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[摘要]具体地介绍微机继电保护器的最新技术和功能，结合巴西高炉工程，根据用户的要求提供完善的解决方案。
[关键词]微机 继电保护 保护装置 逻辑编程 断线检测 通讯 集中监控
中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1671－7597(2008)0810023－02
一、引言
随着微机在继电保护领域应用的不断发展，其计算的快速性、强大的存储空间、便捷的编程功能、网络的开放性，为高压配电系统的综合保护及其监控提供越来越多的新技术和新功能。本文通过微机保护继电器（以下简称保护装置）在巴西Acominas 2号高炉工程的应用，介绍了保护装置的几种新技术和新功能在钢铁行业的应用，为要求较高的应用场合提供参考。
巴西Acominas 2号高炉为 1750m3，高压配电电压为4.16kV，60Hz，高压用电负荷主要是风机、水泵、磨煤机、空压机、皮带机等，最大电机功率为1800kW。继电保护装置采用Schneider Sepam 40系列的微机保护装置。该装置不但具有国产微机保护装置所具有的保护、测量和控制等功能，同时具有功能的逻辑编程、大容量可灵活设置的故障录波及与工艺PLC直接通讯等高级功能，为巴西Acominas 2号高炉提供了完美的解决方案。
二、保护装置逻辑编程功能
逻辑编程是国内和国外部分微机保护装置新增的功能，可以通过逻辑编程来实现特殊要求的保护控制功能。保护装置的相关元件，如开关量输入、过流元件、过压保护元件、低电压保护等元件，可通过保护装置所具有的编程函数（逻辑与、或、非、延时等）进行编程，形成新的一些符合工业现场需要的保护控制功能，如有特殊要求的低电压保护、接地过电压闭锁接地过电流保护等等。
（一）有特殊要求的低电压保护逻辑编程
该工程在进线低电压保护中采用了逻辑编程功能。根据用户要求，进线回路需设低电压保护功能，电压低于60％需跳闸。由于进线开关柜不带PT，保护装置电压的采集是通过母线PT引出的电压小母线实现的，所以在进线开关合闸前保护装置是测量不到电压的，此时低电压处于动作状态；如不作处理，会导致开关合不上闸。
目前一般的方法是在低电压保护中设置电流闭锁，但此种方法在进线电流很小的情况下会导致进线失压后低电压保护不动作的情况发生。
在此工程中利用了保护装置的逻辑编程功能，编制了以下低电压保护功能方程式：
V1 = TON( I12，500 ) AND P27/27S_1_3
V_TRIPCB = V1
式中：
V1为新设置的低电压保护出口变量
TON为保护装置所具有的延时动作时间函数
I12为开关合闸位置逻辑输入
500为500ms
P27/27S_1_3为保护装置的低电压元件
V_TRIPCB为跳闸变量
通过以上逻辑编程功能，就保证了进线开关的低电压保护只有在开关合上0.5S以后再起作用，这样就解决了进线开关在设置了低电压保护后不能合闸的问题。
（二）接地过电压闭锁接地过电流保护逻辑编程
本工程4.16kV系统采用的是电阻接地系统，所有馈出线均为电缆出线，为避免接地故障误动，需采用接地过电压闭锁接地过电流保护。本工程接地过电流保护动作阀值为40A，接地过电压动作阀值为30V，即当这两个条件同时满足时，才判定接地故障发生。
一种方法是在母线PT二次接线中加电压继电器，通过电压继电器的辅助接点来实现。这种方法二次接线较为复杂，可靠性相对较低。
而本工程是通过保护装置的逻辑编程功能来实现的，减少了二次接线。保护装置方程式如下：
V1=P50N/51N_1_3 AND P59N_1_3
V_TRIPCB = V1
式中：
V1为新设置的接地故障保护出口变量
