隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，近年來(lái)，在中、高壓配電系統(tǒng)工程中應(yīng)用微機(jī)綜合保護(hù)裝置的項(xiàng)目越來(lái)越多。微機(jī)綜合保護(hù)裝置使用方便，克服了傳統(tǒng)繼電器保護(hù)接線復(fù)雜、可靠性低、整定調(diào)試麻煩等問(wèn)題。
微機(jī)綜合保護(hù)裝置具有完善的自檢功能，檢測(cè)及調(diào)試十分方便，一旦發(fā)現(xiàn)異常，中央處理器CPU就會(huì)指揮信號(hào)發(fā)生器發(fā)出相應(yīng)的聲、光警報(bào)信號(hào)；同時(shí)在保護(hù)中很容易實(shí)現(xiàn)各種附加功能，如保護(hù)動(dòng)作后打印故障信息、記錄保護(hù)動(dòng)作時(shí)間等。
生產(chǎn)保護(hù)裝置的廠家又很多，各廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品在功能及硬件配置方面不盡相同，這使得我們?cè)谶x擇綜合保護(hù)裝置時(shí)感到較難取舍。國(guó)電南自微機(jī)綜合保護(hù)裝置的市場(chǎng)占有率相對(duì)比較高。
一、微機(jī)綜合保護(hù)裝置的選用
為了使微機(jī)綜合保護(hù)裝置能正確無(wú)誤地完成繼電保護(hù)的任務(wù)，在設(shè)計(jì)選型時(shí)我們應(yīng)從裝置的可靠性、響應(yīng)時(shí)間、維護(hù)調(diào)試、附加功能等幾個(gè)方面綜合考慮選擇。
1.1 微機(jī)綜合保護(hù)裝置可靠性的選擇
微機(jī)綜合保護(hù)裝置的信號(hào)輸入與傳統(tǒng)的繼電器保護(hù)相同，從電壓互感器和電流互感器引入電壓和電流信號(hào)，經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換為符合保護(hù)裝置所要求的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，并由濾波器去掉低次和高次諧波及其它干擾信號(hào)，經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，CPU對(duì)輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算并與整定值比較作出判別,然后決定是否報(bào)警或跳閘。
為滿足裝置可靠性要求，裝置的測(cè)量與保護(hù)輸入信號(hào)在裝置內(nèi)采用不關(guān)聯(lián)的處理單元進(jìn)行處理和輸出，這樣裝置既可以保證測(cè)量精度又可在最嚴(yán)重故障時(shí)有充分的裕度，故障信號(hào)電流是正常值的20倍時(shí)不發(fā)生A/D溢出和飽即可滿足一般工程可靠性要求。
1.2 微機(jī)綜合保護(hù)裝置響應(yīng)時(shí)間的選擇
保護(hù)裝置的軟件工作流程大致如下圖所示：
由圖可知保護(hù)裝置的響應(yīng)時(shí)間與裝置所使用的軟件及電氣量計(jì)算方法密切相關(guān)，一般情況下用戶是不知道的。
我們?cè)谠O(shè)計(jì)選型時(shí)只能從其計(jì)算精度、響應(yīng)時(shí)間和運(yùn)算量三個(gè)指標(biāo)來(lái)判別保護(hù)裝置的優(yōu)劣。裝置的計(jì)算精度、計(jì)算量及響應(yīng)時(shí)間是互相矛盾的，計(jì)算精度差、計(jì)算量小，其響應(yīng)時(shí)間就快，反之響應(yīng)時(shí)間就慢。一般來(lái)說(shuō)電網(wǎng)的末端用戶，確定裝置的計(jì)算量應(yīng)大于3次，其計(jì)算精度高于0.2%，其最長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間應(yīng)小于30ms即可滿足一般工程對(duì)響應(yīng)時(shí)間的要求。
1.3 微機(jī)綜合保護(hù)裝置其他功能的選擇
