時(shí)間：2023-03-07 15:17:18
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作者：陸召振 周樹艷 陸偉宏 王寧 單位：無錫油泵油嘴研究所
共軌系統(tǒng)通常正常工作電壓選擇28~30V，即需要滿足Ur≧30V。2）最小擊穿電壓UbUb分為5%和10%兩種。對(duì)于5%的Ub來說，Ur=0.85Ub；對(duì)于10%的Ub來說，Ur=0.81Ub。當(dāng)電壓高于此值后，TVS發(fā)生雪崩擊穿，此后，TVS兩端電壓將一直保持在鉗位電壓Uc。3）最大鉗位電壓Uc當(dāng)TVS管承受瞬態(tài)高能量沖擊擊穿后，管子中流過大電流，峰值為IP，端電壓由Ur值上升到Uc值就不再上升了，從而實(shí)現(xiàn)了保護(hù)作用。Uc與Ub之比稱為鉗位因子，一般在1.2~1.4之間，計(jì)算多代入為1.3。其他諸如反向漏電流、結(jié)電容等參數(shù)也需要考慮電路靜態(tài)電流以及信號(hào)頻響等因素進(jìn)行擇優(yōu)選擇。最大允許瞬時(shí)功率Pp根據(jù)車用電源系統(tǒng)電路抗干擾標(biāo)準(zhǔn)要求須至少大于6000W。防反接保護(hù)電路設(shè)計(jì)防反接保護(hù)使用一個(gè)普通二極管就可以實(shí)現(xiàn)，或者采用其他MOS管防反接電路。普通二極管防反接保護(hù)電路優(yōu)點(diǎn)是電路簡單，器件少，但由于受二極管額定功耗的限制，這種防反接不能承受長時(shí)間的反接故障。圖3為防反接保護(hù)二極管在電路中的設(shè)計(jì)位置，二極管選擇時(shí)考慮ECU的整體功耗，選擇正向?qū)娏鞔笥谡９ぷ髯畲箅娏鳎瑫r(shí)防反接保護(hù)二極管盡量選擇低壓降快恢復(fù)二極管，反向耐壓滿足電路要求。過電流保護(hù)電路ECU電源電路在過載或者負(fù)載短路等故障發(fā)生時(shí)，需要在外部線束中或電源處理電路回路中設(shè)計(jì)過流保護(hù)電路，否則電路將損毀不能正常工作。通常在開關(guān)電源設(shè)計(jì)中采用自恢復(fù)熔斷絲串聯(lián)在回路中，或設(shè)計(jì)電路采樣閉環(huán)控制電路等。
從以上自恢復(fù)熔斷絲的原理可以看出，當(dāng)電路發(fā)生過流時(shí)，可能存在大量熱量的產(chǎn)生，由于ECU通常安裝在相對(duì)封閉的空間內(nèi)，熱量無法快速消散，因此可能會(huì)對(duì)ECU其他電路的工作產(chǎn)生影響，再加上自恢復(fù)熔斷絲存在不好安裝及精度不高的問題，因此ECU過流保護(hù)電路通常不選用這種方案。圖4為一種閉環(huán)電流采樣控制保護(hù)電路，T1用來檢測負(fù)載電流IL，采樣電阻R1產(chǎn)生成比例的電壓。電流過載發(fā)生時(shí)，電容C1充電電壓會(huì)增加到穩(wěn)壓二極管Z1的導(dǎo)通電壓，此時(shí)三極管Q1導(dǎo)通，集電極輸出信號(hào)關(guān)閉后續(xù)電路的控制級(jí)，從而切斷電源電路的工作。類似過流保護(hù)電路設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意變壓器的設(shè)計(jì)選型，由于車用ECU對(duì)成本的要求越來越高，此電路設(shè)計(jì)成本較高，且占用ECU體積大，目前在ECU上采用較少。綜上，我們似乎沒有非常完美的過流保護(hù)電路方案，幸運(yùn)的是目前世界上一些著名半導(dǎo)體公司都提供帶有過流自動(dòng)保護(hù)的電路控制芯片。比如美國國家半導(dǎo)體公司的汽車DC/DC控制芯片，德國英飛凌公司的汽車級(jí)LDO電源處理芯片，這些芯片都能提供過流自動(dòng)保護(hù)功能。因此在ECU電源電路設(shè)計(jì)時(shí)，盡量選用類似集成芯片作為電路核心元件，這些芯片通常都經(jīng)過汽車等級(jí)的測試，可以放心采用。共模抑制電路設(shè)計(jì)ECU電源系統(tǒng)電路通常采用共模扼流圈設(shè)計(jì)共模抑制電路。共模扼流圈，也叫共模電感（Com-monmodeChoke），是在一個(gè)閉合磁環(huán)上對(duì)稱繞制方向相反、匝數(shù)相同的線圈。
在電源電路設(shè)計(jì)時(shí)，采用共模扼流圈能夠有效地消除共模干擾，提高ECU電磁兼容性能。目前一些著名的無源器件生產(chǎn)廠家均提供ECU專用的電源系統(tǒng)電路共模扼流圈，比如TDK公司的ACM-V系列主要用于ECU電源線設(shè)計(jì)，TDK公司提供的這種共模扼流圈通過專用磁芯設(shè)計(jì)而成的方形閉磁路磁芯，在保持原有特性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了小型化，便于安裝。同時(shí)具有高阻抗特性，可發(fā)揮優(yōu)異的共模噪聲抑制效果，最大電流可高達(dá)8A。濾波電路設(shè)計(jì)共軌系統(tǒng)ECU電源電路的輸入是從汽車蓄電池直接引入的。由于汽車上所有電子設(shè)備都共用這一個(gè)電源，其他電子設(shè)備的干擾可能通過電源耦合到ECU。另外，車用蓄電池的電源高頻干擾、汽車電機(jī)的啟動(dòng)停止以及負(fù)載的突然變化均會(huì)將干擾帶入ECU。在設(shè)計(jì)電源處理電路時(shí)必須設(shè)計(jì)濾波電路來濾除這些干擾。通常采用∏形濾波電路設(shè)計(jì)串聯(lián)在電源處理回路中，主要對(duì)差模干擾起到抑制作用，圖6為基本的∏形濾波電路。在實(shí)際的∏形濾波電路設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)ECU實(shí)際使用需求進(jìn)行電感L及電容C1和C2的參數(shù)選擇，電容C3根據(jù)負(fù)載功率的大小調(diào)整容值及耐壓參數(shù)。電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案總結(jié)共軌系統(tǒng)ECU電源系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合以上的各種保護(hù)電路的設(shè)計(jì)，同時(shí)選擇合適的DC/DC控制芯片。控制芯片的PWM調(diào)制頻率設(shè)置需要綜合考慮電源處理的效率和EMC性能。常用的ECU電源系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)方案如圖7所示。ECU通過點(diǎn)火鑰匙開關(guān)處理電路，將汽車蓄電池電源輸入，然后通過各種保護(hù)電路將穩(wěn)定的電壓輸入DC/DC處理電路，最后通過汽車專用低壓降線性穩(wěn)壓電源（LDO）處理成多路電源分別給ECU各電路模塊供電。
