微机型机电保护装置的发展及在氧化铝厂的应用芦伟（山东铝业股份有限公司山东淄博255065）[摘要]：回顾国内变电站自动化技术发展的过程，分析变电站自动化系统现状和发展趋势及继电保护和监控在技术和管理上的优势，以及在山铝氧化铝厂螺该压缩机电动机的应用。

[关键词]：1、引言在国内，变电站自动化系统、电动机保护，包含传统的自动化监控系统，继电保护、自动装置等设备，是集保护、测量、控制、远传等功能为一体，通过数字通信及网络技术来实现信息共享的一套微机化的二次设备及系统。

自20世纪90年代以来，变电站自动化技术一直是我国电力行业的热点技术之一。

目前全国已新建变电站基本上都采用了自动化系统模式，同时每年还有许多老变电站的技术改造，也基本上以自动化系统模式为主。

2.1 继电保护技术的发展（1）继电保护技术的发展历程90年代以前，对线路、电动机采用传统电磁型继电保护:DL型线路电流保护、GL型电动机过流保护，DY电压型继电保护、DS型时间继电器延时保护、DD型零序保护。

从90年代初期出现集成电路组合型综合保护装置LL型，在使用过程中因其运行不可靠没有推广应用。

（2）继电保护的现状从90年代初至今，不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护各具特色，为电力系统提供了一批性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置。

随着微机保护装置的深入研究，在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果。

微机保护已成为电力系统保护、监控、通信、调度自动化系统的重要组成部分。

目前，国内继电保护的发展已达到甚至超过国外同行业的水平。

在保护硬件构成方面，国内的微机保护经历了8位CPU、16位CPU等几个阶段，当前已发展到利用DSP技术进行信号处理、32位CPU冗余设计、高精度模数变换、装置内采用网络通信技术、硬件模块化设计等先进水平阶段。

在电磁兼容设计方面均有独到之处，具有很高可靠性。

在保护的原理方面，国内微机保护的水平很多方面已赶上国外的同类产品。

虽然起步较晚，经过多年的研究已克服了早期的元件微机型保护可靠性不高，灵敏度低，动作速度慢，TA饱和影响较大等缺点。

在110kV及以下电压等级的变电站综合自动化系统中，继电保护装置普遍采用保护测控一体化技术，即所谓的四合一装置。

每个四合一装置不但可完成继电保护功能，而且还可完成测量、控制、数据通信功能，成为整个电力系统计算机网络上的一个智能设备。

3、变电站自动化技术发展趋势3.1 IEC61850标准的推广应用IEC 61850是国际电工委员会TC57制定的《变电站通信网络和系统》系列标准，为基于网络通信平台的变电站自动化系统唯一国际标准，也是国家电力行业相关标准的基础。

为适应未来数字化变电站发展的趋势，IEC61850标准按通信体系及设备功能将变电站自动化系统分为3层：变电站层、间隔层、过程层。

变电站层设备由带数据库的计算机、操作员工作台、远方通信接口等组成；间隔层设备由每个间隔的控制、保护或监视单元组成；过程层设备典型的为远方I/O、智能传感器和执行器等。

3.2 变电站自动化系统向高集成化、数字化、标准统一化方向发展随着集成电路和计算机技术的飞速发展，各种新型的大规模集成电路将会进一步应用在继电保护和测控装置上，如32位CPU、数字信号处理芯片DSP、高速数据采集系统、嵌入式实时操作系统、大容量Flash、可编程逻辑器件CPLD、FPGA等。

这些新器件的应用将使保护和测控装置的电路板更加小型集成化，装置通信、数据存储及处理能力更强。

将间隔的控制、保护、故障录波、事件记录和运行支持系统的数据处理等功能，通过模块化设计集成在一个统一的多功能数字装置内是可行的。

高集成化系统的发展，无疑能降低成本，提高系统可靠性，有利于实现统一的运行管理。

目前在许多中低压站已实现。

变电站自动化系统最终向数字化发展，指的是智能化电气的发展，如智能开关设备、光电式电压和电流互感器、智能电子装置(IED)等的出现，使变电站自动化技术进入了数字化阶段。

智能化一次设备的数字化传感器、数字化控制回路逐渐取代传统的一次回路，使变电站层、间隔层、过程层最终用网络联接起来，并实现统一的通信标准。

4、微机保护山铝及氧化铝厂的应用4.1 概述在谈这个问题之前先进行上面的论述是为了能更加清晰地分析山铝在应用微机保护方面的经验教训，为今后更加合理、科学地提高我厂应用微机保护的水平，在我厂的变电站自动化发展方面提供一些个人想法。

山铝公司最早应用微机保护和变电站综合自动化是在1998年，在此之后在各个分厂陆续得以应用。

虽然在全国来说时间不算早但在同行中也算是较早的。

氧化铝厂最早应用微机保护是在2004年。

总体上来说，山铝公司在应用微机保护方面主要有以下特点：1、使用的品牌种类由于使用的品牌种类较多，便可以比较出各品牌的微机保护在功能、性能、质量、服务、价格等方面的差异，为今后选择性能价格比最适合于山铝公司的微机保护提供了比较多的信息。

