自检和调试功能，替代传统机电保护和晶体管保护，真正做到动作准确、保护灵敏，反应参数实时测量具有现实必要性。

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摘要：在站用交流电源系统中保护失配问题较为突出，而在处理保护失配问题时运维人员也面临着供给侧检修复杂、故障范围大、事故风险大等现实挑战。

设计一种带有自检功能的微机保护装置，用于交流电源系统自动调试，能有效发现硬件故障，准确定位故障，将大大提高站用交流电源系统运行安全性，减少运维风险，降低运维难度。

本文主要对这种新型微机保护装置设计进行详细说明，就其在站用交流电源系统中的应用进行详细论述。

关键词：微机保护；站用交流电源系统；回路设计；创新
当前背景下交流操作电源对微机机电保护提出更高要求。

及时完善微机综合保护系统，使其在站用交流电源系统中发挥自检和调试功能，替代传统机电保护和晶体管保护，真正做到动作准确、保护灵敏，反应参数实时测量具有现实必要性。

而微机综合保护系统在现场长期应用中也证明了自身优势，运行方案更简单、更合理、更可靠，运行稳定性更好。

微机保护装置应在站用交流电源系统中得到有效推广。

1 微机保护装置的创新设计背景
目前变电站中普遍采用电子脱扣器作为站用电源低压进线开关的保护，由于低压断路器厂家较多，不同厂家断路器采用的电子脱扣器在外形、保护类型、通讯协议等方面也不尽相同。

当站用电源系统需要扩容、改造，或者电子脱扣器故障需要更换时，脱扣器的多样性往往会带来不便。

随着智能变电站技术的推广，低压断路器需要接入变电站自动化监控系统中，采用通讯协议统一的保护装置的重要性也相对提高。

在这个背景下，需要对微机保护在站用交流电源系统中的应用技术进行创新设计，加强研究与实践。

2 微机保护装置的应用优势
比起电子脱扣器，微机保护有多方面的优点。

其一，微机保护装置具有自检功能，在调试及运行过程中一旦发生硬件故障，微机保护装置能做到不误动并进行故障定位，提高系统运行的安全性。

其二，由于系统中精密的二次设备运行年限较一次设备更短，二次设备的更换周期会比一次设备频繁，而电子脱扣器常常内嵌于低压断路器内部，导致无法单独更换电子脱扣器，只能连同断路器一同更换；部分断路器可单独更换电子脱扣器，但由于断路器设备较老，新脱扣器往往无法与其进行适配，同样只能一同更换，提高了不必要的成本。

断路器使用微机保护后，当变电站进行扩容、改造，需要更换保护装置或断路器时，只需单独更换保护装置或断路器即可，不需两者同时进行更换，降低了成本，提高了采购的方便性。

其三，微机保护装置采用标准的通信协议，更方便与控制单元进行通讯，不需采用规约转换器等设备来解决通讯问题，可以使保护设备更便利地接入变电站自动化控制系统中。

其四，微机保护装置的定值整改及功能调试相比电子脱扣器更加方便。

定值整改方面，电子脱扣器的定值通常只有几个固定数值档位可供工作人员进行选择，且定值步距较大，在精密性上远远不如微机保护装置；同时运行过程中如需修改定值设置，运用电子脱扣器的系统需等待停电才能进行定值整定，而运行微机保护装置的系统仅需退出保护装置的出口压板便可进行整定，极大提升了系统运行的连续性。

功能调试方面，由于电子脱扣器是通过断路器内置的CT进行电流采样，工作人员只能使用大电流发生器进行升流试验来测试脱扣器功能，过程繁重且危险性高，易造成人身触电；而微机保护装置的试验只需用继保仪在二次端子处给入小电流即可，提升了作业的安全性及工作效率。

3 微机保护装置的创新设计内容
此次设计的微机保护装置以高可靠性工业级器件为主体，采用自动监测、补偿技术提高硬件电路稳定性、可靠性。

封闭、加强型单元机箱抗振动，多层屏蔽抗强干扰设计，适应于特别恶劣环境；微机保护装置配置完备的保护段和出口，充分发挥微机保护的优点，同时具有自检功能，方便运行人员使用。

