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SEL微机保护器在变电站综合自动化中的应用

摘　要：介绍SEL微机保护应用于昆钢110 kV板带变电站综合自动化系统中的情况，阐述了其主要特点、设计调试过程中遇到的问题和解决方法，指出该种微机保护功能完备，符合变电站自动化要求。
关键词：变电站；综合自动化系统；调试；SEL微机继电保护装置
一、 绪 论
企业变电站直接为生产提供电源，是电力系统的一个重要环节。变电站综合自动化是将变电站的继电保护、控制、测量、信号和远动等综合为一体的多微机自动化系统。变电站实现综合自动化，由计算机完成运行监视、控制、保护、正常操作和顺序事件记录等功能,由通讯网络实现信息交换,近年来已成为提高变电站自动化水平的发展方向。企业变电站能否正确运行关系到整个企业生产的稳定和安全问题。因此对企业变电站进行监控和保护具有十分重要的意义。
1.1变电站综合自动化基本概念
变电站综合自动化系统是一项多专业性综合技术，是电网运行管理中的一次变革。它是将变电站的二次设备（包括控制、测量、保护、自动装置及远动装置等）利用计算机技术、现代通信技术，经过功能组合和优化设计，对变电站执行自动监视、测量、控制和协调的一种综合性的自动化系统。
变电站综合自动化可以收集较齐全的数据和信息，加上计算机高速计算能力和判断能力，可以方便的监视和控制变电站内各种设备的运行及操作。变电站综合自动化具有功能综合化；设备、操作、监视微机化（包括信息数字化内容）；结构分布分层化；通信网络光缆化及运行管理智能化的特征。它的出现为变电站的小型化、智能化、扩大监控范围及变电站安全可靠、优质、经济运行提供了数据采集及监控支持，在其基础上可以实现高水平的无人值班变电站的管理。
1.2 课题的背景及来源
企业变电站作为整个电网中一个节点，担负着电能传输、分配的监测、控制和管理的任务。变电站继电保护、监控自动化是保证上述任务完成的基础。在电网统一指挥和协调下，电网各节点（如变电站、电厂）具体实施和保障电网的安全、稳定、可靠运行。因此，变电站自动化是电网自动系统的一个重要组成部分。作为变电站自动化系统，他应确保实现以下要求：
（1）检测电网故障，尽快隔离故障部分。（2）采集变电站运行实时信息，对变电站进行监控、计量和控制。（3）采集一次设备状态数据，供维护一次设备参考。（4）实现当地后备控制和紧急控制。（5）确保通信要求。
因此，要求变电站综合自动化系统运行高效、实时、可靠，对变电站内设备进行统一的监测、管理、协调和控制。同时，又必须与电网系统进行实时、有效的信息交换、共享，优化电网操作，提高电网安全稳定水平，提高经济效益，并为电网自动化的进一步发展留下空间。
传统变电站中，其自动化系统存在诸多缺点，难以满足上述要求。例如：
（1）传统二次设备、继电保护、自动和远动装置等大多采取电磁型或小规模集成电路，缺乏自检和自诊断能力，其结构复杂，可靠性低。
（2）二次设备主要依靠大量电缆，通过触点、模拟信号来交换信息，信息量小、灵活性差、可靠性低。
（3）由于上述两个原因，传统变电站占地面积大、使用电缆多，电压互感器、电流互感器负担重，二次设备冗余配置多。
（4）远动功能不够完善，提供给调度控制中心的信息量少、精度差，且变电站内自动控制和调节手段不全，缺乏协调和配合力量，难以满足电网实时监测和控制的要求。
（5）电磁式或小规模集成电路调试和维护工作量大，自动化程度低，不能远方修改保护及自动装置的定值和检查其工作状态。有些设备易受环境的影响，如晶体管型二次设备，其工作点会受到环境温度的影响。
传统的二次系统中，各设备按设备功能配置，彼此之间相关性甚少，相互之间协调困难，需要值班人员比较多的干预，难于适应现代化电网的控制要求。另外需要对设备进行定期的试验和维修，既便如此，仍然存在设备故障不能及时发现的现象，甚至这种定期检修也可能引起新的问题，发生和出现有试验人员过失引起的故障。
