摘要　在面向对象的变电站自动化系统中，可以按一次设备将其测量控制保护功能集成到一套微机装置中，从而构成计算机分层网络的多功能终端集。就此提出高压开关柜就地测控保护单元的设计思想和功能配置要求，特别考虑了安全保障系统的功能，并进行了相应的软件硬件的开发研制。
关键词　面向对象　就地单元　安全保障系统
分类号　TM76　TM77　TM81

1　对MLU的要求
　　以下介绍面向对象的高压开关柜就地测控保护单元的有关要求。
1.1　面向设备(或设备组合)的独立的智能化保护
　　每个MLU单元对应一个设备(或设备组合)，在充分保证可靠性和实用性的前提下尽可能将数据采集、继电保护、控制操作、故障录波等功能集于一体，独立完成该设备的测量、保护、监控工作，将对象的各种状态量及运行电量值经通信线上传。
1.2　对系统开放
　　为避免二次设备重复、协调资源和保护功能，保护就地安装，全部信息上网，构成一个完整的自动化系统。系统只需经通信获得所需该设备的各种数据信息，而不必理会该设备的具体工作如何进行。
　　根据上述要求，我们研制了专为高压开关柜设计的，能置于开关柜内，面向线路、电容器、电动机及变压器等对象的，集保护、测控于一体的独立的保护装置。

2　MLU的特点
　　MLU有线路、电容器、电动机及变压器4种类型，面向35 kV及以下系统，可直接安装在开关柜中，达到继电保护测量单元的分散就地安装，减轻终端用户各种设备的二次电缆的安装负担。
2.1　直接安装于高压开关柜内
　　高压开关柜空间有限，运行环境恶劣，对抗干扰有较高要求。我们采用高可靠电源模块、多级隔离、4层板等技术使MLU具有高抗干扰性能。采用嵌入式盘装仪表式的机箱型式，CPU板安装在前隔板上，直流板安装在后隔板上，交流板安装在后面的背板上，减小了深度，适合于安装在开关柜内。而且直流板和CPU板之间的隔板也起到了屏蔽作用，提高了抗干扰性能。
　　MLU可完成被保护设备中的各种电量(有功、无功、电压、电流)的就地测量显示，测量的精度可以达到0.5级。考虑到高压开关柜内高温环境及运行人员巡视需要，用单个数码管代表运行状态、功能和电量单位，用了大型数码管显示具体电量值和提示信息，运行人员在10 m以外即可以看到。
2.2　保护智能化
2.2.1　保护功能
　　MLU可完成常规的低压输电线路、馈线、电动机、变压器、电容器等设备的继电保护功能。
2.2.2　安全保障系统
　　(1) 状态检修。设备定期检修工作量大，而且各设备损伤程度不一样。仅凭经验定期检修，有的已超过检修期，处于不安全状态；而有的又提前检修，造成设备、人力及时间的浪费。
　　MLU单元在运行中，可以记录最近二次保护起动过程中故障前2周期及故障后3周期8个通道采样值大小，以及故障中的动作类型、定值、电量值、时间值等，便于事故后的故障分析。能保存开关在跳闸的整个过程中电流的变化情况，动作情况记录上传后永久保存可通过上层专用软件进行状态检修分析，如频繁的自动重合闸可能是断路器漏油，特别是开关断弧过程中的最大电流，可用于开关触头的损伤分析，为开关的检修和更新提供依据。
　　(2) 利用已有的检修记录积累经验逐步形成经验数据库，为今后的设备检修提供合理依据。
2.2.3　对“五防”的配合
　　MLU充分考虑了电脑防误操作闭锁功能。可接受上层命令跳合闸，也可在现场人工就地跳合闸，以避免计算机系统故障影响。硬件上设计了防跳回路，并能输入和输出开关柜断路器中用到的多种控制信号。软件检测开关量状态，可产生跳合闸闭锁信号闭锁操作出口，根据实时信息自动实现断路器、隔离开关操作闭锁。操作时需持有操作密码，而且操作权限不同；还可在软件中引入操作票，通过软件检测设备元件状态信息，保证操作合格。
2.2.4　网络开放界面友好
　　MLU完成对实时信息(包括电量和状态)的检测后，能在内部保存大量的运行操作及故障信息记录，预留的RS232接口可连接PC机，通过专用调试与通信软件完成实时信息的现场存取。对系统开放，MLU可通过RS485，RS422或其他通用的网络接口上网，将管理层所需信息上传，通过专用管理软件分析实时数据，绘制图表，对各个电气设备进行实时监控和故障分析。

3　MLU的结构
　　MLU采用模块化设计，各模块采用通用的硬件结构和管理界面，只是输入量和软件程序不同，因此硬件软件上高度统一，只需更换EPROM芯片就可以适应不同保护功能，便于运行管理和维护，也便于软件升级。
3.1　硬件结构
　　MLU由通信与人机接口模块、主CPU与逻辑判断模块、直流电源、信号输入与输出模块、交流信号输入模块4大块组成，分别对应面板、主板、交流板、直流板。板间通过电缆线连接，交流量和开入开出量通过端子与外界连接(硬件结构原理图如图1)。

