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东北炙学工程硕士学位论文 摘要 变电站微机保护监控系统设计与研究 摘要 变电站微机保护监控系统是应用微机技术，对变电站进行全方位的 微机保护、监控和管理。它集保护、遥控、遥测、遥信、遥调五大功能 于一体。其主要作用就是反应电气设备的故障和不正常工作状态，使断 路器跳闸或发出信号，通过预防事故或缩小故障范围来提高配电系统运 行的可靠性，最大限度地保证安全可靠供电。 微机继电保护监控装置尚属一种新兴技术的范畴，无论在产品本身 的性能方面，还是在使用与维护等方面，都有待进一步探索、完善与提 高。因此，对微机继电保护监控系统进行研究，不仅十分必要，而且意 义非常重大。 本文以我公司3 5 6 k v 变电站为例，在第二章中论述了微机保护中的 信号采集，模拟量变换与离散量运算方法。第三章对变电站的施工图设计 以及微机保护监控系统的软件硬件配置和操作做了介绍，并以变压器保 护为例说明了这种保护方法的功能和工作原理。第四章对这种保护装置 与传统继电保护装置的优缺点进行了分析比较，对微机继电保护监控装 置的抗干扰技术进行了深入的研究和探讨，提出了抑制干扰的对策，并 由此提出了采用自适应控制技术及故障定位算法实施变电站微机保护的 措施。 关键词：变电站微机保护监控 查! ! 垄兰兰堡堡主茎堡笙圭 一一一! 堕墨 d e s i g n a n d s t u d y o n c o m p u t e r c o n t r o ls y s t e mo f t r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n a b s t r a c t u s i n g t h e t e c h n o l o g y o f c o m p u t e r ，c o m p u t e rs u p e r v i s es y s t e m o f t r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n c o m p l e t e l yp r o t e c t ，c o n t r o l a n d m a n a g e t h e t r a n s f o r ms u b s t a t i o n i tg a t h e r i n gf i v ef u n c t i o nt h a ti sp r o t e c t i n g ，r e m o t e c o n t r o l l i n g ，r e m o t em e a s u r i n g ，r e m o t ec o m m u n i c a t i n g a n dr e m o t ea d j u s t i n g t h em a i nf u n o t i o ni st or e p r e s e n tt h ef a i l u r ea n da b n o r m a l i t yc o n d i t i o no f t h ee l e c t r i c a le q u i p m e n t a n dm a k et h eb r e a k e rs w i t c ho rs e n do u ts i g n a l t h r o u g hd e f c n da n dm i n i s hf a i l u r e l t o p r o m o t et h er e l i a b i l i t y o fe l e c t r i c p o w e rd i s t r i b u t es y s t e m a n de n s u r et h ep o w e rs u p p l yi sm o r er e l i a b l ea n d s a f e a l t h o u g h t h e e q u i p m e n t o f c o m p u t e rr e l a yp r o t e c t i n g i san e w t e c h n o l o g y ，i t n e e dt o u l t e r i o r l ye x p l o r e ，p e r f e c t a n d p r o m o t e 0 n c a p a b i l i t y ，u s i n g a n dm a i n t e n a n c e t h e nt h e s t u d y o f e q u i p m e n t o f c o m p u t e rr e l a yp r o t e c t i n gi sv e r yu s e f u l t h i sp a p e rc h o s et h e3 5 6 k vt r a n s f o r m e rs