焦作电厂发电机保护主要硬件电路的选择

摘 要：发电机微机保护装置中模拟量输入回路有两种：一是基于逐次逼近型A/D转换方式，二是利用电压频率转换（VFC）原理进行A/D转换方式。根据焦作电厂的实际情况，对上述两种模拟量输入方式进行比较。VFC型的A/D变换方式给与CPU的接口，要比逐次逼近型的变换方式简单的多，CPU几乎不需对VFC芯片进行控制。保护装置采用VFC型的A/D变换，建立了一种新的变换方式，为微机保护带来了很多好处。

【关键词】微机保护 硬件

1 焦作电厂发电机保护的类型和技术参数

1.1 焦作电厂发电机及励磁机的技术参数

1.1.1 发电机的技术参数

焦作电厂使用的是QF2-12-2型汽轮发电机，采用直流励磁机励磁，封闭式密用循环冷却系统，有空气冷却器装置。其技术参数如下：额定功率： 12000 KW ；转速： 3000 r/min ；频率： 50 Hz ； 极数： 2；额定电压： 6300 V ；额定电流： 1375 A； 功率因数： 0.8 ；励磁电压： 187.5 V ；励磁电流： 242 A；效率： 97.7%；定子接法： Y型

1.1.2 励磁机的技术参数

励磁机为电枢与汽轮发电机转子同轴式用作汽轮发电机激励电源。型号：ZLG-70-30，B级绝缘，并励激磁方式。

主要技术参数如下：额定容量：70 KW ；额定电压：220 V；额定电流：318 A； 额定转速：3000 r/min；顶值电压：360 V ； 最低稳定电压：35 V；最大电流：484 A；

1.2 发电机保护类型及参数确定

1.2.1 比率制动式差动保护

a.最小动作电流整定范围：0.1In～1.0In ，误差不超过±2.5%或±0.01%In ；

b.最小制动电流整定范围：0.5In～2.0In；

c.制动特性斜率整定范围：0.3～0.7、误差不超过±5%；

d.差动动作时间：在2倍整定值下，动作时间不大于25ms。

1.2.2 发电机匝间保护

故障分量负序方向保护方案：

a.故障分量负序电流（I2）整定范围：0.01In～1In ；

b.故障分量负序电压（U2）整定范围： 0.5V～10V ；

c.动作时间： 在最大灵敏角下，模拟两相短路、施加U=0.3Un ，I=0.4In ，动作时间不大于30ms；

d.故障分量动作区：160°±5°。

1.2.3 转子一点接地保护

a.接地电阻高定值的整定范围： 1KΩ～50KΩ，误差不超过±10%或±0.5KΩ；

b.接地电阻低定值的整定范围： 0.5KΩ～20KΩ，误差不超过±1%或±0.5 KΩ；

c.接地电阻高定值延时整定范围： 1%～100%，误差不超过±1%定值+1s；

d.接地电阻低定值延时整定范围： 1s～10s，误差不超过±1%定值+1s。

1.2.4 失磁保护

a.凸极功率整定范围：1W～500W；

b.延时整定范围：0.1s～10s，延误不超过±5%；

c.异步阻抗动作值整定范围：Z2A=1Ω～20Ω， Z2B=5Ω～50Ω，误差不超过±2.5%或±0.1 Ω；

d.异步阻抗动作延时整定范围：0.1s～10s；

2 数据采集系统

上文已经叙述过，发电机微机保护装置中的模拟量输入电路有两种：一是逐渐逼近型的A/D转换，二是电压频率转换（VFC）A/D转换方式。

根据焦作电厂的实际情况，对上述两种模拟量输入方式进行比较。如图1，VFC型的A/D变换方式在与CPU的接口方式上要比电压频率转换方式简单得多，而且这种方式下CPU不需要对芯片进行控制。因此，我们选择采用VFC型的A/D变换，具有如下优越性：

1.与CPU接口简单，CPU可以不需对VFC芯片的工作进行管理和控制。

2.可以方便地实现多CPU共享一套VFC变换。

3.电路简单，工作稳定，线性好。

4.抗干扰能力强。

2.1 基于V/F转换的数据采集系统

根据保护的类型需要测量的值确定电压形成回路。

发电机比率制动式差动保护需要测发电机机端和中性点电流互感器（TA）二次侧的电流IT 、IN。

2.2 前置模拟低通滤波

如图2所示，无源低通滤波器中常用的方案是用电阻R及和电容C组成的滤波电路。其优点是结构简单且可靠性高、能耐受较大的过载和浪涌冲击；缺点是频率特性呈单调衰减，很难做到通带平坦和过渡带陡峭。

有源低通滤波器是由RC网络与运算放大器构成的滤波电路。高阶有源滤波器的频率响应具有十分平坦的通带和陡峭的过渡带，可得到良好的滤波特性。但这种滤波器会增加装置的复杂性和时滞。图3中示出了一种有源低通滤波器的原理电路。

3 具有VFC接口的保护CPU系统

微机保护装置是专用的定时控制系统，它需要的内存容量有限，不需要很多的地址线位数。但在同一芯片上，集成更多的功能，如A/D转换器、定时器、接口等，以简化装置，提高可靠性，却是一个发展方向。所以，本文采用80C196KC单片机。80C196KC单片机是CHMOS高性能16位单片机中的一个新分支，内部绝大部分与80C196KB相同，具有高速处理功能基地的电源消耗等特点，但又在80C196KB的基础上增添了不少新的特征其中主要有：

1.80C196KB中的T2只能由外部时钟提供计数信号。80C196KC中T2外部提供时钟，也可由内部提供时钟。

2.比80C196KB增加了2个PWM输出。

3.内部存储器的容量扩大了一倍。

4.80C196KC的A/D转换器，除了可采用10位转换方式外，还可以采用8位转换方式，以加速转换过程。

5.80C196KC 可以采用16MHz晶振，其运行速度比12MHz的80C196KB快33%。

4 小结

CPU采用CHMOS高性能16位80C196KC单片机，并扩展了程序存储器、数据存储器和数据缓存器，数据采集系统使用电压频率转换计数式采集系统，提高了采样质量，还设计了开关量输入输出回路。人机接口回路使用了键盘显示专用芯片8279，大大节省CPU对键盘/显示器的操作时间。

参考文献

[1]孙淑信.变电站微机检测与控制[M].北京：水利电力出版社，2001.

[2]能源部西北电力设计院编.电力工程设计手册[M].北京：水利电力出版社，2004.

作者单位

孟州市电力公司 河南省孟州市 454750