P50N/51N_1_3为保护装置的接地故障元件
P59N_1_3为保护装置的中性点电压偏移元件
V_TRIPCB为跳闸变量
通过以上逻辑编程功能，就保证了在发生接地故障时可靠动作，避免了在未发生接地故障时产生误动。
（三）母联速断保护合闸后退出的逻辑编程
本工程设置了母联合闸瞬间的速断保护，母联合闸后速断退出。普遍的做法是通过二次接线来完成。
此工程是通过保护装置的逻辑编程功能来实现的。保护装置方程式如下：
V1 = P50/51_1_3 AND TOF ( I12 ,500 )
V_TRIPCB = V1
式中：
V1为新设置的速断保护出口变量
P50/51_1_3为保护装置的速断元件
TOF为保护装置所具有的延时退出时间函数
I12为开关合闸位置逻辑输入
500为500ms
V_TRIPCB为跳闸变量
通过以上逻辑编程功能，就实现了母联合闸瞬间速断保护投入，母联合闸后速断退出。
三、PT断线检测的新功能
一般保护装置的低电压保护设置了PT断线闭锁功能，其实现方式为：对单相或两相断线闭锁采用的是判三相相电压均出现低电压来实现单相或两相断线闭锁低电压保护。但这样设置单相或两相断线闭锁在系统出现两相电压或单相电压下降到设定值（本站以外的系统出现两相故障或断线故障）时低电压保护不会动作。另外在发生PT单相或两相断线时保护装置也不会报PT故障。
而SEPAM保护装置在判单相或两相断线时采用的是负序电压和负序电流综合判据的方法。当发生单相或二相断线故障时保护装置可测量到负序电压，但此时电流不会发生变化，更不会产生负序电流；而当真正发生单相或二相故障时，一方面会产生负序电压，但同时也会产生负序电流。
本工程的保护装置就是利用以上特点设置了当负序电压大于设定值（>10%Un），同时负序电流小于设定值时（<5%In）判为PT单相或两相断线故障，就可避免一般微机保护装置中断线闭锁的问题。
保护装置PT单相或两相断线闭锁逻辑图见图1。
需要说明的是，SEPAM 保护装置判定PT三相断线是根据以下两个条件：最大一相电压<10%Un；最大一相电流>10%In。
四、接地故障保护新功能
（一）启动与运行保护功能分别设置
大多数高压电动机启动时都会产生很大的不平衡电流，此时保护装置中检测到的零序电流可能会超过设定值，为了避免零序电流保护误动作，SEPAM 保护装置可设定在电动机启动时将零序电流保护设定为报警，在起动完成后设为跳闸。
（二）间歇性接地故障保护
对于最初绝缘损坏由电弧作用引起的瞬时间歇性接地故障，保护装置零序延时电流保护可设置为延时复归过流时间。例如电缆发生了瞬间接地故障，零序电流保护起动并开始记时，但在延时未到时故障消失；如在设定的复归时间内再次发生故障，零序保护的延时将在上一次已计时的基础上继续记时（而不需重新计时），这样就缩短了对于多次间歇性接地故障的动作时间，可使此类故障在崩烧前得到保护。
五、欠电流保护新功能
对本工程的电动机回路，保护装置设有欠电流保护，用于对电动机与驱动设备突然丢失负荷及传动系统或轴断裂进行保护。为避免保护误动作，只有当电动机电流大于1.5%In且断路器接通时保护装置才投入。在断路器空载合闸的情况下，由于保护检测不到电流，闭锁该保护功能。
保护装置欠电流保护逻辑图见图2。
六、通讯新技术
在钢铁行业，目前对高压配电系统的集中监控，国内普遍的做法有两种：
一种是设置与保护装置配套的专用的微机监控后台，保护装置与微机监控后台通过网络进行通讯，高压配电系统的监控在微机监控后台画面上进行。此方法虽然能集中监控大量的信息和趋势，但它不能与主工艺自动化控制系统（如PLC）融为一体。而对钢铁厂而言，高压用电设备（如高压电机）与主工艺系统是紧密相连的，有时不能满足用户的要求或习惯。
