摘要：供配電系統是礦山建設的重要組成部分，變電站安全運行對礦山安全生產(chǎn)至關(guān)重要，微機保護測控裝置可為變電站安全運行提供保障。介紹了微機保護測控裝置特點(diǎn)和系統設計選型及整定值分析。某銅鉬礦變電站運營(yíng)實(shí)踐表明:采用微機保護測電系統簡(jiǎn)化，管理方便，運行可靠性提高，運營(yíng)成本降低;類(lèi)似工程可以采用微機保護測控裝置，對于系統較為復雜的變配電站還可以增加自動(dòng)化保護系統。
關(guān)鍵詞：變電站;高壓設備;微機保護測控裝置;礦山建設
隨著(zhù)礦山規模的擴大，生產(chǎn)設備用電負荷也隨之 增加，為保證安全生產(chǎn)、降低電力損耗，使中高壓配電深入負荷，這就增加了礦區內的高壓配電室數量，也使供配電系統的故障幾率增加，同時(shí)也增加了維護的工作量。為了克服這些問(wèn)題，變電站采用微機保護測控裝置成了當今礦山配電的必然選擇。
中國黃金集團內蒙古礦業(yè)有限公司某銅鉬礦一期工程規模日處理礦石30000t，于2008年12月25日實(shí)現無(wú)負荷聯(lián)動(dòng)試車(chē)車(chē)，2009年9月16日投料試車(chē)。某銅鉬礦區(包括中轉站、儲礦堆和頑石破碎工段)電力負荷約4500kV·A，高壓設備有2臺圓錐破碎機和2臺膠帶輸送機，其中1臺膠帶輸送機為3臺電動(dòng)機驅動(dòng)。某銅鉬礦變電站采用了RD600系列微機線(xiàn)路保護裝置微機變壓器保護裝置、微機 、換裝置及微機電動(dòng)機保護裝置，裝置分散安裝在開(kāi)關(guān) 柜。采用微機保護測控裝置使得碎礦變電站系統簡(jiǎn)單，維護方便，可靠性高，大大節約了人力、物力，保障了礦山生產(chǎn)正常進(jìn)行。
1 微機保護測控裝置及特點(diǎn)
微機保護測控裝置是由利用集成電路技術(shù)制成的芯片組成，融入了先進(jìn)的軟件二次設計思想集保 護、測量、監視、控制、通信等功能于一體的保護控制單元。該裝置針對開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行單元化設計，簡(jiǎn)化了開(kāi)關(guān)柜的二次設計與施工，用以代替傳統的利用各種常 規繼電器和測量?jì)x表實(shí)現的繼電保護功能，節省了安裝空間和控制電纜用量。該裝置具有以下特點(diǎn):
1)微機控制使設備更加智能化，保護裝置的軟件對復雜故障有很強的綜合分析和判斷能力，加之裝置的自檢和巡檢功能，使其具有較高的可靠性和工況可知性。
2)微機保護的采樣、計算、比較都是通過(guò)軟件實(shí) 現，實(shí)時(shí)性很好，能在故障暫態(tài)期內及時(shí)地判斷故障， 經(jīng)過(guò)反復比對校核，對故障進(jìn)行判斷和自糾，使保護的動(dòng)作正確率大為提高。
3)由于軟件具有易于修改和增加的特點(diǎn)，通過(guò) 軟件就可以將新的保護原理添加到保護中，也可以在 不增加硬件的條件下通過(guò)修改或增加軟件實(shí)現一些 附加的功能，如低頻減載、故障錄波等。
4)微機保護測控裝置中文顯示，人機界面友好， 信息查詢(xún)、改變運行方式及修改整定值都十分方便。
5)裝置安裝靈活方便，可以分散安裝于開(kāi)關(guān)柜， 也可以集中組屏安裝。
6)微機保護測控裝置的串行通信功能，配以相 應的軟件可實(shí)現在遠方變電站對裝置的監控，也可將 其納入變電站綜合自動(dòng)化系統。 變電站綜合自動(dòng)化是指利用先進(jìn)的計算機、現代 電子、通信和數字信號處理(DSP) 等技術(shù)，實(shí)現對變 電站主要設備和輸、配電線(xiàn)路的自動(dòng)監視、測量、控制、保護以及與調度通信等綜合性自動(dòng)化功能。它綜合了變電站內除交直流電源以外的全部二次設備功能，典型的變電站綜合自動(dòng)化系統拓撲圖如圖 1 所示。
2 微機保護測控裝置的應用
2.1 設計選型及整定值分析