u b s t a t i o na ss u r ee x a m p l e t o s t u d yt h ec o m p u t e rs u p e r v i s es y s t e mo ft r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n d i s c u s s t h e s i g n a lg a t h e r i n g ，t r a n s f o r m o f a n a l o gs i g n a l s a n dt h e c o m p u t a t i o n m e t h o d so fd i s c r e t es i g n a li nt h es e c o n dc h a p t e r i n t r o d u c et h ed e s i g no f t r a n s f o r m e rs u b s t a t i o na n dt h ec o n f i g u r eo ft h es o f t w a r ea n dh a r d w a r ea n d i n t r o d u c et h ew o r k t h e o r y a n df u n c t i o n o ft h e e q u i p m e n t i nt h et h i r d c h a p t e r a n a l y s i s t h e a d v a n t a g e a n d s h o r t a g e o ft h i s e q u i p m e n t a n d c o n v e n t i o n a le q u i p m e n t ，d e e p l ys t u d yt h et e c h n o l o g yo fa n t i - j a m m i n g ，a n d p o i n t o u tt h em e t h o d s ，b a s e do nt h ea b o v ea n a l y s i s ，b r i n gf o r w a r dt h e t e c h n o l o g yo ft h es e l f - f i ta n dt h ea r i t h m e t i co ff a i l u r eo r i e n t a t i o nt ob r i n g i n t oe f f e c ti nt h et r a n s f o r m e rs u b s t a t i o np r o t e c t i n g k e yw o r d s ：t r a n s f o r m e r s u b s t a t i o n ，m i c r o c o m p u t e r ，p r o t e c t ，m o n i t o r 声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下进行的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的资料。对其他 同志给予的帮助在论文中已做明确说明并表示谢意。 本人签名： 日期： 东北大学工程硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 微机继电保护技术的发展概况 近几十年来，数字电子计算机技术发展很快。计算机技术的应用己 广泛而深入地影响着科学技术、生产和生活的各个领域。它给各部门的 面貌带来了巨大的并且往往是质的变化。计算机技术同样影响到继电保 护技术的发展。 计算机在电力系统中，除用作故障分析和性能分析外，1 9 6 5 年开始 就有人倡议用计算机构成继电保护。7 0 年代初，计算机继电保护的研究 工作主要是作理论探索及在实验室作样机试验，只有个别单位作了一些 现场试验。在这个阶段，人们企图用一台小型计算机实现多种保护功能 或保护多个电气设备。因为当时一台小型计算机的价格较原有的模拟式 保护装置的价格高一个数量级以上；如果不能作到一机多用，且性能特 别优越，则计算机保护就很难为人们所接受。所以当时还不具备商业性 地生产计算机继电保护装置的条件。到了7 0 年代末期，计算机出现重大 突破，大规模集成电路技术飞速发展，出现了一批功能足够强的微型计 算机，价格也大幅降低，可靠性又大为提高，这就促使计算机保护的研 究出现了热潮。同时国外已经陆续有少数样机在电力系统中试运行。微 型计算机用于继电保护逐渐趋于实用。 1 9 7 7 年臼本投入了一套以微处理机为基础的控制与继电保护装置， 全部代替了老的设备，大大减少了变电所控制室的占地，并于1 9 8 0 年初 发表了试运行结果。 8 0 年代初，各国都在这些方面继续作了很多努力，使计算机保护更 加趋于实用，国外一些厂商已开始有正式产品出售。 