在設(shè)計(jì)電源系統(tǒng)處理電路時(shí)，不僅應(yīng)考慮基本電壓處理電路的精度和效率，還應(yīng)設(shè)計(jì)不同的保護(hù)電路，應(yīng)對(duì)各種可能出現(xiàn)的干擾和故障情況。保護(hù)電路的設(shè)計(jì)需要考慮整個(gè)電源系統(tǒng)電路的工作原理，合理的布局保護(hù)電路在整個(gè)電源系統(tǒng)電路中的位置；各種保護(hù)電路的器件選擇則需要綜合電路原理、成本、安裝及廠家品牌等諸多因素進(jìn)行合理選擇。除了本文提到的幾種保護(hù)電路設(shè)計(jì)外，或許還有其他應(yīng)對(duì)整車復(fù)雜故障情況的電路選擇，這就需要在ECU的實(shí)際使用過程中進(jìn)行不斷的積累和研究。
目前，對(duì)于我國的礦井提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)來說，大部分采用的仍然是屬于繼電器-接觸器式的電氣控制系統(tǒng)，在得到多年的應(yīng)用之后，已經(jīng)具有了自己獨(dú)特的控制特點(diǎn)，但是在實(shí)際的礦井生產(chǎn)工作過程中，這種原始的電氣控制系統(tǒng)存在的缺陷和問題也漸漸的顯現(xiàn)出來。比如系統(tǒng)容易發(fā)生故障、提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)在礦井生產(chǎn)工作中的穩(wěn)定性不夠，容易受到外界和其他因素的影響，并且在實(shí)際的工作過程中，提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)在完成開、停機(jī)、加減速等各程序的時(shí)候所需的操作比較繁雜，對(duì)礦井的生產(chǎn)產(chǎn)生了一定的安全隱患。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生，其為繼電邏輯控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)有效結(jié)合的新技術(shù)，能夠經(jīng)由數(shù)字化輸入輸出形式對(duì)機(jī)械和生產(chǎn)等進(jìn)行監(jiān)控，因此在工業(yè)中得到普遍的應(yīng)用。從總的來說，PLC技術(shù)的特點(diǎn)主要包括了較高的可靠性和安全性、應(yīng)用方便、編程簡單等，并且還擁有自我診斷和監(jiān)控的功能，因此非常適合對(duì)礦井提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。
2礦井提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)的組成
從總的來說，礦井提升機(jī)按照電流的驅(qū)動(dòng)可以分為交流驅(qū)動(dòng)和直流驅(qū)動(dòng)兩種類型，而按照操作模式電氣控制系統(tǒng)又分為自動(dòng)和手動(dòng)兩種類型。具體來說，礦井提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)主要是有自動(dòng)化、裝卸載、傳動(dòng)控制和系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化四個(gè)模塊組成。自動(dòng)化系統(tǒng)主要包括了軟件單元、PLC冗余控制系統(tǒng)、全自動(dòng)化調(diào)節(jié)單元等；裝卸載系統(tǒng)是應(yīng)用PLC將監(jiān)控站和裝卸載站進(jìn)行提升，使設(shè)備充分的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)化；傳動(dòng)控制系統(tǒng)主要是經(jīng)由微處理器對(duì)故障進(jìn)行診斷、報(bào)警和顯現(xiàn)；系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化是借用windows系統(tǒng)對(duì)提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)的工作情況和數(shù)據(jù)等進(jìn)行系統(tǒng)式的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。
3應(yīng)用PLC對(duì)礦井提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)的改造
3.1增加了可供選擇的電氣控制系統(tǒng)工作模式在對(duì)礦井提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行改造之后，可系統(tǒng)增加了可供選擇性的工作模式，主要包括了手動(dòng)式、半自動(dòng)式和全自動(dòng)式三種工作模式，而在這當(dāng)中，提礦步驟又經(jīng)過細(xì)分之后在以上三種工作模式中又增加了故障開車式的第四種工作模式。由于改造后的系統(tǒng)增加了可供選擇式的工作模式，因此可以讓操作人員能夠根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行自由切換，顯得更加的方便和靈活。
3.2增加了對(duì)電氣控制系統(tǒng)的系統(tǒng)保護(hù)采用PLC對(duì)礦井提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)改造時(shí)，在提升機(jī)原有的控制系統(tǒng)的保護(hù)功能基礎(chǔ)之上，還增加了一系列的對(duì)系統(tǒng)保護(hù)的環(huán)節(jié)，主要包括了PLC的輸出繼電器聯(lián)鎖、減速過速、定點(diǎn)過速、調(diào)繩聯(lián)鎖等。應(yīng)用PLC安全回路能夠使系統(tǒng)冗余得到進(jìn)一步的保護(hù)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障的時(shí)候，應(yīng)用PLC控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)急式的低速工作，與此同時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)還能夠根據(jù)運(yùn)行情況對(duì)設(shè)備的參數(shù)以及工作情況等進(jìn)行記憶和顯示，并且在停電的時(shí)候還能夠?qū)μ嵘龣C(jī)進(jìn)行二級(jí)制動(dòng)式的保護(hù)。
