山钢10kv供电所的微机继电保护

毕业设计（论文）山钢10KV供电所的微机继电保护学院（系）_电子信息工程学院专业_电气工程及其自动化_2012年6月14日毕业设计（论文）任务书学院（直属系）电子信息工程学院时间2012年3月6日学生姓名指导教师设计（论文）题目山钢10KV供电所的微机继电保护主要研究内容山西钢铁建设有限公司的10KV供电所系统中，微机继电保护装置的比较和选用，并对该装置在不同工作条件下的动作电流进行整定计算研究方法通过对供电所继电保护进行软件、硬件设计，选取合适的微机继电保护装置主要技术指标或研究目标对山钢10KV供电所的继电保护部分进行工程设计并实现教研室意见教研室主任（专业负责人）签字年月日说明一式两份，一份装订入学生毕业设计（论文）内，一份交学院（直属系）。目录摘要IABSTRACTII第一章绪论111引言112供电系统继电保护研究现状1121微机保护的优点2122微机保护装置的特点313微机保护装置的种类414微机继电保护的发展方向7141计算机化7142网络化8143保护、控制、测量、数据通信一体化9144智能化1015课题研究的主要内容11第二章供电系统继电保护综述1221供电系统继电保护主要功能1222硬件实现方案13221微机继电保护装置13222计算机监控系统1423软件实现方案18231微机继电保护软件设计18232监控系统软件功能18第三章主要器件的选择和性能介绍2131SEPAM1000S20综合继电保护系统21311SEPAM1000S20系列的特点21312SEPAM1000S20系列模块化连接2132CV1高压断路器2233C4监控系统2434其他主要设备25341高压配电柜KYN281225342低压配电柜GCK25343常熟开关有限公司CMIZ系列智能型塑壳断路器26第四章变配电站的系统设计284110KV供电系统的设计2841110KV供电系统技术现状2841210KV的一次接线设计284204KV的电路设计29421低压配电系统技术现状29422低压配电系统的电路设计2943微机继电保护装置的设计31431微机继电保护装置的技术现状31432微机继电保护装置的设计3144计算机监控系统的设计35441计算机监控系统技术现状35442计算机监控系统的设计35第五章电流的整定计算及参数设置3751保护装置动作电流的整定37511动作电流整定的基本要求37512动作电流整定的计算3752微机保护装置的功能要求及设置43521微机保护装置的功能要求44522微机保护装置的功能的设置4553监控系统的功能要求及设置46531监控系统基本功能要求46532监控系统基本功能设置46第六章总结49致谢52摘要10KV/04KV供电系统是电力系统的一部分。它能否安全、稳定、可靠地运行，不但直接关系到企业用电的畅通，而且涉及到电力系统能否正常的运行。为了确保10KV供电系统的正常运行，必须正确设置继电保护装置。本文以山西钢铁建设有限公司的10KV供电所为研究对象，介绍了在工厂10KV供电系统中微机继电保护装置的工程设计及实现。对系统中应用的微机继电保护装置的主要性能以及动作电流的整定计算进行了介绍。本文完成的主要工作具体为微机继电保护装置的比较和选用，并对该装置在不同工作条件下的动作电流进行整定计算，最终将结果应用到实际工程当中，对山钢10KV供电所的继电保护部分进行工程设计并实现。此外，本文还对继电保护装置的发展概况、基本要求和应用领域都做了比较详尽的论述，并将其应用到了对不同线路要求的控制中。关键词微机继电保护装置；动作特性；动作电流；SEPAM1000S20ABSTRACT10/04KVPOWERSUPPLYSYSTEMISONEPARTOFTHEPOWERSYSTEM,ITSSAFETY,STABILITYANDRELIABLEOPERATION,NOTONLYDIRECTLYRELATEDTOTHENORMALUSEOFELECTRICITYFORENTERPRISE,BUTALSORELATEDTOTHESTABILITYOFPOWERSYSTEMINORDERTOENSURETHENORMALOPERATIONOFTHE10KVPOWERSUPPLYSYSTEM,THERELAYPROTECTIONDEVICEMUSTBESETCORRECTLYTHISPAPERTAKINGTHE10KVELECTRICITYSUBSTATIONOFSHANXISTEELCONSTRUCTIONCO,LTDASTHERESEARCHOBJECT,INTRODUCEDTHEDESIGNOFTHISPROJECTANDITSIMPLEMENTATIONOFTHEMICROPROCESSORBASEDRELAYPROTECTIONIN10KVSYSTEM,THENINTRODUCEDTHEMAINPERFORMANCEOFTHEMICROPROCESSORBASEDRELAYPROTECTIONUSEDINTHISSYSTEMANDTHESETTINGOFACTIONCURRENTCALCULATIONTHEMAINPARTOFTHISARTICLEISTHECOMPARISONANDADOPTIONOFMICROPROCESSORBASEDRELAYPROTECTIONANDSETTINGCALCULATIONSOFACTIONCURRENTINDIFFERENTWORKINGENVIRONMENTSITAIMEDTOAPPLYTHERESULTSTOPRACTICALPROJECTSANDDESIGNTHE10KVELECTRICITYSUBSTATIONOFSHANXISTEELCONSTRUCTIONCO,LTDANDMAKEITPRACTICALINADDITION,THISARTICLEALSONARRATEDINDETAILOFTHEDEVELOPMENTOFTHERELAYPROTECTION,ITSBASICREQUIREMENTSANDAPPLICATIONSAREA,WHICHHASBEENUSEDINDIFFERENTLINESKEYWORDSMICROPROCESSORBASEDRELAYPROTECTION，ACTIONCURRENT，SEPAM1000S20第一章绪论11引言随着我国国民经济的持续增长，人民生活水平不断提高，各种新型家用电器和高新科技设备也越来越多，各种场所对电力的需求不断加大，人们对供电质量的要求也越来越高，10KV供电站在实际工程中被大量使用，由于该级供电站在配电网中的承上启下的作用，如何提高该级供电站运行的稳定性和可靠性，成为广大用户普遍关心的问题。在10KV系统中装设继电保护装置的主要作用是通过缩小事故范围或预报事故的发生，来达到提高系统运行的可靠性，并最大限度地保证供电的安全和不间断。可以想象，利用熔断器去完成上述任务是不能满足要求的，因为熔断器的安秒特性不甚完善，熄灭高压电路中强烈电弧的能力不足，甚至有使故障进一步扩大的可能，同时还延长了停电的时间。只有采用继电保护装置才是最完美的措施。因此，在10KV系统中的继电保护装置就成了供电系统能否安全可靠运行的不可缺少的重要组成部分。目前，一般企业高压供电系统中均为10KV系统。除早期建设的10KV系统中，较多采用的是直流操作的定时限过电流保护和瞬时电流速断保护外，近些年来飞速建设的电网上一般均采用了环网或手车式高压开关柜，继电保护方式多为交流操作的反时限过电流保护装置。很多重要企业供电方式为双路10KV电源、高压母线分段但不联络或虽能联络但不能自动投入，在系统供电的可靠性、故障响应的灵敏性、保护动作的选择性、切除故障的快速性以及运行方式的灵活性、运行人员的熟练性上都存在着一些急待解决的问题。随着科学技术的不断发展，各种类型的继电保护技术不断提高和完善，尤其是在90年代出现了微机控制的继电保护，使得正确选用和合理设置微机继电保护装置也成为应用领域中一项重要的工作，从而使本课题的研究，以及在工程实践中设计与实现具有一定的现实意义。12供电系统继电保护研究现状电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力，因此，继电保护技术得天独厚，在40余年的时间里完成了发展的4个历史阶段。50年代，我国工程技术人员创造性地吸收、消化、掌握了国外先进的继电保护设备性能和运行技术，建成了一支具有深厚继电保护理论造诣和丰富运行经验的继电保护技术队伍，这是机电式继电保护繁荣的时代，为我国继电保护技术的发展奠定了坚实基础。60年代中期到80年代中期是晶体管继电保护蓬勃发展和广泛采用的时代。其中天津大学与南京电力自动化设备厂合作研究的50OKV晶体管方向高频保护和南京电力自动化研究院研制的晶体管高频闭锁距离保护，运行于葛洲坝500KV线路上，结束了500KV线路保护完全依靠从国外进口的时代。70年代中期，基于集成运算放大器的集成电路保护已开始研究。到80年代末集成电路保护已形成完整系列，逐渐取代晶体管保护。到90年代初集成电路保护的研制、生产、应用仍处于主导地位，这是集成电路保护时代。从70年代末我国即已开始了计算机继电保护的研究3，高等院校和科研院所起着先导的作用。华中理工大学、东南大学、华北电力学院、西安交通大学、天津大学、上海交通大学、重庆大学和南京电力自动化研究院都相继研制了不同原理、不同型式的微机保护装置。1984年原华北电力学院研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定，并在系统中获得应用，揭开了我国继电保护发展史上新的一页，为微机保护的推广开辟了道路。在主设备保护方面，东南大学和华中理工大学研制的发电机失磁保护、发电机保护和发电机、变压器组保护也相继于1989、1994年通过鉴定，投入运行。南京电力自动化研究院研制的微机线路保护装置也于1991年通过鉴定。天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的微机相电压补偿式方向高频保护，西安交通大学与许昌继电器厂合作研制的正序故障分量方向高频保护也相继于1993、19年通过鉴定。至此，不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护各具特色，为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置。随着微机保护装置的研究，在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果。可以说从90年代开始我国继电保护技术己进入了微机保护的时代。121微机保护的优点综合微机保护装置的优点，主要有以下几个方面1可靠性高一种微机保护单元可以完成多种保护与监测功能。