图1　系统组成原理

3.1.1　通信与人机接口模块
　　主要完成装置中各种电量的显示，人机交互信息以及与串行口(包括RS232，RS422，RS485等)的通信电平的转换。具有可选的RS485，RS422和其他通用网络接口，并提供硬、软件支持，供用户灵活选择。
3.1.2　主CPU与逻辑判断模块
　　该模块安装在前隔板上，采用单片机构成的微机最小系统中，由一块CPU模块构成完整的微机处理系统，完成就地数据采集、模数转换、电量的显示处理、保护的逻辑判断、信号输入与输出、人机信息交流以及远程的数据存取等功能。采用4层电路板的设计和处理，提高了逻辑部分抗干扰的能力，保证了微机运行的可靠性。逻辑控制模块简单，Watchdog监视定时器具有复位功能。12位A/D，采样精度高。
3.1.3　直流电源、信号输入输出模块
　　安装在后隔板上，提供用于保护装置的电源，完成在开关柜中辅助接点的输入信号以及装置动作后信号输出的变换。
3.1.4　交流信号输入模块
　　安装在后面的背板上，来完成装置中电流/电压信号的转换。在电流回路的处理上，有两种不同分辨率的小电流变换器供选择，可完成同一相电流的变换，用于装置中的保护与测量单元，保证装置在正常运行时测量的精度要求和保护动作的可靠性。
　　采用小型精密TA/TV，体积小精度高，能抗高频干扰。
3.2　软件结构
　　主程序主要完成EPROM，RAM，EEPROM和继电器的自检及通信管理、键盘管理、显示管理、运行电量的测量、过负荷保护等功能。测量量包括各相电流、电压、有功功率、无功功率、功率系数，测量精度达0.5级。正常运行时依次显示I，U，P，Q和cosφ，并可随时接受键盘命令，完成与PC机或上层管理机的通信功能。
　　中断程序主要完成采样、故障启动、重合闸、计时、后备保护、报警、故障录波、信息记录等工作。
　　故障启动后进入故障处理程序，其中可完成主保护、重合闸后加速跳保护等功能。
　　可进行静态、动态自检。

4　MLU单元功能
　　MLU单元作为相对独立的保护，还可作变电站自动化系统的基本结构，满足无人值守的要求。
4.1　保护功能
　　MLU根据被保护设备不同，按保护功能可分为线路、电容器、变压器、电动机保护。
　　线路保护基本配置包括三段电流保护、零序电流保护、重合闸、后加速，适用于馈线保护。在此基础上加入方向判据即构成35 kV单端/双端电源线路保护单元。
　　电容器单元保护配置为：电流速断、限时过流、过电压、欠电压、负序电流、零序电流。采用负序电流保护完成不平衡保护功能，零序电流保护作为负序电流保护的后备。
　　变压器单元采用比率差动(二次谐波制动)作主保护，后备包括过流(带低电压/复合电压)、过负荷、过电压、零序电压、轻瓦斯、重瓦斯、温度和冷却器故障保护。
　　电动机单元保护配置为：电流速断、不平衡保护(负序电流)、接地保护(零序电流)、堵转保护、过负荷保护、过/欠电压保护。大型电动机还采用比率差动，显示差流与各相电流。再加上失步保护可作大型同步电动机的保护。
　　各功能的投退由保护控制字控制。
4.2　测量显示功能
　　能完成运行电量的实时测量工作，并可上传给控制中心。大型LED可显示丰富的整定值、运行电量、故障信息等内容。通过8个压膜按键与数码管配合显示信息，完成装置在运行现场的整定值输入、时间修改和其他信息查询。
4.3　监控功能
　　运行中发现异常情况，如过负荷、过电压、过电流等，能及时报警并记录显示越限参数及时间。开关操作可由键盘就地操作，也可由上层下命令操作。运行时记录大量实时、历史信息，供故障分析和安全保障系统使用。
　　(1) 故障信息类：保护动作情况，保护动作电量，动作时间，动作类别，保护动作定值，最大跳闸电流，动作持续时间，重合后跳闸最大电流，从发现故障到跳开持续时间，从重合到跳开的持续时间，故障前2周期到故障后3周期8个通道的采样瞬时值。
　　(2) 时钟信息类：当前年、月、日、时、分、秒。
　　(3) 装置出错信息类：错误类型(定值、通信、继电器、EPROM出错)及出错时间。
　　(4) 操作记录信息类：操作的权限、内容及时间。
　　(5) 定值类：保护定值，电流电压通道比例系数，操作密码。
4.4　通信远动功能
　　通过RS232串行口与配有相应管理软件的个人计算机通信，完成单机信息的直接处理。也可以通过RS422或RS485接口，与上层的通信处理器联结，利用网络通信，执行上层命令，实现上下层间信息交换和对下层装置的信息管理。由时钟芯片提供实时时钟，可远方修改对时。
　　有三种整定方式：键盘就地整定；用PC机通过RS232口现场整定；通过网络由远方整定。

5　结语
　　本文提出的高压开关柜就地测控保护单元是集保护、测量、控制、远动于一体的综合化智能保护，可以分散就地安装于高压开关柜内，直接面向一次设备或设备组合，能完成各自对象的继电保护、实时电量监控、状态信息记录及历史记录等功能，可取代常规表计；作为计算机分层网络的终端，还具有多种可选的通用网络接口，能将丰富的信息及数据上传，便于事故分析和状态监视；可形成微机防误操作和安全保障系统。能适应变电站自动化的需要。

参考文献
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