新建或改造项目在选用微机保护方面会少走一些弯路。

2 使用效果总体上来说使用效果还是不错的，仅个别国产厂家的微机保护在抗干扰方面存在一些问题。

3 、技术的先进性由于使用的品牌种类较多，各厂家微机保护的先进性也就参差不齐。

一般地说，进口保护优于国产保护；国产保护技术水平差异较小（即使是拿国内同行知名厂家和一般厂家相比）。

4.2 氧化铝厂微机保护的应用2004年氧化铝厂23配最早使用微机保护，是Schneider（施耐德公司）的Sepam系列微机保护。

到目前为止使用效果很好。

由于考虑到进口保护的价格毕竟比国产保护要高，所以我们在2006年氧化铝厂23配改造项目上选用了国产的微机保护。

经过分析对比、调查研究，我们选用的是珠海施诺电力科技有限公司生产的S300系列微机保护。

S300系列微机保护主要有以下特点：1）、技术先进S300系列微机型继电保护装置采用当今工业控制行业最先进的硬件平台：CPU采用ARM芯片，保护与测量分别采用不同的32位CPU，实现了真正意义的双CPU。

硬件原理框图如下：上面谈到：“在保护硬件构成方面，国内的微机保护经历了8位CPU、16位CPU等几个阶段，当前已发展到利用DSP技术进行信号处理、32位CPU冗余设计”。

在国内微机保护的生产厂家中，目前像南瑞、南自、四方等大公司在100kV以上电压等级的微机保护上采用双CPU、DSP技术，在6~10kV工厂变电站微机保护上并未采用，而其它小公司宣传的双CPU、DSP技术还仅仅停留在宣传概念上,实际供应市场的保护硬件采用的CPU是80系列的80C196KC。

但是，S300系列微机型继电保护装置采用的是当今工业控制行业最先进的ARM芯片。

以下是ARMAT91RM9200 是Atmel 公司推出的针对嵌入式应用的32 位嵌入式处理器，它集成了多种外围部件，主要特性包括：ARM920T 处理器核心；内置16K SRAM内置的10/100M 以太网MAC 控制器4 个UART 通道1 个USB HOST 1 个USB DEVICE 接口3 个同步串行控制器6 个16 位定时器，一个32 位实时钟一方面，保护与测量分别采用双CPU，既保证了保护的速动性与可靠性，又能保证测量精度的要求，克服了一个CPU要么动作快但测量精度不高、要么测量精度够但保护速动性差的缺点；另一方面，由于硬件的先进，使得很多强大的功能得以实现。

S300系列微机型继电保护装置优良不仅具备多样的的通讯口（以太网、USB、双现场总线），而且内置：Modbus、IEC870-5-101、103等多种通讯规约，不仅方便与各种通讯网络的连接而且符合微机保护的发展趋势：上面“3.1 IEC61850标准的推广应用”提到“IEC 61850是国际电工委员会TC57制定的《变电站通信网络和系统》系列标准，为基于网络通信平台的变电站自动化系统唯一国际标准，也是国家电力行业相关标准的基础”，S300系列微机型继电保护装置能够内置多种标准协议并且已有IEC870-5的相关协议，则可以比较轻松地实现向IEC 61850的转换。

2）、功能强大2.1 RTOS实时多任务操作系统S300系列微机型继电保护装置软件编程采用实时多任务操作系统的应用，改变了传统微机保护的编程理念，各种高级的软件功能得以实现，能够合理而有效地利用CUP资源，避免了传统设计很难合理安排使用CPU的资源而造成软件整体可靠性、实时性、稳定性的下降。

目前国内保护尚无采用实时多任务操作系统的。

2.2 具备谐波分析、故障录波功能在工厂环境使用的微机保护，如果具备谐波分析、故障录波功能，对用户分析电源质量、分析故障有很重要的现实意义。

特别是S300系列微机型继电保护装置的故障录波功能采用国际标准的数据格式，录波长达80个周波，在录取故障时电流波形的同时，还同时录取断路器开合状态、保护功能项动作时间，对事后分析故障类型、故障时相关状态量（比如断路器位置）变化、电流变化等这些关键因素非常方便，从而便于分析故障原因。

否则，很多事故事后无法确定准确的事故原因。

2.3 保护功能可编程S300系列微机型继电保护装置具有保护功能逻辑编程功能，使得保护的适用性和灵活性大大提高。

特别是对石化、冶金、供水等现场控制要求较复杂的工厂用户，设计阶段往往不可能将全部实际应用状况确定下来，有些条件现场调试时方可确定，应用保护动作逻辑编程就可以解决很多的实际问题2.4以太网接口S300系列微机型继电保护装置设有以太网接口，摒弃串口转以太网的模式，内嵌TCP/IP协议栈，通讯速率可达100M，通过网络集线器直接与监控系统连接，也可以直接接入局域网，方便用户对综合自动化系统网络的升级和远程维护。

2.5高精度的电度测量功能S300系列微机型继电保护装置采用了目前国外最先进的ADE7758电度表芯片专门完成电能测量及计量功能，使得保护装置具有了与电度表同等级的计量精度。

采用电度表芯片的做法不仅具有技术的先进性，而且具有很大的实用价值和经济价值，大多数场合下可以省去传统的电度表和电度表屏。

2.6双现场总线接口S300系列微机型继电保护装置设有独立的双现场总线，可以构成真正意义的双通讯网结构，不仅大大提高了通讯的可靠性和实时性而且也方便了用户对网络结构的升级、改造。

3）、使用方便3.1方便现场调试的USB接口S300系列微机型继电保护装置设有USB调试接口也是目前国内外保护所没有的，极大地方便了现场调试和读取、储存数据。

所有保护定值、可设置的参数均可以事先在电脑上使用本公司的调试软件设置好，数据存储到U盘上，拿U盘到现场下载到保护装置即可；也可以用U盘将保护装置内的各项参数、故障录播文件取到U盘中，便于存档和分析。

3.2超大屏幕液晶显示界面S300系列微机型继电保护装置的人机界面采用大屏幕液晶，在一个界面下可以同时显示更多的各种保护、测量、开入量等信息，极大地方便用户使用、调试和巡视。