微機繼電保護的具體應用

周小定++耿俊鵬

摘 要：本文主要介紹南京南瑞集團公司的DSA2116微機保護器在贊比亞謙比西銅冶煉項目的應用。闡述了該裝置的結構特點，主要保護介紹及應用、測控功能通訊功能信息記錄等。

關鍵詞：微機保護器 銅冶煉 DSA2116 具體應用 智能電網

中圖分類號：TM771 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（a）-0127-04

The Specific Application of Microcomputer Relay Protection

Zhou Xiaoding Geng Junpeng

（Kunming Institute of Exploration & Design，China Nonferrous Industry，Kunming Yunnan，650051，China）

Abstract：This paper mainly introduces the application of DSA211 microcomputer protector of Nanjing Nan Rui company in Zambia Chambeshi Copper Mine.It expounds the structure features of the device，introduce and apply main protection，measure and control function，communication function，information track record etc.

KeyWords：Microcomputer Protector；Copper Smelting；DSA2116；The Specific Application；Intelligent Electronic Grid

隨著全球技術經濟持續快速發展以及人民大眾生活水平的日益提高，電力用戶對電能的需求量越來越大，對供電質量要求也越來越高，同時電力部門又受減員增效的制約，在大規模發展建設電網同時，人員配備卻沒有相應增加，而電站綜合自動化、微機綜合保護器、計算機網路通訊技術日愈成熟，智能電網電網概念因應而生，智能電網（smart power grids），就是電網的智能化，也被稱為“電網2.0”，它是建立在集成的、高速雙向通信網絡的基礎上，通過先進的傳感和測量技術、先進的設備技術、先進的控制方法以及先進的決策支持系統技術的應用，實現電網的可靠、安全、經濟、高效、環境友好和使用安全的目標，其主要特征包括自愈、激勵和包括用戶、抵御攻擊、提供滿足用戶需求的電能質量、容許各種不同發電形式的接入、啟動電力市場以及資產的優化高效運行。

特別是最近幾年，智能電網技術得到飛速發展的，相對先前的變電站綜合自動化概念 ，有了跨越式的發展 。而中國也在大力推廣和發展智能電網技術，2012年5月科技部印發的《智能電網“十二五”專項規劃》，更是明確了智能電網在中國將迎來大規模快速發展時期。

微機綜合繼電保護器做為十多年來大力發展變電站綜合自動化系統的重要組成部分，當然在智能電網中也起著不可或缺的關鍵作用，在繼電器保護技術領域，除了離線地運用計算機作故障分析和繼電保護裝置的整定計算，動作行為分析外，目前成熟的微機實時保護已大規模進入繼電保護領域，特別是日趨強大的網絡通訊功能，很好的貼合了智能電網的保護、監控、測量、實時通信等要求。

本文主要介紹南京南瑞集團公司的DSA2116微機保護器及在贊比亞謙比西銅冶煉項目的應用。闡述了該裝置的結構特點，針對系統特殊性和復雜性的控制方案設計及系統功能等。做為用電企業，雖然只是智能電網上的一個細胞，也應該加強學習和交流，身體力行，為智能電網的發展建設添磚加瓦。

1 配置及特點

1.1 基本配置

裝置為大規模可編程邏輯電路和intel 80296為主CPU實現的饋線線路保護測控一體化系統，適用于110 kV分段保護測控35 kV/10 kV/6 kV線路保護測控及接地變、所用變保護，裝置型號及保護測控配置如下表。

