微机保护测控装置在某铜钼矿变电站的应用

 

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摘要：供配电系统是矿山建设的重要组成部分，变电站安全运行对矿山安全生产至关重要，微机保护测控装置可为变电站安全运行提供保障。介绍了微机保护测控装置特点和系统设计选型及整定值分析。某铜钼矿变电站运营实践表明:采用微机保护测电系统简化，管理方便，运行可靠性提高，运营成本降低;类似工程可以采用微机保护测控装置，对于系统较为复杂的变配电站还可以增加自动化保护系统。

关键词：变电站;高压设备;微机保护测控装置;矿山建设

　　随着矿山规模的扩大，生产设备用电负荷也随之 增加，为保证安全生产、降低电力损耗，使中高压配电深入负荷中心，这就增加了矿区内的高压配电室数量，也使供配电系统的故障几率增加，同时也增加了维护的工作量。为了克服这些问题，变电站采用微机保护测控装置成了当今矿山配电的必然选择。

　　中国黄金集团内蒙古矿业有限公司某铜钼矿一期工程规模日处理矿石30000t，于2008年12月25日实现无负荷联动试车车，2009年9月16日投料试车。某铜钼矿区(包括中转站、储矿堆和顽石破碎工段)电力负荷约4500kV·A，高压设备有2台圆锥破碎机和2台胶带输送机，其中1台胶带输送机为3台电动机驱动。某铜钼矿变电站采用了RD600系列微机线路保护装置微机变压器保护装置、微机 、换装置及微机电动机保护装置，装置分散安装在开关 柜。采用微机保护测控装置使得碎矿变电站系统简单，维护方便，可靠性高，大大节约了人力、物力，保障了矿山生产正常进行。

1微机保护测控装置及特点

　　微机保护测控装置是由利用集成电路技术制成的芯片组成，融入了先进的软件二次设计思想集保 护、测量、监视、控制、通信等功能于一体的保护控制单元。该装置针对开关柜进行单元化设计，简化了开关柜的二次设计与施工，用以代替传统的利用各种常 规继电器和测量仪表实现的继电保护功能，节省了安装空间和控制电缆用量。该装置具有以下特点:

　　1) 微机控制使设备更加智能化，保护装置的软件对复杂故障有很强的综合分析和判断能力，加之装置的自检和巡检功能，使其具有较高的可靠性和工况可知性。

　　2) 微机保护的采样、计算、比较都是通过软件实 现，实时性很好，能在故障暂态期内及时地判断故障， 经过反复比对校核，对故障进行判断和自纠，使保护的动作正确率大为提高。

　　3) 由于软件具有易于修改和增加的特点，通过 软件就可以将新的保护原理添加到保护中，也可以在 不增加硬件的条件下通过修改或增加软件实现一些 附加的功能，如低频减载、故障录波等。

　　4) 微机保护测控装置中文显示，人机界面友好， 信息查询、改变运行方式及修改整定值都十分方便。

　　5) 装置安装灵活方便，可以分散安装于开关柜， 也可以集中组屏安装。

　　6) 微机保护测控装置的串行通信功能，配以相 应的软件可实现在远方变电站对装置的监控，也可将 其纳入变电站综合自动化系统。 变电站综合自动化是指利用先进的计算机、现代 电子、通信和数字信号处理(DSP) 等技术，实现对变 电站主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、控制、保护以及与调度通信等综合性自动化功能。它综合了变电站内除交直流电源以外的全部二次设备功能，典型的变电站综合自动化系统拓扑图如图 1 所示。

2 微机保护测控装置的应用

　　2.1 设计选型及整定值分析

　　1）系统的两路进线及下设的中转站配电室的馈 出回路选用了 RD 600F 型微机线路保护测控装置。设计中选用了速断保护、过负荷保护、零序保护和低电压保护

图 1 典型变电站综合自动化系统拓扑图

　　速断保护的动作电流应躲过线路末端短路时三相短路电流。

       式中: Iop·K———保护装置动作电流(A) ;

　　Krel———可靠系数;

　　Kjx———接线系数;

　　nTA———电流互感器变比;

　　I″2k3·max———运行方式下线路末端三相短 路超瞬态电流(A) 。

　　式中: Iop———保护装置一次动作电流(A) 。

　　保护装置速断保护的灵敏系数按运行方式 下线路始端两相短路电流校验。

       式中: Ksen———保护装置的灵敏系数;

　　I″1k2·min———运行方式下线路始端两相短 路超瞬态电流(A) 。

　　过负荷保护的动作电流应躲过线路过负荷电流， 即当三相电流中任一相电流大于整定值并超过设定

　　延时时间后，保护装置动作。

        ​式中: Kr———继电器返回系数;

