REF541微机保护装置的原理及应用.doc

目 录一、REF541装置功能介绍：21、保护功能库32、测量功能库33、控制功能库34、监视功能库3二、REF541综自装置的结构配置：41、模拟量输入42、开关量输入43、开关量输出44、跳闸回路断线监视4三、保护定值计算概述51、变压器的反时限过电流保护62、电动机过电流保护的计算6四、应用中遇到的问题7五、装置的评价8REF541微机保护装置的原理及应用董建民1 廖平2（1、中国铝业中州分公司生产运行部，河南焦作454174；2、中南大学机电工程学院 湖南长沙410083）摘要：REF54_系列微机保护综合自动化装置（以下简称“综自装置”）是ABB公司研制生产的，又称“馈线终端”（feeder terminal），或者称为“保护继电器”（relay）。适用于中压网络的控制、保护、测量和监视，是构成变电站自动化“金字塔”(PYRAMID)的核心部件，可应用于各种类型的开关设备，如进线、母联和支路等；同时又适应于双母线、单母线以及其他复杂接线系统。REF54_分为两大类，一类以REF541、543、545为代表，为芬兰公司研制生产；另一类为德国公司开发的REF542、544系列产品。本文以REF541为例，对其基本的工作原理及在配电系统中的应用进行介绍。关键词：综自装置、功能、保护、应用 在配电系统的综合自动化系统中，REF541起着承上启下的作用。一方面不断采集该支路所在系统的三相电压、三相电流、零序电压及零序电流等模拟量，以及各开关、断路器、接地刀闸、小车位置等开关量信号，同时通过其模拟通道进行计算，产生出生产运行所需要的参数如有、无功功率，有、无功电能，功率因数及频率、谐波等，同时判断系统的运行状况是否存在故障；另一方面，通过通讯端口经光缆集中于变电站的RER103光隔离接口模块，实现向上位机的数据传输。上位机上可发出操作指令，通过逆向传输至REF541，REF541装置最终发出动作指令，实现断路器的遥控合分闸操作。一、REF541装置功能介绍：REF541综合保护装置适用于610kv的各种电网，如中性点不接地系统，中性点经消弧线圈接地系统和局部接地系统。除了保护、测量和控制、监视功能外，还提供了大量的PLC功能，使得对主回路的各种复杂保护和联锁控制很方便、更简洁地得以实现。这些功能的实现是基于各种应用软件库来完成的，每种库中包含有大量的完成各种特定功能的模块。同时综自装置本身还配置了逻辑和数学运算的标准功能库，以及用于与计算机通讯的通讯功能库。1、保护功能库保护功能库由单独的功能模块组成，各功能块之间相互独立，并具有自己的定值组和数据记录。定值的输入可在综自装置初次配置时，用外部微机通过前面板的串行通讯口与控制程序一起写入，也可在装置本身上直接操作进入“技术层”菜单进行修改。2、测量功能库保护装置的测量功能主要包括三个相电流及零序电流、三个相电压及零序电压、系统频率、三相功率及电能的测量，另外换包括一个16点的故障录波。3、控制功能库控制功能库包含32个模块，主要用于执行配电装置上可控开关设备的合、分闸命令，控制功能库为断路器和隔离开关提供控制，为开关设备提供指示，为控制逻辑提供“合分”开关量等。4、监视功能库该项功能主要用于断路器、控制回路及操动机构的状态监视，以信号形式给运行值班人员以指示。二、REF541综自装置的结构配置：1、模拟量输入REF541装置共设置了12个模拟量输入通道，用于输入主回路的电压和电流，作为保护、测量和计量使用。通道110用于所有主回路电流、电压的输入，通道11、12属于内部模拟量通道，称为虚拟通道。其作用是用来计算中性电流I0（零序电流）和残余电压U0(零序电压)。当外部设备没有安装零序电流互感器或电压互感器没有开口三角形接线时，虚拟通道可以通过三个相电流和三个相电压的测量，以计算获得零序电流或零序电压。2、开关量输入开关量的输入是受电压控制的，并与外部实行光电隔离，信号状态可根据定义设置为原态或反态。综自装置对开关量的处理，一方面通过装置内部的振荡抑制和可编程的时间过滤，排除了断路器等的弹跳造成的信号误判；另一方面，在采集到开关量变化时，同时记录输入量的状态，变化时间，输入的有效性，全面记录系统的变化状况。3、开关量输出REF541装置的输出接点共分为三种类型：HSPO，高速双极大功率输出接点，主要用于断路器等电动操作元件的合分闸操作，其中两对接点附带有控制回路断线监视功能；PO，单极或双极功率输出接点，可用于断路器或电动隔离开关的合分闸操作使用；SO，信号输出接点，包括常开（NO）、常闭（NC）和常开闭（NO/NC）转换接点。 4、跳闸回路断线监视每台综自装置上都装有两套完全相同的TCS(即跳闸回路监视)元件，分别与两对HSPO接点配合，完成合闸和分闸回路完整性的监视。该部分硬件功能主要是一个恒电流发生器，软件集成在状态监视库中，可向外部发出信号。