我国对计算机保护的研究从7 0 年代后半期开始。当时几个高等院校 和水电部南京自动化研究所的一些继电保护工作者，对国外计算机继电 保护的发展作了广泛的介绍和综述分析。7 0 年代末至8 0 年代初则广泛 地开展各种算法以至样机的研制；1 9 8 4 年上半年，华北电力学院研制的 东北大学工程硕士学位论文 第一章绪论 第一套以6 8 0 9 c p u 为基础的距离保护样机投入试运行。1 9 8 4 年底在华中 工学院召开了我国第一次计算机继电保护学术会议。标志着我国计算机 继电保护进入了重要的发展阶段。后来又有更多的高等院校和厂家作了 许多探索，并陆续有一些微机保护装置投入试运行和正式运行，国内一 些厂家也开始正式生产微机保护产品投放市场供用户使用。目前，微机 继电保护产品正在得到日趋广泛的应用，微机继电保护技术也在蓬勃发 展。 1 2 微机继电保护技术研究的意义 电力系统由发电机、变压器、母线、输配电线路圾用电设备组成。 各电气元件及系统整体经常处于正常运行状态，但也可能出现故障或异 常运行状态。在三相交流系统中，最常见也是最危险的故障是相与相或 相与地( 或中线) 之间的非正常连接，即短路。短路总要伴随产生很大 的短路电流，同时使系统中电压大大降低。短路点的电弧及短路电流的 热效应和机械效应会直接埙坏电气设备。电压下降会破坏电能用户的正 常工作，影响产品质量。短路更严重的后果是因电压下降可能导致的电 力系统发电厂之间并列运行的稳定性遭到破坏，引起系统振荡，而致使 整个电力系统瓦解。 最常见的异常状态是电气元件的电流值超过其额定值，即过负荷状 态。长时间的过负荷会使电气元件的载流部分和绝缘材料的温度过高， 从而加速设备的绝缘老化，或者墁坏设备，甚至发展成事故。所谓事故， 是指整个系统或其中一部分的正常工作遭到破坏，以致造成对用户少送 电、停止送电或电能质量变坏到不能容许的地步，甚至造成设备埙坏和 人身伤亡。 在电力系统中，为了提高供电可靠性，防止造成上述严重后果，一 是要对电气设备进行正确的设计、制造、安装、维护和检修，力求减少 发生事故的可能性：二是对异常运行状态必须及时发现，并采取措施予 以消除；三是一但发生故障，必须迅速并有选择地切除故障元件。其中， 后两项措施都是由继电保护装置来完成的。 继电保护装置是一种自动装置，它能反应电力系统中电气元件发生 东北大学工程硕士学位论文 第一章绪论 的故障或异常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号。继电保护装 置主要有两个方面的作用。其一，是当被保护的元件发生故障时，能自 动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，以保证无故障部 分迅速恢复正常运行，并使故障元件免于继续遭受损坏。其二，是当被 保护元件出现异常运行状态时，保护装置一般经一定延时动作于发出信 号，以便值班人员采取措旌恢复正常运行。某些异常运行状态，根据人 身和设备安全的要求，必要时也作用于跳闸。 以前，传统的电力系统继电保护监控装置，是由各种类型的继电器、 控制开关、信号灯、电铃及常规仪表等组成。它用继电器保护，用开关 控制断路器分合，用信号灯、电铃、仪表等进行信号指示及联络。这种 系统由于技术落后而存在一些弊端，目前，正逐步被馓机保护监控系统 所代替。但是，由于微机继电保护监控装置尚属一种新兴技术的范畴， 它从诞生到现在总共只有三十几年的历史，而在国内生产使用只有十几 年的时间，尤其是在我厂使用时间更短，仅有一两年的时间。更加之微 电子技术的迅猛发展，使得不断有功能更强、性能更优越的新型微机产 品推出：所以，目前的微机继电保护装置，无论在产品本身的性能方面， 还是在使用与维护等方面，都必定有待进一步探索、完善与提高。因此， 对微机继电保护监控系统进行研究，不仅十分必要，而且意义非常重大。 本文以我公司新建3 5 6 k v 变电站为例，对微机保护监控系统的施工图 设计作一论述，并着重对其原理进行深入的研究和探讨。通过理论研究， 论证该系统的合理性、可靠性、先进性及其在我公司推广应用的价值， 力求发现问题并有所改进。同时，也为今后能设计出更好的供配电微机 保护监控系统奠定理论基础，为我厂供配电系统实现微机自动化贡献力 量。 1 3 微机保护监控系统的组成及工作原理 1 3 1 微机保护监控系统的硬件构成及原理 计算机继电保护的主要部分是计算机本体，它被用来分析计算电力 系统的有关电量和判定系统是否发生故障，然后决定是否发出跳闸信号。 东北大学工程硕士学位论文第一章绪论 因此，除计算机本体外，还必需配备自电力系统向计算机输入有关信息 的输入接口部分和计算机向电力系统输出控制信息的输出接口部分。此 外计算机还要输入有关计算和操作程序，输出记录的信息，以供运行人 员分析故障，即计算机还必须有人机联系部分。图1 - 1 是计算机继电保 护的总框图，它表示了计算机继电保护装置的基本构成。 计算机继电保护是一个对电磁干扰很敏感的设备，为了防止来自电 流、电压输入回路的电磁干扰。