微机保护技术在自动化变电站中的应用

价值工程

微机保护技术在自动化变电站中的应用

ApplicationofMicrocomputerProtectionTechnologyinSubstationAutomation

梁熠LIANGYi；肖尧XIAOYao；侯昌明HOUChang-ming

（广东电网公司佛山供电局，佛山528000）

（GuangdongPowerGridCompanyFoshanPowerSupplyBureau，Foshan528000，China）

摘要：随着现代科学技术的迅速发展，电网现代化的规模也得到不断的扩大，变电站综合自动化技术将是电力系统的发展方向，

对于变电站而言微机继电保护是其重要的组成部分。文章针对变电站综合自动化系统及微机保护进行了阐述。

Abstract:Withtherapiddevelopmentofmodernscienceandtechnology,thesizeofthegridmodernizationhasbeencontinuouslyexpanded,andtheintegratedsubstationautomationtechnologywillbethedevelopmentdirectionoftheelectricpowersystem.Forthesubstation,themicrocomputerrelayprotectionisanimportantpartofit.Thispaperexpoundsthesubstationautomationsystemandcomputerprotection.

关键词:变电站；综合自动化；系统结构；微机保护Keywords:substation；integratedautomation；systemstructure；computerprotection中图分类号：TM63文献标识码：A文章编号：1006-4311（2012）22-0090-03

0引言

变电站综合自动化系统是采用先进的现代通信技术、电子技术、计算机技术、及信息处理技术等实现对变电站二次设备的功能进行优化设计、重新组合，对变电站全部设备的全部运行情况及执行情况进行测量、控制、协调及检测的一种综合性的自动化系统。变电站综合自动化系统具有操作监视屏幕化、结构微机化、运行管理智能化、功能综合化等特征，它的出现为变电站的智能化、小型化、控制范围的扩大化、及提高变电站的安全可靠性和优质经济运行，提供了现代化的手段和技术支撑。

1结构及类型

变电站的综合自动化系统从结构形式上进行划分一般可分为以下几种：分散式、集中式、分布集中式以及集中与分散相结合式。

1.1分布式（分散式）系统分布式（分散式）综合自动化系统是依照回路加以设计地，所有一次设备及开关柜上都会安装单回路的监控单元及微机保护单元，因此，一次设备及开关、微机保护单元、单回路监控单元同时安装在一柜内，这样不仅可以减少电缆的联接量，同时抗干扰的能力也会得到提高，此系统不用再对远动装置屏及继电保护进行设置，二次设备有效得到减少，也缩小了用地面积。

1.2分布集中式系统在分布集中式综合自动化系统中，可以将变电站的一设备和二次的整体进行不同层次的划分，即设备层、单元层及变电站层等。设备层划为0层，单元层划为1层，变电站层划为2层。1层及2层是变电站综合自动化系统的主要位置。

1.3集中式系统在集中式变电站综合自动化系统中，远动装置的安装和继电保护装置的安装是按功能要求进行相应的配置，并在变电站的中央控制室内进行安装。通过开关辅助触点、CT及PT可以将各进出线、变压器和其余的电气设备的运行情况经电缆传送到远动装置及保护装置内，并对其进行处理，然后将信息传输到I/O通信控制器，再将其数据格式进行一定的转换，同时对变电站———————————————————————

