江 偉

（大東口電排管理站 益陽(yáng)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(jī)容量為4×2 500 kW，擔(dān)負(fù)著1 247 km2集雨面積的排漬任務(wù)。該泵站主電機(jī)大部分采用常規(guī)電磁式繼電保護(hù)方式，但隨著自動(dòng)化程度要求的提高，電磁式繼電保護(hù)暴露的問(wèn)題日趨嚴(yán)重，因此該泵站于2009年對(duì)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行了升級(jí)改造，由微機(jī)繼電保護(hù)替代了常規(guī)的電磁繼電保護(hù)，成為綜合自動(dòng)化和信息化程度比較高的一個(gè)泵站。

1 泵站采用常規(guī)繼電保護(hù)裝置存在的問(wèn)題

（1）保護(hù)回路設(shè)計(jì)復(fù)雜，控制電纜較多。比如設(shè)計(jì)1 臺(tái)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)回路，需要設(shè)計(jì)電流、電壓保護(hù)回路，直流回路，保護(hù)出口和音響信號(hào)回路等。因此1 臺(tái)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)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(duì)復(fù)雜很多。

（2）繼電保護(hù)動(dòng)作的靈敏性較低。保護(hù)的時(shí)限級(jí)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(wèn)題。比如繼電器可動(dòng)部分容易磨損，接點(diǎn)怕震動(dòng)、易燒毛，功率損耗大，靈敏度低，接點(diǎn)易接觸不良等。

（4）維護(hù)工作量大。每年都要花費(fèi)大量的人力和物力進(jìn)行測(cè)試、維護(hù)、更換等。

2 微機(jī)保護(hù)的特點(diǎn)

（1）可靠性高。微機(jī)保護(hù)裝置靠軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)各種保護(hù)，避免了常規(guī)繼電器的接點(diǎn)故障、線圈故障、機(jī)械故障而引起的保護(hù)拒動(dòng)。通過(guò)自檢，能夠避免保護(hù)誤動(dòng)，從而保證了保護(hù)裝置動(dòng)作的可靠性。

（2）選擇性和靈敏性高。電磁型保護(hù)的各個(gè)繼電器都有一固有動(dòng)作時(shí)間及接點(diǎn)抖動(dòng)，相互配合受到限制。而微機(jī)保護(hù)采用的是高性能的單片機(jī)，憑借強(qiáng)大的計(jì)算和邏輯功能，使保護(hù)動(dòng)作更為迅速，保護(hù)時(shí)限級(jí)差由（0.5～0.7）s 縮短為0.3 s，大大提高了保護(hù)動(dòng)作的選擇性和靈敏性。

（3）保護(hù)配置更加靈活合理。由于微機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算和邏輯處理能力，使電動(dòng)機(jī)保護(hù)更趨合理化，保護(hù)功能更多，如啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、速斷保護(hù)等。

（4）實(shí)時(shí)參數(shù)顯示、修改、故障存儲(chǔ)。微機(jī)保護(hù)通過(guò)采樣環(huán)節(jié)可將在線運(yùn)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(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)； 保護(hù)動(dòng)作時(shí)液晶屏自動(dòng)顯示最新一次的跳閘報(bào)告，包括保護(hù)動(dòng)作時(shí)間、動(dòng)作類(lèi)別、故障相別及故障電流等，這些參數(shù)的提供對(duì)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控操作。微機(jī)保護(hù)最大的優(yōu)點(diǎn)之一就是可實(shí)現(xiàn)同上位機(jī)的通信功能，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口與站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)連接，將保護(hù)的跳閘事件、跳閘報(bào)告及自檢報(bào)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(duì)保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行遙控操作。

（6）調(diào)試便捷，維護(hù)簡(jiǎn)單。微機(jī)保護(hù)的調(diào)試非常簡(jiǎn)單，省去了單個(gè)繼電器的校驗(yàn)工作。因?yàn)閺睦碚撋现v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(hù)邏輯功能與設(shè)計(jì)功能相同。

