浅析微机保护在电力系统中的应用

陈 鑫

(湖南大学，湖南 长沙 410082)

电力系统在运行中，可能发生各种类型的故障，其中危险性最为严重的故障类型就是各种形式的短路，它严重威胁着电力系统的安全。随着电力系统迅速而大规模的发展，电力系统的规模及网络结构也越来越复杂，在连续生产过程中突然发生电力系统故障，断电，会造成生产环节中断、关键设备停运，损坏，其经济损失无法估量，因此，需确保保护装置的可靠而稳定的工作状态。提高电力系统运行的可靠性至关重要，而继电保护装置无疑就是确保电力系统安全可靠运行的最为重要的环节，保护动作正确与否直接关系着整个系统的安全与稳定，它是电力系统安全稳定运行的最重要的前提与保障。

1 电力系统对继电保护的要求

电力系统对继电保护的四项基本要求:(1)选择性:发生故障时，保护动作，只是将发生故障的元件切除，脱离电力系统，使停电范围能够尽可能缩小，确保电力系统中非故障部分能够保持安全稳定的运行;(2)速动性:快速切除故障能够有效提高电力系统运行的稳定性，减少所带用户的低电压异常工况的运行时间，降低故障引发的破坏程度，所以，在故障发生时，保护装置应以最快速度动作切除故障，缩小故障波及范围，减轻短路对用户造成的影响，提高系统的安全与稳定;(3)灵敏性:灵敏性就是指对保护范围内所发生的故障以及不正常运行情况的反应程度与能力，保护的灵敏性一般用灵敏系数来表征，灵敏系数如果越大，反映保护的灵敏度就越高，反之灵敏度越低;(4)可靠性:可靠性指保护装置在预先规定保护范围内发生属于保护应动作的故障时，保护装置不应拒绝动作，同时保证，不属于它动作的情况不误动，可靠性主要决定于保护装置本身的产品质量以及运行维护水平的高低，保护装置组成元器件的质量越高越好，接线越简单，中间环节越少，保护装置的运行情况就越可靠，同时，保持良好的维护对提高保护的可靠性也有着重要影响。

传统的继电保护装置存在较多弊端，已经不适用于现代企业的高速发展;其占地空间比较大，安装很不方便，调试和检修较为复杂，使用年限短，继电器本身没有监控与自检功能，运行及维护的工作量大等缺点，已无法满足快速发展的电力系统高稳定性的要求。

随着计算机技术，通信技术的迅猛发展，微机型继电保护技术获得了显著的发展和进步，微机保护在电力系统中的应用已越来越广泛。

2 微机保护在电力系统中的应用

2.1 微机保护的组成

微机保护的组成分为硬件与软件两大部分，硬件系统是构成微机保护的基础;软件部分是微机保护的核心。

硬件方面:在设计保护产品时，要充分考虑保护装置的可靠，可维护，可拓展性，同时，软件版本的升级不应该变更硬件，微机保护硬件方面主要由以下几个部分组成:(1)数据采集单元，即模拟量输入系统，对模拟量进行测量和数字量转化，微机保护中CPU 通过模数转换器将采集到的输入的原始电压，电流等模拟量转换为数字量;(2)微机主系统，即数据处理单元，它是以中央处理器(CPU)为核心，负责对数据的处理、硬件自检和保护功能的计算，由它对数据采集系统输入的各种原始数据进行计算，分析，处理，判断，从而实现各种继电保护功能;(3)数字量输入/输出接口;(4)通讯接口;(5)人机对话接口;(6)电源部分:将站内的直流电压变换为微机保护装置所需要的稳定可靠的不同幅值的直流电压，提供给微机保护的不同单元使用。

