微机继电保护在大型泵站应用的思考

摘 要：文章分析了早期泵站中应用的各种常规继电保护装置中可能存在的问题，结合应用实例对泵站微机保护装置的便捷性、灵敏性、可靠性加以论述，同时介绍了调试微机保护时所需了解的问题及解决方法，以及一些需要改进和完善之处。

关键词：微机继电保护；大型泵站；保护装置

江苏泰州引江河高港枢纽是国家南水北调东线源头工程之一，高港枢纽是实现泰州引江河工程引、排、航目标的控制建筑物，采用闸站结合布置，主要包括泵站、节制闸、调度闸、送水闸4座水工建筑物及110kV专用变电所等设施，其中泵站安装立式开敞式轴流泵9台套，叶轮直径3.0M，配2000kW高压同步电机，总装机容量18000KW，单机抽水能力34m3/s，采用双向X型流道，通过闸门调节实现抽排结合，双向运用，底层流道可自流引江160m3/s。

1 泵站采用常规继电保护装置存在的问题

现很多大型泵站都建于上世纪末，大部分电机继电保护方式然采用最初的电磁式，问题颇为显著，主要包括：

（1）控制电缆较多，保护回路设计复杂。每台电动机的保护往往都会因为结构复杂而不得不配置大量控制电缆和电磁型继电器，故而接线也颇复杂。（2）继电保护动作缺乏应有的灵敏性。尤其是0.7s以上的保护的时限级差难以有效切除故障。（3）电磁继电器自身问题和故障较多。（4）维护工作量颇大。

2 微机保护的特点

（1）可靠性高。各种保护靠软件实现，避免了保护拒动问题。自检又可以避免保护误动。（2）选择性和灵敏性高。采用高性能的单片机，由于计算和逻辑功能较强，故而可以将保护时限级差缩短为0.3s左右。（3）保护配置灵活合理。借助运算和逻辑处理来进行合理电动机保护，同时也增多了保护功能。（4）显示存储故障、实时参数。通过采样环节在液晶屏上显示在线运行的电气量，便于及时了解；保护动作时自动显示最新跳闸报告，便于快速分析故障原因。（5）可以传输数据通信，可远程遥控。可实现同上位机的通信功能，以此来将保护情况及自检报告等立即上传。（6）调试便捷，维护简单。省去了单个继电器校验。

3 大型泵站微机继电保护装置应用实例

高港泵站微机保护系统采用南京东大金智电气自动化有限公司提供的成套保护测控装置，为枢纽主机提供保护，每台主电机配置WDZ-430综合保护和WDZ-431差动保护测控装置（主要用于2000KW电机）各1台配合使用，2003年投入使用至今一直安全可靠，未出现过安全事故。该微机综合保护系统，主要结构包括数据通信管理机、主变保护、PT监控保护、进线保护、电动机保护之类。

3.1 装置特性

速度：采用先进的32位嵌入式微处理器，多CPU结构，以之来提升计算能力和处理速度。

测量功能：采用每周波采样48点的16位采样芯片，可将监控量精度、保护量精度、功率、电度分别达到0.2%、1%、0.5%、0.5%，也能提供累计脉冲电度的接入端给装设电度表的用户。

资源：录波数据最多可记录8min，其包括的模拟量、开入量、开出量分别为12、16、12路，均为每周波48点，又可记录故障录波的起迄点。

可靠性：全密封嵌入式机箱设计可起到、防尘、抗振动作用；CPLD技术可在抗干扰前提下减少逻辑元件。

免调试：完善的软、硬件自检，以高稳定、高精度器件保证运行精度。

设计：菜单化显示、操作简便直观，具备人机交互性、显示内容依据相关性和就近性、采用旋转鼠标控制。

3.2 监控装置

该电动机微机保护主要包括过热禁止再启动保护、欠压保护、长启动保护、低电压保护、零序过流保护、正序过流保护、速断保护、差动保护等。

（1）差动保护：采用“比率制动原理”避免干扰，同时也有CT断线闭锁功能。其保护判据为：差动电流Icd和制动电流Izd分别体现为I机端和I中性点的和与差。以差动电流Icd≥差动速断整定值Isdd作为差动速断的动作判据，以Izd>比率制动特性拐点电流Iz时Icd≥差动启动值cdi+比率制动系数k（Izd-Iz），Izd