代替了多种保护继电器和测量仪表，简化了开关柜与控制屏的接线，从而减少了相关设备的故障环节，提高了可靠性。微机保护单元采用高集成度的芯片，软件有自动检测与自动纠错功能，也有提高了保护的可靠性。2精度高，速度快，功能多测量部分数字化大大提高其精度，CPU速度提高可以使各种事件以MS来计时，软件功能的提高可以通过各种复杂的算法完成多种保护功能。3灵活性大通过软件可以很方便的改变保护与控制特性，利用逻辑判断实现各种互锁，一种类型硬件利用不同软件，可构成不同类型的保护。4维护调试方便硬件种类少，线路统一，外部接线简单，大大减少了维护工作量，保护调试与整定利用输入按键或上方计算机下传来进行，调试简单方便。5经济性好，性能价格比高由于微机保护的多功能性，使变配电站测量、控制与保护部分的综合造价降低。高可靠性与高速度，可以减少停电时间，节省人力，提高了经济效益。122微机保护装置的特点微机保护装置除了具有上述微机保护的优点之外，与同类产品比较具有以下特点1品种齐全微机保护装置，品种特别齐全，可以满足各种类型变配电站的各种设备的各种保护要求，这就给变配电站设计及计算机联网提供了很大方便。2硬件采用最新的芯片提高了技术上的先进性，CPU采用80C196KB，测量为14位A/D转换，模拟量输入回路多达24路，采到的数据用DSP信号处理芯片进行处理，利用快速傅氏变换，得到基波到8次的谐波，特殊的软件自动校正，确保了测量的高精度。利用双口RAM与CPU变换数据，就构成一个多CPU系统，通信采用CAN总线。具有通信速率高可达100MHZ，一般运行在80或60MHZ抗干扰能力强等特点。通过键盘与液晶显示单元可以方便的进行现场观察与各种保护方式与保护参数的设定。3硬件设计在供电电源、模拟量输入、开关量输入与输出、通信接口等方面采用了特殊的隔离与抗干扰措施，抗干扰能力强，除集中组屏外，还可以直接安装于开关柜上。4软件功能丰富，除完成各种测量与保护功能外，通过与上位处理计算机配合，可以完成故障录波L秒高速故障记录与9秒故障动态记录，谐波分析与小电流接地选线等功能。5可选用RS232、RS485和CAN通信方式，支持多种远动传输规约，方便与各种计算机管理系统联网。6采用宽温带背景240X128大屏幕LCD液晶显示器，操作方便、显示美观。7集成度高、体积小、重量轻，便于集中组屏安装和分散安装于开关柜上。13微机保护装置的种类在现阶段的微机保护技术状况下，微机保护装置共分为四大类线路保护装置、主设备保护装置、测控装置以及管理装置单元。各类保护装置主要类型归纳如下（1）线路保护装置线路保护装置主要类型如图11。线路保护装置微机线路保护装置微机电容保护装置微机方向线路保护装置微机零序距离线路保护装置微机横差电流方向线路保护装置图11线路保护装置类型（2）主设备保护装置主设备保护装置主要类型如图12。主设备保护装置微机变压器后备保护装置微机发电机差动保护装置微机发电机后备保护装置微机电动机后备保护装置微机电动机差动保护装置微机三绕组变压器差动保护装置微机双线绕组变压器差动保护装置微机电动机保护装置微机（厂）站线用变保护装置图12主设备保护装置类型（3）测控装置测控装置主要类型如图13。测控装置微机遥调装置微机自动准周期装置微机备自投装置微机PT切换装置微机脉冲电度测量装置微机遥信遥控装置微机遥测遥控装置微机多功能变送测量装置微机解列装置图13测控装置类型（4）管理装置单元管理装置单元主要类型如图14。管理装置单元通信单元管理单元双击管理单元图14管理装置单元微机保护装置的通用技术要求和指标工作环境、电源、技术参数、装置结构以及主要功能保护性能指标、主要保护功能、保护原理、定值与参数设定，以及外部接线端子与二次图在相关产品的说明书中都有详细的说明。14微机继电保护的发展方向继电保护技术未来的发展方向是向计算机化，网络化，保护、控制、测量、数据通信一体化以及智能化方向发展。141计算机化随着计算机硬件的迅猛发展，微机保护硬件也在不断发展。原华北电力学院研制的微机线路保护硬件已经历了3个发展阶段从8位单CPU结构的微机保护问世，不到5年时间就发展到多CPU结构，后又发展到总线不出模块的大模块结构，性能大大提高，得到了广泛应用。华中理工大学研制的微机保护也是从8位CPU，发展到以工控机核心部分为基础的32位微机保护。南京电力自动化研究院一开始就研制了16位CPU为基础的微机线路保护，已得到大面积推广，目前也在研究32位保护硬件系统。东南大学研制的微机主设备保护的硬件也经过了多次改进和提高。天津大学一开始即研制以16位多CPU为基础的微机线路保护，1988年即开始研究以32位数字信号处理器DSP为基础的保护、控制、测量一体化微机装置，目前己与珠海晋电自动化设备公司合作研制成一种功能齐全的32位大模块，一个模块就是一个小型计算机。采用32位微机芯片并非只着眼于精度，因为精度受A/D心转换器分辨率的限制，超过16位时在转换速度和成本方面都是难以接受的；更重要的是32位微机芯片具有很高的集成度，很高的工作频率和计算速度，很大的寻址空间，丰富的指令系统和较多的输入输出口。CPU的寄存器、数据总线、地址总线都是32位的，具有存储器管理功能、存储器保护功能和任务转换功能，并将高速缓存CACHE和浮点数部件都集成在CPU内。