3 大型泵站微機(jī)繼電保護(hù)裝置應(yīng)用實(shí)例

該泵站于2009年對(duì)主機(jī)組的繼電保護(hù)實(shí)施了改造，全部更新為某電力系統(tǒng)自動(dòng)化有限公司研發(fā)的DVP9000 系列微機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)保護(hù)、進(jìn)線保護(hù)、PT 監(jiān)控保護(hù)、主變保護(hù)和數(shù)據(jù)通信管理機(jī)組成。

3.1 DVP9000 系列微機(jī)綜合保護(hù)裝置的特性

頂級(jí)速度:裝置采用3 片DSP 設(shè)計(jì)，通過(guò)功能劃分使每片DSP 專(zhuān)職于固定的工作，從而具有極高的處理速度和超量的計(jì)算能力。

強(qiáng)大的、高精度的測(cè)量功能:采用專(zhuān)用16 位采樣芯片，每周波采樣48 點(diǎn)。監(jiān)控量精度可達(dá)到0.2%；保護(hù)量精度可達(dá)到1%；功率可達(dá)到0.5%；電度可達(dá)到0.5%；同時(shí)對(duì)裝設(shè)電度表的用戶提供累計(jì)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(nèi)容包括12 路模擬量、16 路開(kāi)入量、12 路開(kāi)出量，均為每周波48 點(diǎn)，同時(shí)記錄故障錄波的開(kāi)始時(shí)間，結(jié)束時(shí)間。

高度可靠性:產(chǎn)品采用全密封設(shè)計(jì)，真正的防水防塵抗振動(dòng)設(shè)計(jì)；具有優(yōu)異的抗干擾性能，裝置內(nèi)部采用CPLD 技術(shù)，減少了邏輯元件，大大提高了可靠性。

硬件免調(diào)試: 采樣回路中選用高精度高穩(wěn)定的器件，保證正常運(yùn)行的高精度，避免因環(huán)境改變或長(zhǎng)期運(yùn)行而造成采樣誤差增大；產(chǎn)品中無(wú)可調(diào)節(jié)元件，無(wú)需在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整采樣精度，大大提高運(yùn)行穩(wěn)定性。

人性化設(shè)計(jì):采用大屏幕液晶顯示器，顯示內(nèi)容全部菜單化顯示；操作中交互性強(qiáng)，具有多種提示信息和反饋信息；顯示內(nèi)容按照相關(guān)性、就近性原則進(jìn)行組織；人機(jī)交互采用旋轉(zhuǎn)鼠標(biāo)，具有快速靈活方便的特點(diǎn)。

3.2 DVP9000 微機(jī)電動(dòng)機(jī)保護(hù)監(jiān)控裝置

DVP9000 電動(dòng)機(jī)微機(jī)保護(hù)主要由差動(dòng)保護(hù)、速斷保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、負(fù)序過(guò)流保護(hù)、零序過(guò)流保護(hù)、低電壓保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)保護(hù)和自啟動(dòng)保護(hù)組成。

（1）差動(dòng)保護(hù)。

邏輯: 差動(dòng)保護(hù)采用比率制動(dòng)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(hù)判據(jù):差動(dòng)電流：Icd=I機(jī)端+I中性點(diǎn)

制動(dòng)電流：Izd=I機(jī)端-I中性點(diǎn)

差動(dòng)速斷

動(dòng)作判據(jù)： Icd≥Isdd

Icd 為差動(dòng)電流，Isdd 為差動(dòng)速斷整定值。

差動(dòng)比率制動(dòng)

