发电机微机保护装置设计

『壹』 发电厂及电力系统的保护

微机保护测控装置是由高集成度、总线不出芯片单片机、高精度电流电压互感器、高绝缘强度出口中间继电器、高可靠开关电源模块等部件组成。是用于测量、控制、保护、通讯为一体化的一种经济型保护。
微机保护测控装置的优点
1、可以满足库存配制有二十几种保护，满足用户对不同电气设备或线路保护要求。
2、用于可根椐实际运行的需要配制相应保护，真正实现用户“量身定制”。
3、自定义保护功能，可实现标准保护库中未提供的特殊保护，最大限度满足用户要求。
4、各种保护功能相对独立，保护定值、实现、闭锁条件和保护投退可独立整定和配制。
5、保护功能实现不依赖于通讯网络，满足电力系统保护的可靠性。
机保护测控装置保护功能
微机保护测控装置具备进线保护、出现保护，分段保护、配变保护、电动机保护、电容器保护、主变后备保护、发电机后备保护、PT监控保护等保护功能。 微机综合自动化系统就是将变电站的二次设备（包括仪表，信号系统，继电保护，自动装置和远动装置）经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术，现代电子技术和通信设备及信号处理技术，实现对全变电站的主要设备和输配电线路的自动监视，测量，自动控制和微机保护以及与调度通信等综合性的自动化功能。
微机综合自动化实现的原则
一是中低压变电站采用自动化系统，以便更好地实施无人值班，达到减人增效的目的；
二是对高压变电站（220kV及以上）的建设和设计来说，是要求用先进的控制方式，解决各专业在技术上分散、自成系统，重复投资，甚至影响运行可靠性。
微机综合自动化系统的基本优点
1）功能实现综合化。变电站综合自动化技术是在微机技术、数据通信技术、自动化技术基础上发展起来。它综合了变电站内除一次设备和交、直流电源以外的全部二次设备，
2）系统构成模块化。保护、控制、测量装置的数字化（采用微机实现，并具有数字化通信能力）利于把各功能模块通过通信网络连接起来，便于接口功能模块的扩充及信息的共享。另外，模块化的构成，方便变电站实现综合自动化系统模块的组态，以适应工程的集中式、分部分散式和分布式结构集中式组屏等方式。
3）结构分布、分层、分散化。综合自动化系统是一个分布式系统，其中微机保护、数据采集和控制以及其他智能设备等子系统都是按分布式结构设计的，每个子系统可能有多个CPU分别完成不同的功能，由庞大的CPU群构成了一个完整的、高度协调的有机综合系统。
4）操作监视屏幕化。变电站实现综合自动化后，不论是有人值班还是无人值班，操作人员不是在变电站内，就是在主控站内，就是在主控站或调度室内，面对彩色屏幕显示器，对变电站的设备和输电线路进行全方位的监视和操作。
5）通信局域网络化、光缆化。计算机局域网络技术和光纤通信技术在综合自动化系统中得到普遍应用。
6）运行管理智能化。智能化不仅表现在常规自动化功能上，还表现在能够在线自诊断，并将诊断结果送往远方主控端
7)测量显示数字化。采用微机监控系统，常规指针式仪表被CRT显示器代替。人工抄写记录由打印机代替。

『贰』 变电站自动化系统的系统举例

XNR－800系统设计了系列化的测控装置：微机保护装置和综合一体化的保护测控装置。不同规模、不同一次接线、不同要求的变电站实现综合自动化，可以方便的应用这些面向对象设计的装置。
为了更好地满足用户的需求，XNR－800型系统已形成系列化产品如下：
（一）、差动保护部分
1、XNR－891 二圈变压器差动保护测控装置（不带操作回路）
2、XNR－892 二圈变压器差动保护测控装置（带操作回路）
3、XNR－893 三圈变压器差动保护测控装置
