配電網系統微機保護原理及其應用

周光磊

摘要：現階段，隨著社會的發展，我國的電力工程的發展也日新月異。在電網運行過程中，微機保護系統的應用可以顯著提升電網的自動化運行水平和管理水平。為了保證電網系統的安全性，需要全面了解微機保護裝置的工作原理和特點，對高壓配電危機保護的故障進行正確分析和處理。文章基于對10kV配電所微機保護裝置和微機保護硬件與故障的特點，結合實際案例對微機保護發生故障的原因進行分析，以保證供電系統穩定運行。

關鍵詞：配電網系統;微機保護原理;應用

引言

隨著我國電力事業的不斷發展，對電網的自動化管理水平和自動化運行水平的要求日益提升。隨著設備智能化程度以及計算機技術的日漸成熟，微機保護系統在電網中的應用日益普遍，顯著提升了電網的自動化水平，保證了系統的穩定性和可靠性。

110kV配電所微機保護裝置的特點

在常規情況下，為了提高電網自動化程度，會為高壓配電所配置一定數量的計算機設備。為了保證計算機設備的良好運作，通常會加裝微機保護系統來提高其安全性。其裝置特點如下。

1.1 可靠性高

由于高壓電網自身的特殊性，常規的保護方法往往不能滿足其對錯誤判斷和分析的需求。隨著微機保護裝置的應用，常規方法的弊端得到彌補，在特定程度指揮下，微機保護裝置可以對錯誤進行有效識別并排除干擾。與此同時，裝置還能進行自我診斷，自身硬件如果運行異常會及時發現處理，避免故障發生，進一步提高了裝置的安全性。

1.2 方便調試和維護

與傳統繼電保護裝置相比，便于調試和維護是微機保護裝置的另一大優勢。傳統保護主要有電磁型、整流型等，在進行較為復雜的高壓配電保護時工作量較大，就調試而言花費時間為一周左右，可能還要更長。對高壓配電的保護通常都使用布線邏輯，實現功能是線路和硬件設備共同作用的結果，想要確認保護裝置的完好性必須校驗其各種功能，工作量大而且復雜。微機保護裝置則沒有這些煩惱，其通過軟件系統來控制各個功能，通過簡單的操作就能完成傳統保護方法費時費力的調試工作，減輕了維護工作的壓力。

1.3 靈活性大

微機保護裝置通過軟件控制不同的功能，在電路保護中，不用改變硬件設備，同一套硬件設備裝上不同的軟件就能控制不同保護原理的電路。這一特點使微機保護的操作更加靈活，可以通過變換內置軟件來適應電力系統不同運行原理的改變。

2微機保護硬件與故障特點

2.1 構成原理與傳統方式差異大

隨著計算機技術的成熟發展，其技術被應用于多個領域，其中微機保護裝置就是其在高壓配電方面應用的衍生產物，組成部分包括硬件和軟件。與傳統保護裝置不同，計算機硬件保護原理作為一個新概念是以單片機型的CPU為核心，搭配各種不同型號存儲器和I/0接口組成。微機保護裝置的保護原理是以單片機型的CPU為核心，通過地址總線、數據總線、控制總線這三大總線連接外部擴展電路，依據軟件編輯的操作流程運行，運算電網參數并進行邏輯判斷，與預設條件一致時發出合閘或者跳閘的指令。

2.2 傳統的檢測設備不再適用

示波器、萬用表等檢測方法是常用的傳統保護裝置檢測法，這些檢測手法僅僅能在較為簡單的整流型和電磁型保護中發揮效用。在對復雜電路進行保護時，比如集成電路保護、晶體管保護等，需要示波器才能進行，否則無法完成檢測。面對微機保護裝置的硬件電路，更無法進行有效檢測，原因如下：（1）微機保護電路具有特定的數據傳輸格式，數據流波形的自變量是離散時間而非連續時間。而且與傳統傳輸方式不同，其傳輸總線方式是八位二進制碼。（2）進行信號模擬分析時，一些參數如信號幅值等并不是十分重要，因為其是以一固定門限值作為參照標準的。用信號與之比較，看信號是高出這一門限值還是低于這一門限值，同時分析系統時鐘和這些數字信號間的相對關系。（3）微機保護電路結構較為復雜，為了提高其保護功能，還使用了大規模集成電路芯片。要想對其性能進行檢測，需要有專門的、有針對性的設備，傳統檢測設備無法滿足需要。

