配电网系统微机保护原理及其应用

周光磊

摘要：现阶段，随着社会的发展，我国的电力工程的发展也日新月异。在电网运行过程中，微机保护系统的应用可以显著提升电网的自动化运行水平和管理水平。为了保证电网系统的安全性，需要全面了解微机保护装置的工作原理和特点，对高压配电危机保护的故障进行正确分析和处理。文章基于对10kV配电所微机保护装置和微机保护硬件与故障的特点，结合实际案例对微机保护发生故障的原因进行分析，以保证供电系统稳定运行。

关键词：配电网系统;微机保护原理;应用

引言

随着我国电力事业的不断发展，对电网的自动化管理水平和自动化运行水平的要求日益提升。随着设备智能化程度以及计算机技术的日渐成熟，微机保护系统在电网中的应用日益普遍，显著提升了电网的自动化水平，保证了系统的稳定性和可靠性。

110kV配电所微机保护装置的特点

在常规情况下，为了提高电网自动化程度，会为高压配电所配置一定数量的计算机设备。为了保证计算机设备的良好运作，通常会加装微机保护系统来提高其安全性。其装置特点如下。

1.1 可靠性高

由于高压电网自身的特殊性，常规的保护方法往往不能满足其对错误判断和分析的需求。随着微机保护装置的应用，常规方法的弊端得到弥补，在特定程度指挥下，微机保护装置可以对错误进行有效识别并排除干扰。与此同时，装置还能进行自我诊断，自身硬件如果运行异常会及时发现处理，避免故障发生，进一步提高了装置的安全性。

1.2 方便调试和维护

与传统继电保护装置相比，便于调试和维护是微机保护装置的另一大优势。传统保护主要有电磁型、整流型等，在进行较为复杂的高压配电保护时工作量较大，就调试而言花费时间为一周左右，可能还要更长。对高压配电的保护通常都使用布线逻辑，实现功能是线路和硬件设备共同作用的结果，想要确认保护装置的完好性必须校验其各种功能，工作量大而且复杂。微机保护装置则没有这些烦恼，其通过软件系统来控制各个功能，通过简单的操作就能完成传统保护方法费时费力的调试工作，减轻了维护工作的压力。

1.3 灵活性大

微机保护装置通过软件控制不同的功能，在电路保护中，不用改变硬件设备，同一套硬件设备装上不同的软件就能控制不同保护原理的电路。这一特点使微机保护的操作更加灵活，可以通过变换内置软件来适应电力系统不同运行原理的改变。

2微机保护硬件与故障特点

2.1 构成原理与传统方式差异大

随着计算机技术的成熟发展，其技术被应用于多个领域，其中微机保护装置就是其在高压配电方面应用的衍生产物，组成部分包括硬件和软件。与传统保护装置不同，计算机硬件保护原理作为一个新概念是以单片机型的CPU为核心，搭配各种不同型号存储器和I/0接口组成。微机保护装置的保护原理是以单片机型的CPU为核心，通过地址总线、数据总线、控制总线这三大总线连接外部扩展电路，依据软件编辑的操作流程运行，运算电网参数并进行逻辑判断，与预设条件一致时发出合闸或者跳闸的指令。

2.2 传统的检测设备不再适用

示波器、万用表等检测方法是常用的传统保护装置检测法，这些检测手法仅仅能在较为简单的整流型和电磁型保护中发挥效用。在对复杂电路进行保护时，比如集成电路保护、晶体管保护等，需要示波器才能进行，否则无法完成检测。面对微机保护装置的硬件电路，更无法进行有效检测，原因如下：（1）微机保护电路具有特定的数据传输格式，数据流波形的自变量是离散时间而非连续时间。而且与传统传输方式不同，其传输总线方式是八位二进制码。（2）进行信号模拟分析时，一些参数如信号幅值等并不是十分重要，因为其是以一固定门限值作为参照标准的。用信号与之比较，看信号是高出这一门限值还是低于这一门限值，同时分析系统时钟和这些数字信号间的相对关系。（3）微机保护电路结构较为复杂，为了提高其保护功能，还使用了大规模集成电路芯片。要想对其性能进行检测，需要有专门的、有针对性的设备，传统检测设备无法满足需要。

2.3 微机保护装置故障原因类型

通过分析装置异常统计结果，得出接触不良是微机保护告警的主要原因，约占总数的50%～60%;因为外回路告警的占10%～20%;因为装置自身而告警的占30%～40%。

3故障案例分析

某建筑工程占地总面积217034.50m2，其中总建筑面积为303230m2，配电房电力为10kV，继电保护采用微机保护，在进线柜、PT柜、变压器柜、出线柜内分散单独安装微机保护装置。单个高压柜安装一套对应的微机保护系统（型号：NZB系列或四方CSC-221系列），所有的微机保护装置都是单独运行的，本文以此高压配电网为例，对微机保护故障进行分析。

3.1 10kV配电微机保护优点

（1）NZB系列变电保护单元保护可靠性得到提升，其对总线路进行错误检测的同时不断进行自我纠错。系统采用大规模高集成度芯片替代很多测量仪表和保护继电器，在完成多样化保护监测的同时还减少了控制屏与开关柜的接线。（2）保护技术更加先进。采样和数模转换都使用先进技术，用DSP信号处理芯片对采集到的数据进行处理，保障了测量的高精度。现场观察和参数设定可以通过液晶显示和键盘来进行。（3）开关量、模拟量、供电电源以及通信接口等硬件设计使用不同于常规的处理措施，隔离和抗干扰性能加强，而且可直接安装使用，方便快捷。

3.2 故障表现

3月7日首次发现10#出线柜出现功率等数据失常。3月7日、8日、9日、15日追踪观察发现10#出线柜均出现过功率数值过大现象。3月17日将10#出线柜与9#出线柜上的微机保护装置对调，结果10#出线柜显示数据恢复正常，而9#出线柜报表数据出现异常。

4微机保护装置其他问题的应对措施

4.1 电源线路防雷措施

危机装置电源雷侵害主要是经过线路侵入的，经过统计后发现，电子设备受到的80%雷害都是由于雷电侵入到電源中造成的。由于雷电会产生比较大的电压，过电流不能一次性瞬间完成泄流和限压，因此可以采用下述措施进行预防：（1）将低压氧化物避雷器安装到低压线路上，并将低压氧化锌避雷器安装到变压器低压侧。（2）高压避雷器接地和低压避雷器接地要和变压器工作接地连接到一起，并连入系统主接地网，将避雷器安装到控制室交流柜开关出现侧。

4.2 通信线路防雷措施

为了避免感应雷颠簸信号侵入到二次电缆，损坏微机保护装置发送端模块和接收端模块，需要采用分级保护的方法对信号线路进行保护，避免外来过电压超过电子元件承受能力，需要将信号避雷器安装到电缆二次设备，然后将一个瞬态过电压保护器穿入线路中，防止过压雷电波入侵，减少雷电对系统设备的冲击。

结语

综上所述，随着科技的进步，微机保护装置在高压配电领域得到有效使用，减少了维护人员的工作量，提高了安全性。为了更好地运用这一技术，提高其应用效率，维护人员需要进一步掌握相关原理与操作，提高对故障的敏感性，准确判断、分析故障并处理紧急情况，保证供电系统良好运行。

参考文献

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（作者单位：韶关市擎能设计有限公司）