4、XNR－894 线路差动保护测控装置
5、XNR－896 电动机差动保护测控装置
6、XNR－897 线路光纤纵差保护测控装置
7、XNR－898 发电机差动保护测控装置
8、XNR－899 发变组差动保护测控装置
（二）、后备保护部分
1、XNR－882 二圈变压器（高/低）后备保护测控装置
2、XNR－883 三圈变压器（高/中/低）后备保护测控装置
3、XNR－888 发电机后备保护测控装置
4、XNR－889 发电机接地保护测控装置
5、XNR－885 主变后备保护操作装置
6、XNR－886 主变非电量保护测控装置
7、XNR－881 线路距离后备保护测控装置
（三）、负荷保护部分
1、XNR－871 线路保护测控装置
2、XNR－872 变压器保护测控装置
3、XNR－873 电动机保护测控装置
6、XNR－876 电容器保护测控装置
7、XNR－877 电抗器保护测控装置
8、XNR－878 线路距离保护测控装置
9、XNR－879 母联保护测控装置
（四）、辅助保护部分
1、XNR－862 备自投保护测控装置
2、XNR－863 母线PT保护测控装置
3、XNR－861 通讯管理总控装置
4、XNR－864 电容器自动投切保护测控装置
5、XNR－867 低压减载保护测控装置
6、 NPS－637 低周减载保护测控装置
7、 NPS－638 电压无功自动投切保护测控装置
（五）、低压保护部分
1、XNR－881 线路保护测控装置
2、XNR－882 发电机保护测控装置
3、XNR－883 电动机保护测控装置
XNR－800型分层分布式结构示意图如下：
常规水电站通讯示意图
110KV变电站通讯示意图 汉字显示：该装置采用大屏幕液晶直接显示电流、电压、功率等所需的电气量，并且将保护动作的各种信息显示在屏幕上，并记录其动作时间及大小。指示明确：保护装置上有六个指示灯，可以指示保护装置的工作状态、监视元件的状态及对断路器的跳合位监视。操作方便：保护装置的保护投退、定值整定、数据查询、开入检测、开出试验等都可在保护装置的面板上直接操作，大大提高了操作的方便性。保密性强：保护装置的保护投退、定值整定、开出试验等设计到数据改动及继电器的开出都需要输入密码，从而大大提高了操作的安全性。定值整定：所有的保护定值都通过操作菜单直接整定，在微机上及监控微机上进行定值整定都需要输入操作密码及权限，保证了整定值的安全性。开出操作：按照图纸对应的继电器回路，所有的继电器开出都可通过面板直接开出操作，但都需要输入其相应的密码。数据显示：保护装置所采集到的：测量电流、母线电压以及由此计算的线电压、有功功率、无功功率、功率因数、频率等电气量都集中显示在液晶屏上。采样性能：保护电路和测量电路具有独立的采样回路，既保证了监测精度，又保证了保护的抗饱和性能。出口独立：所有出口继电器都单独使用一个通道，方便保护的投入和退出。遥控分合、保护合闸、保护跳闸、事故信号、预告信号及其特殊信号出口都独立。软件开放：通过软件编辑的菜单，可查寻保护装置所采集的各种电气量，还可检查出负荷的运行状态，以及一些参数设置。事件记录：能够记录最新60条以上事件信息，主要元件任何变位都有信息记录，并且具有断电保持功能，该信息可在事件记录中查询。自保功能：每个断路器对应一个操作回路，紧急时可直接对开关进行操作；另外，装置具有断路器跳合闸线圈保护功能，避免因机械拒动而烧毁断路器线圈。抗扰性能：装置机箱均采用密闭式，内部双层屏蔽，减少了电磁对装置的干扰。防震性能：保护装置所有板件都是通过硬插件紧密相连，并有固定螺丝固定，避免了保护装置在长途运输中出现松动及脱落现象。替代性强：保护装置功能强大，具有“四遥”功能，完全可替代常规继电器的保护，数字式的输入方式，大大减少了维护量。设计灵活：根据现场情况，可设计成集中组屏式，也可分散安装于开关柜上。