綜合保護(hù)裝置內(nèi)有大量的集成芯片，對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行維護(hù)需要較高的專業(yè)技術(shù)知識(shí)。我們?cè)谶x型時(shí)應(yīng)盡量選用具有模塊化、通用化硬件的保護(hù)裝置，通過(guò)更換模塊即可排除保護(hù)裝置的硬件故障，提高工作效率。另外保護(hù)裝置應(yīng)自帶EPROM模塊，保護(hù)裝置的整定值都可以以數(shù)字形式存于EPROM中，現(xiàn)場(chǎng)工作人員可隨時(shí)調(diào)用其整定值對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試而不需重新寫入數(shù)據(jù)。
為配合整個(gè)工程自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，保護(hù)裝置應(yīng)具有通信功能，能通過(guò)數(shù)據(jù)總線方便地組成網(wǎng)絡(luò)，在保護(hù)裝置動(dòng)作后能將其信息傳送至上一級(jí)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)。
二、綜合保護(hù)裝置與全廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)的關(guān)系
根據(jù)工廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)的配置及通信要求，一般情況下微機(jī)綜合保護(hù)裝置的自動(dòng)化系統(tǒng)可分為三層，即開(kāi)關(guān)柜層、變電所層和中心控制室。
2.1 開(kāi)關(guān)柜層
開(kāi)關(guān)柜層由各種類型的微機(jī)綜合保護(hù)裝置組成，保護(hù)裝置直接安裝在開(kāi)關(guān)柜上，每臺(tái)保護(hù)裝置直接處理本柜的測(cè)量、保護(hù)信號(hào)和控制功能。各裝置的具體功能如下：
(1).進(jìn)線柜
保護(hù)功能：瞬時(shí)電流速斷、帶時(shí)限電流速斷；
測(cè)量功能：三相電流、三相電壓、有功、無(wú)功功率、有功、無(wú)功電度；
監(jiān)測(cè)功能：斷路器分/合閘位置；
控制功能：手動(dòng)分/合閘（柜上）、遠(yuǎn)控分/合閘；
報(bào)警功能：事故跳閘、預(yù)告信號(hào)、分/合閘、裝置故障、故障錄波等。
(2).變壓器柜
保護(hù)功能：瞬時(shí)電流速斷、帶時(shí)限電流速斷、反時(shí)限過(guò)負(fù)荷、單相接地故障、重瓦斯跳閘； 測(cè)量功能、監(jiān)測(cè)功能、控制功能：同進(jìn)線柜；
報(bào)警功能：事故跳閘、輕瓦斯、溫度報(bào)警、預(yù)告信號(hào)、分/合閘、裝置故障、故障錄波等。
(3).母線柜
保護(hù)功能、監(jiān)測(cè)功能、控制功能:同進(jìn)線柜；
報(bào)警功能：事故跳閘、裝置故障、故障錄波等。
(4).電動(dòng)機(jī)柜
保護(hù)功能：瞬時(shí)電流速斷、帶時(shí)限電流速斷、過(guò)負(fù)荷、單相接地、低電壓、過(guò)熱；
測(cè)量功能：三相電流、三相電壓、有功、無(wú)功功率、有功、無(wú)功電度；
監(jiān)測(cè)功能：斷路器分/合閘位置；
控制功能：手動(dòng)分/合閘（柜上）、遠(yuǎn)控分/合閘；
報(bào)警功能：事故跳閘、預(yù)告信號(hào)、分/合閘、裝置故障、故障錄波等。
保護(hù)裝置在各自開(kāi)關(guān)柜內(nèi)將數(shù)據(jù)采集后，通過(guò)總線傳輸?shù)阶冸娬緦拥谋O(jiān)控計(jì)算機(jī)上。采用此系統(tǒng)后控制電纜大大減少，縮短現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間，提高工作效率。
2.2 變電所層
變電所中的許多信號(hào)需要通過(guò)廠區(qū)的工業(yè)以太網(wǎng)向中心控制室傳輸，并接收中心控制室的信號(hào)向保護(hù)裝置發(fā)出控制指令。變電所層一般由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、顯示器等硬件組成，其主要功能為對(duì)開(kāi)關(guān)柜綜合保護(hù)裝置進(jìn)行組態(tài)管理、監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行，建立和管理變電所數(shù)據(jù)庫(kù)，并與中心控制室進(jìn)行通訊等等。