1）系統的兩路進(jìn)線(xiàn)及下設的中轉站配電室的饋 出回路選用了 RD 600F 型微機線(xiàn)路保護測控裝置。設計中選用了速斷保護、過(guò)負荷保護、零序保護和低電壓保護
圖 1 典型變電站綜合自動(dòng)化系統拓撲圖
速斷保護的動(dòng)作電流應躲過(guò)線(xiàn)路末端短路時(shí)三相短路電流。
式中: Iop·K———保護裝置動(dòng)作電流(A) ;
Krel———可靠系數;
Kjx———接線(xiàn)系數;
nTA———電流互感器變比;
I″2k3·max———運行方式下線(xiàn)路末端三相短 路超瞬態(tài)電流(A) 。
式中: Iop———保護裝置一次動(dòng)作電流(A) 。
保護裝置速斷保護的靈敏系數按運行方式 下線(xiàn)路始端兩相短路電流校驗。
式中: Ksen———保護裝置的靈敏系數;
I″1k2·min———運行方式下線(xiàn)路始端兩相短 路超瞬態(tài)電流(A) 。
過(guò)負荷保護的動(dòng)作電流應躲過(guò)線(xiàn)路過(guò)負荷電流， 即當三相電流中任一相電流大于整定值并超過(guò)設定
延時(shí)時(shí)間后，保護裝置動(dòng)作。
式中: Kr———繼電器返回系數;
Igh———線(xiàn)路過(guò)負荷電流(A) 。
保護裝置過(guò)負荷保護的靈敏系數按運行方式下線(xiàn)路末端兩相短路電流校驗。
式中: I″2k2·min———運行方式下線(xiàn)路末端兩相短 路穩態(tài)電流(A) 。
零序保護的一次動(dòng)作電流應按躲過(guò)被保護線(xiàn)路外部單相接地故障時(shí)，從被保護元件流出的電容電流
及按靈敏系數 1.25 整定。
式中: ICX———被保護線(xiàn)路外部發(fā)生單相接地故障時(shí)， 從被保護元件流出的電容電流( A) 。
式中: ICX———電網(wǎng)的總單相接地電容電流(A) 。
低電壓保護的工作原理是: 當斷路器處于合位且 3 個(gè)線(xiàn)電壓均小于低電壓保護整定值并達到延時(shí)后保護即動(dòng)作。為確保裝置上電時(shí)母線(xiàn)三相失壓引起 保護誤動(dòng)作，裝置低電壓保護只有監測到母線(xiàn)電壓正常后才投入。某鉬礦變電站所有的回路都裝設了低電壓保護。
2) 系統的 2 臺圓錐破碎機和 1 臺膠帶輸送機的饋電回路選用了 RD 600M1 型微機電動(dòng)機保護測控裝置。設計中選用了速斷保護、過(guò)負荷保護、零序保護和低電壓保護。
異步電動(dòng)機速斷保護的動(dòng)作電流應躲過(guò)電動(dòng)機的啟動(dòng)電流。
式中: IrM———電動(dòng)機額定電流( A) ;
Kst———電動(dòng)機啟動(dòng)電流倍數，當采用降壓電抗器啟動(dòng)或變壓器 － 電動(dòng)機組時(shí)，啟動(dòng)電流倍數為 K'st。
式中: Uk———電抗器或變壓器的阻抗電壓相對值;
SrM———電動(dòng)機額定容量( kV·A) ;
SrT———電抗器或變壓器額定容量( kV·A) 。
保護裝置速斷保護的靈敏系數按運行方式下電動(dòng)機接線(xiàn)端兩相短路時(shí)，流過(guò)保護安裝處的短路電流校驗。
式中: I″2k2·min———運行方式下，電動(dòng)機接線(xiàn)端兩相短路時(shí)，流過(guò)保護安裝處的超瞬態(tài)電流( A) 。
保護裝置的動(dòng)作時(shí)限需躲過(guò)電動(dòng)機啟動(dòng)及自啟動(dòng) 的時(shí)間 top ＞ tst，對于一般電動(dòng)機，top = ( 1． 1 ～1． 2) tst，其中，top為保護裝置動(dòng)作時(shí)間( s) ; tst為電動(dòng)機啟動(dòng)或自啟動(dòng)時(shí)間( s)
零序保護的一次動(dòng)作電流應按被保護元件發(fā)生 單相接地故障時(shí)，靈敏系數 1． 25 整定。