通訊接口標配：雙以太網及光纖介質獨立的485校時總線

保護配置：

復合電壓閉鎖過流I段；

復合電壓閉鎖過流II段；

復合電壓閉鎖過流III段；

低壓側零序電流保護；

反時限過電流；

瓦斯及超溫告警或跳閘；

過負荷告警；低頻低壓減載；

小接地選線及母線接地告警；

電流越限告警；

TV及TA回路異常；

斷路器失靈告警；

控制回路斷線告警；

故障錄波。

測控功能：

1路交流遙測：Uab、Ubc、Ia、Ib、Ic、Ua、Ub、Uc、3U

0、F、P、Q、COSф；

16 路遙信；24 路保護轉遙信；

1路遙控（遙跳、遙合）；

2路遙脈；

1.2 技術特點

（1）硬件結構單元化、全密封、單元內各模件獨立金屬腔體、自檢和冗余措施完善，抗干擾性能好。

（2）軟件面向控制對象開放式設計，實現模塊化，可查詢CPU狀態及保護中間過程。

（3）人機接口由寬溫大屏幕液晶顯示器和薄膜按鍵組成，信息顯示漢化。

（4）詳盡的大容量的事件記錄功能，便于分析事故及觀察運行工況。

（5）保護動作信息及預告信息可由單元轉化為遙信上送，提高動作及返回信息實時性。

（6）保護投退狀態可轉化為遙信上送，并可遠方遙控投退保護，無障礙適用于各種調度規約。endprint

（7）交流量開關量錄波功能、錄波波形就地顯示及后臺軟件分析相結合。

（8）通訊雙CAN網標配，多ID號2.0B協議，通訊波特率在線修改、自動雙網切換，保證通訊的可靠性，通訊介質簡單，并可擴展為光纖網；同時可選配雙光纖以太網及獨立的485校時總線。

（9）9.14位AD寬幅模數轉換，24點/周波采樣，提高了保護精度、靈敏度。

（10）測量精度系數單獨存放在交流采樣模件帶SPI接口的獨立E2PROM中，獨立性好。

（11）保護定值多區域相對獨立的E2PROM/DSRAM中存放，自動互相校驗，自行修復，完全避免運行中定值缺損或丟失。

（12）單元自帶蜂鳴器件，故障告警。

（13）小接地選線單元內部獨立配置，亦可通過網絡通訊集中選線或試跳。

（14）網絡通訊和節點方式相結合閉鎖低壓母線保護。

2 主要保護介紹

本文所采用的原理接線見附圖，下面主要介紹幾種主要保護介紹。

2.1 三段式復合電壓閉鎖電流保護

電流超過定值，線電壓小于低電壓定值或負序電壓大于負序電壓定值，保護經延時出口并發信，低電壓閉鎖或負序電壓閉鎖可分別投退，具體原理圖見圖1。

整定保護定值時我們一般用到其中的兩段保護，一段為速斷性質，一段為過流性質。并且絕大部分投入了低電壓閉鎖。

2.2 反時限過流保護

DSA2116保護測控裝置中配置反時限過流保護功能，一般采用下列四個標準方程， 可以根據要求在裝置中通過菜單選擇一種方程：

2.3 過負荷告警

裝置獨立設立過負荷告警段，可投退，只判斷A相電流。過負荷告警原理圖，見圖2。

整定保護定值時我們根據各臺變壓器實際負荷情況，絕大部分回路投入了過負荷告警，起到及時提醒運行人員負荷過重情況，效果不錯。

2.4 零序電流保護

裝置接入接地變、所用變、廠用變低壓側零序電流，當電流超過定值時，保護跳閘或告警，具體原理見圖3。

2.5 母線接地告警

當裝置接入TV開口三角電壓時，該功能可判斷小接地系統的單相接地。裝置共提供四種投退方式，即10 kVⅠ母接地、10 kVⅡ母接地、35 kVⅠ母接地、35 kVⅡ母接地。可根據該裝置接入的開口三角電壓，靈活整定。裝置亦根據投退類型發出不同的告警信號。原理圖如（圖4）。

2.6 TV斷線告警及閉鎖保護

裝置根據如下兩個判據來判斷TV斷線。判據一：某一線電壓小于70 V同時任一相電流大于0.04In。判據二：負序電壓大于8V。具體原理如（圖5）所示。

2.7 斷路器失靈告警

當裝置發出跳閘脈沖2 s后，開關仍無變位且保護沒返回，則裝置發斷路器失靈告警信息。

2.8 電流越限告警

電流越限告警的投退和定值是由程序自動完成的，隨三段式電流保護的投入而自動投入，同時取三段式電流保護電流定值最小者的90%，作為告警電流定值。若任一相電流超過該定值，則裝置延時4 s發信，該信號不上送。

電流越限的特殊應用：當任一相電流超過越限定值后，裝置立即啟動錄波。

當任一相電流超過越限定值后，裝置立即啟動BY2，此接點可用于閉鎖主變后備保護中附加母線保護。

當任一相電流超過越限定值后，裝置立即上送越限報文至主變后備保護，用以閉鎖該保護中附加母線保護。

2.9 保護電流回路異常

正常情況下，保護采集兩相電流或三相電流幅值不應有較大偏差。當不同相的電流相差超過20%，且超過10 s延時時，則裝置發電流回路異常自檢信息，不閉鎖保護，電流回路異常投退中用戶可選擇兩相式保護或三相式保護。若選兩相式保護，則只比較 Ia、Ic，否則比較Ia、Ib、Ic。