3.3增加了電氣控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平應(yīng)用PLC對(duì)礦井提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)改造之后，增加了礦井提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，將原有的動(dòng)力制動(dòng)柜改換為低頻全數(shù)字式的制動(dòng)電源柜，在具有多重保護(hù)的作用之下，也降低了設(shè)備維修的數(shù)量。與此同時(shí)，由于更換的電源柜是屬于低頻制動(dòng)式，因此也使得設(shè)備所受到的沖擊得到大大的降低，從而讓提升機(jī)在工作的時(shí)候得到更加的穩(wěn)定，再加上PLC能夠按照事先設(shè)定好的參數(shù)在提升機(jī)的工作過程中能夠進(jìn)行自動(dòng)控制，一直到工作完成，并且提升機(jī)工作過程中產(chǎn)生的速度也體現(xiàn)出了較高的精度數(shù)。
3.4使電氣控制系統(tǒng)設(shè)備的更具可靠性電氣控制系統(tǒng)設(shè)備在應(yīng)用PLC進(jìn)行改造之后，將礦井提升機(jī)原有的具備繁雜操作的高壓接觸器更換為真空高壓接觸器，能夠?qū)D(zhuǎn)子回路電阻實(shí)現(xiàn)無觸點(diǎn)式的控制，從而使電氣控制系統(tǒng)設(shè)備更具可靠性，并且使系統(tǒng)工作時(shí)產(chǎn)生的噪音得到有效的降低。
3.5使電氣控制系統(tǒng)設(shè)備的更具安全性當(dāng)電氣控制系統(tǒng)得到改造之后，將原來的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改為具有網(wǎng)絡(luò)化控制性的結(jié)構(gòu)，因此能夠使原先需要的大量繼電器、磁放大器、接觸器和其他構(gòu)件得到減少，大大的簡化了設(shè)備之間所需的連接線。由于改造后的結(jié)構(gòu)是在原來系統(tǒng)的功能保護(hù)前提下增加了更多的保護(hù)程序，從而使設(shè)備發(fā)生故障的次數(shù)得到大大的降低，增加了對(duì)電氣控制系統(tǒng)的系統(tǒng)保護(hù)，使系統(tǒng)更具安全性。
4總結(jié)
【關(guān)鍵詞】繼電保護(hù)現(xiàn)狀發(fā)展
1繼電保護(hù)發(fā)展現(xiàn)狀
電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展對(duì)繼電保護(hù)不斷提出新的要求，電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的飛速發(fā)展又為繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展不斷地注入了新的活力，因此，繼電保護(hù)技術(shù)得天獨(dú)厚，在40余年的時(shí)間里完成了發(fā)展的4個(gè)歷史階段。
建國后，我國繼電保護(hù)學(xué)科、繼電保護(hù)設(shè)計(jì)、繼電器制造工業(yè)和繼電保護(hù)技術(shù)隊(duì)伍從無到有，在大約10年的時(shí)間里走過了先進(jìn)國家半個(gè)世紀(jì)走過的道路。50年代，我國工程技術(shù)人員創(chuàng)造性地吸收、消化、掌握了國外先進(jìn)的繼電保護(hù)設(shè)備性能和運(yùn)行技術(shù)［1］，建成了一支具有深厚繼電保護(hù)理論造詣和豐富運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的繼電保護(hù)技術(shù)隊(duì)伍，對(duì)全國繼電保護(hù)技術(shù)隊(duì)伍的建立和成長起了指導(dǎo)作用。阿城繼電器廠引進(jìn)消化了當(dāng)時(shí)國外先進(jìn)的繼電器制造技術(shù)，建立了我國自己的繼電器制造業(yè)。因而在60年代中我國已建成了繼電保護(hù)研究、設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行和教學(xué)的完整體系。這是機(jī)電式繼電保護(hù)繁榮的時(shí)代，為我國繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
自50年代末，晶體管繼電保護(hù)已在開始研究。60年代中到80年代中是晶體管繼電保護(hù)蓬勃發(fā)展和廣泛采用的時(shí)代。其中天津大學(xué)與南京電力自動(dòng)化設(shè)備廠合作研究的500kV晶體管方向高頻保護(hù)和南京電力自動(dòng)化研究院研制的晶體管高頻閉鎖距離保護(hù)，運(yùn)行于葛洲壩500kV線路上［2］，結(jié)束了500kV線路保護(hù)完全依靠從國外進(jìn)口的時(shí)代。
在此期間，從70年代中，基于集成運(yùn)算放大器的集成電路保護(hù)已開始研究。到80年代末集成電路保護(hù)已形成完整系列，逐漸取代晶體管保護(hù)。到90年代初集成電路保護(hù)的研制、生產(chǎn)、應(yīng)用仍處于主導(dǎo)地位，這是集成電路保護(hù)時(shí)代。在這方面南京電力自動(dòng)化研究院研制的集成電路工頻變化量方向高頻保護(hù)起了重要作用［3］，天津大學(xué)與南京電力自動(dòng)化設(shè)備廠合作研制的集成電路相電壓補(bǔ)償式方向高頻保護(hù)也在多條220kV和500kV線路上運(yùn)行。