動(dòng)作判據(jù)：Icd≥cdi 當(dāng)Izd＜Iz

Icd≥cdi+k(Izd-Iz) 當(dāng)Izd＞Iz

Icd 為差動(dòng)電流，cdi 為差動(dòng)啟動(dòng)值，Izd 為制動(dòng)電流

Iz 為比率制動(dòng)特性拐點(diǎn)電流,k 為比率制動(dòng)系數(shù)。

程序依次按相判別，當(dāng)滿足以上任何一個(gè)條件時(shí)，比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

圖1 為差動(dòng)動(dòng)作區(qū)和制動(dòng)區(qū)原理圖。

圖1 差動(dòng)動(dòng)作區(qū)和制動(dòng)區(qū)原理圖

（2）速斷保護(hù)。裝置采集A、B、C 三相的電流值與保護(hù)整定的速斷定值比較，當(dāng)實(shí)測(cè)值大于定值時(shí)保護(hù)動(dòng)作跳閘。該裝置在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中速斷定值為原定值，當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)完成后速斷定值自動(dòng)降低為原定值的50%?？捎行У胤乐箚?dòng)過(guò)程中因啟動(dòng)電流過(guò)大引起的誤動(dòng)，同時(shí)還能保證在正常運(yùn)行中保護(hù)有較高的靈敏性。見(jiàn)圖2。

圖2 速斷保護(hù)

（3）過(guò)熱保護(hù)。該裝置考慮了電動(dòng)機(jī)正序、負(fù)序電流所產(chǎn)生的綜合熱效應(yīng)、熱積累過(guò)程和散熱效應(yīng)，可模擬不同的反時(shí)限特性曲線；當(dāng)實(shí)測(cè)電流值超過(guò)過(guò)熱定值時(shí)，經(jīng)預(yù)定時(shí)間后發(fā)出預(yù)告信號(hào)或報(bào)警跳閘。

（4）低電壓保護(hù)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的3 個(gè)相間電壓均小于低電壓保護(hù)定值時(shí)，啟動(dòng)低電壓保護(hù)延時(shí)，當(dāng)延時(shí)滿足后，低電壓保護(hù)動(dòng)作。相間電壓由輸入的三相相電壓計(jì)算獲得。

依據(jù)工程設(shè)計(jì)部門(mén)的設(shè)計(jì)方案和定值計(jì)算，結(jié)合電力系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)程，該泵站電動(dòng)機(jī)選用的保護(hù)功能有:差動(dòng)保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、負(fù)序過(guò)流保護(hù)和低電壓保護(hù)。

4 DVP9000系列微機(jī)保護(hù)裝置在調(diào)試時(shí)需注意的問(wèn)題及處理方法

（1）在進(jìn)行任何保護(hù)功能的調(diào)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(zhǔn)（測(cè)量值超過(guò)±0.5%誤差、保護(hù)值超過(guò)±2.5%誤差），必須通過(guò)軟件進(jìn)行精度校準(zhǔn)后再做各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。

（2）做有關(guān)電流量的保護(hù)調(diào)試時(shí)，必須注意輸入裝置電流的相位角度，如果設(shè)置不對(duì)，將會(huì)造成保護(hù)的邏輯運(yùn)算混亂，給調(diào)試帶來(lái)困擾。正確的設(shè)置應(yīng)該是：機(jī)端相位角度設(shè)為0°，中性點(diǎn)相位設(shè)為180°。

（3）在做低電壓保護(hù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，如果將三相電壓降低至整定值經(jīng)延時(shí)，保護(hù)不動(dòng)作，這極有可能是裝置采集的斷路器位置信號(hào)是在斷開(kāi)位置，而做這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)時(shí)的首要判據(jù)是斷路器在合閘位置，這時(shí)只需給裝置輸入一個(gè)斷路器在合閘位置的信號(hào)即可順利完成該實(shí)驗(yàn)。

（4）做每個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)一定要注意各個(gè)保護(hù)的判據(jù)運(yùn)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(cuò)誤而誤認(rèn)為是保護(hù)裝置的測(cè)量故障。