2.3 微機保護裝置故障原因類型

通過分析裝置異常統計結果，得出接觸不良是微機保護告警的主要原因，約占總數的50%～60%;因為外回路告警的占10%～20%;因為裝置自身而告警的占30%～40%。

3故障案例分析

某建筑工程占地總面積217034.50m2，其中總建筑面積為303230m2，配電房電力為10kV，繼電保護采用微機保護，在進線柜、PT柜、變壓器柜、出線柜內分散單獨安裝微機保護裝置。單個高壓柜安裝一套對應的微機保護系統（型號：NZB系列或四方CSC-221系列），所有的微機保護裝置都是單獨運行的，本文以此高壓配電網為例，對微機保護故障進行分析。

3.1 10kV配電微機保護優點

（1）NZB系列變電保護單元保護可靠性得到提升，其對總線路進行錯誤檢測的同時不斷進行自我糾錯。系統采用大規模高集成度芯片替代很多測量儀表和保護繼電器，在完成多樣化保護監測的同時還減少了控制屏與開關柜的接線。（2）保護技術更加先進。采樣和數模轉換都使用先進技術，用DSP信號處理芯片對采集到的數據進行處理，保障了測量的高精度。現場觀察和參數設定可以通過液晶顯示和鍵盤來進行。（3）開關量、模擬量、供電電源以及通信接口等硬件設計使用不同于常規的處理措施，隔離和抗干擾性能加強，而且可直接安裝使用，方便快捷。

3.2 故障表現

3月7日首次發現10#出線柜出現功率等數據失常。3月7日、8日、9日、15日追蹤觀察發現10#出線柜均出現過功率數值過大現象。3月17日將10#出線柜與9#出線柜上的微機保護裝置對調，結果10#出線柜顯示數據恢復正常，而9#出線柜報表數據出現異常。

4微機保護裝置其他問題的應對措施

4.1 電源線路防雷措施

危機裝置電源雷侵害主要是經過線路侵入的，經過統計后發現，電子設備受到的80%雷害都是由于雷電侵入到電源中造成的。由于雷電會產生比較大的電壓，過電流不能一次性瞬間完成泄流和限壓，因此可以采用下述措施進行預防：（1）將低壓氧化物避雷器安裝到低壓線路上，并將低壓氧化鋅避雷器安裝到變壓器低壓側。（2）高壓避雷器接地和低壓避雷器接地要和變壓器工作接地連接到一起，并連入系統主接地網，將避雷器安裝到控制室交流柜開關出現側。

4.2 通信線路防雷措施

為了避免感應雷顛簸信號侵入到二次電纜，損壞微機保護裝置發送端模塊和接收端模塊，需要采用分級保護的方法對信號線路進行保護，避免外來過電壓超過電子元件承受能力，需要將信號避雷器安裝到電纜二次設備，然后將一個瞬態過電壓保護器穿入線路中，防止過壓雷電波入侵，減少雷電對系統設備的沖擊。

結語

綜上所述，隨著科技的進步，微機保護裝置在高壓配電領域得到有效使用，減少了維護人員的工作量，提高了安全性。為了更好地運用這一技術，提高其應用效率，維護人員需要進一步掌握相關原理與操作，提高對故障的敏感性，準確判斷、分析故障并處理緊急情況，保證供電系統良好運行。

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（作者單位：韶關市擎能設計有限公司）