作者简介：梁熠（1985-），男，广东佛山人，学士，助理工程师，现

主要从事变电项目管理工作。

中所有的信号、测量、保护及控制信息进行合理的处理，并

同远方调度中心及当地的后台机展开信息的交换。

1.4集中与分散相结合式系统以每个电网的元件为对象的集中与分散相结合的自动化变电站系统，在某一机

测量及控制设备。同时，可以在主控室箱内同时装置保护、

内对变压器保护装置以及高压线路保护装置进行集中组

不同于分散式和集中屏安装。此系统模式呈多样化趋势，

式，但却介于两者之间。并且他还具备某些分散式系统的优点，由于一次设备在部分中低压变电站中是比较集中的，所以该结构形式对中低压变电站相对适合。

2传统变电站中的系统结构

传统的变电站监控保护系统其设备状态及组成环节如图1所示。图中只对变电站的部分主接线方式和一次设

主设备的信息及一次系统经传感备的连接方式加以表示。

器进行转化后，人的感觉器官便可以感知其信息形式，如

声音、光线等。工作人员对感知到的信息进行总仪表指示、

结、判断及处理，并对其进行手动的操作和控制，从而产生一个完整的信息闭合系统就产生了。信息流中时常以模拟式的连续电信号对信息进行传递，工作人员必须在现场或者是控制室实时的进行监测，以对信息的变化情况进行把握。其他的信息将传送到自动装置的继电保护组织，经处理后，可以对一次设备进行自动控制及

闭合等，在图1中，虚线表示的是信息流和调节，如跳闸、

闭合的信息系统，工作人员必须对此内信息进行管理。此系统以人为核心，系统能否正常必须由人手动操控，其工作模式属于传统的监控系统模式。

在传统监控系统中的变电站，信息的传输主要是由控制电缆完成，工作人员对信息进行汇总并处理后由自身感官去分析变电站的各种信息，并依照信息的特征及运行规

控制指令行为，程，结合往常的技术经验，做出各种调节、

从而对一次系统进行开关及设置。

ValueEngineering

3微机保护功能的实现

3.1微机保护的相关功能及特点随着科学技术的发展，微机型保护功能可以对数字量进行反映，该系统不但

具备继电保护的可靠性、

快速性、选择性及灵敏性等基本功能，还具备下面几项功能。

3.1.1通信功能微机保护适用于变电站综合自动化的前提条件是其拥有RS－422/485及RS－232等标准的通信接口。RS－422/485具有很强的抗干扰能力，同时可以实现挂网及远距离传输，使微机保护不但可以分散安装同时还可以集中组屏。RS－232接口可以把数据快速地转化为光信号，并迅速地与远动装置的光纤实现链接，同时RTU可以实现就地安装，可以有效的节约电缆。通常微机保护具备报文功能，但其通信行为时常居于被动状态，可以接收各下行询问命令，在发生异常情况时，可立即产生保护动作，并将有关报文上报。

3.1.2远方投切功能随着科学技术的发展，变电站技术也得到了不断的提高，变电站技术已经向无人化合及综合自动化的方向发展，如何在远方实现投切保护已成为

需要迫切解决的问题。在相关的微机保护系统中，

为符合远方投切的需要，由软件系统控制的各功能模块都投入使用，具有连接片的功能，这种受软件系统控制的开关即是软连接片。在微机保护中应用软连接片，可以实现程序的

自动化合标准化。

编制的程序时候尽量把范围扩大且将软件连接片的各功能模块加设进去，用户可依照具体情况对软连接片进行适当的调整。

3.1.3远方整定功能远方整定功能可以实现综合变电系统的值班无人化。为保证远方的定值传输准确性，应当采取修改确认和定值返校措施。在实际的操作过程中，收到确认命令的保护装置，就在定值区写入新定值后按现有值运行；当保护装置未接收到修改确认命令时就必须按原定值进行不间断的运行。远中保护自始至终都不退出整定运行过程，可以有效的保证供电持续性。

3.1.4自动校时功能运用数字通信方式进行信号传输，必须保证计算机时钟的准确性。若用于几个变电站综合自动化系统的微机保护，应采用两种以上的校时措施，可以对分秒中断校时、通信广播校时等进行考虑。接收到上级的时钟信号时，综合自动化主站需要对本站的全部计算机时间进行秒校或分校，确保站内一切智能设备的时间一致。

3.1.5独立性随着技术的不断进步，微机保护的硬件设备也越来越完善，由单个的CPU实现多个开关的保护发展到单一开关保护由CPU独立完成，其独立性具体表现在:保护CPU独立；测量与保护独立；电源相对独立；通信于保护运行独立等。这些为微机保护提供了可靠性及安全性。