重点是操作方案回路的重新设计。

微机保护装置成品图见图1。

当前变配电站综合自动化装置暨微机保护系统使用操动机构分励线圈进行事故跳闸，若操作电源出现故障，机电保护呈拒动状态，所以变配电站综合自动化装置用于交流操作切除前，事故电流长期存在。

电流脱口器跳闸与操作电源关联不大，且不受操作电源电压波动影响，整体可靠性更高。

去分流方式进行过电流保护，其原理主要是电流脱口器线圈接通直接跳闸，因为电流脱口器跳闸与操作电源关联不大，且不受操作电压波动影响，整体可靠性较高。

但事故发生后在解除前，事故电流长期存在，即便电流脱口器跳闸与操作电源无关，但是时间继电器KT的电源取自操作电源，若电源发生故障，带时限的定时限保护便给不带时限的电流速断保护，此时保护选择性遭到破坏o。

由此需要选用带蓄电池的不同不间断电源。

而操作电源取自电压互感器二次测则无法保证供电稳定性，事故跳闸必须使用电流脱口器，发生短路时则需要进行大电流切换，需要引入专用的继电器，同时进行接电容量的校验。

而微机保护装置采用高性能硬件平台，处理器的采样及预算能力，对比电子脱口器优势更明显。

在设计时也全面考虑到微机保护应用场景的差距，新增遥测、闭锁等二次回路，并采用一种创新的接线方式剔除不平衡电流对保护的干扰。

4 交流电源系统中微机保护装置功能
在基本保护功能配置方面做到电流闭锁、低电压保护、零序电流保护、PT断线报警，及时发现接地故障，及时控制回路断线。

在额定交流参数设置及电源参数设置方面，对应交流电压100V，交流电流5A，额定电源50Hz，且直流回路正常工作小于15W，动作时小于25W。

电压在DC220V范围内，有15%到20%的偏差。

在开入回路设计方面，采用双向光耦模式，交流开入检测速度更快，检测准确性更高。

交流操作电源中微机综合保护装置既满足交流供电要求，又支持直流电源交流电源供电。

且AC220V输入与AC100V输入能实现自动适应，无需外加跳线。

两种电源水平中，即便电源出现较大波动也能正常工作，动作可靠。

微机保护装置具有用电记忆功能，一旦系统出现故障，在规定时间内保护装置仍能保持正确动作，做到与交流操作机构的有效配合。

大容量跳闸接点使用带电保持、断电释放的可靠模式，电流脱扣器跳闸更可靠，且在内部设计上增加了电容储能元件，电源板整流回路之前并联大容量电容器件，只当外部交流电源不复存在时，电容器装置持续向微操作回路和交流系统供电，确保装置动作正常。

5 交流电源系统中微机保护装置应用
微机保护装置值得大面积推广应用，开关改造方面，电子脱扣器需要断路器捆绑更换，而微机保护装置可单独更换，单个变电站节省8万或12万。

定检开支方面，微机保护装置对比电子脱扣器，可自主开展定检，一年节省10万经费。

而其他功能对比差距也比较明显，电子脱扣器功能单一，仅有保护作用。

而微机保护装置可以整合遥控遥测遥信，摒弃多余设备，降低故障率。

因此综合优势明显。

目前已在汕头供电局110kV上堡站、110kV莲下站投入使用，使用效果与预期相符，消除了定值失配与定检困难等痛点，极大提高了系统运行安全性。

6 结语
以往站用交流电源系统的进线开关采用的保护装置为电子脱扣器，本项目创新性地将微机保护装置运用到站用交流系统中来，提高系统安全运行水平。

投入微机保护装置前应进行严格的电气试验，确保其开关量输入输出回路、数模变换系统、定值整定系统等正常，确保低压进线开关的保护采用反时限的三段式保护，而新微机保护装置的设计同样应严格采用上述保护方式。

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