电力系统对微机保护的要求不断提高，除了保护的基本功能外，还应具有大容量故障信息和数据的长期存放空间，快速的数据处理功能，强大的通信能力，与其它保护、控制装置和调度联网以共享全系统数据、信息和网络资源的能力，高级语言编程等。这就要求微机保护装置具有相当于一台PC机的功能。在计算机保护发展初期，曾设想过用一台小型计算机做成继电保护装置。由于当时小型机体积大、成本高、可靠性差，这个设想是不现实的。现在，同微机保护装置大小相似的工控机的功能、速度、存储容量大大超过了当年的小型机，因此，用成套工控机做成继电保护的时机已经成熟，这将是微机保护的发展方向之一。天津大学已研制成用同微机保护装置结构完全相同的一种工控机加以改造做成的继电保护装置。这种装置的优点有1具有486PC机的全部功能，能满足对当前和未来微机保护的各种功能要求。2尺寸和结构与目前的微机保护装置相似，工艺精良、防震、防过热、防电磁干扰能力强，可运行于非常恶劣的工作环境，成本可接受。3采用STD总线或PC总线，硬件模块化，对于不同的保护可任意选用不同模块，配置灵活、容易扩展。继电保护装置的微机化、计算机化是不可逆转的发展趋势。但对如何更好地满足电力系统要求，如何进一步提高继电保护的可靠性，如何取得更大的经济效益和社会效益，尚须进行具体深入的研究。142网络化计算机网络作为信息和数据通信工具已成为信息时代的技术支柱，使人类生产和社会生活的面貌发生了根本变化。它深刻影响着各个工业领域，也为各个工业领域提供了强有力的通信手段。到目前为止，除了差动保护和纵联保护外，所有继电保护装置都只能反应保护安装处的电气量。继电保护的作用也只限于切除故障元件，缩小事故影响范围。这主要是由于缺乏强有力的数据通信手段。国外早已提出过系统保护的概念，这在当时主要是指安全自动装置。因为继电保护的作用不只限于切除故障元件和限制事故影响范围这是首要任务，还要保证全系统的安全稳定运行。这就要求每个保护单元都能共享全系统的运行和故障信息的数据，各个保护单元与重合闸装置在分析这些信息和数据的基础上协调动作，确保系统的安全稳定运行。显然，实现这种系统保护的基本条件是将全系统各主要设备的保护装置用计算机网络联接起来，亦即实现微机保护装置的网络化。这在当前的技术条件下是完全可能的。对于一般的非系统保护，实现保护装置的计算机联网也有很大的好处。继电保护装置能够得到的系统故障信息愈多，则对故障性质、故障位置的判断和故障距离的检测愈准确。对自适应保护原理的研究己经过很长的时间，也取得了一定的成果，但要真正实现保护对系统运行方式和故障状态的自适应，必须获得更多的系统运行和故障信息，只有实现保护的计算机网络化，才能做到这一点。对于某些保护装置实现计算机联网，也能提高保护的可靠性。天津大学1993年针对未来三峡水电站500KV超高压多回路母线提出了一种分布式母线保护的原理，初步研制成功了这种装置。其原理是将传统的集中式母线保护分散成若干个与被保护母线的回路数相同母线保护单元，分散装设在各回路保护屏上，各保护单元用计算机网络联接起来，每个保护单元只输入本回路的电流量，将其转换成数字量后，通过计算机网络传送给其它所有回路的保护单元，各保护单元根据本回路的电流量和从计算机网络上获得的其它所有回路的电流量，进行母线差动保护的计算，如果计算结果证明是母线内部故障则只跳开本回路断路器，将故障的母线隔离。在母线区外故障时，各保护单元都计算为外部故障均不动作。这种用计算机网络实现的分布式母线保护原理，比传统的集中式母线保护原理有较高的可靠性。因为如果一个保护单元受到干扰或计算错误而误动时，只能错误地跳开本回路，不会造成使母线整个被切除的恶性事故，这对于像三峡电站具有超高压母线的系统枢纽非常重要。由上述可知，微机保护装置网络化可大大提高保护性能和可靠性，这微机保护发展的必然趋势。143保护、控制、测量、数据通信一体化在实现继电保护的计算机化和网络化的条件下，保护装置实际上就是一台高性能、多功能的计算机，是整个电力系统计算机网络上的一个智能终端。它可从网上获取电力系统运行和故障的任何信息和数据，也可将它所获得的被保护元件的任何信息和数据传送给网络控制中心或任一终端。因此，每个微机保护装置不但可完成继电保护功能，而且在无故障正常运行情况下还可完成测量、控制、数据通信功能，亦即实现保护、控制、测量、数据通信一体化。目前，为了测量、保护和控制的需要，室外变电站的所有设备，如变压器、线路等的二次电压、电流都必须用控制电缆引到主控室，所敷设的大量控制电缆不但要大量投资，而且使二次回路非常复杂。但是如果将上述的保护、控制、测量、数据通信一体化的计算机装置，就地安装在室内变电站的被保护设备旁，将被保护设备的电压、电流量在此装置内转换成数字量后，通过计算机网络送到主控室，则可免除大量的控制电缆。如果用光纤作为网络的传输介质，还可免除电磁干扰。现在光电流互感器OTA和光电压互感器OTV已在研究试验阶段，将来必然在电力系统中得到应用。在采用OTA和OTV的情况下，保护装置应放在距OTA和OTV最近的地方，亦即应放在被保护设备附近。OTA和OTV的光信号输入到此一体化装置中并转换成电信号后，一方面用作保护的计算判断另一方面作为测量量，通过网络送到主控室。从主控室通过网络可将对被保护设备的操作控制命令送到此一体化装置，由此一体化装置执行断路器的操作。1992年天津大学提出了保护、控制、测量、通信一体化问题，并研制了以TMS320C25数字信号处理器DSP为基础的一个保护、控制、测量、数据通信一体化装置。