3) 某銅鉬礦變電站安裝 1 臺1000 kV·A 變壓器，設計選用了 RD 600T 型微機變壓器保護裝置，選用了其中的定時(shí)限過(guò)流保護、零序保護、低電壓保護和本體保護。過(guò)電流保護的動(dòng)作電流應躲過(guò)可能出現的過(guò)負荷電流。
式中: Kgh———過(guò)負荷系數;
I1rT———變壓器高壓側額定電流( A) 。 保護裝置過(guò)電流保護的靈敏系數按電力系統運行方式下，低壓側兩相短路時(shí)流過(guò)高壓側保護安裝處的短路電流校驗。
式中: I″2k2·min———運行方式下變壓器低壓側兩 相短路時(shí)，流過(guò)高壓側保護安裝處 的穩態(tài)電流( A) 。
保護裝置的動(dòng)作時(shí)限應與下級保護動(dòng)作時(shí)限相配合。
零序保護的一次動(dòng)作電流應按被保護元件發(fā)生 單相接地故障時(shí)，靈敏系數 1． 25 整定
變壓器本體保護的動(dòng)作接點(diǎn)輸入保護裝置的本體保護接口，可以實(shí)現高溫報警、超溫跳閘保護。
4)某銅鉬礦供配電系統采用雙電源單母線(xiàn)分段方式供電，設計采用 PT 自動(dòng)切換保護裝置，對 PT 進(jìn)行自動(dòng)切換、低電壓保護及絕緣監察。
2.2微機保護測控裝置與傳統繼電保護裝置的比較
傳統的繼電保護是利用各種性能的繼電器和測量?jì)x表及各繼電器之間的聯(lián)鎖實(shí)現對系統的各種保護。而微機保護測控裝置是通過(guò)軟件實(shí)現保護功能。傳統繼電保護的優(yōu)點(diǎn)是直觀(guān)明了，缺點(diǎn)是使用的繼電器數量多，占用空間大，接線(xiàn)繁瑣，故障點(diǎn)多，由于保護的構成是依靠硬接點(diǎn)連接，當系統出現故障時(shí)，查找故障點(diǎn)困難大，增加了維護的工作量，浪費時(shí)間，浪費人力，并且影響礦山正常生產(chǎn)。微機護測控裝置是將各項功能集成于裝置內部，通過(guò)軟件編程實(shí)現對系統的保護。裝置具有自檢功能，對系統的運行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監測前及時(shí)地報告系統存在的問(wèn)題及故障類(lèi)型等信息，便于工作人員排除故障，可以大大縮短維護時(shí)間，節省人力，保證礦山生產(chǎn)正常進(jìn)行。
另外裝有微機保護測控裝置的系統可以利用保護裝置的通訊功能將系統的運行情況遠傳至其他站，并在遠端實(shí)現對系統的監控，做到本站的無(wú)人值守。這樣就在保證系統受控的前提下，減少維護值班人員，節省礦山生產(chǎn)運營(yíng)成本。
2.3微機保護測控裝置的應用效果
某銅鉬礦變電站微機保護測控裝置收到 了較好的應用效果:
1) 采用微機保護測控裝置可靠性更高。采用微機保護測控裝置，系統接線(xiàn)簡(jiǎn)化，故障點(diǎn)減少，降低了 故障率，系統的可靠性提高，加之裝置的自檢和實(shí)時(shí)監測功能，使排除故障的時(shí)間大為縮短，有效地保障了礦山生產(chǎn)的正常進(jìn)行。
2) 值班維護人員明顯減少，降低了人員成本。采用微機保護測控裝置后，系統穩定，故障率低，這樣就減少了維護人員的數量，降低了人員的工資成本。
3 安科瑞微機保護產(chǎn)品介紹和選型
3.1概述
AM5系列微機保護測控裝置（以下簡(jiǎn)稱(chēng)裝置）集保護、測量、控制于一體，適用于35kV 及以下電壓等級的用戶(hù)終端變電站(所)，可實(shí)現用戶(hù)變電站的保護和測控。應用領(lǐng)域覆蓋電 力、水利、交通、石油、化工、煤炭、冶金等行業(yè)。
裝置采用先進(jìn)成熟可靠的保護原理和算法，抗干擾性能強，可靠性高，保護實(shí)現方式靈活，通訊采用冗余設計。裝置具備獨立的高精度電流測量回路，16路開(kāi)關(guān)量采集和10路繼 電器輸出，能與 Acrel-2000 電力監控軟件配合，可以實(shí)現無(wú)人值班的終端用戶(hù)變電站配電自動(dòng)化系統。
安科瑞微機保護產(chǎn)品選型表
3.2 特點(diǎn)
