摘要：供配電系統(tǒng)是礦山建設(shè)的重要組成部分，變電站安全運(yùn)行對礦山安全生產(chǎn)至關(guān)重要，微機(jī)保護(hù)測控裝置可為變電站安全運(yùn)行提供保障。介紹了微機(jī)保護(hù)測控裝置特點(diǎn)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)選型及整定值分析。某銅鉬礦變電站運(yùn)營實(shí)踐表明:采用微機(jī)保護(hù)測電系統(tǒng)簡化，管理方便，運(yùn)行可靠性提高，運(yùn)營成本降低;類似工程可以采用微機(jī)保護(hù)測控裝置，對于系統(tǒng)較為復(fù)雜的變配電站還可以增加自動(dòng)化保護(hù)系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：變電站;高壓設(shè)備;微機(jī)保護(hù)測控裝置;礦山建設(shè)
隨著礦山規(guī)模的擴(kuò)大，生產(chǎn)設(shè)備用電負(fù)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(fù)荷，這就增加了礦區(qū)內(nèi)的高壓配電室數(shù)量，也使供配電系統(tǒng)的故障幾率增加，同時(shí)也增加了維護(hù)的工作量。為了克服這些問題，變電站采用微機(jī)保護(hù)測控裝置成了當(dāng)今礦山配電的必然選擇。
中國黃金集團(tuán)內(nèi)蒙古礦業(yè)有限公司某銅鉬礦一期工程規(guī)模日處理礦石30000t，于2008年12月25日實(shí)現(xiàn)無負(fù)荷聯(lián)動(dòng)試車車，2009年9月16日投料試車。某銅鉬礦區(qū)(包括中轉(zhuǎn)站、儲(chǔ)礦堆和頑石破碎工段)電力負(fù)荷約4500kV·A，高壓設(shè)備有2臺(tái)圓錐破碎機(jī)和2臺(tái)膠帶輸送機(jī)，其中1臺(tái)膠帶輸送機(jī)為3臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。某銅鉬礦變電站采用了RD600系列微機(jī)線路保護(hù)裝置微機(jī)變壓器保護(hù)裝置、微機(jī) 、換裝置及微機(jī)電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置，裝置分散安裝在開關(guān) 柜。采用微機(jī)保護(hù)測控裝置使得碎礦變電站系統(tǒng)簡單，維護(hù)方便，可靠性高，大大節(jié)約了人力、物力，保障了礦山生產(chǎn)正常進(jìn)行。
1 微機(jī)保護(hù)測控裝置及特點(diǎn)
微機(jī)保護(hù)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(shè)計(jì)思想集保 護(hù)、測量、監(jiān)視、控制、通信等功能于一體的保護(hù)控制單元。該裝置針對開關(guān)柜進(jìn)行單元化設(shè)計(jì)，簡化了開關(guān)柜的二次設(shè)計(jì)與施工，用以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的利用各種常 規(guī)繼電器和測量儀表實(shí)現(xiàn)的繼電保護(hù)功能，節(jié)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(jī)控制使設(shè)備更加智能化，保護(hù)裝置的軟件對復(fù)雜故障有很強(qiáng)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(jī)保護(hù)的采樣、計(jì)算、比較都是通過軟件實(shí) 現(xiàn)，實(shí)時(shí)性很好，能在故障暫態(tài)期內(nèi)及時(shí)地判斷故障， 經(jīng)過反復(fù)比對校核，對故障進(jìn)行判斷和自糾，使保護(hù)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 軟件就可以將新的保護(hù)原理添加到保護(hù)中，也可以在 不增加硬件的條件下通過修改或增加軟件實(shí)現(xiàn)一些 附加的功能，如低頻減載、故障錄波等。
4)微機(jī)保護(hù)測控裝置中文顯示，人機(jī)界面友好， 信息查詢、改變運(yùn)行方式及修改整定值都十分方便。
5)裝置安裝靈活方便，可以分散安裝于開關(guān)柜， 也可以集中組屏安裝。
6)微機(jī)保護(hù)測控裝置的串行通信功能，配以相 應(yīng)的軟件可實(shí)現(xiàn)在遠(yuǎn)方變電站對裝置的監(jiān)控，也可將 其納入變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。 變電站綜合自動(dòng)化是指利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代 電子、通信和數(shù)字信號(hào)處理(DSP) 等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對變 電站主要設(shè)備和輸、配電線路的自動(dòng)監(jiān)視、測量、控制、保護(hù)以及與調(diào)度通信等綜合性自動(dòng)化功能。它綜合了變電站內(nèi)除交直流電源以外的全部二次設(shè)備功能，典型的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖 1 所示。
