110kV总变电站微机保护监测系统

【摘要】随着国家经济水平的逐渐发展，电力设施不断进行改造和完善，变电站引进了 微机保护检测系统，数字化技术成为当今科学技术发展的前沿，是未来变电站建设发展的方向。本文主要介绍110kV总变电站微机保护监测系统的组成和系统硬件结构及配置，分析存在问题，提出解决方法。

【关键词】110kV总变电站，微机保护监测系统

中图分类号：TM631 文献标识码：A

一.前言

随着数字化变电站的不断发展，总变电站微机保护监测系统得到广泛的应用，成为变电站的核心配置之一，具有重要的地位作用。变电站微机保护监测系统是一个复杂的系统，下面将结合系统硬件结构和配置，分析变电站微机保护监测系统存在的相关问题。

二.变电站微机保护的组成及特点

以微型计算机为基础，将传统变电站中的继电保护、自动控制和远动、监视控制等功能组合到一起，以一个由计算机硬件、功能性软件以及数据通信网络所构成的系统来代替，这个系统即被称为变电站微机保护系统。微机保护的一般由微型计算机、输入输出、数据采集、通信接口、电源以及人机接口等六个部分功能组成。相比于传统变电站的继电保护，微机保护特点如下：

1.可靠性更高，软硬件更加智能，具有很强的巡检和自检能力，一旦自动检测出硬件方面的故障，就会发出报警信号，同时将其跳闸出口回路闭锁。此外，软件可以对输入的数据进行检验并纠错，还可以对干扰进行自动识别和排除；

2.保护动作具有更高的正确率，由于先进控制技术的采用，不仅运行的正确率得到了保障，而且故障分量保护也得以实现；

3.功能的可扩充性强，如自动重合闸、故障测距、故障录波以及波形分析等功能都可以很方便地进行扩充；

4.良好的人机界面保证了微机保护的适用性和维护调试的便捷，在使用过程中可以通过软件方法来对其结构和特性进行改变。此外，微机保护系统的硬件可以标准化生产，通用性好，功耗也更加节能。

三.系统硬件结构及配置

1.系统硬件结构

RCS9700变电站综合自动化微机保护监控系统采用分散分层分布式结构，系统从整体结构上分为三层：站控层、网络通信层、间隔层。站控层由本地后台服务器、保护工程师站、五防系统等构成。通信采用100M工业以太网。间隔层主要由保护单元、测控单元等组成。网络通信层应支持单网或双网，支持全以太网，也提供其它网络，通信方式采用CAN现场总线，支持双网通讯，通信层由CAN网关、保护管理机、规约转换器等组成。

微机监控系统：分为站级控制层和间隔级控制层，网络按双网配置。站级控制层设备按远期规模配置，采用基于TCP／IP协议的自适应10／100M双以太网结构(A、B网)。间隔级控制层设备配置双以太网接口，将采集和处理后的数据信号，经双绞线传输到站级控制层，各间隔级单元相互独立，不相互影响。应用层协议使用IEC61850国际标准。

视频监控装置：将变电站的视频信号与音频信号传输到监控中心，监控中心接收视频信号与音频信号后进行监控、存储、管理。主要监控、记录变电站的安全以及设备的运行情况，监测电力设备发热程度，及时发现、及时处理事故情况，有助于提高电力系统自动化的安全性和可靠性，并提供事后分析事故的有关图像资料。同时它还具有防火、防盗等功能。RCS9700设置串行通信口与视频监视系统连接，视频监视系统智能设备的通信规约符合IECC61850国际标准通信规约，完成各种通信协议的转换，使计算机监控系统获得所需数据。

系统通讯能力：系统具备为双串口、双网络通讯能力，系统配备相关通讯接口及通讯设备。监控系统与调度SCADA系统能同时实现以串口方式及网络方式同时进行通讯，选用的通讯规约为DL／T634-5-101-2002、DL／T634-5-104-2002和新部颁CDT。远动通道具备2路数字串口通讯、2路数字模拟通讯、2路网络通讯。通道具有防雷、过压保护装置。

2.系统硬件的配置

监控主机：用标准的、网络的、分布功能和系统化的开放式的硬件结构，满足IEEEPOSIX标准。测控装置面向对象设计，采用统一的硬件平台、统一的软件平台、统一的数据库管理。装置采用32位CPU和DSP硬件平台，14位以上高精度模数转换器，采用嵌入式实时操作系统。利用冗余硬件、自诊断和抗干扰等措施达到高可靠性。

操作员、工程师工作站：系统配置一台操作员工作站和继保工程师站。能在正常和电网故障时，采集、处理各种二次装置信息，并充分利用这些信息为继电保护运行、管理服务，为分析、处理电网故障提供支持。继保工程师站具备多路数据转发能力，能通过网络通道向调度中心进行数据转发。

微机五防工作站：系统配置一台微机五防系统，防误操作功能比较完备。

电源：系统站级控制层交流电源由在线式UPS供电。其他交流电源由站用变交流系统提供。二次设备室的设备由变电站直流系统220V电源供电。

3.系统各装置优化组合

主变保护及测控装置、110kV线路保护装置采用分组屏方式，布置在主控制室。10kV馈线、所用变、站用变、电容器组等间隔层设备采用嵌入式RCS-9000系列C型微机保护测控装置安装在高压开关柜上。其它智能设备可通过通信口接入监控系统。RCS-9700综合自动化系统具备为双串口、双网络通讯能力，系统配备相关通讯接口及通讯设备。监控系统与调度系统能同时实现以串口方式及网络方式同时进行通讯，选用的通讯规约符合IEC61850国际标准通信规约。远动通道具备2路数字串口通讯、2路数字模拟通讯、2路网络通讯。

