浅谈微机继电保护在大型泵站的应用

江 伟

（大东口电排管理站 益阳市 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，总装机容量为4×2 500 kW，担负着1 247 km2集雨面积的排渍任务。该泵站主电机大部分采用常规电磁式继电保护方式，但随着自动化程度要求的提高，电磁式继电保护暴露的问题日趋严重，因此该泵站于2009年对继电保护装置进行了升级改造，由微机继电保护替代了常规的电磁继电保护，成为综合自动化和信息化程度比较高的一个泵站。

1 泵站采用常规继电保护装置存在的问题

（1）保护回路设计复杂，控制电缆较多。比如设计1 台电动机的保护回路，需要设计电流、电压保护回路，直流回路，保护出口和音响信号回路等。因此1 台电动机的保护需配置大量电磁型继电器和控制电缆，由于继电器和控制电缆使用较多，接线也相对复杂很多。

（2）继电保护动作的灵敏性较低。保护的时限级差在0.7 s 以上，不能迅速切除故障。

（3）电磁继电器本身存在的问题。比如继电器可动部分容易磨损，接点怕震动、易烧毛，功率损耗大，灵敏度低，接点易接触不良等。

（4）维护工作量大。每年都要花费大量的人力和物力进行测试、维护、更换等。

2 微机保护的特点

（1）可靠性高。微机保护装置靠软件来实现各种保护，避免了常规继电器的接点故障、线圈故障、机械故障而引起的保护拒动。通过自检，能够避免保护误动，从而保证了保护装置动作的可靠性。

（2）选择性和灵敏性高。电磁型保护的各个继电器都有一固有动作时间及接点抖动，相互配合受到限制。而微机保护采用的是高性能的单片机，凭借强大的计算和逻辑功能，使保护动作更为迅速，保护时限级差由（0.5～0.7）s 缩短为0.3 s，大大提高了保护动作的选择性和灵敏性。

（3）保护配置更加灵活合理。由于微机强大的运算和逻辑处理能力，使电动机保护更趋合理化，保护功能更多，如启动时间过长保护、过热保护、堵转保护、速断保护等。

（4）实时参数显示、修改、故障存储。微机保护通过采样环节可将在线运行的电气量如电流、电压幅值及相位等显示在液晶屏上，便于管理人员及时了解现场参数； 保护动作时液晶屏自动显示最新一次的跳闸报告，包括保护动作时间、动作类别、故障相别及故障电流等，这些参数的提供对快速分析故障原因起着非常重要的作用。

（5）具有数据通信传输功能，能实现远程遥控操作。微机保护最大的优点之一就是可实现同上位机的通信功能，通过标准接口与站内监控系统、调度系统连接，将保护的跳闸事件、跳闸报告及自检报告等信息立即上传给监控系统，使值班人员集中管理，还可在中央控制室对保护系统进行遥控操作。

（6）调试便捷，维护简单。微机保护的调试非常简单，省去了单个继电器的校验工作。因为从理论上讲只要能判别硬件完好，软件和出厂代码完全相同，就能保证其继电保护逻辑功能与设计功能相同。

3 大型泵站微机继电保护装置应用实例

该泵站于2009年对主机组的继电保护实施了改造，全部更新为某电力系统自动化有限公司研发的DVP9000 系列微机综合保护系统，该系统由电动机保护、进线保护、PT 监控保护、主变保护和数据通信管理机组成。

3.1 DVP9000 系列微机综合保护装置的特性

顶级速度:装置采用3 片DSP 设计，通过功能划分使每片DSP 专职于固定的工作，从而具有极高的处理速度和超量的计算能力。

强大的、高精度的测量功能:采用专用16 位采样芯片，每周波采样48 点。监控量精度可达到0.2%；保护量精度可达到1%；功率可达到0.5%；电度可达到0.5%；同时对装设电度表的用户提供累计脉冲电度的接入端。

丰富的资源: 最多可以记录8 min 的录波数据，录波内容包括12 路模拟量、16 路开入量、12 路开出量，均为每周波48 点，同时记录故障录波的开始时间，结束时间。

高度可靠性:产品采用全密封设计，真正的防水防尘抗振动设计；具有优异的抗干扰性能，装置内部采用CPLD 技术，减少了逻辑元件，大大提高了可靠性。

硬件免调试: 采样回路中选用高精度高稳定的器件，保证正常运行的高精度，避免因环境改变或长期运行而造成采样误差增大；产品中无可调节元件，无需在现场调整采样精度，大大提高运行稳定性。

人性化设计:采用大屏幕液晶显示器，显示内容全部菜单化显示；操作中交互性强，具有多种提示信息和反馈信息；显示内容按照相关性、就近性原则进行组织；人机交互采用旋转鼠标，具有快速灵活方便的特点。