另一种是不设专用的微机监控后台，将高压柜的各种状态和故障信息通过硬接线进入主工艺自动化控制系统（如PLC），断路器的跳合闸指令也通过硬接线由主工艺自动化控制系统（如PLC）发出。这样，高压配电系统的集中监控在主工艺自动化控制系统（如PLC）画面上进行，与主工艺自动化控制系统（如PLC）融为一体。但这种方法能监控的状态和信息有限，很多时候仍不能满足用户的要求，且接线复杂，控制电缆较多，投资较大，故障率相对较高。
巴西Acominas 2号高炉主工艺自动化控制系统采用PLC（Quantum），用户要求高压配电系统不设置专门的微机监控后台，各电气室高压柜的监控集中在PLC画面上进行。保护装置与PLC通过网络直接通讯，实现远方智能管理，完成遥测、遥信及遥控、遥调等功能。
通讯网络采用MODBUS PLUS（MB+）。在各电气室配置Schneider的Quantum PLC MB+网关，以保证PLC能快速通过MODBUS PLUS通信协议与Sepam1000+保护装置通信，同时后台监控软件INTOUCH能够通过PLC读取保护数据和下达控制命令，并通过软件组态在PLC监控画面上实时对模拟量、数字量进行动态显示及相关操作。
网络设备由MB+网关（NWBM）、网络接口转换器（A53）、网缆及附件（RVVP-2×0.75）组成。
通过通讯网络交换的信息，本工程全部的高压配电系统的监控范围包括在读操作中可以读取的、远程监控系统使用的所有数据，使高压配电系统的监控既能与主工艺自动化控制系统（PLC）融为一体，又很好地解决了监控状态及信息不足的问题，完全满足了巴方的要求。
中控楼高压配电系统PLC监控画面见图3。
七、结束语
本文仅介绍了微机保护继电器采用的部分最新技术和功能及其在巴西Acominas 2号高炉工程的应用，随着计算机技术的发展以及在继电保护的应用，将会有更多的保护新技术和新功能供使用，为用户提供更加完善的解决方案。
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
[关键词]微机 继电保护 保护装置 逻辑编程 断线检测 通讯 集中监控
中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1671－7597(2008)0810023－02
一、引言
随着微机在继电保护领域应用的不断发展，其计算的快速性、强大的存储空间、便捷的编程功能、网络的开放性，为高压配电系统的综合保护及其监控提供越来越多的新技术和新功能。本文通过微机保护继电器（以下简称保护装置）在巴西Acominas 2号高炉工程的应用，介绍了保护装置的几种新技术和新功能在钢铁行业的应用，为要求较高的应用场合提供参考。
巴西Acominas 2号高炉为 1750m3，高压配电电压为4.16kV，60Hz，高压用电负荷主要是风机、水泵、磨煤机、空压机、皮带机等，最大电机功率为1800kW。继电保护装置采用Schneider Sepam 40系列的微机保护装置。该装置不但具有国产微机保护装置所具有的保护、测量和控制等功能，同时具有功能的逻辑编程、大容量可灵活设置的故障录波及与工艺PLC直接通讯等高级功能，为巴西Acominas 2号高炉提供了完美的解决方案。
二、保护装置逻辑编程功能
逻辑编程是国内和国外部分微机保护装置新增的功能，可以通过逻辑编程来实现特殊要求的保护控制功能。保护装置的相关元件，如开关量输入、过流元件、过压保护元件、低电压保护等元件，可通过保护装置所具有的编程函数（逻辑与、或、非、延时等）进行编程，形成新的一些符合工业现场需要的保护控制功能，如有特殊要求的低电压保护、接地过电压闭锁接地过电流保护等等。
（一）有特殊要求的低电压保护逻辑编程