這個保護非常有用，特別是單相負荷超過超過變壓器容量30%的，投入該保護，可以提醒運行人員及時調整。

2.10 非電量保護

DSA2116保護測控裝置具備瓦斯、超溫等非電量保護，可通過軟件投退是否告警或跳閘。一般我們采用瓦斯保護作用于跳閘，溫度保護只發聲光報警。

3 測控功能

3.1 遙信

裝置共有16個遙信，其中8個裝置內部已缺省定義，另外8個供用戶自由定義。當裝置開關檢修位接入高電平時，所有遙信的COS及SOE信息禁發，裝置還可轉發24 個保護轉遙信信號，遙信去抖時間為0.01～0.2s，可自由整定。遙信有變位后，裝置上送COS及SOE信息。

3.2 遙測量

裝置測量三相電流、三相電壓、功率因數、頻率、有功功率、無功功率等交流量并上傳。

3.3 遙控

裝置設有一路遙控分合閘，遙控脈寬范圍為0.01～0.2 s，其中遙合具有檢無壓功能，可自行投退。

3.4 遙脈

裝置設有2路遙脈，用以采集正向有功、正向無功、反向有功、反向無功等脈沖量，遙脈電源由本裝置提供或由脈沖電表提供，裝置可通過跳線選擇遙脈電源供給方式。

4 信息記錄

裝置可順序存放32條保護信息、256條SOE、32條自檢診斷信息、32條電流越限信息、8條錄波信息、32條單元事件記錄，信息存儲采用先進先出原則。

保護事件記錄如下。

記錄裝置的保護事件，每條保護事件包括保護類型、測量類型故障類型、動作值、動作時間等。

自檢事件記錄如下。

記錄裝置的自檢信息，包括A/D出錯、定值出錯、E2PROM出錯、電流回路異常等。endprint

遙信事件記錄如下。

記錄裝置的遙信變化及時間。

電流越限記錄如下。

記錄電流越限的啟動和返回時間。

單元信息記錄如下。

記錄裝置的各種人工操作的時間，包括投直流時間、退直流時間、保護定值整定時間、保護啟動返回時間等。

5 錄波功能

錄波數據存放在非易失性RAM中，存儲容量64 k，可順序存放8個錄波事件，每個事件中可對15個交流量進行錄波，錄波啟動方式為電流越限啟動。

電流越限啟動錄波的記錄方式分為連續和斷續兩種。錄波啟動后如果在規定的時間（96個采樣點）內返回則采用連續記錄方式，即啟動時刻前32點，啟動時刻后32+X點（X點為錄波返回時刻，1≤X≤64），然后再連續記錄32點，總計錄波96+X點。見圖6。

錄波啟動后如果在規定的時間（96個采樣點）仍未返回則采用斷續記錄方式，即啟動時刻前后各32點，再連續記錄64點后暫時停止，然后在錄波返回時刻前后再各記錄32點，總計錄波192點。見圖7。

關于調用錄波波形操作步驟：按“ENT”鍵依次進入信息記錄及錄波事件記錄菜單；按“+”、“-”鍵用于調節同一錄波事件的不同交流量；按“↑”、“↓” 鍵用于調節不同的錄波事件共8個；按“←”、“→”鍵用于顯示完整波形。

6 通訊功能

裝置采用雙CAN網與上位機進行數據交換，原則上采用主備工作方式，即一般情況下，A網工作，當某一網絡發生故障時，自動切換至備用B網通訊，非常情況下，當某一時刻需要上送的信息量十分大時，A網固定上送SOE、COS保護事件變化遙測等重要信息，B網上送全遙測、全遙信、全遙脈等一般信息。

7 后臺監控

與DSA2116微機保護裝置配套的DSA8401后臺監控系統是由南瑞集團城鄉電網公司研制開發，能夠滿足不同電壓等級的變電站、開關站、電廠的監視、控制與管理的需要的廠站后臺監控系統。DSA8401系統的網絡結構靈活，基于標準的TCP/IP協議，采用10 M/100 M自適應雙以太網結構。軟件設計基于C/S和B/S結構，采用客戶端/應用服務器/數據庫服務器三層架構作為系統的基礎技術構架，充分考慮到了系統的易擴充性、開放性、可維護性和可移植性，并采用標準化的開發和設計方法，便于數據共享。軟件設計思想采用面向電力對象的模塊化設計思想和標準開放的接口標準，極大提高電力企業自動化水平，保證電網的安全、穩定、經濟運行。

