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摘 要：通过与目前常见综保装置的比较分析，提出工业输变电自动化系统是变电站继电保护发展的方向。分析工业输变电自动化系统的特点、基本功能及结构，重点讲述了微机保护装置的特点和分类及工作原理，提出分散式系统结构可以使微机保护装置满足供电系统高可靠性的要求，有效的解决结构简单与功能分布的矛盾，确保供电系统的安全运行，具有推广应用价值。
关键词：变电站综合自动化；微机保护；计算机监控；电动机保护
引言：
大中型工厂变电站综合自动化系统在以往多年的探索发展之后，向智能化、分散化、多模式化方向迈进，并取得了显著的应用成就。由于计算机技术及通信技术等相关学科的飞速发展，使计算机变电站综合自动化系统（SCADA）在大中型工厂变电站（所）中得到了广泛的应用，其保护功能日趋完善，速度和可靠性越来越高。经过多年的运行实践证明，基于微机保护装置的变电站综合自动化系统必将取代传统的继电保护系统以适应现代化生产发展的要求，变配电系统综合自动化是未来发展的主要方向。
1.大中型工厂变电站综合自动化系统的特点
（1）功能综合化：变电站综合自动化技术是在计算机技术、数据通讯技术、模块化软件技术、网络技术基础上发展起来的，它综合了变电所内除交直流电源以外全部二次设备。
（2）结构网络化、分散化：变电站综合自动化系统为分布式系统结构，通过网络总线将各个分散的微机保护装置互连；每个微机保护装置通过内部将数据采集、控制、保护环节的多CPU群构成一个整体，实现各种功能，CPU同时并行工作，信息共享。
（3）操作监视，运行管理智能化：与传统的继电保护系统相比，变电站综合自动化系统具有保护完善、功能齐全、可靠性高、维护少、便于统一管理和调度，采用计算机监控系统可对变电所进行全方位监视和操作。
2.变电站综合自动化系统整体方案设计
以某冶金行业烧成工序变配电室为例，该变配电室担负着烧成车间3、4号两台大型煤磨机和5、6、7号三台排烟机电机的供配电及控制保护任务，采用的是常规继电保护系统，其控制保护及信号系统原来全部通过模拟继电器实现，自动化程度低，缺少必要的检测和记录装置，对供电及设备的质量、性能、状况无法了解，难以适应现代工业管理的要求。根据该变配电室的实际情况，新增微机保护及计算机监控系统，采用一台微机完成变配电室的计算机监控。
整个计算机控制系统采用上、下位机控制结构方式，下位机系统由RS—485总线连成一组工业控制网络，与上位机通过工业以太网进行数据交换，下位机负责完成全系统的数据采集和处理工作，可以完全脱离上位计算机进行独立工作，自动记录、处理、储存所有电量参数，并能独立完成系统的控制保护功能。
3.综合自动化系统硬件配置
该变配电室共有两条联络线和两个进线柜，两台电压互感器柜和5台电动机。设计时，考虑到控制及保护性能，在总体上作了如下设计：
（1）两路进线柜分别安装一台线路智能保护装置，完成母线的保护功能；
（2）两条联络线各安装一台线路智能保护装置，完成联络线的各种保护功能；
（3）五台电动机也分别安装一台电动机智能保护装置，完成电动机的过流、过负荷等保护功能；
（4）PT柜安装测控单元，测量：PT电压、熔断器熔断检测、PT操作检测、PT电压切换信号；
（5）上位管理计算机采用高配置的工控机，配备打印机UPS电源，一台调制解调器、一块智能串行卡。
4.监控计算机功能
软件配置：
操作系统采用WindowsNT4.0，配备Workstation/Server企業版及关系数据库Sybase SQL Server。应用软件采用SuperNet SCADA电力系统自动化控制软件和高级配电应用管理软件，完成以下功能：
数据采集处理/通讯转发；
安全监视/报警处理；
控制操作；
打印功能；
图形、报表生成；
数据库管理；
历史数据库；
Web数据发布。
配电所基本信息管理；
峰谷电量考核模块；
电力设备图形管理；
开关设备故障率统计。
5.1线路保护的设计及工作原理
两路进线柜分别安装一台微机线路保护装置，线路保护装置选用MLPR系列微机线路保护装置。保护装置的功能及工作原理分述如下。
（1）速断保护：输入电流（A、C两相或A、B、C三相）中的任意一相的幅值大于整定值并达到整定的延时时保护动作。
（2）过流保护：过流保护采用反时限过流，当输入电流（A、C两相或A、B、C三相）中任何一相的电流幅值大于反时限电流启动值时，装置按选定的反时限曲线动作。一般反时限：t = 0.14 tp ； 非常反时限：t = 1.35tp ；极端反时限：t = 80 tp。