运行可靠：完善的自检体系，硬件检测直到继电器跳闸出口，均采用可靠的元器件 本系统由电源及继电器模件、交流采样模件、CPU及开入量模件、总线模件、人机接口模件等组成。CPU采用DSP芯片，断路器操作模件代替了原来开关柜的全部操作。
各装置设有独立箱体，液晶显示屏、按键、运行指示灯、断路器位置指示灯、电源指示灯均装于面板上便于操作、观察。NPS－600系统采用模块化设计，即由相同的硬件构成不同种保护。
1)、硬件组成
NPS－600型微机保护测控装置由下列模件组成：交流采样模件，CPU及开入量模件，电源及继电器模件，总线模件，液晶显示模件，全封闭金属机箱。各模件之间有金属屏蔽板，减少电磁干扰的影响。
各模件功能简述如下：
1、电源及继电器模件：提供装置各种工作电源，直流或交流185－265V输入，输出±5V，+24V。二组电压均不共地，且采用浮地方式，同外壳不相连。
+5V用于CPU及外围芯片
+24V用于驱动继电器
同时此模件安装出口继电器及中央信号继电器，用于断路器控制和中央信号报警。
2、交流采样模件：将交流电压、电流转变为弱电信号，以便模数转换。保护CT与测量CT分开，保证保护要求的抗饱和特性与测量精度。交流模件共可以装13路交流输入回路?据用户所要求的保护功能及测量功能而配备。其原理图如下：
3、CPU及开入量模件：该模件是整个装置的核心部分，完成模拟量、开关量的采集、处理，各种保护判据的运算，判断，然后产生相应的控制出口，发信号及通讯传输等。
其原理及与相关插件的关系示意图如下所示：
同时，此模件可接入开入量，所有接入微机保护的开入量，可将开入量的一端作为公共端短接后接入微机保护的公共端，另外一端作为信号输入接到对应编号的端子上，所提供的开入量均做无源接点接入即可，保护装置内部已经提供了公共端电源。
4、 总线模件：各模件之间用可靠得接插件与总线板相连接，通过总线板相互传递数据。
5、人机接口模件：人机接口模件装有大屏幕液晶显示器、键盘和指示灯，完成人机之间的对话，例如显示电压电流、保护事件，修改定值等。
超高压变电站自动化系统主要模式
超高压变电站自动化系统的结构模式从早期的以集中为主，发展到现在的以相对分散和分层分布分散为主，经历了一个探索、改进和完善提高的过程，在模式设计和实际的工程建设中都有应用。
所谓集中模式，指的是保护、监控、通信等自动化功能模块均在控制室集中布置，各模块从物理上联系较弱甚至毫无联系。早期的系统，包括许多引进的产品，主要采用这种结构模式，目前仍有为数不少的这样的系统在运行。
相对分散模式，指的是自动化系统设备按站内的电压等级或一次设备布置区域划分成几个相对独立的小区，在该小区内建设相应的设备小室，保护、监控等设备安装于设备小室中，主站通信控制器、直流、录波等设备仍集中安装在控制室，各小室之间以及与控制室之间均通过工业总线网络互联。这种模式从90年代后期开始得到大量应用。
分层分布分散模式亦即全监控，指的是参照中低压变电站综合自动化的结构模式，除主变、母线和高压线路的保护测控、中央信号、通信仍采用集中组屏外，出线、电容器的保护、监控等设备完全按设备间隔安装于就地的设备小室或直接安装在一次设备上，各模块之间采用标准局域总线和通信规约互联。当然，也可按集中组屏的方式安装这些模块。这种模式在最近有迅速发展的势头。
随着新技术的发展、新标准的制订、新应用需求的提出，还会出现与之相适应的新的系统结构模式。