2 微機(jī)保護(hù)測控裝置的應(yīng)用
2.1 設(shè)計(jì)選型及整定值分析
1）系統(tǒng)的兩路進(jìn)線及下設(shè)的中轉(zhuǎn)站配電室的饋 出回路選用了 RD 600F 型微機(jī)線路保護(hù)測控裝置。設(shè)計(jì)中選用了速斷保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、零序保護(hù)和低電壓保護(hù)
圖 1 典型變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)拓?fù)鋱D
速斷保護(hù)的動(dòng)作電流應(yīng)躲過線路末端短路時(shí)三相短路電流。
式中: Iop·K———保護(hù)裝置動(dòng)作電流(A) ;
Krel———可靠系數(shù);
Kjx———接線系數(shù);
nTA———電流互感器變比;
I″2k3·max———運(yùn)行方式下線路末端三相短 路超瞬態(tài)電流(A) 。
式中: Iop———保護(hù)裝置一次動(dòng)作電流(A) 。
保護(hù)裝置速斷保護(hù)的靈敏系數(shù)按運(yùn)行方式 下線路始端兩相短路電流校驗(yàn)。
式中: Ksen———保護(hù)裝置的靈敏系數(shù);
I″1k2·min———運(yùn)行方式下線路始端兩相短 路超瞬態(tài)電流(A) 。
過負(fù)荷保護(hù)的動(dòng)作電流應(yīng)躲過線路過負(fù)荷電流， 即當(dāng)三相電流中任一相電流大于整定值并超過設(shè)定
延時(shí)時(shí)間后，保護(hù)裝置動(dòng)作。
式中: Kr———繼電器返回系數(shù);
Igh———線路過負(fù)荷電流(A) 。
保護(hù)裝置過負(fù)荷保護(hù)的靈敏系數(shù)按運(yùn)行方式下線路末端兩相短路電流校驗(yàn)。
式中: I″2k2·min———運(yùn)行方式下線路末端兩相短 路穩(wěn)態(tài)電流(A) 。
零序保護(hù)的一次動(dòng)作電流應(yīng)按躲過被保護(hù)線路外部單相接地故障時(shí)，從被保護(hù)元件流出的電容電流
及按靈敏系數(shù) 1.25 整定。
式中: ICX———被保護(hù)線路外部發(fā)生單相接地故障時(shí)， 從被保護(hù)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(hù)的工作原理是: 當(dāng)斷路器處于合位且 3 個(gè)線電壓均小于低電壓保護(hù)整定值并達(dá)到延時(shí)后保護(hù)即動(dòng)作。為確保裝置上電時(shí)母線三相失壓引起 保護(hù)誤動(dòng)作，裝置低電壓保護(hù)只有監(jiān)測到母線電壓正常后才投入。某鉬礦變電站所有的回路都裝設(shè)了低電壓保護(hù)。
2) 系統(tǒng)的 2 臺(tái)圓錐破碎機(jī)和 1 臺(tái)膠帶輸送機(jī)的饋電回路選用了 RD 600M1 型微機(jī)電動(dòng)機(jī)保護(hù)測控裝置。設(shè)計(jì)中選用了速斷保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、零序保護(hù)和低電壓保護(hù)。
異步電動(dòng)機(jī)速斷保護(hù)的動(dòng)作電流應(yīng)躲過電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流。
式中: IrM———電動(dòng)機(jī)額定電流( A) ;
Kst———電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流倍數(shù)，當(dāng)采用降壓電抗器啟動(dòng)或變壓器 － 電動(dòng)機(jī)組時(shí)，啟動(dòng)電流倍數(shù)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(jī)額定容量( kV·A) ;
SrT———電抗器或變壓器額定容量( kV·A) 。
保護(hù)裝置速斷保護(hù)的靈敏系數(shù)按運(yùn)行方式下電動(dòng)機(jī)接線端兩相短路時(shí)，流過保護(hù)安裝處的短路電流校驗(yàn)。
式中: I″2k2·min———運(yùn)行方式下，電動(dòng)機(jī)接線端兩相短路時(shí)，流過保護(hù)安裝處的超瞬態(tài)電流( A) 。
保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)限需躲過電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)及自啟動(dòng) 的時(shí)間 top ＞ tst，對于一般電動(dòng)機(jī)，top = ( 1． 1 ～1． 2) tst，其中，top為保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間( s) ; tst為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)或自啟動(dòng)時(shí)間( s)