1.3变电站综合自动化在昆钢的现状
  随着微机保护技术的快速发展和电力系统的自动化程度的不断提高，过去那种继电器保护方式已经不能满足现代继电保护发展的要求。而微机保护以其技术含量高、调试简单、维护方便、可靠性高、自动化程度高等优点，已经逐步取代过去那种老式的继电器保护。我厂110KV保护系统板带变电站就采用了美国SEL公司生产的微机继电器系列综合自动化，投入使用以来运行效果良好。
　　本文结合昆钢110 kV板带变电站中的工程实践，论述SEL系列微机保护在变电站综合自动化系统中应用情况。
二、　板带变电站综合自动化的应用
　　昆钢110 k V板带变电站为2000年5月新建变电站。变电站保护选用美国SEL公司生产的微机继电器，保护配置如图1。主变压器保护屏包括2台SEL－587电流差动保护和2台SEL－351复合电压过流保护；12 kV线路保护选用SEL－551过流保护；所有微机保护与监控系统的通信由1台SEL－2020通信管理器实现。
二．SEL－587、SEL—351微机保护器在板带变主变的应用
1． SEL－587在板带变主变的应用
SEL－587保护定值的设置
以1#变为例的保护设置
（1）变压器容量： MVA= 80.0
高压侧额定电压： VWDG1= 110.00
低压侧额定电压： VWDG2= 12.00
变压器连接方式： TRCON= DACY
CT连接方式：CTCON = YDAC
CT变比：高压侧 CTR1= 120，低压侧CTR2= 800
电流调整值（保护器自动算出）TAP1 = 3.50 TAP2= 8.33
（2）差动启动电流倍率O87P
为增加灵敏度而设置动作电流的最小动作值IO87P，其值必须躲过稳态CT误差和变压器励磁电流，O87P = 0.6，则：
高压侧差动启动电流IOP1=0.6*8.33=4.998A
低压侧差动启动电流IOP2=0.6*3.53= 2.1A
（3）速断无制动电流U87P
瞬时速断无制动式电流元件作用于内部故障高电流状态，无制动差动元件只响应差动动作电流的基波分量，它不受SLP1、SLP2、IRS1、PCT2、PCT5或IHBL整定值影响。因此它必须设定足够高以躲过较大的浪涌电流。U87P整定值范围为1.0到16.0倍的TAP值。
设差动速断保护U87P= 8.0则：
高压侧差动速断启动电流8*8.33=66.64A
低压侧差动启动电流8*3.5= 28A
（4）制动折线百分比SLP1，SLP2
应用制动折线百分比整定值（SLP1）是为了区分区内和区外故障。整定SLP1以躲过变压器分接头、励磁电流以及继电器误差引起的差电流。第二段比率制动百分数在变压器容量较大时有明显作用。
因此设：SLP1= 38 SLP2 = OFF
（5）二次谐波闭锁整定值PCT2
变压器仿真表明在第一个周波中励磁涌流超过30%。因此整定值设为15%即可保证安全。即PCT2 = 15
（6）差动保护逻辑设置
差动保护逻辑如下所示：
MUTI（跳闸条件）=87R+87U
OUT1（输出动作条件）=TRP1
通过上面简单的逻辑方程可实现差动保护，当谐波比率差动元件（87R）或差动速断元件（87U）动作时，继电器字位87R和87U置位逻辑1，使继电器字位TRP1、OUT1置位逻辑1，继电器通过输出口OUT1闭合去操作外接二次回路，并通过继电器TRP1触发故障录波。
2． SEL－351在板带变主变的应用
2．1 板带变变压器采用的后备保护
板带变是采用SEL—351微机保护器作为主变压器的后备保护。板带主变的后备保护有低压闭锁速断继电保护、过电流继电保护和过负荷继电保护。
2．2 SEL－351保护定值的设置
以1#变为例的保护设置
（1）后备保护定值设置
电流互感器变比:CTR = 120
中性点电流互感器变比:CTRN = 120
速断电流:50P1P = 13.00 速断时限:67P1D = 0.00
过负荷电流:50P2P = 4.60 过负荷时限: 67P2D = 750.00