我國從70年代末即已開始了計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)的研究［4］，高等院校和科研院所起著先導(dǎo)的作用。華中理工大學(xué)、東南大學(xué)、華北電力學(xué)院、西安交通大學(xué)、天津大學(xué)、上海交通大學(xué)、重慶大學(xué)和南京電力自動(dòng)化研究院都相繼研制了不同原理、不同型式的微機(jī)保護(hù)裝置。1984年原華北電力學(xué)院研制的輸電線路微機(jī)保護(hù)裝置首先通過鑒定，并在系統(tǒng)中獲得應(yīng)用［5］，揭開了我國繼電保護(hù)發(fā)展史上新的一頁，為微機(jī)保護(hù)的推廣開辟了道路。在主設(shè)備保護(hù)方面，東南大學(xué)和華中理工大學(xué)研制的發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)和發(fā)電機(jī)?變壓器組保護(hù)也相繼于1989、1994年通過鑒定，投入運(yùn)行。南京電力自動(dòng)化研究院研制的微機(jī)線路保護(hù)裝置也于1991年通過鑒定。天津大學(xué)與南京電力自動(dòng)化設(shè)備廠合作研制的微機(jī)相電壓補(bǔ)償式方向高頻保護(hù)，西安交通大學(xué)與許昌繼電器廠合作研制的正序故障分量方向高頻保護(hù)也相繼于1993、1996年通過鑒定。至此，不同原理、不同機(jī)型的微機(jī)線路和主設(shè)備保護(hù)各具特色，為電力系統(tǒng)提供了一批新一代性能優(yōu)良、功能齊全、工作可靠的繼電保護(hù)裝置。隨著微機(jī)保護(hù)裝置的研究，在微機(jī)保護(hù)軟件、算法等方面也取得了很多理論成果?？梢哉f從90年代開始我國繼電保護(hù)技術(shù)已進(jìn)入了微機(jī)保護(hù)的時(shí)代。
2繼電保護(hù)的未來發(fā)展
繼電保護(hù)技術(shù)未來趨勢是向計(jì)算機(jī)化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化，保護(hù)、控制、測量和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展。
2.1計(jì)算機(jī)化
隨著計(jì)算機(jī)硬件的迅猛發(fā)展，微機(jī)保護(hù)硬件也在不斷發(fā)展。原華北電力學(xué)院研制的微機(jī)線路保護(hù)硬件已經(jīng)歷了3個(gè)發(fā)展階段：從8位單CPU結(jié)構(gòu)的微機(jī)保護(hù)問世，不到5年時(shí)間就發(fā)展到多CPU結(jié)構(gòu)，后又發(fā)展到總線不出模塊的大模塊結(jié)構(gòu)，性能大大提高，得到了廣泛應(yīng)用。華中理工大學(xué)研制的微機(jī)保護(hù)也是從8位CPU，發(fā)展到以工控機(jī)核心部分為基礎(chǔ)的32位微機(jī)保護(hù)。
南京電力自動(dòng)化研究院一開始就研制了16位CPU為基礎(chǔ)的微機(jī)線路保護(hù)，已得到大面積推廣，目前也在研究32位保護(hù)硬件系統(tǒng)。東南大學(xué)研制的微機(jī)主設(shè)備保護(hù)的硬件也經(jīng)過了多次改進(jìn)和提高。天津大學(xué)一開始即研制以16位多CPU為基礎(chǔ)的微機(jī)線路保護(hù)，1988年即開始研究以32位數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)為基礎(chǔ)的保護(hù)、控制、測量一體化微機(jī)裝置，目前已與珠海晉電自動(dòng)化設(shè)備公司合作研制成一種功能齊全的32位大模塊，一個(gè)模塊就是一個(gè)小型計(jì)算機(jī)。采用32位微機(jī)芯片并非只著眼于精度，因?yàn)榫仁蹵/D轉(zhuǎn)換器分辨率的限制，超過16位時(shí)在轉(zhuǎn)換速度和成本方面都是難以接受的；更重要的是32位微機(jī)芯片具有很高的集成度，很高的工作頻率和計(jì)算速度，很大的尋址空間，豐富的指令系統(tǒng)和較多的輸入輸出口。CPU的寄存器、數(shù)據(jù)總線、地址總線都是32位的，具有存儲(chǔ)器管理功能、存儲(chǔ)器保護(hù)功能和任務(wù)轉(zhuǎn)換功能，并將高速緩存(Cache)和浮點(diǎn)數(shù)部件都集成在CPU內(nèi)。
電力系統(tǒng)對(duì)微機(jī)保護(hù)的要求不斷提高，除了保護(hù)的基本功能外，還應(yīng)具有大容量故障信息和數(shù)據(jù)的長期存放空間，快速的數(shù)據(jù)處理功能，強(qiáng)大的通信能力，與其它保護(hù)、控制裝置和調(diào)度聯(lián)網(wǎng)以共享全系統(tǒng)數(shù)據(jù)、信息和網(wǎng)絡(luò)資源的能力，高級(jí)語言編程等。這就要求微機(jī)保護(hù)裝置具有相當(dāng)于一臺(tái)PC機(jī)的功能。在計(jì)算機(jī)保護(hù)發(fā)展初期，曾設(shè)想過用一臺(tái)小型計(jì)算機(jī)作成繼電保護(hù)裝置。由于當(dāng)時(shí)小型機(jī)體積大、成本高、可靠性差，這個(gè)設(shè)想是不現(xiàn)實(shí)的?，F(xiàn)在，同微機(jī)保護(hù)裝置大小相似的工控機(jī)的功能、速度、存儲(chǔ)容量大大超過了當(dāng)年的小型機(jī)，因此，用成套工控機(jī)作成繼電保護(hù)的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟，這將是微機(jī)保護(hù)的發(fā)展方向之一。天津大學(xué)已研制成用同微機(jī)保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)完全相同的一種工控機(jī)加以改造作成的繼電保護(hù)裝置。這種裝置的優(yōu)點(diǎn)有：(1)具有486PC機(jī)的全部功能，能滿足對(duì)當(dāng)前和未來微機(jī)保護(hù)的各種功能要求。(2)尺寸和結(jié)構(gòu)與目前的微機(jī)保護(hù)裝置相似，工藝精良、防震、防過熱、防電磁干擾能力強(qiáng)，可運(yùn)行于非常惡劣的工作環(huán)境，成本可接受。(3)采用STD總線或PC總線，硬件模塊化，對(duì)于不同的保護(hù)可任意選用不同模塊，配置靈活、容易擴(kuò)展。