DSA8401后臺監控系統具有數據采集與處理、控制操作、防誤閉鎖、報警及事件記錄處理、歷史數據記錄、顯示與打印、故障錄波顯示分析、工作票操作票、VQC電壓無功質量控制、事故追憶與故障回放、繼電保護工程師站、小電流接地選線、系統自診斷自恢復、設備管理、遠程監視與維護、數據轉發等功能。

鑒于本文主要是介紹微機保護裝置，對于后臺監控系統就不做贅述。

用于該項目的十多臺DSA2116微機保護裝置和DSA8401后臺監控系統已于2008年11月中旬順利投入運行。從兩年多的運行情況看，由于本保護裝置采用的寬溫型圖形點陣液晶，多功能按鍵向用戶提供友好的人機接口界面，操作使用方便，特別整定參數非常方便，運行穩定，故障時保護動作可靠。配套監控系統功能強大，現場運行良好，并具有控制精度高、運行安全平穩、可靠。未出現因該系統的軟硬件故障而影響生產的情況。較好的滿足了生產工藝的要求。

參考文獻

[1] DSA2112/2113/2116/2117/2118/2119饋線/線路/接地變/所用變/廠用變保護測控裝置使用說明書（V2.00）.

[2] 蔡自興.“智能控制”[M].電子工業出版社，1993，7.

[3] 楊奇遜.微型機繼電保護基礎[M].水利水電出版社，1998，11.

[4] 王建南.工廠供電系統繼電保護及自動裝置[M].冶金工業出版社，1998.endprint

遙信事件記錄如下。

記錄裝置的遙信變化及時間。

電流越限記錄如下。

記錄電流越限的啟動和返回時間。

單元信息記錄如下。

記錄裝置的各種人工操作的時間，包括投直流時間、退直流時間、保護定值整定時間、保護啟動返回時間等。

5 錄波功能

錄波數據存放在非易失性RAM中，存儲容量64 k，可順序存放8個錄波事件，每個事件中可對15個交流量進行錄波，錄波啟動方式為電流越限啟動。

電流越限啟動錄波的記錄方式分為連續和斷續兩種。錄波啟動后如果在規定的時間（96個采樣點）內返回則采用連續記錄方式，即啟動時刻前32點，啟動時刻后32+X點（X點為錄波返回時刻，1≤X≤64），然后再連續記錄32點，總計錄波96+X點。見圖6。

錄波啟動后如果在規定的時間（96個采樣點）仍未返回則采用斷續記錄方式，即啟動時刻前后各32點，再連續記錄64點后暫時停止，然后在錄波返回時刻前后再各記錄32點，總計錄波192點。見圖7。

關于調用錄波波形操作步驟：按“ENT”鍵依次進入信息記錄及錄波事件記錄菜單；按“+”、“-”鍵用于調節同一錄波事件的不同交流量；按“↑”、“↓” 鍵用于調節不同的錄波事件共8個；按“←”、“→”鍵用于顯示完整波形。

6 通訊功能

裝置采用雙CAN網與上位機進行數據交換，原則上采用主備工作方式，即一般情況下，A網工作，當某一網絡發生故障時，自動切換至備用B網通訊，非常情況下，當某一時刻需要上送的信息量十分大時，A網固定上送SOE、COS保護事件變化遙測等重要信息，B網上送全遙測、全遙信、全遙脈等一般信息。

7 后臺監控

與DSA2116微機保護裝置配套的DSA8401后臺監控系統是由南瑞集團城鄉電網公司研制開發，能夠滿足不同電壓等級的變電站、開關站、電廠的監視、控制與管理的需要的廠站后臺監控系統。DSA8401系統的網絡結構靈活，基于標準的TCP/IP協議，采用10 M/100 M自適應雙以太網結構。軟件設計基于C/S和B/S結構，采用客戶端/應用服務器/數據庫服務器三層架構作為系統的基礎技術構架，充分考慮到了系統的易擴充性、開放性、可維護性和可移植性，并采用標準化的開發和設計方法，便于數據共享。軟件設計思想采用面向電力對象的模塊化設計思想和標準開放的接口標準，極大提高電力企業自動化水平，保證電網的安全、穩定、經濟運行。

DSA8401后臺監控系統具有數據采集與處理、控制操作、防誤閉鎖、報警及事件記錄處理、歷史數據記錄、顯示與打印、故障錄波顯示分析、工作票操作票、VQC電壓無功質量控制、事故追憶與故障回放、繼電保護工程師站、小電流接地選線、系統自診斷自恢復、設備管理、遠程監視與維護、數據轉發等功能。

