發電機微機保護裝置設計

『壹』 發電廠及電力系統的保護

微機保護測控裝置是由高集成度、匯流排不出晶元單片機、高精度電流電壓互感器、高絕緣強度出口中間繼電器、高可靠開關電源模塊等部件組成。是用於測量、控制、保護、通訊為一體化的一種經濟型保護。
微機保護測控裝置的優點
1、可以滿足庫存配製有二十幾種保護，滿足用戶對不同電氣設備或線路保護要求。
2、用於可根椐實際運行的需要配製相應保護，真正實現用戶「量身定製」。
3、自定義保護功能，可實現標準保護庫中未提供的特殊保護，最大限度滿足用戶要求。
4、各種保護功能相對獨立，保護定值、實現、閉鎖條件和保護投退可獨立整定和配製。
5、保護功能實現不依賴於通訊網路，滿足電力系統保護的可靠性。
機保護測控裝置保護功能
微機保護測控裝置具備進線保護、出現保護，分段保護、配變保護、電動機保護、電容器保護、主變後備保護、發電機後備保護、PT監控保護等保護功能。 微機綜合自動化系統就是將變電站的二次設備（包括儀表，信號系統，繼電保護，自動裝置和遠動裝置）經過功能的組合和優化設計，利用先進的計算機技術，現代電子技術和通信設備及信號處理技術，實現對全變電站的主要設備和輸配電線路的自動監視，測量，自動控制和微機保護以及與調度通信等綜合性的自動化功能。
微機綜合自動化實現的原則
一是中低壓變電站採用自動化系統，以便更好地實施無人值班，達到減人增效的目的；
二是對高壓變電站（220kV及以上）的建設和設計來說，是要求用先進的控制方式，解決各專業在技術上分散、自成系統，重復投資，甚至影響運行可靠性。
微機綜合自動化系統的基本優點
1）功能實現綜合化。變電站綜合自動化技術是在微機技術、數據通信技術、自動化技術基礎上發展起來。它綜合了變電站內除一次設備和交、直流電源以外的全部二次設備，
2）系統構成模塊化。保護、控制、測量裝置的數字化（採用微機實現，並具有數字化通信能力）利於把各功能模塊通過通信網路連接起來，便於介面功能模塊的擴充及信息的共享。另外，模塊化的構成，方便變電站實現綜合自動化系統模塊的組態，以適應工程的集中式、分部分散式和分布式結構集中式組屏等方式。
3）結構分布、分層、分散化。綜合自動化系統是一個分布式系統，其中微機保護、數據採集和控制以及其他智能設備等子系統都是按分布式結構設計的，每個子系統可能有多個CPU分別完成不同的功能，由龐大的CPU群構成了一個完整的、高度協調的有機綜合系統。
4）操作監視屏幕化。變電站實現綜合自動化後，不論是有人值班還是無人值班，操作人員不是在變電站內，就是在主控站內，就是在主控站或調度室內，面對彩色屏幕顯示器，對變電站的設備和輸電線路進行全方位的監視和操作。
5）通信區域網絡化、光纜化。計算機區域網絡技術和光纖通信技術在綜合自動化系統中得到普遍應用。
6）運行管理智能化。智能化不僅表現在常規自動化功能上，還表現在能夠在線自診斷，並將診斷結果送往遠方主控端
7)測量顯示數字化。採用微機監控系統，常規指針式儀表被CRT顯示器代替。人工抄寫記錄由列印機代替。

『貳』 變電站自動化系統的系統舉例

XNR－800系統設計了系列化的測控裝置：微機保護裝置和綜合一體化的保護測控裝置。不同規模、不同一次接線、不同要求的變電站實現綜合自動化，可以方便的應用這些面向對象設計的裝置。
為了更好地滿足用戶的需求，XNR－800型系統已形成系列化產品如下：
（一）、差動保護部分
1、XNR－891 二圈變壓器差動保護測控裝置（不帶操作迴路）
2、XNR－892 二圈變壓器差動保護測控裝置（帶操作迴路）
3、XNR－893 三圈變壓器差動保護測控裝置
4、XNR－894 線路差動保護測控裝置