该工程在进线低电压保护中采用了逻辑编程功能。根据用户要求，进线回路需设低电压保护功能，电压低于60％需跳闸。由于进线开关柜不带PT，保护装置电压的采集是通过母线PT引出的电压小母线实现的，所以在进线开关合闸前保护装置是测量不到电压的，此时低电压处于动作状态；如不作处理，会导致开关合不上闸。
目前一般的方法是在低电压保护中设置电流闭锁，但此种方法在进线电流很小的情况下会导致进线失压后低电压保护不动作的情况发生。
在此工程中利用了保护装置的逻辑编程功能，编制了以下低电压保护功能方程式：
V1 = TON( I12，500 ) AND P27/27S_1_3
V_TRIPCB = V1
式中：
V1为新设置的低电压保护出口变量
TON为保护装置所具有的延时动作时间函数
I12为开关合闸位置逻辑输入
500为500ms
P27/27S_1_3为保护装置的低电压元件
V_TRIPCB为跳闸变量
通过以上逻辑编程功能，就保证了进线开关的低电压保护只有在开关合上0.5S以后再起作用，这样就解决了进线开关在设置了低电压保护后不能合闸的问题。
（二）接地过电压闭锁接地过电流保护逻辑编程
本工程4.16kV系统采用的是电阻接地系统，所有馈出线均为电缆出线，为避免接地故障误动，需采用接地过电压闭锁接地过电流保护。本工程接地过电流保护动作阀值为40A，接地过电压动作阀值为30V，即当这两个条件同时满足时，才判定接地故障发生。
一种方法是在母线PT二次接线中加电压继电器，通过电压继电器的辅助接点来实现。这种方法二次接线较为复杂，可靠性相对较低。
而本工程是通过保护装置的逻辑编程功能来实现的，减少了二次接线。保护装置方程式如下：
V1=P50N/51N_1_3 AND P59N_1_3
V_TRIPCB = V1
式中：
V1为新设置的接地故障保护出口变量
P50N/51N_1_3为保护装置的接地故障元件
P59N_1_3为保护装置的中性点电压偏移元件
V_TRIPCB为跳闸变量
通过以上逻辑编程功能，就保证了在发生接地故障时可靠动作，避免了在未发生接地故障时产生误动。
（三）母联速断保护合闸后退出的逻辑编程
本工程设置了母联合闸瞬间的速断保护，母联合闸后速断退出。普遍的做法是通过二次接线来完成。
此工程是通过保护装置的逻辑编程功能来实现的。保护装置方程式如下：
V1 = P50/51_1_3 AND TOF ( I12 ,500 )
V_TRIPCB = V1
式中：
V1为新设置的速断保护出口变量
P50/51_1_3为保护装置的速断元件
TOF为保护装置所具有的延时退出时间函数
I12为开关合闸位置逻辑输入
500为500ms
V_TRIPCB为跳闸变量
通过以上逻辑编程功能，就实现了母联合闸瞬间速断保护投入，母联合闸后速断退出。
三、PT断线检测的新功能
一般保护装置的低电压保护设置了PT断线闭锁功能，其实现方式为：对单相或两相断线闭锁采用的是判三相相电压均出现低电压来实现单相或两相断线闭锁低电压保护。但这样设置单相或两相断线闭锁在系统出现两相电压或单相电压下降到设定值（本站以外的系统出现两相故障或断线故障）时低电压保护不会动作。另外在发生PT单相或两相断线时保护装置也不会报PT故障。
而SEPAM保护装置在判单相或两相断线时采用的是负序电压和负序电流综合判据的方法。当发生单相或二相断线故障时保护装置可测量到负序电压，但此时电流不会发生变化，更不会产生负序电流；而当真正发生单相或二相故障时，一方面会产生负序电压，但同时也会产生负序电流。
本工程的保护装置就是利用以上特点设置了当负序电压大于设定值（>10%Un），同时负序电流小于设定值时（<5%In）判为PT单相或两相断线故障，就可避免一般微机保护装置中断线闭锁的问题。
保护装置PT单相或两相断线闭锁逻辑图见图1。