繼電保護(hù)裝置的微機(jī)化、計(jì)算機(jī)化是不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢。但對(duì)如何更好地滿足電力系統(tǒng)要求，如何進(jìn)一步提高繼電保護(hù)的可靠性，如何取得更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，尚須進(jìn)行具體深入的研究。\
2.2網(wǎng)絡(luò)化
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為信息和數(shù)據(jù)通信工具已成為信息時(shí)代的技術(shù)支柱，使人類生產(chǎn)和社會(huì)生活的面貌發(fā)生了根本變化。它深刻影響著各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，也為各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域提供了強(qiáng)有力的通信手段。到目前為止，除了差動(dòng)保護(hù)和縱聯(lián)保護(hù)外，所有繼電保護(hù)裝置都只能反應(yīng)保護(hù)安裝處的電氣量。繼電保護(hù)的作用也只限于切除故障元件，縮小事故影響范圍。這主要是由于缺乏強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)通信手段。國外早已提出過系統(tǒng)保護(hù)的概念，這在當(dāng)時(shí)主要指安全自動(dòng)裝置。因繼電保護(hù)的作用不只限于切除故障元件和限制事故影響范圍(這是首要任務(wù))，還要保證全系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。這就要求每個(gè)保護(hù)單元都能共享全系統(tǒng)的運(yùn)行和故障信息的數(shù)據(jù)，各個(gè)保護(hù)單元與重合閘裝置在分析這些信息和數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上協(xié)調(diào)動(dòng)作，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。顯然，實(shí)現(xiàn)這種系統(tǒng)保護(hù)的基本條件是將全系統(tǒng)各主要設(shè)備的保護(hù)裝置用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來，亦即實(shí)現(xiàn)微機(jī)保護(hù)裝置的網(wǎng)絡(luò)化。這在當(dāng)前的技術(shù)條件下是完全可能的。
對(duì)于一般的非系統(tǒng)保護(hù)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置的計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)也有很大的好處。繼電保護(hù)裝置能夠得到的系統(tǒng)故障信息愈多，則對(duì)故障性質(zhì)、故障位置的判斷和故障距離的檢測愈準(zhǔn)確。對(duì)自適應(yīng)保護(hù)原理的研究已經(jīng)過很長的時(shí)間，也取得了一定的成果，但要真正實(shí)現(xiàn)保護(hù)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行方式和故障狀態(tài)的自適應(yīng)，必須獲得更多的系統(tǒng)運(yùn)行和故障信息，只有實(shí)現(xiàn)保護(hù)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化，才能做到這一點(diǎn)。
對(duì)于某些保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，也能提高保護(hù)的可靠性。天津大學(xué)1993年針對(duì)未來三峽水電站500kV超高壓多回路母線提出了一種分布式母線保護(hù)的原理［6］，初步研制成功了這種裝置。其原理是將傳統(tǒng)的集中式母線保護(hù)分散成若干個(gè)(與被保護(hù)母線的回路數(shù)相同)母線保護(hù)單元，分散裝設(shè)在各回路保護(hù)屏上，各保護(hù)單元用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來，每個(gè)保護(hù)單元只輸入本回路的電流量，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳送給其它所有回路的保護(hù)單元，各保護(hù)單元根據(jù)本回路的電流量和從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上獲得的其它所有回路的電流量，進(jìn)行母線差動(dòng)保護(hù)的計(jì)算，如果計(jì)算結(jié)果證明是母線內(nèi)部故障則只跳開本回路斷路器，將故障的母線隔離。在母線區(qū)外故障時(shí)，各保護(hù)單元都計(jì)算為外部故障均不動(dòng)作。這種用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的分布式母線保護(hù)原理，比傳統(tǒng)的集中式母線保護(hù)原理有較高的可靠性。因?yàn)槿绻粋€(gè)保護(hù)單元受到干擾或計(jì)算錯(cuò)誤而誤動(dòng)時(shí)，只能錯(cuò)誤地跳開本回路，不會(huì)造成使母線整個(gè)被切除的惡性事故，這對(duì)于象三峽電站具有超高壓母線的系統(tǒng)樞紐非常重要。
由上述可知，微機(jī)保護(hù)裝置網(wǎng)絡(luò)化可大大提高保護(hù)性能和可靠性，這是微機(jī)保護(hù)發(fā)展的必然趨勢。
2.3保護(hù)、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化