（3）接地保护：五配为中性点接地系统，单相接地电流较大，须提单独的接地保护。当装置检测到3I0（I0为零序过流整定值）大于整定值并经过整定时间后保护动作。
（4）通讯：装置配有RS485和RS232通讯接口，RS232用于与PC机通讯，便于对装置查询和调试，RS485接口用于网络通讯，实现三遥。
（5）电气防跳回路
传统操作回路一般用电流启动，电压保持回路实现电气防跳，需根据断路跳合闸回路的电流选择防跳继电器，通用性较差，况且对于断路器跳合闸电流较小的断路器往往很难实现。
5.2电动机保护的设计及工作原理
五台电动机分别安装一台电动机综合保护装置，其功能及工作原理分述如下：
（1）短路保护：输入电流（A、C两相或A、B、C三相）中的任意一相的幅值大于整定值并达到整定的延时保护动作。
（2）不平衡（包括断相和反相）保护（负序过流）：负序电流会对电动机带来严重危害，对严重的不平衡（极端情况未断相和反相）必须提供单独的保护。通过负序算法有A、C相电流计算出负序电流实现保护。
（3）接地保护（零序过流）：为适应各种接地电流水平，零序电流由专用零序互感器取得。保护的动作时间即可选择瞬时，也可选择固定延时。
（4）启动时间过长保护：因机械原因，电动机启动时间过长，则在电动机启动之后电动机的运行电流较大，对电动机会带来严重危害。由正序电流结合启动时间实现启动时间过长保护，使正常启动后电动机的运行电流在额定值附近。当整定的启动时间到达后，电动机的电流仍大于额定电流的110%时保护动作。
（5）堵转保护：当电动机实际电流超过设定电流（额定值的2.5倍）并达到整定的延时时间后，保护动作。堵转保护在电机的启动过程中闭锁，启动完成后自动投入。
（6）过负荷（过热）保护：电动机过热是引起电动机损害的重要原因，特备是转子因负序电流产生的过热。过热保护动作的判据充分考虑了负序电流的影响。
（7）复合式低压保护：电动机低压运行时转矩急剧下降，造成电动机过载而电流增加不大，而电动机端电压下降到60%时，电动机的自启动将发生困难，因此必须对电动机提供低压保护。低压保护采用复合式低压保护。
当：U≤Uzd，且I≥1.5Is时，（电动机故障时）无延时跳闸；
当：U≤Uzd，且I<1.5Is时，（电动机故障时）按整定的延时跳闸；
当电压完全消失时不判断
为低电压，否则电动机将无法加压启动。
（8）通讯、电气防跳回路同线路保护装置。
6.结束语
该工序变配电室微机保护及计算机监控系统已投入使用，提高了烧成工序供配电系统的可靠性，通过对供配电系统的改造，有效防止事故的发生和扩大，避免了处理电气事故的盲目性，保证烧成工艺的安全运行。
关键词：变电站综合自动化；微机保护；计算机监控；电动机保护
引言：
大中型工厂变电站综合自动化系统在以往多年的探索发展之后，向智能化、分散化、多模式化方向迈进，并取得了显著的应用成就。由于计算机技术及通信技术等相关学科的飞速发展，使计算机变电站综合自动化系统（SCADA）在大中型工厂变电站（所）中得到了广泛的应用，其保护功能日趋完善，速度和可靠性越来越高。经过多年的运行实践证明，基于微机保护装置的变电站综合自动化系统必将取代传统的继电保护系统以适应现代化生产发展的要求，变配电系统综合自动化是未来发展的主要方向。
1.大中型工厂变电站综合自动化系统的特点
（1）功能综合化：变电站综合自动化技术是在计算机技术、数据通讯技术、模块化软件技术、网络技术基础上发展起来的，它综合了变电所内除交直流电源以外全部二次设备。
（2）结构网络化、分散化：变电站综合自动化系统为分布式系统结构，通过网络总线将各个分散的微机保护装置互连；每个微机保护装置通过内部将数据采集、控制、保护环节的多CPU群构成一个整体，实现各种功能，CPU同时并行工作，信息共享。
（3）操作监视，运行管理智能化：与传统的继电保护系统相比，变电站综合自动化系统具有保护完善、功能齐全、可靠性高、维护少、便于统一管理和调度，采用计算机监控系统可对变电所进行全方位监视和操作。
2.变电站综合自动化系统整体方案设计
以某冶金行业烧成工序变配电室为例，该变配电室担负着烧成车间3、4号两台大型煤磨机和5、6、7号三台排烟机电机的供配电及控制保护任务，采用的是常规继电保护系统，其控制保护及信号系统原来全部通过模拟继电器实现，自动化程度低，缺少必要的检测和记录装置，对供电及设备的质量、性能、状况无法了解，难以适应现代工业管理的要求。根据该变配电室的实际情况，新增微机保护及计算机监控系统，采用一台微机完成变配电室的计算机监控。
整个计算机控制系统采用上、下位机控制结构方式，下位机系统由RS—485总线连成一组工业控制网络，与上位机通过工业以太网进行数据交换，下位机负责完成全系统的数据采集和处理工作，可以完全脱离上位计算机进行独立工作，自动记录、处理、储存所有电量参数，并能独立完成系统的控制保护功能。