成熟完善的保護功能
裝置針對不同一次設備可以靈活配置不同的保護功能，可以實(shí)現 35kV 及以下電壓等級
變配電站保護測控功能，適用于線(xiàn)路、母聯(lián)、配電變壓器、高壓電動(dòng)機、高壓電容器等設備的保護和自動(dòng)控制功能。
高性能硬軟件平臺
裝置采用高性能的硬件平臺，全部采用工業(yè)級元器件，專(zhuān)業(yè)的 EMC 設計，配合完善的在 線(xiàn)自檢測試程序，采用高性能處理器作為保護 CPU，配置以大容量的 RAM 和 Flash，使本產(chǎn)品具有較強的數據處理、邏輯運算和信息存儲能力。
人性化
裝置采用全漢化大屏幕液晶顯示，人機界面清晰易懂；
靈活、舒適的按鈕設計，菜單式操作簡(jiǎn)單、便捷；
配備的計算機界面的調試與分析軟件，調試及維護簡(jiǎn)單方便。
豐富的接口資源
8 路交流電流通道、4 路交流電壓通道；
16 路開(kāi)關(guān)量輸入通道（交直流兩用)、10 路開(kāi)關(guān)量輸出通道；
2 個(gè) RS485 通訊接口、1 個(gè) RS232 維護口、1 個(gè) IRIG-B 對時(shí)口。
靈活方便的接線(xiàn)方式
AM5 的交流電壓輸入端口可接相電壓，也可接線(xiàn)電壓或零序電壓或不平衡電壓，適應各
種 PT 接線(xiàn)方式。保護電流和測量電流通道可分別接三相電流；另外兩個(gè)交流電流通道可以
接零序電流、不平衡電流或者線(xiàn)路電流。
透明化
實(shí)時(shí)記錄交流量、開(kāi)入量、開(kāi)出量和所有保護模塊的狀態(tài)；
記錄內部各元件動(dòng)作行為、動(dòng)作時(shí)間和錄波數據。
強大的圖形可編程
采用全圖形化編程技術(shù)，可以根據需要對裝置進(jìn)行邏輯編程，滿(mǎn)足多數用戶(hù)的要求。如
果裝置在使用過(guò)程中需要更換保護功能，只需通過(guò)裝置的維護端口更新內置邏輯圖即可，實(shí) 現方式簡(jiǎn)單靈活。
高可靠性設計
通過(guò) 5 項電磁兼容檢測認證，電快速瞬變脈沖群、靜電放電、浪涌抗干擾性能均達到
IV 級標準。
4 結束語(yǔ)
綜上所述，采用微機保護測控裝置對某銅鉬礦變電站系統進(jìn)行保護后，系統運行更加平穩可靠，故障率明顯下降，生產(chǎn)有序進(jìn)行，提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益。
某銅鉬礦碎電站自 2008 年 12 月投入使用，經(jīng)過(guò) 3 年多的運行，系統穩定、可靠，維護工作量大大減少，充分體現出了采用微機保護測控裝置進(jìn)行繼電保護的優(yōu)勢，在今后變配電站系統中應廣泛應用。由于微機保護裝置體積小、接線(xiàn)方便的特點(diǎn)，它也為在現有變電站改造升級中應用提供了便利條件。
某銅鉬礦變電站系統簡(jiǎn)單，設備臺數少，因此只采用了微機保護測控裝置，而沒(méi)有構建保護系統。對于供配電系統相對復雜、變電站或者配電室的數量較多的企業(yè)則可將企業(yè)總降壓變電所或某個(gè)配電室作為主站，與其他各分站依托網(wǎng)絡(luò )建立通訊，構建綜合自動(dòng)化系統，實(shí)現現場(chǎng)管理現代化，提高系統的安全和經(jīng)濟運行水平，從而保障生產(chǎn)，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。隨著(zhù)電控技術(shù)的不斷進(jìn)步和計算機軟硬件環(huán)境的進(jìn)一步改善，變電站綜合自動(dòng)化系統的*性將會(huì )進(jìn)一步地顯現。
參考文獻
中國航空工業(yè)規劃設計研究院． 工業(yè)與民用配電設計手冊［M］．第三版． 北京： 中國電力出版社，2005．
唐抒梅、張蘭臣微機保護測控裝置在烏山銅鉬礦碎礦變電站的應用[J] ,黃金，2012
安科瑞智能電網(wǎng)用戶(hù)端電力監控/電能管理/電氣安全（產(chǎn)品報價(jià)手冊）,2020.01