5、XNR－896 電動機差動保護測控裝置
6、XNR－897 線路光纖縱差保護測控裝置
7、XNR－898 發電機差動保護測控裝置
8、XNR－899 發變組差動保護測控裝置
（二）、後備保護部分
1、XNR－882 二圈變壓器（高/低）後備保護測控裝置
2、XNR－883 三圈變壓器（高/中/低）後備保護測控裝置
3、XNR－888 發電機後備保護測控裝置
4、XNR－889 發電機接地保護測控裝置
5、XNR－885 主變後備保護操作裝置
6、XNR－886 主變非電量保護測控裝置
7、XNR－881 線路距離後備保護測控裝置
（三）、負荷保護部分
1、XNR－871 線路保護測控裝置
2、XNR－872 變壓器保護測控裝置
3、XNR－873 電動機保護測控裝置
6、XNR－876 電容器保護測控裝置
7、XNR－877 電抗器保護測控裝置
8、XNR－878 線路距離保護測控裝置
9、XNR－879 母聯保護測控裝置
（四）、輔助保護部分
1、XNR－862 備自投保護測控裝置
2、XNR－863 母線PT保護測控裝置
3、XNR－861 通訊管理總控裝置
4、XNR－864 電容器自動投切保護測控裝置
5、XNR－867 低壓減載保護測控裝置
6、 NPS－637 低周減載保護測控裝置
7、 NPS－638 電壓無功自動投切保護測控裝置
（五）、低壓保護部分
1、XNR－881 線路保護測控裝置
2、XNR－882 發電機保護測控裝置
3、XNR－883 電動機保護測控裝置
XNR－800型分層分布式結構示意圖如下：
常規水電站通訊示意圖
110KV變電站通訊示意圖 漢字顯示：該裝置採用大屏幕液晶直接顯示電流、電壓、功率等所需的電氣量，並且將保護動作的各種信息顯示在屏幕上，並記錄其動作時間及大小。指示明確：保護裝置上有六個指示燈，可以指示保護裝置的工作狀態、監視元件的狀態及對斷路器的跳合位監視。操作方便：保護裝置的保護投退、定值整定、數據查詢、開入檢測、開出試驗等都可在保護裝置的面板上直接操作，大大提高了操作的方便性。保密性強：保護裝置的保護投退、定值整定、開出試驗等設計到數據改動及繼電器的開出都需要輸入密碼，從而大大提高了操作的安全性。定值整定：所有的保護定值都通過操作菜單直接整定，在微機上及監控微機上進行定值整定都需要輸入操作密碼及許可權，保證了整定值的安全性。開出操作：按照圖紙對應的繼電器迴路，所有的繼電器開出都可通過面板直接開出操作，但都需要輸入其相應的密碼。數據顯示：保護裝置所採集到的：測量電流、母線電壓以及由此計算的線電壓、有功功率、無功功率、功率因數、頻率等電氣量都集中顯示在液晶屏上。采樣性能：保護電路和測量電路具有獨立的采樣迴路，既保證了監測精度，又保證了保護的抗飽和性能。出口獨立：所有出口繼電器都單獨使用一個通道，方便保護的投入和退出。遙控分合、保護合閘、保護跳閘、事故信號、預告信號及其特殊信號出口都獨立。軟體開放：通過軟體編輯的菜單，可查尋保護裝置所採集的各種電氣量，還可檢查出負荷的運行狀態，以及一些參數設置。事件記錄：能夠記錄最新60條以上事件信息，主要元件任何變位都有信息記錄，並且具有斷電保持功能，該信息可在事件記錄中查詢。自保功能：每個斷路器對應一個操作迴路，緊急時可直接對開關進行操作；另外，裝置具有斷路器跳合閘線圈保護功能，避免因機械拒動而燒毀斷路器線圈。抗擾性能：裝置機箱均採用密閉式，內部雙層屏蔽，減少了電磁對裝置的干擾。防震性能：保護裝置所有板件都是通過硬插件緊密相連，並有固定螺絲固定，避免了保護裝置在長途運輸中出現松動及脫落現象。替代性強：保護裝置功能強大，具有「四遙」功能，完全可替代常規繼電器的保護，數字式的輸入方式，大大減少了維護量。設計靈活：根據現場情況，可設計成集中組屏式，也可分散安裝於開關櫃上。