软件方面:软件设计属于技术的核心部分，简单可靠的硬件配置是依托好的软件设计，软件设计通常按照其功能进行划分，实现标准化以及模块化，并应便于功能的拓展。对于现场信息参数应编制相对独立的参数模块，方便在运行中修改。有滤波功能的微机保护装置，其模拟量数据文件，需能转换为标准格式输出。微机保护固有特性以及对实时电力系统特殊的应用工况，使它对实时性的要求和对抗干扰能力容错设计的要求极为严格。这同样需要相适应的软件来支持。软件设计使微机保护在正常运行时对采样值自动零漂调整及运行状态进行检查，包括:交流电压断线，开关位置状态等。不正常时发告警信号，信号分两种，一种是运行告警，不闭锁保护装置，仅仅提醒运行人员及时进行相应处理，另一种是闭锁告警信号，发告警的同时将保护装置闭锁，保护退出运行，以免发生保护误动。故障时，故障计算程序进行各种保护的算法计算，跳闸逻辑判断以及事故报告，故障报告，电流电压波形整理及分析处理。

2.2 微机保护应用的优点

微机保护应用了计算机技术领域的先进性能:高速强大的运算力和完备可靠的存贮记忆力，以及大规模集成电路，A/D 模数转换、数字滤波技术和抗干扰技术，使微机保护在速动性、可靠性等方面均远远优于电磁型等传统保护，显示了强大生命力，相比与传统保护，微机保护装置有以下优点:(1)由于微机继电保护系统采用各种电力逻辑运算，通过软件算法来实现保护功能，所以只需要采集被保护单元的电流电压等少量信息，就可以实现很复杂的保护功能，大大降低电气二次接线的复杂性。(2)微机保护技术采用了计算机控制功能，保护定值设定、保护功能投退等均采用程序逻辑，这样可以随系统实际情况修改保护参数，投切保护功能。(3)微机保护系统的通讯功能，可以通过网络把用户所需要的各种数据传输到监控中心，进行集中调度。(4)微机保护的使用寿命长，由于保护装置在正常状态下处于休眠待机的状态，只有程序部分在实时运行。(5)方便于信息的管理与交换。微机保护能够提供各种动作时序、故障类型、故障相别及故障前后电压、电流的跟踪采样记录等信息，对于线路保护，还可以附加测距功能。(6)维护与调试方便，微机保护的调试量很小，定检周期也可以放长，既减少了维护调试工作量，也大大减少了保护退出运行的时间，可以更好地保证生产的连续运行;(7)具有极高的可靠性和良好的抗干扰能力，微机继电保护装置具有自诊能力，能够对其自身的硬件和软件进行连续的实时检测，如遇有异常情况发报警信号，以利于及时处理，避免保护的误动作，微机保护在硬件上采用电磁屏蔽、光电隔离等技术手段使微机保护的可靠性大大提高，增强了抗干扰能力。

3 微机保护在应用中需注意的关键点

微机保护的确有着传统保护远远无法比拟的优越性，但在应用中也有一些需注意的关键点:(1)微机保护功能完善，界面显示汉化，操作方便，但应避免非专业人员进行操作，以免误改定值套数、定值内容、或其关键参数，保护专业人员一定要设置有效密码。(2)温度、电磁干扰、日照的影响。相对湿度的适应范围为5% ～95%，环境温度的适应范围为－5℃～40℃，超出此范围应装设空调。微机保护装置采用CPU 芯片，其极限工作温度为75℃左右，若长时间超高温，运行时间长，死机也就成为必然。同时，如果温度过高，CPU 芯片应采用降频技术实现散热的自我保护措施，但是这样会大大降低CPU 运算的速度和数据处理能力，进而可能使微机保护出现严重错误，保护可能失去作用，所以微机保护在其工作环境温度方面必须引起极大的重视。(3)微机保护的功能插件板容易受静电等因素的影响而损坏。其中电源板插件极易受散热问题的影响而损坏，需要配备有一定经验的维修人员对设备进行良好的维修。(4)目前不同厂家的微机保护在个别保护装置的定值及功能的含义设置不尽相同，应依据具体的保护技术说明书设置，不可进行类推式设置。(5)对保护专业人员及相关运行人员要提升基本专业学习和培训，快速判断，准确处理。(6)通讯协议问题:需要将不同的微机保护、故障录波、以及现场的其他智能采集设备间的通讯规约、协议进行很好的衔接。