断线监视的原理图如图一。监视装置的工作是基于恒电流注入原理。恒电流发生器强制在跳闸回路中注入一个1.5mA小电流，在跳闸接点的两端产生大于20v的电压降。当出现该回路断线时，1.5mA电流消失，那末20v的电压降也同时消失。或者其它接点的氧化、粘连等原因，造成跳闸回路电阻增大时，跳闸接点两端的电压降也会低于20v。在两种情况下，跳闸回路监视功能启动，经过预定时间延时后，发出故障信号。三、保护定值计算概述配电装置中使用最多的是两段式电流保护，其中速断部分的保护与继电保护系统没有差异。而对于过电流保护（装置中称为“过电流保护低定值段”），装置提供了四种符合IEC255-4标准的反时限特性曲线：超强反时限、强反时限、正常反时限和长反时限特性。另外提供了两种特殊型的RI和RD特性的曲线。实践中证明，正常反时限、超强反时限和强反时限三种特性应用较多。反时限过电流定值的计算，对于被保护的负载不同，算法上差别很大，现通过变压器、电动机两种不同的负载予以简单说明。1、变压器的反时限过电流保护在进行继电保护整定时，变压器负载回路一般选择10倍动作电流的时限为0.7s。通过查找GL型继电器的特性曲线，2倍动作电流时的时限为2s。确定这两个点后，通过比较几簇曲线可以发现，正常反时限中的K=0.2这条曲线与之接近。将上述两组数据代入公式（正常反时限时，0.02，0.14），于是有：t1=2.006s，t2=0.5941s，10倍时偏差较大。稍微修订k=0.21，重新计算t1=2.1061s，t2=0.6238s，误差符合要求。变压器回路过电流保护动作值的计算，与继电保护的算法一致。实践证明，正常反时限特性曲线适用于一般馈电线路和变压器保护的计算。2、电动机过电流保护的计算对于异步电动机的保护，首先要看电机的负载性质。如负载为风机类，由于该类负载起动时间一般较长，多数采用超强反时限特性；而普通负载可采用强反时限特性。如对于我公司的3ID风机，P=1000kw，Ie112A，ni=150/5，采用两相不完全星形接线，计算其过电流保护动作电流为：，取Idz.j6A由此可计算得保护装置在2倍动作电流时的时限为：由此查超强反时限特性曲线，取K=0.5或者K=0.6，仍然代入上述公式进行校核。此时，2.0，80.0，有：，故取K=0.6较合适。在实践中，针对风机类负载，我们也曾采用过其他类型的曲线，但在实际应用中效果不太理想，多数发生电机起动不起来的故障。因此，我们认为超强反时限特性曲线针对起动困难的负载是适宜的。四、应用中遇到的问题在1ID风机安装试车时，一直出现断路器即合即跳的现象，即使将断路器小车置于备用位置进行试合也是如此。现场多次检查二次接线，未发现任何错误之处。ID风机回路的保护装置采用的就是REF541。在怀疑装置本体故障情况下，邀请ABB的技术服务人员对该装置的数据再次审核和重新输入，完毕后试车故障依旧。对照图纸和现场的接线情况，重点排查能够引起断路器跳闸的回路，此时对从开关柜接到电动机控制现场的两个回路产生怀疑。其中一个标明为DL的回路是用于连锁的一对断路器辅助触点，接于现场的控制回路（交流控制）；S6为采集现场的一对接点，动作于断路器跳闸。通过分析，我们认为两个回路分属交、直流两种不同频率的信号，不应共用一根电缆；施工人员为图方便，少敷设一根控制电缆。DL中的交流信号长距离与S6信号平行感应，S6信号的线路中可感应出高达100v以上的交流电，由于S6在输入综自装置时要进行光电隔离，尽管S6是断开的，但如此高的交流电压可以使得光电隔离部分发光，装置从而判断S6已经闭合，出现即合即跳的现象。重新敷设电缆并改接线后，故障排除。通过上述应用的故障可以看出，REF541装置尽管采用了光电隔离的输入措施，保证了安全，却也出现了继电保护系统中不会出现故障的上述问题。当然，故障的最主要原因还在于交直流共用一根电缆。五、装置的评价该综自装置在我单位经过三年的使用,一致认为:装置操作简单，配置了大屏幕的LCD显示器，界面清晰，易于上手。菜单式的结构便于设备的维护和检查；运行可靠性高，技术功能比较齐全；可用于各种类型的开关设备，各种形式的接线方式和网络系统，适应性强；接线简单清晰，与开关柜配套时，除外部连接需用端子板外，几乎不需要任何电气附件，使二次回路的故障率降到了最低程度，设备维护和检修的工作量大幅度降低。但是，装置的英语环境也为值班人员操作带来了障碍。参考文献：1、工业与民用配电设计手册（第二版），中国航空工业规划设计研究院编制，中国电力出版社出版2、工业企业供电，吉林电气化高等专科学校 丁昱主编，冶金工业出版社出版3、工厂供电，陕西机械学院苏文成主编，机械工业出版社出版4、中州铝厂开关柜设备原理接线图集，厦门ABB开关有限公司5、REF541,543,545 Protection, Monitoring and Control Technical Reference Manual，