需要说明的是，SEPAM 保护装置判定PT三相断线是根据以下两个条件：最大一相电压<10%Un；最大一相电流>10%In。
四、接地故障保护新功能
（一）启动与运行保护功能分别设置
大多数高压电动机启动时都会产生很大的不平衡电流，此时保护装置中检测到的零序电流可能会超过设定值，为了避免零序电流保护误动作，SEPAM 保护装置可设定在电动机启动时将零序电流保护设定为报警，在起动完成后设为跳闸。
（二）间歇性接地故障保护
对于最初绝缘损坏由电弧作用引起的瞬时间歇性接地故障，保护装置零序延时电流保护可设置为延时复归过流时间。例如电缆发生了瞬间接地故障，零序电流保护起动并开始记时，但在延时未到时故障消失；如在设定的复归时间内再次发生故障，零序保护的延时将在上一次已计时的基础上继续记时（而不需重新计时），这样就缩短了对于多次间歇性接地故障的动作时间，可使此类故障在崩烧前得到保护。
五、欠电流保护新功能
对本工程的电动机回路，保护装置设有欠电流保护，用于对电动机与驱动设备突然丢失负荷及传动系统或轴断裂进行保护。为避免保护误动作，只有当电动机电流大于1.5%In且断路器接通时保护装置才投入。在断路器空载合闸的情况下，由于保护检测不到电流，闭锁该保护功能。
保护装置欠电流保护逻辑图见图2。
六、通讯新技术
在钢铁行业，目前对高压配电系统的集中监控，国内普遍的做法有两种：
一种是设置与保护装置配套的专用的微机监控后台，保护装置与微机监控后台通过网络进行通讯，高压配电系统的监控在微机监控后台画面上进行。此方法虽然能集中监控大量的信息和趋势，但它不能与主工艺自动化控制系统（如PLC）融为一体。而对钢铁厂而言，高压用电设备（如高压电机）与主工艺系统是紧密相连的，有时不能满足用户的要求或习惯。
另一种是不设专用的微机监控后台，将高压柜的各种状态和故障信息通过硬接线进入主工艺自动化控制系统（如PLC），断路器的跳合闸指令也通过硬接线由主工艺自动化控制系统（如PLC）发出。这样，高压配电系统的集中监控在主工艺自动化控制系统（如PLC）画面上进行，与主工艺自动化控制系统（如PLC）融为一体。但这种方法能监控的状态和信息有限，很多时候仍不能满足用户的要求，且接线复杂，控制电缆较多，投资较大，故障率相对较高。
巴西Acominas 2号高炉主工艺自动化控制系统采用PLC（Quantum），用户要求高压配电系统不设置专门的微机监控后台，各电气室高压柜的监控集中在PLC画面上进行。保护装置与PLC通过网络直接通讯，实现远方智能管理，完成遥测、遥信及遥控、遥调等功能。
通讯网络采用MODBUS PLUS（MB+）。在各电气室配置Schneider的Quantum PLC MB+网关，以保证PLC能快速通过MODBUS PLUS通信协议与Sepam1000+保护装置通信，同时后台监控软件INTOUCH能够通过PLC读取保护数据和下达控制命令，并通过软件组态在PLC监控画面上实时对模拟量、数字量进行动态显示及相关操作。
网络设备由MB+网关（NWBM）、网络接口转换器（A53）、网缆及附件（RVVP-2×0.75）组成。
通过通讯网络交换的信息，本工程全部的高压配电系统的监控范围包括在读操作中可以读取的、远程监控系统使用的所有数据，使高压配电系统的监控既能与主工艺自动化控制系统（PLC）融为一体，又很好地解决了监控状态及信息不足的问题，完全满足了巴方的要求。
中控楼高压配电系统PLC监控画面见图3。
七、结束语
本文仅介绍了微机保护继电器采用的部分最新技术和功能及其在巴西Acominas 2号高炉工程的应用，随着计算机技术的发展以及在继电保护的应用，将会有更多的保护新技术和新功能供使用，为用户提供更加完善的解决方案。
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”