3.2 DVP9000 微机电动机保护监控装置

DVP9000 电动机微机保护主要由差动保护、速断保护、过热保护、负序过流保护、零序过流保护、低电压保护、堵转保护、启动时间过长保护和自启动保护组成。

（1）差动保护。

逻辑: 差动保护采用比率制动原理避免区外故障不平衡电流的影响，并有CT 断线闭锁功能。保护判据:差动电流：Icd=I机端+I中性点

制动电流：Izd=I机端-I中性点

差动速断

动作判据： Icd≥Isdd

Icd 为差动电流，Isdd 为差动速断整定值。

差动比率制动

动作判据：Icd≥cdi 当Izd＜Iz

Icd≥cdi+k(Izd-Iz) 当Izd＞Iz

Icd 为差动电流，cdi 为差动启动值，Izd 为制动电流

Iz 为比率制动特性拐点电流,k 为比率制动系数。

程序依次按相判别，当满足以上任何一个条件时，比率差动保护动作。

图1 为差动动作区和制动区原理图。

图1 差动动作区和制动区原理图

（2）速断保护。装置采集A、B、C 三相的电流值与保护整定的速断定值比较，当实测值大于定值时保护动作跳闸。该装置在电动机启动过程中速断定值为原定值，当电动机启动完成后速断定值自动降低为原定值的50%。可有效地防止启动过程中因启动电流过大引起的误动，同时还能保证在正常运行中保护有较高的灵敏性。见图2。

图2 速断保护

（3）过热保护。该装置考虑了电动机正序、负序电流所产生的综合热效应、热积累过程和散热效应，可模拟不同的反时限特性曲线；当实测电流值超过过热定值时，经预定时间后发出预告信号或报警跳闸。

（4）低电压保护。当电动机的3 个相间电压均小于低电压保护定值时，启动低电压保护延时，当延时满足后，低电压保护动作。相间电压由输入的三相相电压计算获得。

依据工程设计部门的设计方案和定值计算，结合电力系统的运行规程，该泵站电动机选用的保护功能有:差动保护、过热保护、负序过流保护和低电压保护。

4 DVP9000系列微机保护装置在调试时需注意的问题及处理方法

（1）在进行任何保护功能的调试前，先检查装置的显示值与输入值的误差，若发现有精度不准（测量值超过±0.5%误差、保护值超过±2.5%误差），必须通过软件进行精度校准后再做各项实验。

（2）做有关电流量的保护调试时，必须注意输入装置电流的相位角度，如果设置不对，将会造成保护的逻辑运算混乱，给调试带来困扰。正确的设置应该是：机端相位角度设为0°，中性点相位设为180°。

（3）在做低电压保护实验时，如果将三相电压降低至整定值经延时，保护不动作，这极有可能是装置采集的断路器位置信号是在断开位置，而做这项实验时的首要判据是断路器在合闸位置，这时只需给装置输入一个断路器在合闸位置的信号即可顺利完成该实验。

（4）做每个实验时一定要注意各个保护的判据运用的是相电流、相电压还是线电流、线电压，以免由于输入的采集量错误而误认为是保护装置的测量故障。

（5）所有保护功能经过调试检查合格后，切记要将该装置的保护定值大小、保护功能的投退情况全部检查一遍，确认已恢复至实验前的状态，避免保护装置在机组运行时误动而导致重大事故的发生。

5 DVP9000系列微机保护应用分析

微机保护作为当今继电保护的领导者，虽然它和常规继电保护相比有很多优点和功能，但是由于生产厂家较多，在软件设计、元器件加工和装置制造工艺方面存在差异，造成保护装置在运行中异常情况的发生，主要表现在以下几个方面：

（1）CPU 插件故障:CPU 插件与显示DSP 控制板通信中断，插件与背板接触不良。

（2）保护装置的鼠标易出现异常，比如鼠标在显示器上突然消失或者跳动过快，导致无法操控保护装置。

（3）与装置配套的跳合闸操作箱设计不合理，易出故障，不能遥控跳合闸。

（4）微机保护装置集中装设在中控室，采集的各种模拟量要从各个机组高压柜传送至中控室，经过的距离较远，因此二次电气参数的采集路径过长，线损过大，易造成保护装置上采集的电气参数与实际值误差较大。

（5）由于微机保护装置和监控上位机的生产厂家不同，在通讯方面存在通信接口不配套，需加装通讯转换器才能相互通信，由于增加了设备，给以后的检修带来困难。

6 微机保护需要改进和完善的内容

（1）微机保护是泵站综合自动化的一个重要环节，泵站管理和运行人员必须加强对微机保护相关技术的培训，以便熟悉掌握，适应现场要求。

（2）尽量将微机保护装置装设在高压开关柜内，避免二次线路过长、线损增加而造成采样值误差增大。

（3）因为微机保护和计算机监控生产厂家较多，各厂家设备的通讯接口不是统一标准，所以在订购产品时需注意设备的通讯接口必须相匹配。

（4）技术支持问题。为确保微机保护装置的正常运行，要求现场的实验和运行人员必须对保护的硬软件设计有较详细的了解，但由于种种原因，多数微机保护厂家对技术方面的资料提供较少，导致用户在日常的维护及缺陷处理过多依赖厂家，特别是在运行时主要部件的损坏，需要厂家及时来协助处理，给运行带来了不便。

[1] 杨新民，杨隽琳.电力系统微机保护培训教材[M]. 北京:中国电力出版社，2000.

[2] 乔枫.微机继电保护装置在大型泵站的应用[J].华电技术，2010，32（5）.