在引入电流互感器和电压互感器的电流、 图1 1 计算机继电保护的总框图 f i g l - 1 t h et o t a lf r a m e m a po fc o m p u t e rr e l a yp r o t e c t 电压时，在输入信号处理部分装设了起隔离、屏蔽作用的变换器及采取 一些相应的抗干扰措施。变换器除屏蔽作用外，还将输入的电流、电压 的最大值变换成计算机设备所允许的最大电压值。此外，为满足采样的 需要还要经过低通滤波器，然后才将有关信息输入到计算机的采样及 a d 转换部分。 数字计算机的基本功能是进行数值及逻辑运算。为了使计算机能从 电力系统的状态量的情况来判断电力系统是否发生故障，就必须将电流 互感器和电压互感器送来的电流、f e 压的模拟量变成数字量。这就需要 经过采样及a d 转换两个环节，即在时间上的离散化和在量值上的离散 化。 - 4 东北大学工程硕士学位论文 第一章绪论 键盘和板键用以送入整定值，召唤打印，临时查看程序，对数据和 程序作临时更改：信号灯和数码管则用以显示程序、数据和保护装置的 动作情况。 当实时的采样数据送入计算机系统后，计算机根据由给定的数学模 型编制的计算程序对采样数据作实时的计算分析，判断是否发生故障， 故障的范围、性质，是否应该跳闸等；然后发出跳闸命令，决定是否给 出相应信号、是否打印结果等。 1 3 2 微机保护监控系统的软件配置及原理 由于微机继电保护装置的硬件分为人机接口和保护两大部分，因此 相应的软件也就分为接口软件和保护软件两大部分。 1 3 2 1 接口软件 接口软件是指人机接口部分的软件，其程序可分为监控程序和运行 程序。执行哪一部分程序由接口面板的工作方式或显示器上显示的菜单 选择来决定。调试方式下执行监控程序，运行方式下执行运行程序。 监控程序主要就是键盘命令处理程序，是为接口插件( 或电路) 及 各c p u 保护插件( 或采样电路) 进行调节和整定而设置的程序。 接口的运行程序由主程序和定时中断服务程序组成。主程序主要完 成巡检( 各c p u 保护插件) 、键盘扫描和处理及故障信息的排列和打印。 定时中断服务程序包括了以下几个部分：软件时钟程序、以硬件时钟控 制并同步各c p u 插件的软时钟、检测各c p u 插件启动元件是否动作的 检测启动程序。所谓软件时钟就是每经1 6 6 m s 产生一次定时中断，在中 断服务程序中软件计数器加1 ，当软计数器加到6 0 0 时，秒计数加1 。 1 3 2 2 保护软件的配置 各保护c p u 插件的保护软件配置为主程序和二个中断服务程序。主 程序通常都有三个基本模块：初始化和自检循环模块、保护逻辑判断模 块和跳闸处理模块。通常把保护逻辑判断和跳闸处理模块总称为故障处 理模块。一般而言，前后二个模块，在不同的保护装置中基本上是相同的 而保护逻辑判断模块就随不同的保护装置而相差甚远。如距离保护中保 护逻辑就包含有振荡闭锁程序部分，而零序电流保护就没有振荡闭锁程 序部分。 查! ! 垄堂三堡塑主兰垡堡圭 苎二主墼 中断服务程序有定时采样中断服务程序和串行口通信中断服务程 序。在不同的保护装置中，采样算法是不相同的，采样算法有些不同或因保 护装置有些特殊要求，使得采样中断服务程序部分也不尽相同。不同保护 的通信规约不同，也会造成程序的很大差异。 1 3 2 3 保护软件的三种工作状态 保护软件有三种工作状态：运行、调试和不对应状态。不同状态时 程序流程也就不相同。有的保护没有不对应状态，只有运行和调试两种工 作状态。 当保护插件面板的方式开关或显示器菜单选择为“运行”，则该保护 就处于运行状态，其软件就执行保护主程序和中断服务程序。当选择为 “调试”时，复位c p u 后就工作在调试状态。当选择为“调试”但不复 位c p u 并且接口插件工作在运行状态时，就处于不对应状态。也就是说 保护c p u 插件与接口插件状态不对应。设置不对应状态是为了对模块插 件进行调整，防止在调试过程中保护频繁动作及告警。 1 3 2 4 中断服务程序及其配置 ( 1 ) 实时性与中断工作方式概述 绝大多数的工控计算机应用软件都采用了中断技术，微机保护装置 是实时性要求较强的工控计算机设备，更是离不开中断的工作方式。 所谓实时性就是指在限定的时间内，对外来事件能够及时作出迅速 反应的特性。如保护装置需要在限定的极短时间内完成数据采样，在限定 时间内完成分析判断并发出跳闸、合闸命令或告警信号，在其他系统对保 护装置巡检或查询时及时响应。这些都是保护装置的实时性的具体表现。 保护要对外来事件做出及时反应，就要求保护中断自己正在执行的程序， 而去执行服务于外来事件的操作任务和程序。实时性还有一种层次的要 求，即系统的各种操作的优先等级是不同的，高一级的优先操作应该首先 得到处理。显然，这就意味着保护装置将中断低层次的操作任务，去执行高 一级优先操作的任务，也就是说保护装置为了要满足实时性要求，必须采 用带层次要求的中断工作方式，在这里中断成为保护装置软件的一个重 要概念。 