3.1.6其他功能微机保护是变电站综合自动化的关键环节，微机保护应在调试及维护方面得到进一步发展。除自检功能以外还可以具备下列功能：①相对完整的功能试验单元，经过简易的电缆连接，对保护装置开关状态及所需故障量进行模拟。②出口中间的继电器检验功能，在校验环境下由相关软件对出口回路进行实时的驱动，以保证出口回路的完好性。③实现通道校验功能。在检修及校验状态下，保护可以自动的显示相关通道的输入量，这样可以更加方便的校准调节。④相关状态输入量校验功能，对保护功能输入的相关信息量的正确性进行校验。

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3.2硬件结构一套完整的微机保护系统装置通常是由五个部分的硬件构成，如图2所示，即开关量输入/输出

系统、

人机接口与通信系统、数据采集系统、CPU主系统及电源系统。以下将对其进行说明：

3.2.1开关量输入/输出系统微机保护同外部设备的联系电路就是开关量输入/输出系统，由光电耦合器、中间继电器以及并行扩展芯片等构成。该系统主要执行各种保护的信号报警、外部接点输入以及出口跳闸等功能。

3.2.2人机接口与通信系统是由通信芯片、液晶显示器、键盘及打印机等构成的人机接口与通信系统，主要具备系统状态显示、定值整定、完成装置调试以及实现与其他设备进行通信的功能。全部的保护装置都具有标准的RS－422/485、RS－232、LONWORK或CAN等现场通信的网络接口电路。

3.2.3数据采集系统数据采集系统（模拟量输入系统）可以将TA、TV传输到保护系统的电流、电压等模拟量中，并快速的转化为现实的数字量。该部分主要由模拟滤波、多路开关、电压形成、模数转换及采样保持构成。

3.2.4CPU主系统微机保护系统的核心就是CPU主系统，它主要由EPROM、CPU、RAM及定时器等构成。保护装置的任务，由EPROM中设置的程序去执行，并将由

数据采集系统搜集到的信息输入到RAM区，

并展开汇总、分析及处理，最后完成全部的继电保护作用。

3.2.5电源系统电源系统为整个装置提供所需的稳压直流电源。为确保整个装置的可靠供电，通常将高频交流电源利用输入的直流电源进行逆变然后再整流为适当电压等级的直流电源。这种经过改变的电源系统产生很强的抗干扰特性，可以消除变电站中因断路器跳、合闸等因素引起的强干扰。

4软件结构

与传统的继电保护相比，微机保护的优势在于可以利用具有管理和保护功能的软件对硬件电路实现继电保护。

变电站综合自动化系统中，常用的微机保护系统的主要程序流程如图3所示。由图可知其包括数据采集系统的初始化分、初始化（一）及初始化（二）。数据采集系统的初始化主要对取样值所在地址指针加以初始化，若采用的是VFC式采样方法，则可编程计数器也需初始化。

初始化（一）主要为了保证出口继电器都不运作，对微

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边坡稳定性的综合评价方法

ComprehensiveEvaluationMethodforSlopeStability

张义栋ZHANGYi-dong

（莱芜市公路管理局，莱芜271100）

Laiwu271100，China）（LaiwuCityHighwayAuthority，

摘要：在模糊物元理论的基础上，结合灰色系统理论建立了岩坡稳定性的模糊灰元评价模型。在确定边坡稳定性影响的因素，即

并评价指标后，根据工程实测资料建立了边坡稳定性评价的复合模糊灰色物元模型，通过关联度的计算给出了边坡稳定性评价结果。

通过实例验证了该方法的合理性，为边坡稳定性的综合评价提供了一条新的思路。

Abstract:Onthebasisoffuzzymatter-elementtheory,combiningwiththegraysystemtheory,thefuzzygrayevaluationmodelofrockslopestabilityisestablished.Afterdeterminingthefactorsinfluencingslopestability,thatisevaluationindex,thecompositefuzzygraymatterelementmodelofslopestabilityevaluationisestablishedaccordingtoprojectthemeasureddata,theevaluationresultsofslopestabilityisgivenbythecalculationofthecorrelationdegree.Andtherationalityofthemethodisverifiedbyanexample,providinganewwayofthinkingoncomprehensiveevaluationofslopestability.