零序保護(hù)的一次動(dòng)作電流應(yīng)按被保護(hù)元件發(fā)生 單相接地故障時(shí)，靈敏系數(shù) 1． 25 整定。
3) 某銅鉬礦變電站安裝 1 臺(tái)1000 kV·A 變壓器，設(shè)計(jì)選用了 RD 600T 型微機(jī)變壓器保護(hù)裝置，選用了其中的定時(shí)限過流保護(hù)、零序保護(hù)、低電壓保護(hù)和本體保護(hù)。過電流保護(hù)的動(dòng)作電流應(yīng)躲過可能出現(xiàn)的過負(fù)荷電流。
式中: Kgh———過負(fù)荷系數(shù);
I1rT———變壓器高壓側(cè)額定電流( A) 。 保護(hù)裝置過電流保護(hù)的靈敏系數(shù)按電力系統(tǒng)運(yùn)行方式下，低壓側(cè)兩相短路時(shí)流過高壓側(cè)保護(hù)安裝處的短路電流校驗(yàn)。
式中: I″2k2·min———運(yùn)行方式下變壓器低壓側(cè)兩 相短路時(shí)，流過高壓側(cè)保護(hù)安裝處 的穩(wěn)態(tài)電流( A) 。
保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)限應(yīng)與下級(jí)保護(hù)動(dòng)作時(shí)限相配合。
零序保護(hù)的一次動(dòng)作電流應(yīng)按被保護(hù)元件發(fā)生 單相接地故障時(shí)，靈敏系數(shù) 1． 25 整定
變壓器本體保護(hù)的動(dòng)作接點(diǎn)輸入保護(hù)裝置的本體保護(hù)接口，可以實(shí)現(xiàn)高溫報(bào)警、超溫跳閘保護(hù)。
4)某銅鉬礦供配電系統(tǒng)采用雙電源單母線分段方式供電，設(shè)計(jì)采用 PT 自動(dòng)切換保護(hù)裝置，對 PT 進(jìn)行自動(dòng)切換、低電壓保護(hù)及絕緣監(jiān)察。
2.2微機(jī)保護(hù)測控裝置與傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的比較
傳統(tǒng)的繼電保護(hù)是利用各種性能的繼電器和測量儀表及各繼電器之間的聯(lián)鎖實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的各種保護(hù)。而微機(jī)保護(hù)測控裝置是通過軟件實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。傳統(tǒng)繼電保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是直觀明了，缺點(diǎn)是使用的繼電器數(shù)量多，占用空間大，接線繁瑣，故障點(diǎn)多，由于保護(hù)的構(gòu)成是依靠硬接點(diǎn)連接，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，查找故障點(diǎn)困難大，增加了維護(hù)的工作量，浪費(fèi)時(shí)間，浪費(fèi)人力，并且影響礦山正常生產(chǎn)。微機(jī)護(hù)測控裝置是將各項(xiàng)功能集成于裝置內(nèi)部，通過軟件編程實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的保護(hù)。裝置具有自檢功能，對系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測前及時(shí)地報(bào)告系統(tǒng)存在的問題及故障類型等信息，便于工作人員排除故障，可以大大縮短維護(hù)時(shí)間，節(jié)省人力，保證礦山生產(chǎn)正常進(jìn)行。
另外裝有微機(jī)保護(hù)測控裝置的系統(tǒng)可以利用保護(hù)裝置的通訊功能將系統(tǒng)的運(yùn)行情況遠(yuǎn)傳至其他站，并在遠(yuǎn)端實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的監(jiān)控，做到本站的無人值守。這樣就在保證系統(tǒng)受控的前提下，減少維護(hù)值班人員，節(jié)省礦山生產(chǎn)運(yùn)營成本。
2.3微機(jī)保護(hù)測控裝置的應(yīng)用效果
某銅鉬礦變電站微機(jī)保護(hù)測控裝置收到 了較好的應(yīng)用效果:
1) 采用微機(jī)保護(hù)測控裝置可靠性更高。采用微機(jī)保護(hù)測控裝置，系統(tǒng)接線簡化，故障點(diǎn)減少，降低了 故障率，系統(tǒng)的可靠性提高，加之裝置的自檢和實(shí)時(shí)監(jiān)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(hù)人員明顯減少，降低了人員成本。采用微機(jī)保護(hù)測控裝置后，系統(tǒng)穩(wěn)定，故障率低，這樣就減少了維護(hù)人員的數(shù)量，降低了人員的工資成本。
3 安科瑞微機(jī)保護(hù)產(chǎn)品介紹和選型
3.1概述