总之，由于外事件是随机产生的，凡需要c p u 立即响应并及时处理的 事件，必须用中断的方式可实现。 东北大学工程硕士学位论文 第一章绪论 ( 2 ) 中断服务程序的概念 对保护装置而言，其外部事件主要是指电力系统状态、人机对话、系 统机的串行通信要求。电力系统状态是保护最关心的外部事件，保护装置 必须每刻掌握保护对象的系统状态。因此，要求保护定时采样系统状态， 一般采用定时器中断方式，每经1 6 6 m s 中断原程序的运行，转去执行采样 计算的服务程序，采样结束后通过存储器中的特定存储单元将采样计算 结果传送给原程序，然后再回去执行原被中断了的程序。这种采用定时中 断方式的采样服务程序称为定时采样中断服务程序。 在采样中断服务程序中，除了有采样和计算外，通常还含有保护的启 动元件程序及保护某些重要程序。如高频保护在采样中断服务程序中安 排检查收发信机的收信情况；距离保护中还设有两健全相电流差突变元 件，用以检测发展性故障：零序保护中设有3 u 突变量元件等，因此保护的 采样中断服务程序是微机保护的重要软件组成部分。 保护装置还应随时接受工作人员的干预，即改变保护装置的工作状 态、查询系统运行参数、调试保护装置，这就是利用人机对话方式来干预 保护工作。这种人机对话是通过键盘方式进行的，常用键盘中断服务程序 来完成。有的保护装置不采用键盘中断方式，而采用查询方式。当按下键 盘时，通过硬件产生了中断要求，中断响应时就转去执行中断服务程序。键 盘中断服务程序或键盘处理程序常属于监控程序的一部分，它把被按的 键符及其含义翻译出来并传递给原程序。 系统机与保护的通信要求，实际上是属于高一层次对保护的干预。这 种通信要求常用主从式串行口通信来实现。当系统主机对保护装置有通 信要求时，或者接口c p u 对保护c p u 提出巡检要求时，保护串行通信口就 提出中断请求，在中断响应时，就转去执行串行口通信的中断服务程序。串 行通信是按一定的通信规约进行的，其通信数字帧常有地址帧和命令帧 二种。系统机或接口c p u ( 主机) 通过地址帧呼唤通信对象，被呼唤的通信 对象( 主机) 就执行命令帧中的操作任务。从机中的串行口中断服务程序 就是按照一定规约，鉴别通信地址和执行主机的操作命令的程序。 ( 3 ) 保护的中断服务程序的配置 根据中断服务程序基本概念的分析，一般保护装置总是配有定时采 样中断服务程序和串行通讯中断服务程序。对单c p u 保护，c p u 除保护 查! ! 垄兰兰璺堡主堂竺笙查 任务之外还有人机接口任务 第一章绪论 1 4 论文的主要内容 因此还可以配置有键盘中断服务程序。 本文首先介绍了微机继电保护技术在国内外的发展历史及现状，阐 明了微机继电保护装置在电力系统中所起的重要作用以及对本课题的研 究意义；并对微机继电保护装置的组成及工作原理做了简明扼要的介绍。 然后对微机继电保护技术的基础理论进行了详细的阐述。 重点对我厂变电站所使用的微机继电保护系统的施工图设计进行了 详细的叙述和研究。发现了当前微机继电保护装置所普遍存在的问题， 并提出了解决问题的办法，还对进一步提高微机继电保护装置的工作可 靠性进行了有益的探索。主要工作如下： ( 1 ) 介绍了微机继电保护技术发展概况及研究的意义；微机保护监 控系统的组成及工作原理。 ( 2 ) 阐明了微机继电保护技术基础理论，包括信号处理及微机继电 保护的算法。 ( 3 ) 详细论述了我厂新建3 5 6 k v 变电站微机保护监控系统的主站 配置、通讯管理机、主站。以变压器微机保护为例阐述了保护的配置、 保护原理及保护功能。并对操作说明做了介绍。 ( 4 ) 分析了微机保护监控系统与传统保护监控系统比较后的优缺 点，提出了提高微机保护监控系统抗干扰的措施。 ( 5 ) 对微机继电保护技术做了进一步探讨，认为自适应控制理论、 测频技术、故障定位算法在微机保护监控系统中应用，将会更加提高系 统的各方面技术性能。 东北大学工程硕士学位论文 第二章微机继电保护技术基础理论 第二章微机继电保护技术基础理论 2 1 信号处理 电力系统中的电量显然都是模拟量，而微机继电保护的实现则是基 于由微型计算机对数字量进行计算和判断。所以，为了实现计算机继电 保护，必须对来自被保护设备和线路的模拟电量进行一系列予处理，从 而得到微机所需型式的数字量提供给保护功能处理程序。 由电力系统输入到微机继电保护装置的模拟信号主要有两类，一类 是来自p t ( 或c t ) 的交流电压( 或电流) 信号，另一类是来自分压器 ( 或分流器) 的直流电压( 或电流) 信号。这些信号首先被转换成与微 型计算机相匹配的电平，通过模拟滤波削去其中的高频成份，然后由采 样保持环节将连续信号离散化。由于输入信号往往不止一个，故由多路 转换器逐个交给a d 转换器变为数字量。这些数字量还应在存储器中按 先后顺序排列以方便功能处理程序取用。这就是输入信号予处理的全过 程。 信号预处理中，还包括隔离和抑制随有用信号窜入的干扰，这对于 提高保护装置的可靠性非常重要。关于这一点，将在本文第四章第二节 进行专门讨论。 