運行可靠：完善的自檢體系，硬體檢測直到繼電器跳閘出口，均採用可靠的元器件 本系統由電源及繼電器模件、交流采樣模件、CPU及開入量模件、匯流排模件、人機介面模件等組成。CPU採用DSP晶元，斷路器操作模件代替了原來開關櫃的全部操作。
各裝置設有獨立箱體，液晶顯示屏、按鍵、運行指示燈、斷路器位置指示燈、電源指示燈均裝於面板上便於操作、觀察。NPS－600系統採用模塊化設計，即由相同的硬體構成不同種保護。
1)、硬體組成
NPS－600型微機保護測控裝置由下列模件組成：交流采樣模件，CPU及開入量模件，電源及繼電器模件，匯流排模件，液晶顯示模件，全封閉金屬機箱。各模件之間有金屬屏蔽板，減少電磁干擾的影響。
各模件功能簡述如下：
1、電源及繼電器模件：提供裝置各種工作電源，直流或交流185－265V輸入，輸出±5V，+24V。二組電壓均不共地，且採用浮地方式，同外殼不相連。
+5V用於CPU及外圍晶元
+24V用於驅動繼電器
同時此模件安裝出口繼電器及中央信號繼電器，用於斷路器控制和中央信號報警。
2、交流采樣模件：將交流電壓、電流轉變為弱電信號，以便模數轉換。保護CT與測量CT分開，保證保護要求的抗飽和特性與測量精度。交流模件共可以裝13路交流輸入迴路?據用戶所要求的保護功能及測量功能而配備。其原理圖如下：
3、CPU及開入量模件：該模件是整個裝置的核心部分，完成模擬量、開關量的採集、處理，各種保護判據的運算，判斷，然後產生相應的控制出口，發信號及通訊傳輸等。
其原理及與相關插件的關系示意圖如下所示：
同時，此模件可接入開入量，所有接入微機保護的開入量，可將開入量的一端作為公共端短接後接入微機保護的公共端，另外一端作為信號輸入接到對應編號的端子上，所提供的開入量均做無源接點接入即可，保護裝置內部已經提供了公共端電源。
4、 匯流排模件：各模件之間用可靠得接插件與匯流排板相連接，通過匯流排板相互傳遞數據。
5、人機介面模件：人機介面模件裝有大屏幕液晶顯示器、鍵盤和指示燈，完成人機之間的對話，例如顯示電壓電流、保護事件，修改定值等。
超高壓變電站自動化系統主要模式
超高壓變電站自動化系統的結構模式從早期的以集中為主，發展到現在的以相對分散和分層分布分散為主，經歷了一個探索、改進和完善提高的過程，在模式設計和實際的工程建設中都有應用。
所謂集中模式，指的是保護、監控、通信等自動化功能模塊均在控制室集中布置，各模塊從物理上聯系較弱甚至毫無聯系。早期的系統，包括許多引進的產品，主要採用這種結構模式，目前仍有為數不少的這樣的系統在運行。
相對分散模式，指的是自動化系統設備按站內的電壓等級或一次設備布置區域劃分成幾個相對獨立的小區，在該小區內建設相應的設備小室，保護、監控等設備安裝於設備小室中，主站通信控制器、直流、錄波等設備仍集中安裝在控制室，各小室之間以及與控制室之間均通過工業匯流排網路互聯。這種模式從90年代後期開始得到大量應用。
分層分布分散模式亦即全監控，指的是參照中低壓變電站綜合自動化的結構模式，除主變、母線和高壓線路的保護測控、中央信號、通信仍採用集中組屏外，出線、電容器的保護、監控等設備完全按設備間隔安裝於就地的設備小室或直接安裝在一次設備上，各模塊之間採用標准局域匯流排和通信規約互聯。當然，也可按集中組屏的方式安裝這些模塊。這種模式在最近有迅速發展的勢頭。
隨著新技術的發展、新標準的制訂、新應用需求的提出，還會出現與之相適應的新的系統結構模式。