AM5系列微機(jī)保護(hù)測控裝置（以下簡稱裝置）集保護(hù)、測量、控制于一體，適用于35kV 及以下電壓等級(jí)的用戶終端變電站(所)，可實(shí)現(xiàn)用戶變電站的保護(hù)和測控。應(yīng)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(hù)原理和算法，抗干擾性能強(qiáng)，可靠性高，保護(hù)實(shí)現(xiàn)方式靈活，通訊采用冗余設(shè)計(jì)。裝置具備獨(dú)立的高精度電流測量回路，16路開關(guān)量采集和10路繼 電器輸出，能與 Acrel-2000 電力監(jiān)控軟件配合，可以實(shí)現(xiàn)無人值班的終端用戶變電站配電自動(dòng)化系統(tǒng)。
安科瑞微機(jī)保護(hù)產(chǎn)品選型表
3.2 特點(diǎn)
成熟完善的保護(hù)功能
裝置針對不同一次設(shè)備可以靈活配置不同的保護(hù)功能，可以實(shí)現(xiàn) 35kV 及以下電壓等級(jí)
變配電站保護(hù)測控功能，適用于線路、母聯(lián)、配電變壓器、高壓電動(dòng)機(jī)、高壓電容器等設(shè)備的保護(hù)和自動(dòng)控制功能。
高性能硬軟件平臺(tái)
裝置采用高性能的硬件平臺(tái)，全部采用工業(yè)級(jí)元器件，專業(yè)的 EMC 設(shè)計(jì)，配合完善的在 線自檢測試程序，采用高性能處理器作為保護(hù) CPU，配置以大容量的 RAM 和 Flash，使本產(chǎn)品具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理、邏輯運(yùn)算和信息存儲(chǔ)能力。
人性化
裝置采用全漢化大屏幕液晶顯示，人機(jī)界面清晰易懂；
靈活、舒適的按鈕設(shè)計(jì)，菜單式操作簡單、便捷；
配備的計(jì)算機(jī)界面的調(diào)試與分析軟件，調(diào)試及維護(hù)簡單方便。
豐富的接口資源
8 路交流電流通道、4 路交流電壓通道；
16 路開關(guān)量輸入通道（交直流兩用)、10 路開關(guān)量輸出通道；
2 個(gè) RS485 通訊接口、1 個(gè) RS232 維護(hù)口、1 個(gè) IRIG-B 對時(shí)口。
靈活方便的接線方式
AM5 的交流電壓輸入端口可接相電壓，也可接線電壓或零序電壓或不平衡電壓，適應(yīng)各
種 PT 接線方式。保護(hù)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、不平衡電流或者線路電流。
透明化
實(shí)時(shí)記錄交流量、開入量、開出量和所有保護(hù)模塊的狀態(tài)；
記錄內(nèi)部各元件動(dòng)作行為、動(dòng)作時(shí)間和錄波數(shù)據(jù)。
強(qiáng)大的圖形可編程
采用全圖形化編程技術(shù)，可以根據(jù)需要對裝置進(jìn)行邏輯編程，滿足多數(shù)用戶的要求。如
果裝置在使用過程中需要更換保護(hù)功能，只需通過裝置的維護(hù)端口更新內(nèi)置邏輯圖即可，實(shí) 現(xiàn)方式簡單靈活。
高可靠性設(shè)計(jì)
通過 5 項(xiàng)電磁兼容檢測認(rèn)證，電快速瞬變脈沖群、靜電放電、浪涌抗干擾性能均達(dá)到
IV 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
4 結(jié)束語
綜上所述，采用微機(jī)保護(hù)測控裝置對某銅鉬礦變電站系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)后，系統(tǒng)運(yùn)行更加平穩(wěn)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(jì)效益。
某銅鉬礦碎電站自 2008 年 12 月投入使用，經(jīng)過 3 年多的運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠，維護(hù)工作量大大減少，充分體現(xiàn)出了采用微機(jī)保護(hù)測控裝置進(jìn)行繼電保護(hù)的優(yōu)勢，在今后變配電站系統(tǒng)中應(yīng)廣泛應(yīng)用。由于微機(jī)保護(hù)裝置體積小、接線方便的特點(diǎn)，它也為在現(xiàn)有變電站改造升級(jí)中應(yīng)用提供了便利條件。
某銅鉬礦變電站系統(tǒng)簡單，設(shè)備臺(tái)數(shù)少，因此只采用了微機(jī)保護(hù)測控裝置，而沒有構(gòu)建保護(hù)系統(tǒng)。對于供配電系統(tǒng)相對復(fù)雜、變電站或者配電室的數(shù)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(gòu)建綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場管理現(xiàn)代化，提高系統(tǒng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平，從而保障生產(chǎn)，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。隨著電控技術(shù)的不斷進(jìn)步和計(jì)算機(jī)軟硬件環(huán)境的進(jìn)一步改善，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的*性將會(huì)進(jìn)一步地顯現(xiàn)。
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