还有一类信号，如来自断路器、隔离刀闸等设备辅助触点以及其它 继电器接点的开关量信号，或者来自别的微机保护或数字设备的数字量 信号。这些信号通过干扰隔离环节，可由输入输出接口直接进入微机。 关于这一类信号本节不予讨论。本节主要讨论前一类模拟量信号的予处 珲。 2 1 1 采样定理与前置模拟滤波 2 1 1 1 采样定理 对于一个有限频宽为u c 、频谱为f ( u ) 的无限连续时间信号f ( t ) 进行时域采样，可得 一9 东北大学工程硕士学位论文 第二章微机继电保护技术基础理论 厂+ ( f ) = ，+ ( 瓦) = ，( ，) 6 。( f n 瓦) = f ( n t s ) r i o ( t h 瓦) ( 2 1 ) 而，1 + ( f ) 的频谱瓦) 是周期性的连续频谱，即 驰，= 去卜卜2 瓦u 羔 c a ) c 时，频谱 只有反复，没有一处重叠。此时，用一个中心频率为k us ( k 是有理数) 、 带宽为uc 的理想带通滤波器，就可以滤出原来形状的信号f ( t ) 来：但 当us d ( 3 4 ) 在微机保护中，动作电流i 。是取差动电流i d 作为保护动作量。在内 部故障时差动电流就是总短路电流，在外部故障时，差动电流反映了电流 互感器饱和产生的不平衡电流。因此上式i 。可用i d 代替，并在内部故障 时能满足k 。= i d i 。 d ，保护可靠动作；外部故障时k 。= i d i 。 d ( 3 5 ) 通常比率制动差动保护的整定值d 不应选得过大，否则差动保护灵 敏度将受到影响，有损于差动对变压器匝间短路的保护作用，一般d 取 o 3 o 5 。 3 2 3 装置的保护功能 3 2 3 1 高压侧电流速断保护 输入电流( a ，c 两相或a ，b ，c 三相) 中任何一相的幅值大于整定值 并达到整定延时时保护动作。 东北大学工程硕士学位论文 第三章微机保护监控系统的应用设计 3 2 3 2 高压侧过流保护 高压侧过电流保护分定时限和反时限两种模式可供选择，可通过键 盘整定，定时限保护与速断保护工作原理相同，反时限电流保护是当输 入电流( a ，c 两相或a ，b ，c 三相) 中任何一相的幅值大于反时限电流启 动值时，装置按反时限判据动作于出口， 变压器因过负荷被跳后，装置将对其过负荷的累计量进行记忆，在 变压器冷却到一定程度后，即过负荷的累计量下降到一定程度后，才能 再次投入。为满足可能的紧急投入的需要，装置设置有热复归键，按下 此键，可使记忆量部分消失( 记忆4 0 ) ，变压器可再次投运。 3 2 3 3 高压侧不平衡电流保护 针对变压器的各种不平衡故障( 极端情况下为断相和反相) ，而设置 本保护。软件上的处理可避免变压器空投时三相不同步可能引起的保护 误动。为对各种不平衡故障提供较灵敏的保护，保护定值推荐为( o 6 0 8 ) i s ，延时推荐为不小于o 2 s 。 3 2 3 4 高压侧定时限零序电流保护 采用专用零序c t ，可准确检测到一次电缆零序c t 电流，当电流超 过整定值并达到整定延时时，装置动作。该保护动作时间可选择瞬时， 也可选择固定延时；出口可选择动作于信号，也可选择动作于跳闸。 3 2 3 5 低压侧反时限零序过流保护 考虑到变压器低压侧保护一般需要与其下级终端设备的保护或熔断 器等的特性相配合，该保护提供了反时限一次曲线和反时限二次曲线两 种模式可供选择，当低压侧零序电流( 一般由专用穿心零序c t 获得) 超过反时限的启动电流时，装置按选定的反时限曲线动作于出口。 3 2 3 6 三相熔断判别 对f c 控制的变压器，三相熔断需要明确指示，装置通过下述条件 确定熔断器的熔断：变压器的运行电流突然变为零：本保护装置无跳闸 出口；分闸接点未闭合，即无手动( 或遥控) 跳接触器。条件成立则装 置发出三相熔断指示信号。 3 2 3 7 光电隔离接口 光电隔离接口主要用于变压器本身轻瓦斯、重瓦斯、温度或低电压 保护等的转接。该接口的引入可使被转接信号在保护装置上显示，并可 东北大学工程硕士学位论丈 第三章微机保护监控系统的应用设计 通过通讯网进行远传，同时接1 ：3 还可切换至信号回路，仅发信号；也可 切换到跳闸回路，执行跳闸。 3 2 3 8 快速保护母线功能 快速保护母线功能是针对6 ( 1 0 ) k v 开关柜“火烧联营”( 因故障 而使同一母线上多台断路器被连续烧毁) 现象时有发生而开发的，该装 置是在不改变其它各种保护装置性能和作用前提下，利用附加逻辑综合 判断来实现的。它在构成上不需要增加一次c t 和p t 、不需要整定计算、 不需要考虑定值配合、只需要增加几条柜问连线，装置即可提供快速保 护母线的判别量。 同一母线上的多台保护装置的判别量结合在一起，可构成( 一般在 母线的进线柜上) 快速保护母线系统。该系统对采集过来的判别量进行 综合分析和逻辑判断，如该母线区域内发生故障，将迅速动作把母线从 所在的电力系统中切除；而在母线区域外故障时，各保护仍以原有的方 式和定值动作，快速保护母线系统则会被可靠闭锁。这一系统的引入可 消除6 ( 1 0 ) k v 母线原有的保护死区，从保护的角度避免“火烧联营” 现象的出现。