144智能化近年来，人工智能技术如神经网络、遗传算法、进化规划、模糊逻辑等在电力系统各个领域都得到了应用，在继电保护领域应用的研究也已开始。神经网络是一种非线性映射的方法，很多难以列出方程式或难以求解的复杂的非线性问题，应用神经网络方法则可迎刃而解。例如在输电线两侧系统电势角度摆开情况下发生经过渡电阻的短路就是一个非线性问题，距离保护很难正确作出故障位置的判别，从而造成误动或拒动如果用神经网络方法，经过大量故障样本的训练，只要样本集中充分考虑了各种情况，则在发生任何故障时都可正确判别。其它如遗传算法、进化规划等也都有其独特的求解复杂问题的能力。将这些人工智能方法适当结合可使求解速度更快。天津大学从1966年起进行神经网络式继电保护的研究，已取得初步成果。可以预见，人工智能技术在继电保护领域必会得到应用，以解决用常规方法难以解决的问题。15课题研究的主要内容10/04KV变配电站在整个供电系统中主要是作为用户端的变压和配电用，它直接为广大用户提供可直接使用的电压，因此在供电系统中对10/04KV变配电站进行了大量使用，本课题针对该类型变配电站的微机继电保护系统进行设计并予以实现。本文主要作了如下工作在简单介绍了工厂的供配电特点的基础上，对供配电系统的主要功能、硬件及软件的功能进行了阐述，对硬件、软件的实现方案进行了比较详尽的叙述。对主要器件的特性和功能结合使用要求进行了分析比较，从经济性、先进性、可操作性和稳定性方面进行了全面的选择。主要对高压侧采用的SCHNEIDER电气公司的SEPAM1000S20综合继电保护系统的特性和功能以及常熟开关有限公司的CV1真空高压断路器的特性和功能进行了分析比较，对KYN2812铠装敷铝锌板高压中置柜的主要技术指标进行了比较，低压侧对常熟开关有限公司CM1Z智能型低压塑壳断路器的特性和功能进行了分析比较，对GCK低压配电柜的参数进行了分析。分析了高压供电系统、低压配电系统技术现状以及继电保护装置和监控系统技术现状，完成了变配电系统的高压、低压一次接线设计以及继电保护和监控系统的设计。由于各个变配电站分布位置相对分散，对系统运行的稳定性和实时监测以及故障情况的及时判断、了解、处理相对较难，因此采用了C4微机控制系统，通过遥测、遥信、遥讯、遥控对电网实施实时监控，以最快的速度了解并解决各站各回路的运行情况和故障根据所采取的保护模式对系统中的主要数据进行了计算及整定，对系统保护和监控的主要功能进行了设置，并进行了现场的安装调试和运行检查。第二章供电系统继电保护综述21供电系统继电保护主要功能本课题为“山钢10KV供电站的微机继电保护”。根据工厂供电的特点，。采用两路10KV高压进线，经10/10KV稳压过滤后以10/04KV变配电，整个系统采用环网模式运行，以提高供电的可靠性和稳定性。本项目主要由电力变压器、配电装置、二次系统及必要的附属设备组成，为保证用电高峰时的正常用电以及用电低谷时运行的经济性，考虑采用两台不同容量的变压器并联或单独工作，系统运行状况在总站被监督并可以进行实时相关操作。变配电站继电保护能够在变配电站运行过程中发生故障三相短路、两相短路、单相接地等和出现不正常现象时过负荷、过电压、低电压、低周波、瓦斯、超温、控制与测量回路断线等，迅速有选择性发出跳闸命令将故障切除或发出报警，从而减少故障造成的停电范围和电气设备的损坏程度，保证电力系统稳定运行。变配电站综合自动化系统的管理计算机通过通信电缆与安装在现场的所有微机保护与监控单元进行信息交换。管理计算机可以向下发送遥控操作命令与有关参数修改，随时接受微机保护与监控单元传上来的遥测、遥信与事故信息。管理计算机就可通过对信息的处理，进行存盘保存，通过记录打印与画面显示，还可以对系统的运行情况进行分析，通过遥信可以随时发现与处理事故，减少事故停电时间，通过遥控可以合理调配负荷，实现优化运行，从而为实现现代化管理提供了必须的条件。220/380V低压配电系统的保护现在仍采用低压断路器，因此220/380V只有监控没有保护。监控包括电流、电压、电度、频率、功率、功率因数、温度等测量遥测，开关运行状态，事故跳闸，报警与事故预告过负荷、超温等报警（遥信）与电动开关远方合分闸操作（遥控）等三个内容（简称三遥），而没有保护。22硬件实现方案221微机继电保护装置微机继电保护装置一般采用插件式结构，通常包含交流变换插件、模数转换和微处理器插件、人机管理插件、开关量输入插件、电源插件和继电器插件等。尽管不同厂家的产品采用的微处理器和模数转换方式可能不同，但微机保护装置的结构却基本相同。典型的微机保护装置结构框图如图22所示。模数转换微机遥调装置微机自动准周期装置微机备自投装置微机PT切换装置微机脉冲电度测量装置微机遥信遥控装置低通滤波交流变换信号输入微机遥信遥控装置模数转换模数转换模数转换模数转换信号输出图22典型的微机保护装置结构图其中模数转换包括A/D和VFC两种不同方式，其工作原理如图23所示。开关量输入和开关量输出一般都经过光电隔离，以增强抗干扰能力。LFS/HMUXA/DVI数据总线（A）多路转换采样保持的A/D转换方式浪涌吸收VFC光耦计数器VI数据总线（B）VFC数据采集方式图23微机保护的两种数据采集模式随着微处理器技术的发展，内部集成的资源越来越多，一个处理器芯片往往就是一个完整的微处理器系统，使得硬件设计变得非常简单。较复杂的微机保护装置通常采用多CPU结构。