在實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的計(jì)算機(jī)化和網(wǎng)絡(luò)化的條件下，保護(hù)裝置實(shí)際上就是一臺(tái)高性能、多功能的計(jì)算機(jī)，是整個(gè)電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)智能終端。它可從網(wǎng)上獲取電力系統(tǒng)運(yùn)行和故障的任何信息和數(shù)據(jù)，也可將它所獲得的被保護(hù)元件的任何信息和數(shù)據(jù)傳送給網(wǎng)絡(luò)控制中心或任一終端。因此，每個(gè)微機(jī)保護(hù)裝置不但可完成繼電保護(hù)功能，而且在無故障正常運(yùn)行情況下還可完成測量、控制、數(shù)據(jù)通信功能，亦即實(shí)現(xiàn)保護(hù)、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化。
目前，為了測量、保護(hù)和控制的需要，室外變電站的所有設(shè)備，如變壓器、線路等的二次電壓、電流都必須用控制電纜引到主控室。所敷設(shè)的大量控制電纜不但要大量投資，而且使二次回路非常復(fù)雜。但是如果將上述的保護(hù)、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化的計(jì)算機(jī)裝置，就地安裝在室外變電站的被保護(hù)設(shè)備旁，將被保護(hù)設(shè)備的電壓、電流量在此裝置內(nèi)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)送到主控室，則可免除大量的控制電纜。如果用光纖作為網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)，還可免除電磁干擾?，F(xiàn)在光電流互感器(OTA)和光電壓互感器(OTV)已在研究試驗(yàn)階段，將來必然在電力系統(tǒng)中得到應(yīng)用。在采用OTA和OTV的情況下，保護(hù)裝置應(yīng)放在距OTA和OTV最近的地方，亦即應(yīng)放在被保護(hù)設(shè)備附近。OTA和OTV的光信號(hào)輸入到此一體化裝置中并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，一方面用作保護(hù)的計(jì)算判斷；另一方面作為測量量，通過網(wǎng)絡(luò)送到主控室。從主控室通過網(wǎng)絡(luò)可將對(duì)被保護(hù)設(shè)備的操作控制命令送到此一體化裝置，由此一體化裝置執(zhí)行斷路器的操作。1992年天津大學(xué)提出了保護(hù)、控制、測量、通信一體化問題，并研制了以TMS320C25數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)為基礎(chǔ)的一個(gè)保護(hù)、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化裝置。
2.4智能化
近年來，人工智能技術(shù)如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進(jìn)化規(guī)劃、模糊邏輯等在電力系統(tǒng)各個(gè)領(lǐng)域都得到了應(yīng)用，在繼電保護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用的研究也已開始［7］。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種非線性映射的方法，很多難以列出方程式或難以求解的復(fù)雜的非線性問題，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法則可迎刃而解。例如在輸電線兩側(cè)系統(tǒng)電勢角度擺開情況下發(fā)生經(jīng)過渡電阻的短路就是一非線性問題，距離保護(hù)很難正確作出故障位置的判別，從而造成誤動(dòng)或拒動(dòng)；如果用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，經(jīng)過大量故障樣本的訓(xùn)練，只要樣本集中充分考慮了各種情況，則在發(fā)生任何故障時(shí)都可正確判別。其它如遺傳算法、進(jìn)化規(guī)劃等也都有其獨(dú)特的求解復(fù)雜問題的能力。將這些人工智能方法適當(dāng)結(jié)合可使求解速度更快。天津大學(xué)從1996年起進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)式繼電保護(hù)的研究，已取得初步成果［8］?？梢灶A(yù)見，人工智能技術(shù)在繼電保護(hù)領(lǐng)域必會(huì)得到應(yīng)用，以解決用常規(guī)方法難以解決的問題。
3結(jié)束語
建國以來，我國電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)經(jīng)歷了4個(gè)時(shí)代。隨著電力系統(tǒng)的高速發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的進(jìn)步，繼電保護(hù)技術(shù)面臨著進(jìn)一步發(fā)展的趨勢。國內(nèi)外繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展的趨勢為：計(jì)算機(jī)化，網(wǎng)絡(luò)化，保護(hù)、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化和人工智能化，這對(duì)繼電保護(hù)工作者提出了艱巨的任務(wù)，也開辟了活動(dòng)的廣闊天地。
作者單位：天津市電力學(xué)會(huì)(天津300072)
參考文獻(xiàn)
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1.1結(jié)合綠色能源
電力系統(tǒng)深受能源危機(jī)困擾，雖已開始研制新能源結(jié)構(gòu)，但應(yīng)用效果一直不好，新能源很難與傳統(tǒng)電力裝置、設(shè)備形成默契配合。由于電力技術(shù)的決策能力、更新速度很強(qiáng)、很快，所以要想將風(fēng)能、太陽能、水能等綠色能源引入電力系統(tǒng)，依靠電力技術(shù)是最為可靠、有效的方式。首先，根據(jù)電力技術(shù)測量、轉(zhuǎn)換、控制、管理能源的能力，改變電力系統(tǒng)原有能源輸出格局，盡可能切斷新能源輸出裝置與系統(tǒng)中其他運(yùn)行設(shè)備的牽絆和影響，僅以能源輸出為價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)、添置綠色能源裝置，以最大限度提高能源的利用率；其次，強(qiáng)化變流調(diào)速技術(shù)、集優(yōu)生產(chǎn)技術(shù)、能源轉(zhuǎn)化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用地位，定期、定時(shí)核算綠色能源輸出、不可再生能源輸出過程中的“能量效益”，并對(duì)系統(tǒng)、裝置、技術(shù)進(jìn)行定向修改；最后，拓展電力技術(shù)的應(yīng)用范圍，圍繞計(jì)算機(jī)技術(shù)，監(jiān)控綠色能源在電力系統(tǒng)中的運(yùn)行情況，以“消耗”“、效益”為兩大基本點(diǎn)，總結(jié)分析不符合電力技術(shù)應(yīng)用安全的相關(guān)問題，并及時(shí)改正。