该系统已融入各保护装置中，由进线保护和分段保护最终 执行。 3 2 3 9 通讯 该装置配有r s 2 3 2 和r s 4 8 5 两种通讯接口，r s 2 3 2 用于与p c 机通 讯，便于对装置查询和调试，r s 4 8 5 接口用于网络通讯，采用半双工异 步方式，可互联成网络，实现三遥，满足无人值班和综合自动化的需要。 3 2 3 1 0 电气防跳功能 传统操作回路一般用电流肩动，电压保持回路实现电气防跳。需根 据断路器跳合闸回路的电流选择防跳继电器，通用性较差，况且对于断 路器跳合闸电流较小的断路器( 如德国a e g 公司的1 0 k v 断路器跳合闸 电流不大于o 2 a ) 往往很难实现。该装置的电气防跳不再需要考虑跳合 闸回路的电流，简单可靠。 3 2 3 1 1 就地及三遥功能 就地测量和遥测：装置实时测量变压器电流等电气量。正常运行时， 面板上显示电流值其他各量通过面板上的键盘可查询，即实现就地测 量功能；同时还可通过通讯网上传至后台监控系统或主网计算机系统， 查! ! 垄堂三垦翌主兰堡丝墨 即实现遥测。 第三章微机保护监控系统的应用设计 就地信号和遥信：该装置有6 个开关量输入接点，可通过实际和具 体要求通过本身自产2 4 v 接入，小车开关位置、断路器状态、弹簧储能 状态、接地刀状态、两个备用接点。开关量用于信号判断，就地( 装置 本身) 有带记忆的发光二极管指示装置动作情况，即实现就地信号功能。 同时，通过通讯网可把上述各开关量和装置动作情况等上传至后台监控 系统或( 及) 主网计算机系统，即实现遥信。 就地控制和遥控：这是指对断路器的跳合闸控制，该装置即适合传 统的用k k 开关对断路器进行控制，又适合于通过计算机网络进行遥控， 仅需在开关柜上加一就地远方转换开关，无论是就地控制还是遥控都是 通过装置本身来完成的。 3 3 操作说明 3 3 1 安装系统 安装分为两个步骤 第一步系统安装：主要是系统软件及监控软件，包括w i n d o w s 9 5 n t 、 e x c e l 、o d b c 等。 第二步系统建立：包括建立监控数据库、图形、报表、保护参数、 告警语音等。 3 3 2 启动监控系统 检查：开机前应先检查系统中所有电源开关均应处于关闭状态。 启动服务器：开监视器，开打印机，开主机。 启动主调度机工作站：开监视器，开打印机，开主机。 启动副调度机工作站：开监视器，开打印机，开主机。 启动其它工作站：开监视器，开打印机，开主机。 3 3 3 监控系统的操作 3 3 3 1 启动程序 当系统启动后，启动程序将推出主画面。推出主画面后，启动程序 4 r 东北大学工程硕士学位论文 将按系统配置读取参数 终此画面将消失。 3 3 3 2 登录窗 第三章微机保护监控系统的应用设计 并依次将s c a d a 、p i c 及其它程序调入内存，最 用鼠标点按“登录窗”将弹出或关闭“事件登录窗”，在登录窗内， 可以按鼠标右键进行下列操作：打印登录信息，清除登录信息。登录窗 内的信息以不同的颜色代表其告警级别：红色一一事故报警：深红一预 告报警：深绿一普通报警：蓝色一不告警。 3 3 3 3 音响 用鼠标点按“音响”时有两种作用：正常状态下进行音响测试，或 关闭音响。正在事故音响告警时，则确认当前事故，如果确认后没有其 它事故等待，则关闭音响，否则继续音响告警的同时推出下一事故厂站 的画面。 3 3 3 4 功能菜单 各功能菜单按当时窗口及闭锁等状态有所不同，其中“功能设置” 用于设置本工作站的功能；“启动闭锁”用于启动遥控时的防误闭锁检 查；“解除闭锁”用于解除遥控时的防误闭锁检查，解除闭锁时需要输 入监护员口令，以便在紧急状态下解除闭锁进行遥控操作。 3 3 3 5 功能设置 为本工作站设置功能，选择功能菜单中的“功能设置”弹出一个对 话窗口。根据窗口提示，按需要选择即可。如果系统中没有使用服务器， 则应选择“创建”历史数据库。选择“主机创建”时，仅当本机为主机 时才会创建历史数据库。如果选择“主机警告”，则本机为主机时才警告。 如果选择“禁止过滤器”，当开关变位或保护动作时将立即在登录告警窗 中显示，否则将延时以便判断变位原因及动作成功与否。如果选择“防 误闭锁”，则进行遥控时按照防误闭锁规则进行检验，如果不符合规则要 求则禁止遥控并指示原因；此功能也可在功能菜单中进行启动或解除。 3 3 4 口令与权限 口令权限分为六级：遥控遥调、操作监护、保护操作、保护监护、 系统维护、超级管理。系统中必需而且只能有一个超级管理员，否则每 一个人都具有超级管理员的权限，这是特别为系统刚开工时准备的，他 查苎垄兰三堡婴主兰堡堡茎 堑三主丝! ! 堡翌些苎墨丝塑壁墨堡茎 允许维护安装人员将自己设置成超级管理员。 遥控遥调：能进行遥控遥调，修改删除自己的1 3 令和名字。 操作监护：能进行遥控遥调，能进行作为遥控及五防操作的监护， 修改删除自己的口令和名字。 保护操作：能进行定值下装，修改删除自己的口令和名字。 