四.微机保护配置问题

变电站微机保护系统的自动化和智能化水平较高，在二次继保系统的施工中，保护系统的相关配置也面临一些需要调整的地方。

1.变压器保护

变压器的保护分为主动保护和后备保护。两种保护的装置要求不一样。主动保护需要配置速断、差动、温度和瓦斯等保护，同时能进行35kV侧断路器装置的故障监测，油温测量和风扇控制也是必不可少。微机保护系统要在具有非电量保护的情况下，才能接受变压器发出的信号，将所接受的信号作为事故记录，启动装置的跳闸继电器，并且将动作信息打印出来，通过信息管理机传递给监控系统。后备保护装置的配置和主动保护的大不相同，虽然都是进行变压器的保护，但是使用的装置和原理却大相径庭。后备装置的主要保护功能范围是过流、零序过压、零序过流、负序过流、过负荷、过励磁及间隙过流重合闸等的保护。该保护系统要在完成上述保护任务的同时完成运行参数测量、状态监视及控制。在进行上述一系列保护工作的时候将故障时的相关波形进行记录。后备保护装置的信息传输主要利用CAN总线，联接通讯单元的上位机，向调度中心传输信息。

2.线路保护

变电站中微机保护系统进行的线路保护是一套将电流保护、电压保护和三相重合闸相结合的线路保护。在这套保护装置中，进行配置就要考虑使用两个CPU插件。其中的一个插件要满足32位微机处理器构成保护和重合闸的功能单元，另外一个CPU则是总线不出芯片的单片机，以此构成通用的人机接口单元，只有满足两个CPU的线路保护装置才是完备的保护装置。线路的保护中，主要是由具体反映相间故障的三段式相间电流保护，还能反映小电阻的接地系统需要的零序电流保护。这项微机保护系统也能在重合闸和TV断线上实现自动检测。线路的微机保护可以进行低频减载，进行遥测、遥控和遥信的操作，也能在运行稳定的前提下，完善自检功能。

3.电容器组保护

该微机保护装置的保护范围很广，电容器保护主要是电流速断、过电流、过电压和低电压、不平衡电压等的保护。与其他的保护装置一样，在电容器微机保护系统中也配置了相应的系统进行运行参数测量、状态监视和控制等一系列监控功能。变电站微机保护系统的配置，要根据设备的不同而采用不同的软件，但是变电站中涉及到的许多运行参数的记录和监控则是每个保护系统中必不可少的配置。变电站保护装置的微机化程度会不断增强，这也从侧面指出，在二次继电器保护的改造中，施工的质量和人员技术要求将越来越高，要高质量地完成相关工作，就要不断加强学习，不折不扣地落实相关措施。

五.提高可靠性的其他措施

1.系统容错设计技术

系统容错设计主要是指在硬件结构上采用冗余技术。硬件冗余技术主要有三种方法：静态冗余法、动态冗余法、混合冗余法。使用冗余技术设计容错系统，是为使各模块的工作彼此不受影响，各模块的时钟也应完全独立。

2.装置故障自动检测技术

装置的元器件损坏可能导致保护装置拒动或误动，也可能导致监控装置传输误码，所以要求装置上的元器件损坏时，应立即发现并报警，以便迅速采取措施予以修复。目前，微机保护和监控装置的硬件故障，都可以准确地查出损坏元件的部件并显示相应的信息。

3.对保护和监控装置出口回路的监控和闭锁

加强对遥控和保护回路的出口异常状态监视和必要的自动闭锁功能。对保护出口前，可以利用几个并行接口的不同位，使CPU必须执行多条指令才能构成跳闸条件，这样可以避免误动；遥控对象、执行继电器等在命令尚未下达的情况下，其常开触点不允许闭合，并对其触点进行监视；一旦触点状态不正常，能及时报警并自动闭锁执行回路。

4.从系统电路设计和结构形式上提高可靠性

微机保护和监控装置系统可以采用单CPU、双CPU备用方式以及多CPU方式。采用单CPU的系统，一旦此CPU出故障，则全套系统就不能正常工作。采用多CPU分层控制系统，把保护和控制装置分成各个功能单元，每个功能单元独立工作，互不干扰，当某一回路的单元部件发生故障时，可整体更换，而不影响其他回路的正常工作，这样可以大大提高系统的可靠性。

5.防止人为失误措施

当人在大脑疲劳或高度紧张的情况下，往往容易发生误操作。对于那些绝对不允许误操作的地方，设计时应考虑预防措施，以保证设备安全可靠地正确操作。例如，对断路器的分合闸，必须在硬件、软件上进行多重校验，在硬件上应设有操作锁，操作时必须打开规定的操作锁方可操作。

六.结束语

总之，变电站微机保护监测系统随着微机化程度的不断增强而增强，对施工的质量和人员技术水平要求较高，只有完成高质量的工作和不断的学习新技术，实施相关措施，才能使变电站微机保护监测系统发挥其应有的作用。

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