1.2實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化
機(jī)電一體化是電氣工程、電力系統(tǒng)發(fā)展的必經(jīng)之路，也是帶動(dòng)高效生產(chǎn)的有效手段，為此，電力技術(shù)可以聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)化處理技術(shù)、智能監(jiān)測等技術(shù)，共同推進(jìn)多門技術(shù)的融合發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)電力系統(tǒng)的正向發(fā)展。機(jī)電一體化技術(shù)在投入使用之前，應(yīng)接受多次測量和考察，因?yàn)橐苊馍a(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)、提高生產(chǎn)效率，所以必須經(jīng)過電力技術(shù)來處理相關(guān)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，只有這樣，才能將系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)控制在可控范圍內(nèi)。然而，機(jī)電一體化對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行功能的要求和服務(wù)設(shè)定復(fù)雜，僅靠電力技術(shù)很難支撐起整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行重任，所以，一般情況下，電力系統(tǒng)會(huì)選擇“區(qū)域一體化”的生產(chǎn)、改造方式，選擇風(fēng)險(xiǎn)小、收益高、符合電力技術(shù)應(yīng)用條件的系統(tǒng)模塊，幫助小范圍系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“自動(dòng)”，并計(jì)算應(yīng)用效果，確定技術(shù)無誤且高效之后，再擴(kuò)大一體化改造范圍。由此可見，電力技術(shù)雖然是電力系統(tǒng)一體化發(fā)展的有力手段，但其應(yīng)用效果依然具有不可控特質(zhì)，在應(yīng)用時(shí)應(yīng)格外注意、小心。
1.3引入智能技術(shù)
智能手機(jī)、平板電腦已經(jīng)成為電子終端控制的主要裝置設(shè)備，它在人們?nèi)粘Ｉ钆c工作中的應(yīng)用地位非常高，因此，電力行業(yè)也應(yīng)適當(dāng)引入智能技術(shù)，并創(chuàng)設(shè)以智能控制系統(tǒng)為核心管理中樞的技術(shù)集團(tuán)，以便于工作人員正確、有效、科學(xué)的管控電力系統(tǒng)。經(jīng)過智能技術(shù)修飾，電力系統(tǒng)在故障排除、判斷、處置方面的優(yōu)勢能力更強(qiáng)了，并基本實(shí)現(xiàn)了“自動(dòng)化”。以往，一個(gè)小故障便會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電力系統(tǒng)陷入癱瘓，現(xiàn)如今，運(yùn)行故障會(huì)翻譯成“特殊數(shù)據(jù)”，經(jīng)智能處理器處理，被挖掘、傳送，傳達(dá)給管理人員，主動(dòng)上報(bào)“故障”。這種高效的生產(chǎn)、管理方式，不僅節(jié)省了故障清查、判斷的時(shí)間，還為電力系統(tǒng)提供了堅(jiān)固的安全保障。從應(yīng)用效果上看，智能技術(shù)在電力系統(tǒng)中發(fā)揮的作用是顯而易見的，但從發(fā)展空間上看，其應(yīng)用環(huán)境卻日常復(fù)雜，所以，需要廣大電力系統(tǒng)的工作人員謹(jǐn)慎考慮、認(rèn)真探究，以福利避害為原則，引入智能技術(shù)。
2電力技術(shù)在電力系統(tǒng)中的發(fā)展展望
目前，我國綜合國力日益提升，能源生產(chǎn)責(zé)任越來越重，為迎合不斷提高的生產(chǎn)要求、服務(wù)要求，電力系統(tǒng)仍需不斷革新、創(chuàng)造，最大限度的發(fā)揮其功能價(jià)值、生產(chǎn)價(jià)值。筆者結(jié)合多年工作經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)自己對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行、發(fā)展的困難與問題了解，從內(nèi)、外兩方面探究電力技術(shù)的發(fā)展方向。接下來幾年，電力技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用地位會(huì)不降反升，因?yàn)殡S著工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)系統(tǒng)的落成，系統(tǒng)生產(chǎn)形式、能力、效率的準(zhǔn)確性要求很越來越高，所以，電力系統(tǒng)只有依靠電子技術(shù)方能將能源生產(chǎn)、輸出、管理限制在可控、可管的范圍內(nèi)。一方面，應(yīng)擴(kuò)大電力技術(shù)的包容性，將其與現(xiàn)代高科技技術(shù)再融合，研發(fā)技術(shù)的新功能、新工藝，為電力系統(tǒng)運(yùn)行提供便利條件；另一方面，省察電力技術(shù)自身存在的安全風(fēng)險(xiǎn)、耗能等管理不當(dāng)問題，并設(shè)置研究專題，開展專項(xiàng)調(diào)查，以糾正、改善電力技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用效果不利的地方。通過內(nèi)、外兩方面發(fā)展手段，電力技術(shù)的發(fā)展道路會(huì)更加明朗，其會(huì)成為促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的源動(dòng)力。