多个保护CPU通过串行通讯总线与人机管理CPU相连。通过装置面板上的键盘和液晶显示实现对保护CPU的调试与定值设置。人机管理CPU设计通过现场通信总线与调度直接连接，便于实现变电站无人值守和综合自动化。222计算机监控系统对35KV以下的高压中心配电站主进、出线、母联可采用电力综合仪表来实现遥测、遥信、遥控功能。该仪表与CT、PT直接相连，采集高精度交流信号，经过离散数学计算，即可测量出各个回路电量参数（测量精度为05），该仪表具有八路开关量输入，四路继电器输出，同时带有自检功能，可与综合继电保护装置配合使用。如一般在高压10KV中心配电站的主进、母联以及出线柜中采用电力综合仪表与综合继电保护装置进行配合使用，来实现高压10KV中心配电站的监测与保护要求，具体接线如图24所示。图24电力综合仪表与综合继电保护装置的接线图说明综合继电保护装置输出继电器B内的辅助点端子为68，69引至电力综合仪表，提供接地故障跳闸信号。综合继电保护装置输出继电器C内的辅助点端子为80，81引至电力综合仪表，提供过电流跳闸报警信号。综合继电保护装置输出继电器E内的辅助点端子为74，75引至电力综合仪表。提供电流速断跳闸信号。综合继电保护装置输出继电器F内的辅助点端子为70，72引至电力综合仪表，提供综合继电保护器内部故障跳闸信号。中断路器的分合闸状态、手车工作位置、电机储能状态以及接地刀闸位置，同时对综合继电保护装置中的故障跳闸信号和内部故障进行采集、分析，给予报警，并显示该回路的故障类型。实现该回路的“遥信”；由图24可知（1）CT、PT直接接人电力综合仪表测量回路中，即可测量出该回路的电量参数。实现该回路的“遥测”；（2）该仪表的八路开关量输入分别采集该柜；（3）该仪表的继电器输出分别接至断路器的分、合闸线圈上，实现断路器的远程控制，即断路器的“遥控”。根据电力综合仪表的功能特点也可实现低压配电出线回路的“三遥”功能，因配电室低压出线回路较多，故采用该仪表分散安装于开关柜内，分别对各回路实现“三遥”功能。模块集中组屏，可方便电力管理者对低压站出线回路集中管理。1、遥信利用开关量采集输入模块采集各出线回路开关分合闸状态、开关故障报警信号、失压报警信号、过压报警信号以及框架式开关的位置，并对变压器的风机状态、高温、超高温信号等开关量实现监控，一个单独模块可采集16路开关状态。具体接线方式如图25所示图25开关量采集模块接线原理2、遥测（1）通过电流量输人采集模块采集各出线回路的各相电流，单个模块可采集16回路电流。具体接线方式如图26所示。图26电流量采集模块接线原理图每一个回路可以由电流量输入模块采集该回路的电流，并根据测量的实际电压、功率因数等来计算该回路的实际用电量（2）通过模拟量输入模块采集变压器的温度信号、湿度信号以及液位信号等模拟量信号各个模拟量信号需有4，20MA或05V输出。3、遥控通过继电器控制输出模块分别对低压各出线回路带有电动操作机构、失压脱扣器的开关实现开关的远程分、合闸功能。单个模块共有16路继电器输出具体接线方式如图27所示。图27继电器控制输出模块接线原理图现场管理机在本系统中位于中央管理机与各模块之间，作为一级底层控制单元，增加系统的可靠性。其功能是进行现场调试，利用现场管理机动性对各模块进行现场参数整定，独立完成现场显示工作，并将信号整理后通过ILS485通讯线发送给中央管理机，同时接受中央管理机所下达的命令。可作为中央管理机的备用机，具有显示功能、自检功能。23软件实现方案该变配电系统软件设计方面主要分为微机继电保护和监控系统两部分。这部分的软件实现各厂家在产品的设计实现过程中均已编写好程序，这里不作简单的重复，大概予以介绍。231微机继电保护软件设计微机型继电保护实验装置的软件设计有三方面的内容（1）实现微机保护数据采样和预处理的DSP程序，包括半周积分算法、全周傅氏算法、解微分方程算法等多种算法，不同算法的精度和速度有所差别，在实验时可以灵活选用；（2）保护逻辑判断原理程序，所有实现各种保护原理的程序都存放在PC104中高速存取的CF卡上，不同保护原理对应不同的程序模块；（3）实验微机操作平台的辅助教学软件采用多媒体技术，把采样数据处理成表单或曲线图的形式，将动作过程处理成动画形式，可以帮助实验人员获得直观、形象的感性认识，加深对抽象的继电保护实验原理的理解，同时内部的信号分析工具，还可以显示电气量的向量关系、信号的频谱等，便于研究人员进行深入的离线分析。232监控系统软件功能配电站计算机监控系统所安装的监控软件是基于WINDOWS环境下的电力系统专用组态软件，能够运行在MICROSOFTWINDOWS9X、NT、2000、XP平台上。给用户提供的是全中文界面，简洁的画面设计、灵活的组态方式，高性能DDE驱动程序，支持诸多工控产品，并遵循开放式数据库联接ODBC标准。允许通过第三方，如MICROSOFTACCESS，SQLSERVER，ORACLE等访问本系统数据库。因而它带给您的是像WORD、EXCEL等软件轻松、实用、高效的工作环境。系统软件功能1显示功能显示变配电站实际开关柜体图、一次系统图，并在一次系统图上显示各开关的分、合状态；显示各配电回路的三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、有功电度、无功电度、频率以及功率因数等电量参数；显示各开关的分、合状态和事故报警类别等；显示各回路电量参数的实时曲线图；显示变压器的运行状态以及高温、超高温报警；显示其他工艺设备的运行状态及故障情况。