变电所的微机保护和综合自动化系统

变电所的微机保护和综合自动化系统

作者：杨志杨明汉

来源：《科技资讯》2016年第06期

摘要：变电所的微机保护可充分发挥和利用计算机的数值运算、逻辑判断和存储记忆等对信息进行处理，其最大的特点就是快速敏捷，并可实现管理自动化，最终达到无人值守的目的。对系统运行自动化水平的提高有着意义重大，同时故障发现与排除的准确性也大大提高。

关键词：变电所自动化计算机保护系统

中图分类号：TM766 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）02（c）-0000-00

1 变电所的微机保护

国内早期变电所的保护系统主要是机电式继电保护系统，它有以下几个长期存在的缺陷：（1）没有自诊断和自检功能（2）动作速度慢（3）装置的灵敏度差，有可能发生误动作（4）保护装置的功能灵活性差。

而微机保护则可以充分利用计算机处理信息的能力，通过搭配相关的软件应用，不仅有继电保护系统的一贯特点外，还具备灵敏和快速的优点。这种系统的逻辑分析和综合判断能力很强，可以进行自动识别。高可靠性，不容易被干扰；系统的保护动作特性和功能可以方便地通过改变软件程序来进行调整，调试方便，因此适应的灵活性较大。同时，微机保护的通讯功能非常完善，构建综合自动化系统也较为便利，最终达到无人值守，对系统运行自动化水平的提高有着重大的意义。

2 微机系统保护的组成

典型的微机保护系统主要由微机系统、数据采集的系统、开关量的I/O系统三个部分组成。

1、微机系统：即微型计算机。由运算器、存储器、控制器、I/O设备组成。

2、数据采集的系统：该系统一般包含交流转换和电压形成、采样保持器、模拟低通滤波器、模数（A/D）转换电路、多路转换开关等组成部分。它的作用是把模拟信号的输入量转换成所需要的数字量。

（1）交流互换和电压形成：微机保护是从供电系统中的电流互感器和电压互感器上获取信息，但是互感器二次侧的数值（一般是5A和100W）是不能直接输入微机系统的。因此需要用中间变换器对从供电系统中的电流互感器和电压互感器上获得的信号进行转换，从而获取

适用于A/D变换的电压输入信号。中间变换器还可以起到隔离的作用，保护的可靠性提高了。

在微机保护系统中一般有两种方式来采集模拟量，一种是直流采样检测，另一种是交流采样检测。

（2）模拟低通滤波器：对于微机系统保护而言，选择采样频率是系统硬件设计的一个核心问题。由于微机保护是一个实时系统，如果采样频率过高，数据采集系统会不断地向CPU 传输数据，CPU要在两个相邻采样间隔的时间周期内，把每一组采样值所必须的各种运算和操作处理完毕。这样CPU就可能因为跟不上实时节拍而停止工作；假如采样频率过低，供电系统发生故障的初始那一瞬间，电流、电压中都含有较高的谐波成分，这样又会造成频率混叠而让数据失真。因此，设置一个模拟低通滤波器在采样环节之前，就可以将电流、电压信号中的高频分量过滤掉，从而降低采样频率，微机对系统硬件的要求也随之降低。

（3）采样保持器：该装置的作用就是采样后将采样数值保持一段时间不变。在微机保护中，该装置的功能是在数模转换的过程中，保持信号采样的数值不发生变化。

（4）多路开关：在微机保护和微机监测中，被保护和被监测的电路往往是几十路，这些被监测量常使用公共的模数转换电路。而模数转换电路不能同时转换各路被测量，而是一路接一路地转换，这就产生了各路被测量分时占有A/D转换电路的问题。

完成被测回路与A/D转换电路之间轮流切换的装置称为多路开关，多路开关的路数依实际需要而定，如采用16路、32路、64路、128路等。

（5）模数（A/D）转换电路：由多路转换开关送入转换电路输入端的量是连续变化的电流、电压、功率等，这种连续变化的量称为模拟量，而数学计算机不能直接处理模拟量，因此，被监测的模拟量必须先转换为相应的数字量，才能送入计算机。

模数转换电路的作用就是把输入端传来的模拟量转换成数字量。模数转换电路有现成的产品，可以直接使用，一般常用的芯片型号有AD574、ADC1210等等。

3、开关量的I/O系统：该系统由多个光电隔离器、并行接口适配器、有接点的中间继电器等部件组成，以完成各种保护的出口跳闸、外部接点的输入、人机对话及信号报警等功能。该系统开关量输入通道的设置是为了实时地了解断路器及其它辅助继电器的状态信号，以确保保护动作的准确性。而开关量的输出通道则是为了完成断路器跳闸及信号报警等功能而设计的。

（1）开关量输入回路：对微机保护装置的开关量输入可以分成两类，即安装在装置面板上的接点和从装置外部引入的接点。

（2）开关量输出回路：开关量输出主要包括保护的跳闸出口以及中央信号和本地信号等，一般控制有接点继电器的方法都采用并行接口的输出口。为提高抗干扰能力，通常也经过一级光电隔离。

3 变电所的综合系统自动化特点

变电所的综合系统自动化具有以下明显的特点：

（1）综合化的功能：在计算机硬件技术、软件模块化技术的基础上，变电所的综合自动化技术是建立发展起来，变电所内除交直流电源以外的其它全部二次设备都被它综合了。

（2）微机化的结构：变电所的综合自动化系统内的主要插件全是微机化的分布式结构，网络总线连接将微机保护、数据采集、控制环节的CPU群构成一个整体，实现各自功能，一个系统往往有几十个CPU同时并行运行。

（3）屏幕化的操作监视：综合系统自动化使用彩色大屏幕显示器，值班人员可以对变电所进行全方位监视和操作。数据显示会代替变电所的值班人员在面对指针仪表的读数会，相关的故障复位操作可以在屏幕上进行操作。

（4）智能化的运行管理：变电所综合自动化系统的智能化运行管理，不仅表现在功能自动化上，还表现在系统本身所具备的在线专家功能和自诊断功能。原有的一次设备只能被二次系统检测，系统本身的故障只能运行维护人员去检查。而综合系统自动化即能监测供电系统的一次设备，也能实现在线自检。

4 变电所综合自动化系统的基本功能和结构

4.1 综合自动化系统的基本功能如下：

（1）数据的采集：其主要功能之一是对供电系统运行参数的实时在线采集，运行的参数可分为状态量、模拟量和脉冲量。（2）数据的记录与处理：需要处理的数据主要是指用户和电力部门之间产生调度所要求的数据。内容包括变电所运行参数的统计、计算、分析；变电所内各种事件信息的登陆、存档、顺序记忆；变电所内运行参数和设备的越限报警及记录。（3）控制与闭锁的操作：主要内容包括出口具有跳、合闭锁功能；操作出口具有并发操作的闭锁；根据实时信息，实现隔离开关、断路器操作闭锁；适应一次侧设备现场维修操作；CRT 屏幕闭锁功能的操作。（4）微机保护：微机保护主要包括线路保护、变压器保护、母线保护、电容器保护、备用电源的自动投入装置和自动重合装置等。（5）与远方操作控制中心通信。（6）人机交互。

4.2 变电所综合自动化系统的结构