鑒于本文主要是介紹微機保護裝置，對于后臺監控系統就不做贅述。

用于該項目的十多臺DSA2116微機保護裝置和DSA8401后臺監控系統已于2008年11月中旬順利投入運行。從兩年多的運行情況看，由于本保護裝置采用的寬溫型圖形點陣液晶，多功能按鍵向用戶提供友好的人機接口界面，操作使用方便，特別整定參數非常方便，運行穩定，故障時保護動作可靠。配套監控系統功能強大，現場運行良好，并具有控制精度高、運行安全平穩、可靠。未出現因該系統的軟硬件故障而影響生產的情況。較好的滿足了生產工藝的要求。

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[3] 楊奇遜.微型機繼電保護基礎[M].水利水電出版社，1998，11.

[4] 王建南.工廠供電系統繼電保護及自動裝置[M].冶金工業出版社，1998.endprint

遙信事件記錄如下。

記錄裝置的遙信變化及時間。

電流越限記錄如下。

記錄電流越限的啟動和返回時間。

單元信息記錄如下。

記錄裝置的各種人工操作的時間，包括投直流時間、退直流時間、保護定值整定時間、保護啟動返回時間等。

5 錄波功能

錄波數據存放在非易失性RAM中，存儲容量64 k，可順序存放8個錄波事件，每個事件中可對15個交流量進行錄波，錄波啟動方式為電流越限啟動。

電流越限啟動錄波的記錄方式分為連續和斷續兩種。錄波啟動后如果在規定的時間（96個采樣點）內返回則采用連續記錄方式，即啟動時刻前32點，啟動時刻后32+X點（X點為錄波返回時刻，1≤X≤64），然后再連續記錄32點，總計錄波96+X點。見圖6。

錄波啟動后如果在規定的時間（96個采樣點）仍未返回則采用斷續記錄方式，即啟動時刻前后各32點，再連續記錄64點后暫時停止，然后在錄波返回時刻前后再各記錄32點，總計錄波192點。見圖7。

關于調用錄波波形操作步驟：按“ENT”鍵依次進入信息記錄及錄波事件記錄菜單；按“+”、“-”鍵用于調節同一錄波事件的不同交流量；按“↑”、“↓” 鍵用于調節不同的錄波事件共8個；按“←”、“→”鍵用于顯示完整波形。

6 通訊功能

裝置采用雙CAN網與上位機進行數據交換，原則上采用主備工作方式，即一般情況下，A網工作，當某一網絡發生故障時，自動切換至備用B網通訊，非常情況下，當某一時刻需要上送的信息量十分大時，A網固定上送SOE、COS保護事件變化遙測等重要信息，B網上送全遙測、全遙信、全遙脈等一般信息。

7 后臺監控

與DSA2116微機保護裝置配套的DSA8401后臺監控系統是由南瑞集團城鄉電網公司研制開發，能夠滿足不同電壓等級的變電站、開關站、電廠的監視、控制與管理的需要的廠站后臺監控系統。DSA8401系統的網絡結構靈活，基于標準的TCP/IP協議，采用10 M/100 M自適應雙以太網結構。軟件設計基于C/S和B/S結構，采用客戶端/應用服務器/數據庫服務器三層架構作為系統的基礎技術構架，充分考慮到了系統的易擴充性、開放性、可維護性和可移植性，并采用標準化的開發和設計方法，便于數據共享。軟件設計思想采用面向電力對象的模塊化設計思想和標準開放的接口標準，極大提高電力企業自動化水平，保證電網的安全、穩定、經濟運行。

DSA8401后臺監控系統具有數據采集與處理、控制操作、防誤閉鎖、報警及事件記錄處理、歷史數據記錄、顯示與打印、故障錄波顯示分析、工作票操作票、VQC電壓無功質量控制、事故追憶與故障回放、繼電保護工程師站、小電流接地選線、系統自診斷自恢復、設備管理、遠程監視與維護、數據轉發等功能。

鑒于本文主要是介紹微機保護裝置，對于后臺監控系統就不做贅述。

用于該項目的十多臺DSA2116微機保護裝置和DSA8401后臺監控系統已于2008年11月中旬順利投入運行。從兩年多的運行情況看，由于本保護裝置采用的寬溫型圖形點陣液晶，多功能按鍵向用戶提供友好的人機接口界面，操作使用方便，特別整定參數非常方便，運行穩定，故障時保護動作可靠。配套監控系統功能強大，現場運行良好，并具有控制精度高、運行安全平穩、可靠。未出現因該系統的軟硬件故障而影響生產的情況。較好的滿足了生產工藝的要求。

參考文獻

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