（2）报警功能状态报警当变配电系统的开关出现过载跳闸、短路故障跳闸以及综合继电保护装置内部故障时，计算机能够通过多媒体音箱发出声音报警并自动记录时间、站号、回路名称、事故类别。超限报警当变配电系统的各电量参数出现超过额定值时或其他工艺设备超限运行时，计算机能够通过多媒体音箱发出声音报警并自动记录时间、站号、回路名称。三相不平衡系数报警当变、配电系统的三相电流或三相电压值出现不平衡时可自定义范围，计算机能够通过多媒体音箱发出声音报警并自动记录时间、站号、回路名称。（3）控制功能在变配电站总值班室中央管理机处，可以通过鼠标器控制各种高、低压开关带有电动操作机构或者带有交流接触器的合闸和分闸同时也可实现电气闭锁功能，以防止具有闭锁回路的开关误操作在中央管理机处鼠标下达操作命令时具有密码识别功能，只有操作人员输入正确密码时才可下达操作命令。（4）统计和打印功能统计和打印所监控的所有电流值、电压值、功率值、频率值、功率因数值以及这些参数一天24小时变化曲线；统计和打印各断路器运行状态变化时间及故障报警时间和类别；统计和打印各断路器的操作时间及操作人员代码；统计和打印有功电度、无功电度的一天24小时内单位小时用电量及电量棒图，同时具有峰谷计费功能。（5）历史记录值班室计算机软件能将所监测并统计的各种电量参数、各断路器或开关的状态变化时间、报警故障类别、操作人员代码和时间、开关机时间等永久保存，以便对整个变、配电系统的运行情况进行分析。（6）通讯功能系统内遵循KS485通讯协议。与上位机通讯遵循RS485或TCP/IP通讯协议。（7）自检功能本系统具有完善的自诊断功能。当系统发生故障时，诊断功能将提供详细的故障信息，以便及时排除故障。第三章主要器件的选择和性能介绍在本设计采用微机继电保护装置后，在高压侧采用常熟关有限公司CV1高压断路器，配合施奈德公司的SEPAM1000S20综合继电保护系统，满足高压侧的供电保护要求，低压侧采用常熟开关有限公司日月牌CM1Z低压塑壳断路器以及施奈德公司的PM500智能仪表，通过C4配电系统微机监控，提高对系统运行的实时监控和故障排除能力。31SEPAM1000S20综合继电保护系统311SEPAM1000S20系列的特点SEPAM系统功能强大，可以完成各种电压等级下的保护、控制、监控、PLC可编程、四遥、报警、事件记录等功能。保护功能先进、可靠、全面。为了查找故障原因及了解故障的严重程度，能提供跳闸时每相及接地故障电流值根据开关检修及预试周期的特点，能记录开关动作次数，以便及时查询哪台开关需要检修。大屏幕高清晰度的液晶显示，能显示和查找各种电量参数和非电量信息故障显示通过每相跳闸电流的读取和贮存显示故障相。设置独有的EMS电磁兼容板，即使在有强干扰的环境下如HV变电站也能安全可靠运行，全面符合IEC标准使它能够在变电站内采用高级的数字技术而不需要采用任何防护措施。带电时每个端子之间都是互不连接的，维护简单，定值整定和测试非常方便。控制逻辑功能强大，通过简单的参数设定就能满足多种应用模式的需要。特别是设有具有强大内置的PLC，使得变换设置更灵活。该系统具有连续动态自检能力的智能电子装置，输入输出接点的数量可通过加装扩展板来实现，读取数据可以带有相位，给运行、维护人员带来了极大的方便。由于通常保护CT需要大饱和倍数，正常测量精度不能满足准确的控制、测量和报警的要求，而测量CT低饱和倍数难以满足保护大过流倍数的要求，因此SEPAM以基于特殊的ROGOWSKI线圈原理制作的CSP线圈的电流互感器无磁芯，可以提供很宽的动态范围和突出的线性度。312SEPAM1000S20系列模块化连接施耐德电气SEPAML000S20综合继电保护系统模块化连接如图31所示，其系统的模块化有如下特点（1）有四种可选模块逻辑输入/输出扩展MES114101/4O、MES114E101/4O、MESLL4F101/4O；通讯接口模块ACE94922线RS485、ACE9594线RS485、ACE937光纤；温度检测模块MET1488路温度；模拟量输出模块MSA141可选择不同的输出范围；（2）可汉化的人机界面以及整定软件；（3）结构紧凑，安装简便；图31SEPAM1000S20的模块化连接注解1、基本单元带基本人机界面和高级人机界面2、输入/输出扩展模块MES114/MESI14E/MESI14F3、模拟量输出MSA141模块4、温度检测模块MET1485、通讯接口模块ACE94922线RS485、ACE9594线RS485、ACE937光纤6、软件工具SFT2841/SFT282632CV1高压断路器CV1真空断路器是常熟开关有限公司提供的新一代高压电器产品，适用于交流50HZ、额定电压12KV及以下的电网，起控制和保护作用，广泛用于工矿企业、变电站等场所。断路器有固定式和手车式，可安装于KYN28、KYN44A型开关柜或配套于其它恺装中置柜，适用于重合闸操作，并适用于频繁操作场所。CVI户内高压真空断路器按GB19842003最新国家标准通过了国家高压电器质量监督检测中心全部型式试验，短路电流开断次数达277次，通过了EMC电磁兼容性试验，在预期的短路电流开断次数期间，不需维修E2级，在容性电流开断过程中具有非常低的重击穿概率C2级，可进行免维护频繁操作，机械寿命不小于10000次M2级。