（5）所有保護(hù)功能經(jīng)過(guò)調(diào)試檢查合格后，切記要將該裝置的保護(hù)定值大小、保護(hù)功能的投退情況全部檢查一遍，確認(rèn)已恢復(fù)至實(shí)驗(yàn)前的狀態(tài)，避免保護(hù)裝置在機(jī)組運(yùn)行時(shí)誤動(dòng)而導(dǎo)致重大事故的發(fā)生。

5 DVP9000系列微機(jī)保護(hù)應(yīng)用分析

微機(jī)保護(hù)作為當(dāng)今繼電保護(hù)的領(lǐng)導(dǎo)者，雖然它和常規(guī)繼電保護(hù)相比有很多優(yōu)點(diǎn)和功能，但是由于生產(chǎn)廠家較多，在軟件設(shè)計(jì)、元器件加工和裝置制造工藝方面存在差異，造成保護(hù)裝置在運(yùn)行中異常情況的發(fā)生，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)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(hù)裝置的鼠標(biāo)易出現(xiàn)異常，比如鼠標(biāo)在顯示器上突然消失或者跳動(dòng)過(guò)快，導(dǎo)致無(wú)法操控保護(hù)裝置。

（3）與裝置配套的跳合閘操作箱設(shè)計(jì)不合理，易出故障，不能遙控跳合閘。

（4）微機(jī)保護(hù)裝置集中裝設(shè)在中控室，采集的各種模擬量要從各個(gè)機(jī)組高壓柜傳送至中控室，經(jīng)過(guò)的距離較遠(yuǎn)，因此二次電氣參數(shù)的采集路徑過(guò)長(zhǎng)，線損過(guò)大，易造成保護(hù)裝置上采集的電氣參數(shù)與實(shí)際值誤差較大。

（5）由于微機(jī)保護(hù)裝置和監(jiān)控上位機(jī)的生產(chǎn)廠家不同，在通訊方面存在通信接口不配套，需加裝通訊轉(zhuǎn)換器才能相互通信，由于增加了設(shè)備，給以后的檢修帶來(lái)困難。

6 微機(jī)保護(hù)需要改進(jìn)和完善的內(nèi)容

（1）微機(jī)保護(hù)是泵站綜合自動(dòng)化的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，泵站管理和運(yùn)行人員必須加強(qiáng)對(duì)微機(jī)保護(hù)相關(guān)技術(shù)的培訓(xùn)，以便熟悉掌握，適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)要求。

（2）盡量將微機(jī)保護(hù)裝置裝設(shè)在高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)，避免二次線路過(guò)長(zhǎng)、線損增加而造成采樣值誤差增大。

（3）因?yàn)槲C(jī)保護(hù)和計(jì)算機(jī)監(jiān)控生產(chǎn)廠家較多，各廠家設(shè)備的通訊接口不是統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，所以在訂購(gòu)產(chǎn)品時(shí)需注意設(shè)備的通訊接口必須相匹配。

（4）技術(shù)支持問(wèn)題。為確保微機(jī)保護(hù)裝置的正常運(yùn)行，要求現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)和運(yùn)行人員必須對(duì)保護(hù)的硬軟件設(shè)計(jì)有較詳細(xì)的了解，但由于種種原因，多數(shù)微機(jī)保護(hù)廠家對(duì)技術(shù)方面的資料提供較少，導(dǎo)致用戶在日常的維護(hù)及缺陷處理過(guò)多依賴廠家，特別是在運(yùn)行時(shí)主要部件的損壞，需要廠家及時(shí)來(lái)協(xié)助處理，給運(yùn)行帶來(lái)了不便。

[1] 楊新民，楊雋琳.電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)培訓(xùn)教材[M]. 北京:中國(guó)電力出版社，2000.

[2] 喬楓.微機(jī)繼電保護(hù)裝置在大型泵站的應(yīng)用[J].華電技術(shù)，2010，32（5）.