3.综合自动化系统硬件配置
该变配电室共有两条联络线和两个进线柜，两台电压互感器柜和5台电动机。设计时，考虑到控制及保护性能，在总体上作了如下设计：
（1）两路进线柜分别安装一台线路智能保护装置，完成母线的保护功能；
（2）两条联络线各安装一台线路智能保护装置，完成联络线的各种保护功能；
（3）五台电动机也分别安装一台电动机智能保护装置，完成电动机的过流、过负荷等保护功能；
（4）PT柜安装测控单元，测量：PT电压、熔断器熔断检测、PT操作检测、PT电压切换信号；
（5）上位管理计算机采用高配置的工控机，配备打印机UPS电源，一台调制解调器、一块智能串行卡。
4.监控计算机功能
软件配置：
操作系统采用WindowsNT4.0，配备Workstation/Server企業版及关系数据库Sybase SQL Server。应用软件采用SuperNet SCADA电力系统自动化控制软件和高级配电应用管理软件，完成以下功能：
数据采集处理/通讯转发；
安全监视/报警处理；
控制操作；
打印功能；
图形、报表生成；
数据库管理；
历史数据库；
Web数据发布。
配电所基本信息管理；
峰谷电量考核模块；
电力设备图形管理；
开关设备故障率统计。
5.1线路保护的设计及工作原理
两路进线柜分别安装一台微机线路保护装置，线路保护装置选用MLPR系列微机线路保护装置。保护装置的功能及工作原理分述如下。
（1）速断保护：输入电流（A、C两相或A、B、C三相）中的任意一相的幅值大于整定值并达到整定的延时时保护动作。
（2）过流保护：过流保护采用反时限过流，当输入电流（A、C两相或A、B、C三相）中任何一相的电流幅值大于反时限电流启动值时，装置按选定的反时限曲线动作。一般反时限：t = 0.14 tp ； 非常反时限：t = 1.35tp ；极端反时限：t = 80 tp。
（3）接地保护：五配为中性点接地系统，单相接地电流较大，须提单独的接地保护。当装置检测到3I0（I0为零序过流整定值）大于整定值并经过整定时间后保护动作。
（4）通讯：装置配有RS485和RS232通讯接口，RS232用于与PC机通讯，便于对装置查询和调试，RS485接口用于网络通讯，实现三遥。
（5）电气防跳回路
传统操作回路一般用电流启动，电压保持回路实现电气防跳，需根据断路跳合闸回路的电流选择防跳继电器，通用性较差，况且对于断路器跳合闸电流较小的断路器往往很难实现。
5.2电动机保护的设计及工作原理
五台电动机分别安装一台电动机综合保护装置，其功能及工作原理分述如下：
（1）短路保护：输入电流（A、C两相或A、B、C三相）中的任意一相的幅值大于整定值并达到整定的延时保护动作。
（2）不平衡（包括断相和反相）保护（负序过流）：负序电流会对电动机带来严重危害，对严重的不平衡（极端情况未断相和反相）必须提供单独的保护。通过负序算法有A、C相电流计算出负序电流实现保护。
（3）接地保护（零序过流）：为适应各种接地电流水平，零序电流由专用零序互感器取得。保护的动作时间即可选择瞬时，也可选择固定延时。
（4）启动时间过长保护：因机械原因，电动机启动时间过长，则在电动机启动之后电动机的运行电流较大，对电动机会带来严重危害。由正序电流结合启动时间实现启动时间过长保护，使正常启动后电动机的运行电流在额定值附近。当整定的启动时间到达后，电动机的电流仍大于额定电流的110%时保护动作。
（5）堵转保护：当电动机实际电流超过设定电流（额定值的2.5倍）并达到整定的延时时间后，保护动作。堵转保护在电机的启动过程中闭锁，启动完成后自动投入。
（6）过负荷（过热）保护：电动机过热是引起电动机损害的重要原因，特备是转子因负序电流产生的过热。过热保护动作的判据充分考虑了负序电流的影响。
（7）复合式低压保护：电动机低压运行时转矩急剧下降，造成电动机过载而电流增加不大，而电动机端电压下降到60%时，电动机的自启动将发生困难，因此必须对电动机提供低压保护。低压保护采用复合式低压保护。
当：U≤Uzd，且I≥1.5Is时，（电动机故障时）无延时跳闸；
当：U≤Uzd，且I<1.5Is时，（电动机故障时）按整定的延时跳闸；
当电压完全消失时不判断
为低电压，否则电动机将无法加压启动。
（8）通讯、电气防跳回路同线路保护装置。
6.结束语
该工序变配电室微机保护及计算机监控系统已投入使用，提高了烧成工序供配电系统的可靠性，通过对供配电系统的改造，有效防止事故的发生和扩大，避免了处理电气事故的盲目性，保证烧成工艺的安全运行。