表31CV1系列户内高压真空断路器主要技术参数表在本项目中，开始考虑使用ABB公司的VD4高压断路器，VD4真空断路器是厦门ABB开关有限公司提供的，以空气为绝缘的户内式开关设备元件，符合GB/T1984、DL/T403、德国DINVDE0670与IEC62271100；2001及60694等标准的规定。在正常使用条件下，只要在断路器的技术参数范围内，它就可以保证安全，可靠地运行于相应电压等级的电网中。VD4真空断路器可在工作电流范围内进行频繁的操作或多次开断短路电流机械寿命可高达30，000次，满容量短路电流开断次数可高达100次。经过对两种产品的各项技术指标的对比分析，认为CV1在各项主要技术指标上均和VD4不相上下，但是价格上具有较大的优势，最后决定在设计中采用CV1断路器。33C4监控系统在线监控软件是C4系统为调度所调度人员，变电站值班人员提供的操作平台，视适用的场合不同，以网络工作站的形式出现或独立计算机的形式出现。任何一台运行在线监控系统的机器，都称为监控终端。它的主要功能是1显示一次设备状态，即实时数据，包括接线图、地理图、数据一览表等，并可以人工打印图形。2显示事件信息，事件信息包括遥测越限报警、遥测越限恢复正常、遥信正常变位、事故变位、SOE、遥调、遥控结果等。3显示事件列表，并提供各种查询手段。4进行遥调、遥控操作。5进行人工置数操作。6进行报警确认操作。7显示保护事件信息列表，并提供查询手段。8显示实时曲线和历史曲线。9显示历史报表，进行人工打印。10自动打印历史报表。11监视系统报文，包括串口报文、网络报文等。系统具备以下特点1、稳定性系统可长时间监控变电站的运行，处理突发故障；2、先进性采用先进的硬件设备和成熟的软件方案；3、开放性系统扩展、升级、维护方便，便于用户对系统的二次开发；4、实时性满足对站内事故、事件实时性的要求；5、完备性系统功能全面；6、易用性用户界面标准化，美观实用，易学、易用、易维护。34其他主要设备341高压配电柜KYN2812目前在高压配电柜中，较多采用KYN2812型铠装中置式交流金属封闭开关柜，该型号高压柜采用敷铝锌板多重折弯后栓接而成，柜内主开关配用空气绝缘的中落手车式真空断路器，能满足GB3906、IEC298等标准要求，并且具有防止误操作断路器、防止带负荷拉手车、防止带电关合接地开关、防止接地开关在接地位置时送电和防止误入带电隔离等“五防”功能，既可配用常熟开关有限公司公司的VD4真空断路器，又可配用VSI真空断路器，是一种性能优越的配电装置。其主要技术指标如表32所示。表32KYN2812型铠装中置式交流金属封闭开关柜主要技术指标本课题中选用的高压中置柜为额定电压312KV三相交流50HZ单母线及单母线分段系统的成套配电装置，该型号中置柜适用于发电厂送电、电业系统和工矿企业变电所受电、配电及高压电动机启动等，实现控制、保护、检测之目的。342低压配电柜GCKGCK低压抽出式开关柜以下简称开关柜由动力配电中心PC柜和电动机控制中心MCC两部分组成。该装置适用于交流5060HZ、额定工作电压小于等于690V、额定电流4000A及以下的控配电系统，作为动力配电、电动机控制及照明等配电设备。由于目前市场上相关产品比较多，而且技术上比GCK先进的型号也不少，经过对用户的访问调查，GCK在接线的方便性和维护上比其他型号更方便。在本项目中，由于低压配电柜的主要作用是针对各主要用电点，其后端还有相应的低压配电装置，馈出线径比较大，而象GCS等型号的低压配电柜，均在右侧小门内进行馈出电缆的连接，不适合大线径的电缆出线，并且GCK在价格上比其他型号更经济，因此在本项目中采用GCK低压配电柜。GCK开关柜符合IEC604391低压成套开关设备和控制设备、GB725111997低压成套开关设备和控制设备、GB/T14048193低压开关设备和控制设备总则等标准。且具有分断能力高、动热稳定性好、结构先进合理、电气方案灵活、系列性、通用性强、各种方案单元任意组合、一台柜体所容纳的回路数较多、节省占地面积、防护等级高、安全可靠、维修方便等优点。其主要技术指标如表33所示。表33GCK低压抽出式开关柜主要参数343常熟开关有限公司CMIZ系列智能型塑壳断路器由于ABB公司在供配电技术方面的先进性，我们起初拟采用该公司的S系列低压断路器，S系列塑壳断路器性能优异，外形结构紧凑、通用性强、使用方法简便，设计简单、合理、而且质量可靠，它能确保所有电力用户的安全性和可靠性，特别适用于需保护和配合自动化控制的设备，能最大范围地满足额定电流和故障电流的要求，并能达到与下级壳断路器的极限分断容量选择保护的要求。而CM1Z系列也是一个国内相当先进的断路器，其主要技术指标和S系列断路器不相上下，可以取代S系列断路器，并且在价格上比S系列断路器更经济，因此决定在本项目中采用CM1Z系列塑壳断路器。CM1Z系列可通讯智能型塑料外壳式断路器其额定绝缘电压800V，适用于交流50HZ，额定工作电压400V，额定电流至800A的电路中，主要在配电网络中用来分配电能和作为线路及电源设备过载、短路、欠电压等保护，亦可作电动机保护。可分别作为线路的不频繁转换及电动机的不频繁起动之用。断路器按照其额定极限短路分断能力LCU的高低，分M型较高分断型、H型高分断型二类。断路器可垂直安装，亦可水平安装，具有体积小、高分断、短飞弧部分规