　　Igh———线路过负荷电流(A) 。

　　保护装置过负荷保护的灵敏系数按运行方式下线路末端两相短路电流校验。

　　式中: I″2k2·min———运行方式下线路末端两相短 路稳态电流(A) 。

　　零序保护的一次动作电流应按躲过被保护线路外部单相接地故障时，从被保护元件流出的电容电流

　　及按灵敏系数 1.25 整定。

　　式中: ICX———被保护线路外部发生单相接地故障时， 从被保护元件流出的电容电流( A) 。

　　式中: ICX———电网的总单相接地电容电流(A) 。

　　低电压保护的工作原理是: 当断路器处于合位且 3 个线电压均小于低电压保护整定值并达到延时后保护即动作。为确保装置上电时母线三相失压引起 保护误动作，装置低电压保护只有监测到母线电压正常后才投入。某钼矿变电站所有的回路都装设了低电压保护。

　　2) 系统的 2 台圆锥破碎机和 1 台胶带输送机的馈电回路选用了 RD 600M1 型微机电动机保护测控装置。设计中选用了速断保护、过负荷保护、零序保护和低电压保护。

　　异步电动机速断保护的动作电流应躲过电动机的启动电流。

        式中: IrM———电动机额定电流( A) ;

　　Kst———电动机启动电流倍数，当采用降压电抗器启动或变压器 － 电动机组时，启动电流倍数为 K'st。

        ​式中: Uk———电抗器或变压器的阻抗电压相对值;

　　SrM———电动机额定容量( kV·A) ;

　　SrT———电抗器或变压器额定容量( kV·A) 。

　　保护装置速断保护的灵敏系数按运行方式下电动机接线端两相短路时，流过保护安装处的短路电流校验。

　　式中: I″2k2·min———运行方式下，电动机接线端两相短路时，流过保护安装处的超瞬态电流( A) 。

　　保护装置的动作时限需躲过电动机启动及自启动 的时间 top ＞ tst，对于一般电动机，top = ( 1． 1 ～1． 2) tst，其中，top为保护装置动作时间( s) ; tst为电动机启动或自启动时间( s)

　　零序保护的一次动作电流应按被保护元件发生 单相接地故障时，灵敏系数 1． 25 整定。

　　3) 某铜钼矿变电站安装 1 台1000 kV·A 变压器，设计选用了 RD 600T 型微机变压器保护装置，选用了其中的定时限过流保护、零序保护、低电压保护和本体保护。过电流保护的动作电流应躲过可能出现的过负荷电流。

​        式中: Kgh———过负荷系数;

　　I1rT———变压器高压侧额定电流( A) 。 保护装置过电流保护的灵敏系数按电力系统运行方式下，低压侧两相短路时流过高压侧保护安装处的短路电流校验。

　　式中: I″2k2·min———运行方式下变压器低压侧两 相短路时，流过高压侧保护安装处 的稳态电流( A) 。

　　保护装置的动作时限应与下一级保护动作时限相配合。

　　零序保护的一次动作电流应按被保护元件发生 单相接地故障时，灵敏系数 1． 25 整定

　　变压器本体保护的动作接点输入保护装置的本体保护接口，可以实现高温报警、超温跳闸保护。

　　4) 某铜钼矿供配电系统采用双电源单母线分段方式供电，设计采用 PT 自动切换保护装置，对 PT 进行自动切换、低电压保护及绝缘监察。

　　2.2微机保护测控装置与传统继电保护装置的比较

　　传统的继电保护是利用各种性能的继电器和测量仪表及各继电器之间的联锁实现对系统的各种保护。而微机保护测控装置是通过软件实现保护功能。传统继电保护的优点是直观明了，缺点是使用的继电器数量多，占用空间大，接线繁琐，故障点多，由于保护的构成是依靠硬接点连接，当系统出现故障时，查找故障点困难大，增加了维护的工作量，浪费时间，浪费人力，并且影响矿山正常生产。微机护测控装置是将各项功能集成于装置内部，通过软件编程实现对系统的保护。装置具有自检功能，对系统的运行情况进行实时监测前及时地报告系统存在的问题及故障类型等信息，便于工作人员排除故障，可以大大缩短维护时间，节省人力，保证矿山生产正常进行。

　　另外装有微机保护测控装置的系统可以利用保护装置的通讯功能将系统的运行情况远传至其他站，并在远端实现对系统的监控，做到本站的无人值守。这样就在保证系统受控的前提下，减少维护值班人员，节省矿山生产运营成本。

　　2.3微机保护测控装置的应用效果

　　某铜钼矿变电站微机保护测控装置收到 了较好的应用效果:

　　1) 采用微机保护测控装置可靠性更高。采用微机保护测控装置，系统接线简化，故障点减少，降低了 故障率，系统的可靠性提高，加之装置的自检和实时监测功能，使排除故障的时间大为缩短，有效地保障了矿山生产的正常进行。

　　2) 值班维护人员明显减少，降低了人员成本。采用微机保护测控装置后，系统稳定，故障率低，这样就减少了维护人员的数量，降低了人员的工资成本。

3安科瑞微机保护产品介绍和选型

　　3.1概述

　　AM5系列微机保护测控装置（以下简称装置）集保护、测量、控制于一体，适用于35kV 及以下电压等级的用户终端变电站(所)，可实现用户变电站的保护和测控。应用领域覆盖电 力、水利、交通、石油、化工、煤炭、冶金等行业。

　　装置采用先进成熟可靠的保护原理和算法，抗干扰性能强，可靠性高，保护实现方式灵活，通讯采用冗余设计。装置具备独立的高精度电流测量回路，16路开关量采集和10路继 电器输出，能与 Acrel-2000 电力监控软件配合，可以实现无人值班的终端用户变电站配电自动化系统。

安科瑞微机保护产品选型表

　　3.2 特点

　　成熟完善的保护功能

　　装置针对不同一次设备可以灵活配置不同的保护功能，可以实现 35kV 及以下电压等级变配电站保护测控功能，适用于线路、母联、配电变压器、高压电动机、高压电容器等设备的保护和自动控制功能。

       高性能硬软件平台

　　装置采用高性能的硬件平台，全部采用工业级元器件，专业的 EMC 设计，配合完善的在 线自检测试程序，采用高性能处理器作为保护 CPU，配置以大容量的 RAM 和 Flash，使本产品具有较强的数据处理、逻辑运算和信息存储能力。

　　人性化

　　装置采用全汉化大屏幕液晶显示，人机界面清晰易懂；

　　灵活、舒适的按钮设计，菜单式操作简单、便捷；

　　配备的计算机界面的调试与分析软件，调试及维护简单方便。

　　丰富的接口资源

　　8 路交流电流通道、4 路交流电压通道；

　　16 路开关量输入通道（交直流两用)、10 路开关量输出通道；

　　2 个 RS485 通讯接口、1 个 RS232 维护口、1 个 IRIG-B 对时口。

　　灵活方便的接线方式

　　AM5 的交流电压输入端口可接相电压，也可接线电压或零序电压或不平衡电压，适应各种 PT 接线方式。保护电流和测量电流通道可分别接三相电流；另外两个交流电流通道可以接零序电流、不平衡电流或者线路电流。

　　透明化

　　实时记录交流量、开入量、开出量和所有保护模块的状态；记录内部各元件动作行为、动作时间和录波数据。

　　强大的图形可编程

　　采用全图形化编程技术，可以根据需要对装置进行逻辑编程，满足多数用户的要求。如果装置在使用过程中需要更换保护功能，只需通过装置的维护端口更新内置逻辑图即可，实 现方式简单灵活。

　　高可靠性设计

　　通过 5 项电磁兼容检测认证，电快速瞬变脉冲群、静电放电、浪涌抗干扰性能均达到IV 级标准。

4 结束语

　　综上所述，采用微机保护测控装置对某铜钼矿变电站系统进行保护后，系统运行更加平稳可靠，故障率明显下降，生产有序进行，提高了企业的经济效益。

　　某铜钼矿碎电站自 2008 年 12 月投入使用，经过 3 年多的运行，系统稳定、可靠，维护工作量大大减少，充分体现出了采用微机保护测控装置进行继电保护的优势，在今后变配电站系统中应广泛应用。由于微机保护装置体积小、接线方便的特点，它也为在现有变电站改造升级中应用提供了便利条件。

　　某铜钼矿变电站系统简单，设备台数少，因此只采用了微机保护测控装置，而没有构建保护系统。对于供配电系统相对复杂、变电站或者配电室的数量较多的企业则可将企业总降压变电所或某个配电室作为主站，与其他各分站依托网络建立通讯联系，构建综合自动化系统，实现现场管理现代化，提高系统的安全和经济运行水平，从而保障生产，提高企业的经济效益。随着电控技术的不断进步和计算机软硬件环境的进一步改善，变电站综合自动化系统的优越性将会进一步地显现。

参考文献

　　[1] 中国航空工业规划设计研究院． 工业与民用配电设计手册［M］．第三版． 北京：  中国电力出版社，2005．

　　[2] 唐抒梅、张兰臣微机保护测控装置在乌山铜钼矿碎矿变电站的应用[J] ,黄金，2012

　　[3] 安科瑞智能电网用户端电力监控/电能管理/电气安全（产品报价手册）,2020.01