保护监护：能进行定值下装，能进行定值下装的监护，修改删除自 己的口令和名字。 系统维护：能进行参数输入修改，遥控遥调，修改删除自己的口令 和名字。 超级管理：全能，能遥控遥调，修改自己或别人的口令名字权限， 参数输入修改，增加或删除任何操作员。 3 3 5 图形窗口( p i c 程序) 启动该程序后，进入实时监控界面一p i c 图形系统，在该界面内可 以调用接线图、棒图、曲线图。 3 3 5 1 接线图 系统一进入监控界面，就自动调出接线图，当然也可以通过单击监 控界面左上角的标有接线图标志的小图标，进入接线图画面。在该画面 中，可以任意调用图形，进行遥控、参数设定等操作。在图形的任意空 白处单击鼠标右键，选择“图形选择”，就可以调用在线图形、曲线或棒 图，也可以增加新图形，只需双击鼠标右键，选择增加、修改、删除。 选择“窗口管理”，可以增加新窗口，对窗口进行重叠或平铺。用此菜单 可以多窗口显示图形，可视性强。“图形缩放”，是对所选的图形进行任 意放大或缩小，可以对局部图形放大显示，也可以通过界面左上角的滚 动条进行放大或缩小操作。利用“全图打印”和“打印预览”可以对图 形进行打印和预览。 在某一遥测数据处单击鼠标右键，可弹出一菜单，将鼠标移至“参 数设置”，单击左键可以弹出一对话框，可以在该框内对该遥测量进行相 应的站号、点号的设置，设置完成后，用鼠标左键单击“确定”结束。 选择“人工置数”，同样弹出参数设置的对话框，所不同的是，此时光标 在“数值”处，可以任意敲入数值，用鼠标左键单击“确定”结束。此 东北大学工程硕士学位论文 第三章微机保护监控系统的应用设计 时该处的遥测数据值就变成您刚才设置的数，可以通过“自动刷新”取 消人工设置的数。在某一遥测量处，单击鼠标右键，弹出一菜单，标有 “自动刷新”、“人工置合”、“人工置分”、“检修标志”、“遥控”和“参 数修改”。将鼠标移至“参数修改”选项，单击左键，画面弹出一参数设 置对话框，可以在该框内对该遥信量进行相应的站号、点号的设置，设 置完成后，用鼠标左键单击“确定”结束，这样就完成了对该遥信量的 参数设置和修改。选择“遥控”就可以对该遥信量进行控合、控分操作， 即简单又方便。选择“人工置合”、“人工置分”，可以改变遥信对象的状 态，通过“自动刷新”可以回复。当对某遥信量进行“人工置合”、“人 工置分”、“检修标志”时该遥信量数字的颜色会发生变化。 3 3 5 2 棒图 单击监控界面左上角的标有棒图标志的小图标，进入棒图画面。单 击鼠标右键，选择“选择棒图”，将鼠标移至“棒图”处双击鼠标右键， 选择“增加棒图”，进行棒图定义，按o k 结束。再选择“设置棒图”，用 鼠标左键双击，在弹出的子菜单中，将鼠标移至“增加棒”处，单击左 键，弹出一对话框，进行棒图定义。 3 3 5 3 曲线 单击监控界面左上角的标有曲线标志的小图标，进入曲线画面，系 统默认显示当日曲线。单击鼠标右键，选择“曲线类型”，用鼠标左键单 击，在弹出的子菜单中，可以选择“当日曲线”、“历史曲线”、“实时曲 线”。单击鼠标右键，选择“图形选择”，用鼠标左键单击，选中图形， 双击鼠标右键，进行增加、修改、删除操作。选中“增加曲线”或“修 改曲线”后，输入曲线标题，再将鼠标移至“曲线定义”，出现一对话框， 选择“曲线性能”，进行相应的曲线定义。按“确定”结束。 3 3 6 微机保护窗口( r e l a y 程序) 对于变电站综合自动化系统，启动后会自动出现保护窗口；窗口中 有四项菜单项：窗口管理、指定设备、数据加载、控制命令。 在保护窗口中选择“数据加载”，弹出级联菜单：显示定值后可以把 鼠标移到指定的定值处，进行修改。在保护窗口中选择“控制命令”，弹 出一个级联菜单；选择“下装定值”后，将弹出对话框要你输入口令， 东北大学工程硕士学位论文第三章微机保护监控系统的应用设计 口令正确后即进行下装。 3 3 7 历史库记录查询( v i e w l o g 程序) 3 3 7 1 选择库 本程序提供了对下列库的查询：遥信变位库、事件记录库、遥测越 限库、遥控操作记录库、事件库、保护操作记录库。可通过鼠标左击菜 单“选择库或工具栏上的相应快捷键选择所需查询的数据库。 3 3 7 2 查询 当选定了所要查询的库后在查询栏上输入查询条件，然后鼠标左击 查询栏上的检索按钮，查询结果即可在窗口中给出。 3 3 7 3 窗口切换 如果同时打开了数个数据库查询，则主窗口中会相应的产生几个子 窗口，此时可以通过选择菜单项“窗口”再选择“平铺窗口”、“层叠窗 口”对子窗口进行重新排列。 3 3 7 4 打印 激活所要打印的含有查询结果的子窗口，选择主菜单“文件”选项 中的打印子菜单，或者直接左击工具栏上的打印按钮即可完成打印。 3 3 7 5 查看隐藏 当需要查看或隐藏工具栏、查询栏或状态栏时，可通过选择“查看” 菜单中的子菜单完成。 3 3 8 实时数据查询( v i e w l i b 程序) 该程序主要用于按数据库点表方式查询所有实时数据如：遥信状态、 遥测数据、设备运行状态等。该程序按照数据库中点号的顺序显示所有 数据实