（2）速断保护。采用比较保护整定的速断定值与采集A，B，C三相的电流值的方式完成，一旦实测值大于定值，保护动作即可跳闸。其将原定值设置为电动机启动过程中速断定值，启动完成后自动降至原定值一半。其原理图如图2所示。

（3）过热保护。该装置考虑到了一系列效应，能够对不同的反时限特性曲线加以模拟，一旦实测电流值超过过热定值，就可在预定时间后做出反应。

（4）低电压保护。启动低电压保护延时的条件是低电压保护定值同时大于电动机的三个相间电压，后者以计算输入的三相相电压得出。

4WDZ-430系列微机保护装置在调试时需注意的问题及处理方法

（1）调试保护功能前，应首先检查显示值与输入值之间可能出现的误差，一旦测量值和保护值分别超过±0.5%和±2.5%误差，就要立即校准精度。

（2）有关电流量的保护调试进行时，要注意相位角度问题。正确的设置为机端相位角度和中性点相位分别设为0°和180°。

（3）低电压保护实验中若三相电压降低至整定值之后，经延时保护不动作的话，最可能的原因是装置采集的断路器处于位置信号断开状态下，而其首要判据为断路器合闸，此时输入断路器合闸时的信号即可。

（4）实验时要注意保护判据运用，以免由于错误而误认为故障。

（5）调试检查合格后，要将该保护功能的投退情况、保护定值大小再次检查，以免机组运行时误动。

5 WDZ-430系列微机保护应用主要故障分析

（1）CPU插件故障：显示DSP控制板和CPU插件之间通信中断，原因在于插件与背板接触方面的问题。

（2）鼠标异常，包括跳动过快、显示器上鼠标突然消失等，以至于难以有效操控保护装置。

（3）跳合闸操作箱（与装置配套）设计不合理，容易因为故障而遥控跳合闸失灵。

（4）保护装置集中装设在中控室，以至于不得不从各个机组高压柜传送采集的各种模拟量至中控室，由于彼此距离较远，导致出现二次电气参数采集路径不应由地延长、线损过大，从而加大采集的电气参数和其实际值之间出现较大误差。

（5）因为监控上位机与微机保护装置并非同一生产厂家，故而容易发生通信接口不配套的问题，以至于不得不加装通讯转换器，造成日后检修困难。

6 微机保护需要改进和完善的内容

（1）微机保护应被看作泵站综合自动化诸环节中的最重要者，泵站管理和运行人员有必要提升此方面相关技术的培训，达到对其的熟悉掌握，并且有效适应现场要求。

（2）尽最大可能将微机保护装置安装在高压开关柜内，从而有效降低由于二次线路过长和相应的线损增加导致的采样值误差。

（3）因为计算机监控与微机保护的各生产厂家设备没有设置统一规格的通讯接口，故而在采购过程中应注意其通讯接口的彼此相匹配问题。

（4）技术支持问题。为了有效保证微机保护装置能够正常运行，其实验和运行人员必须详细了解保护的硬软件设计，但因为各种原因，为数众多的微机保护厂家往往极少提供技术方面的资料，以至于缺陷处理、日常维护活动都会依赖厂家，尤其是主要部件的损坏更是需要厂家及时协助，造成了很大程度的运行不便。

参考文献

[1]张恒恒.大型泵站自动化及工程应用[J].科技展望，2015（4）.

[2]徐斐.继电保护优化技术在大型设备上的新应用[J].科技风，2014（21）.

作者简介：黄蔚（1987-），男，本科，主要从事泵站电气方面的工作。