关键词：岩坡；模糊灰元；稳定性；关联度Keywords:rockslope；fuzzygrayelement；stability；correlationdegree中图分类号：TU4文献标识码：A文章编号：1006-4311（2012）22-0092-02

0引言

随着我国基本建设的深入，公路、铁路和水利工程中存在大量裸露边坡，如何评价它们的稳定性是摆在广大建设者面前的一个重要课题。由于影响这些边坡稳定性的因素极其复杂，就有地质和工程本身的因素，也有外界因素，如降雨，施工质量等。这些因素中大部分具有随机性、模糊性、不相容性，而且这些因素之间往往具有复杂的非线性关系。

物元分析[1]理论是由广东工业大学教授蔡文于1983年提出的，在各个领域得到广泛的应用，取得了较好的效果，理论的核心就是解决和现实矛盾不相容的问题，在物

2，3]

便延元分析的基础上，结合模糊数学和灰色系统理论[1，

拓成为模糊灰色物元分析方法，简称为模糊灰元分析[4]，本文将该方法运用到的边坡稳定性评价中，提出了用正态分布函数确定隶属度的方法，实例计算结果表明，模糊灰元分析理论用于边坡稳定性的评价是可行的。

1边坡稳定性评价模型的构建

1.1边坡稳定性指标因素的选取影响边坡稳定性分级指标的因素很多，从大的方面主要包括两部分：自然因素和人为的工程因素。自然因素包括：工程地质条件和水文地质条件，人为因素包括：降雨、泥石流和工程施工因———————————————————————

作者简介：张义栋（1969-），男，山东莱芜人，高级工程师，研究方

影素。通过多年的工程实践和已建工程的资料分析计算，

响其稳定性的因素有岩石质量指标RQD（%）、湿抗压强度R（）、完整性系数k0、结构面强度kf、地下水渗水量WwMPa（L·min/10m）。按照5级稳定性分类，对岩坡稳定性的等级划分五级：稳定、基本稳定、稳定性差、不稳定、极不稳定。边坡稳定性影响的单因素指标见表1。

表1影响岩坡稳定性的单因素指标

指标分级稳定基本稳定稳定性差不稳定极不稳定

RQD（%）90~10075~9050~7525~500~25

R（）wMPa

k0

kf

W（L·min/10m）0~5

5~1010~2525~125125~300

120~2000.75~1.00.8~1.060~1200.45~0.750.6~0.830~600.30~0.450.4~0.615~300.20~0.300.2~0.40~150~0.200~0.2

1.2边坡稳定性级别评价隶属函数工程实践证明：

边坡分类指标的值均具不确定性，表现为离散性和模糊性，在实际工程中，当观测次数足够多的条件下，对某个指标就可近似认为这个指标为同一类别的隶属函数，这也是模糊数学中确定隶属函数的一种常用方法。本文把边坡稳定性评价的隶属函取为正态型分布，即：μ（x）=e

式中a＞0，b＞0，且a为所属区间的平均值。另外表1中所给因素指标范围的边界值基本是从一种级别到另一误逻辑验证图形化、监控保护一体化、全站数据标准化、数据采集和一次设备一体化、就地通讯网络协议标准化以及

离线模拟化等。规范化、

参考文献：

-x-ab

2

向为公路桥梁工程。

处理器CPU、保护输出的开关量出口及扩展芯片均赋以正常的初值。初始化（二）主要是对采样定时器进行初始化，对RAM区中运行时要运用到的一切软件计数器及标志位进行全部清零。

5总束语综上所述，在变电站自动化系统中微机继电保护技术得到极为广泛的运用，在以后的变电站综合自动化微机继电保护系统中将会出现以下发展趋势：设备安装的户外化及就地化、操作运行无线化、操作界面接口统一化、闭锁防

[1]赵海霞.接地方式与供电方式对微机保护装置的影响[D].

华北电力大学，（北京）2009.

[2]尤卫华.关于变电站综合自动化系统设计中若干问题的探讨[D].华北电力大学（北京）.

[3]魏臻珠,胡志广.微机保护中的抗干扰措施[J].东北电力技术，2003，（06）.