过流电流:50P3P = 10.00 过流时限:67P3D = 65.00
低电压电压值:27P1P = 37.00
（2）后备保护逻辑设置
TR=(27A1 + 27B1 + 27C1) * 67P1+ 67P2T + 67P3T
ULTR=!(27A1 + 27B1 + 27C1) * !67P1 + !67P2T + !67P3T
SV1=67P1T * (27A1 + 27B1 + 27C1)
SV2=67P2T
SV3=67P3T
OUT101=TRIP
OUT102=SV2T
OUT103=SV3T
OUT104=SV1T
通过上面逻辑方程，可实现低电压闭锁速断保护、过负荷保护方案，继电器输出口OUT101闭合操作外接二次回路，并通过继电器字位TRIP触发故障录波。低电压闭锁速断、过流、过负荷报警通过OUT104、OUT103、OUT102启动光字牌信号“低电压闭锁速断”、“过流”、“过负荷”。
四、SEL微机保护的主要特点
4．1　保护的智能化
　　保护装置提供了方便灵活、功能强大的SEL－Logic逻辑功能以及众多的可自定义输入输出控制接口。用户利用原有保护，根据实际要求编写逻辑方程，就能完成备用电源自投、小电流选线等复杂功能，不必配置专用装置，简化了二次回路，可大幅降低系统造价。
4．2　事件顺序记录功能
　　保护装置带有大容量ROM，能存放100个以上的事件顺序记录（SOE），分辨率达到1 ms。我们在调试过程中利用该功能，十分方便地对保护进行了调试。事件顺序记录和事故录波功能在以后的运行管理和故障分析中也有重要作用。

2．3　操作权限闭锁
　　保护采取三层操作权限闭锁措施，每层操作权限均要输入响应的密码，只有在最高的第三层操作权限中才能进行整定定值、定值切换、I／O口测试等重要操作，故有较高的安全性。
2．4　多种通信规约
　　保护支持SEL规约、MOBUS规约、DNP3．0规约、ASCII码和二进制码等多种通信规约，解决了与RTU的接口问题。
2．5　灵活的网络结构
　　保护装置（SEL－551除外）都具有两个以上的通信口，支持各种灵活的网络组合，还可通过两个不同的通道通信，另外组成一个故障录波信息网，从而形成双网结构，将保护的实时信息和故障录波信息分别独立传送，提高信息传送的可靠性和实时性。
五、调试中遇到的问题
1、光纤接口问题
　　我们在调试中发现，该变电站所用的SEL-351、SEL-551的光纤接口通讯规约为RS232，通过数据线可直接与后台主机通讯。而SEL-587的通讯规约为RS485，与数据线通讯规约不相符，致使光电转换器不能正常工作，最后通过接入转换器将RS485规约转换为RS232规约后能正常与后台主机通讯。
2、频率整定
SEL保护器为美国进口保护器，按其惯例，SEL保护器默认频率为60Hz，而我国工频为50Hz，因此在设置中应将频率NFREQ更改为50Hz，避免电流零飘，分流过大。
六、SEL保护运行情况探讨 
1、电压、电流值和开关输入量状态等均可以在后台主机显示，给值班人员的监测，调试人员现场调试和维护带来方便。
2、SEL保护可靠性、灵活性较高，但设备较为复杂对调试人员要求较高。
3、SEL保护中显示的均为英文，给值班电工确实带来诸多不便，也给人机对话带来困难，建议能对SEL保护的显示采用汉语化。
七、结束语
　　SEL微机保护作为一种多功能装置，除保护功能外，兼有测量、控制及通信的功能，符合变电站综合自动化的要求。该类型保护在昆钢板带110kV变电站投入运行以来，尚无不正确动作记录，取得了良好的应用效果。

参考文献：
1、电力系统概论            中国电力出版社    杨淑英主编      2003.7
2、杨奇逊．变电站综合自动化技术发展趋势［J］．电力系统自动化，1995（10）：7—9．
3、贺家李．电力系统继电保护技术的现状与发展［J］．中国电力， 1999（10）：38-40
4、SEL使用手则

-全文完-