由于各綜合保護(hù)裝置的生產(chǎn)廠家對(duì)其保護(hù)裝置的軟件及電氣數(shù)值的計(jì)算方法保密，變電所層還要負(fù)擔(dān)通信制式的轉(zhuǎn)換工作以方便中心控制室與保護(hù)裝置之間的信號(hào)傳輸與接收。
2.3 通訊網(wǎng)
開(kāi)關(guān)柜與變電所之間可采用MODbus總線網(wǎng)絡(luò)通信，最多可聯(lián)64個(gè)從站，通信網(wǎng)與裝置之間采用光電隔離措施防止外界干擾。變電所與中心控制室之間采用光纖介質(zhì)的工業(yè)以太網(wǎng)方式通信。其通信速率大于1Mpbs。
2.4 軟件
系統(tǒng)軟件可采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的主流軟件平臺(tái)Windows NT 等。軟件模塊應(yīng)包括：主控軟件、圖形軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件、報(bào)表生成軟件、通訊軟件等。
在選擇軟件時(shí)，主控軟件要求其模塊化程度越高越好，軟件模塊化程度高了后，現(xiàn)場(chǎng)工作人員可隨時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)用軟件而不需另外編程，可極大地減輕調(diào)度人員及維護(hù)人員的操作及維護(hù)工作量，提高工作效率。
三、其它
另外，微機(jī)綜合保護(hù)裝置硬件選型還應(yīng)注意以下問(wèn)題：
1). 采用封閉、加強(qiáng)型機(jī)箱，抗強(qiáng)振動(dòng)、強(qiáng)干擾，安裝尺寸較小，適合于惡劣環(huán)境及柜體安裝。
2). 采用工業(yè)級(jí)雙CPU結(jié)構(gòu)，每個(gè)裝置內(nèi)包含一個(gè)主CPU及一個(gè)通訊CPU，兩CPU之間采用互檢方式工作，提高裝置的響應(yīng)時(shí)間及精度，避免保護(hù)裝置誤動(dòng)作或拒動(dòng)作，提高穩(wěn)定性和可靠性。
3). 全范圍溫度自動(dòng)補(bǔ)償，裝置可長(zhǎng)期工作在-20~+60C環(huán)境中。
4). 測(cè)量和保護(hù)信號(hào)在裝置內(nèi)分開(kāi)處理，既可滿足精度要求又可滿足保護(hù)范圍及可靠性的要求。
5). 采用專門的頻率采樣電路，使得采樣頻率可精確地跟蹤電網(wǎng)頻率，使電氣量計(jì)算更精確。
6). 開(kāi)關(guān)量輸入、輸出采用光電隔離措施，柜內(nèi)接線電纜采用屏蔽電纜，有效地防范外界干擾信號(hào)，提高裝置的抗干擾能力。
7). 采用大屏幕液晶顯示器及軟鍵盤，使得裝置數(shù)值顯示更清晰，操作更容易。
8). 對(duì)裝置的各種保護(hù)方式的整定值經(jīng)調(diào)試運(yùn)行后以數(shù)字量的形式存于EPROM中，在調(diào)試或回路故障修復(fù)后可及時(shí)調(diào)用。
9). 有功能齊全的斷路器操作回路，適用于各種類型的斷路器控制，便于變電所改造。
10). 具有完善的事故分析能力，包括保護(hù)動(dòng)作事件記錄、電量信號(hào)越限記錄、故障錄波記錄等。
四、微機(jī)綜合保護(hù)裝置在高壓柜的作用
微機(jī)保護(hù)裝置對(duì)電路中的不正常情況起到保護(hù)作用，微機(jī)保護(hù)裝置在高壓電柜中的作用：微機(jī)保護(hù)裝置具有極強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理，邏輯運(yùn)算和信息存儲(chǔ)能力，具有先進(jìn)內(nèi)核結(jié)構(gòu).擁有常規(guī)繼電保護(hù)完整的保護(hù)功能，微機(jī)保護(hù)裝置可以通過(guò)接入的電流互感器，電壓互感器等測(cè)量元件的信號(hào)對(duì)回路的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，控制以及保護(hù)。比如短路保護(hù)，過(guò)載保護(hù)，單相接地保護(hù)等等。
在不用保護(hù)裝置的時(shí)候，高壓柜用繼電器實(shí)現(xiàn)這些保護(hù)功能。現(xiàn)在用微機(jī)保護(hù)，功能就更多一些，比如可以方便接受遠(yuǎn)程控制，向上級(jí)系統(tǒng)進(jìn)行通訊，傳遞回路的電流電壓，功率電量信號(hào)。可以方便的調(diào)整保護(hù)設(shè)定值等。