3結(jié)論
電子技術(shù)之所以在人類生產(chǎn)生活的方方面面得到廣泛推廣與應(yīng)用，主要是因?yàn)槠渚哂忻黠@的優(yōu)勢，本文經(jīng)過研究分析，總結(jié)出其存在的優(yōu)勢具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。第一，全控化。該性能主要是針對(duì)自關(guān)斷器件來講的，傳統(tǒng)的電器件是半自動(dòng)控制的，這種電子器件的換相電路非常復(fù)雜，而通過電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，使自關(guān)斷器件的電路得到了進(jìn)一步優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)控制操作。第二，集成化。這種集成化主要是將全部的全控型電子器件用很多的單元電子器件連接在一起，放在一個(gè)基片上，與以前的電子器件分立方式相比，節(jié)約了很多的時(shí)間；再次，高頻化。這個(gè)優(yōu)勢主要是因?yàn)殡娮蛹夹g(shù)實(shí)現(xiàn)了集成化，這就大大提高了電子器件的工作速度；最后，高效率化。這個(gè)優(yōu)勢主要體現(xiàn)在電子器件和變換技術(shù)上，這是因?yàn)殡娮悠骷谶\(yùn)行時(shí)，通過電子技術(shù)能夠降低導(dǎo)通壓降，從而就減少了導(dǎo)通消耗；電子技術(shù)的應(yīng)用提高了電子器件開關(guān)上升與下降的速度，這樣又減少了開關(guān)的消耗；電子技術(shù)的應(yīng)用使得電子器件的運(yùn)行狀態(tài)更加平穩(wěn)，這樣又提高了運(yùn)行的效率；軟開關(guān)技術(shù)在變換器中的廣泛應(yīng)用，對(duì)提高強(qiáng)電系統(tǒng)的運(yùn)行效率也起著重要的作用。其次，電子技術(shù)在強(qiáng)電系統(tǒng)中有以下幾個(gè)方面應(yīng)用的意義。第一，電子技術(shù)在強(qiáng)電系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，有效的提高了電力能源的應(yīng)用效率。先進(jìn)的電子技術(shù)可以提高強(qiáng)電系統(tǒng)運(yùn)行的安全與穩(wěn)定，并且實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力資源的優(yōu)化配置，這樣就降低了電力企業(yè)的投入成本，提高了電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。第二，對(duì)于我國社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)具有重要的推動(dòng)作用。伴隨著高端科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及新型產(chǎn)業(yè)的研發(fā)與應(yīng)用，越來越多的產(chǎn)業(yè)需要在投入使用前進(jìn)行全面的電子技術(shù)處理與加工工作，并以此保障互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)下電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全與穩(wěn)定。
2電子技術(shù)在強(qiáng)電系統(tǒng)中的應(yīng)用
研究電子技術(shù)作為信息時(shí)展下的一項(xiàng)新技術(shù)，是強(qiáng)電技術(shù)與弱電技術(shù)結(jié)合的重大突破，其在生產(chǎn)生活中的廣泛應(yīng)用有效的推動(dòng)了我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展。第一，在發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用。電子技術(shù)在發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用，主要是對(duì)發(fā)電系統(tǒng)所使用到的機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行特性進(jìn)行改善，從而調(diào)節(jié)發(fā)電系統(tǒng)中的功率。如果對(duì)大型發(fā)電機(jī)的靜止勵(lì)磁進(jìn)行控制時(shí)，水力和風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變速恒頻勵(lì)磁，從而對(duì)風(fēng)機(jī)水泵的變頻進(jìn)行調(diào)速，在結(jié)構(gòu)較為簡單的靜止勵(lì)磁中，使用了晶閘管整流提高了靜止勵(lì)磁的可靠性，且需要花費(fèi)的資金成本較低，在電力系統(tǒng)中以極快的速度發(fā)展。在控制水力和風(fēng)力發(fā)電機(jī)時(shí)，對(duì)轉(zhuǎn)子中的勵(lì)磁電流產(chǎn)生的頻率進(jìn)行調(diào)整，提高水力和風(fēng)力發(fā)電的功率，可以有效地降低水力和風(fēng)力的頻差。電力系統(tǒng)中的風(fēng)機(jī)水泵的耗能極大，占了整個(gè)系統(tǒng)中的65%，且工作效率極低，只需要在系統(tǒng)中安裝變頻調(diào)速就可以解決這些問題，但是我國能夠運(yùn)用高壓大容量的變頻器的實(shí)力的系統(tǒng)不多，更何談是能夠精確的控制。第二，電子技術(shù)在輸電環(huán)節(jié)的廣泛應(yīng)用。直流輸電技術(shù)的研究與應(yīng)用。高壓直流輸電，其送電端的整流和受電端的逆變裝置都是采用晶閘管變流裝置，它從根本上解決了長距離、大容量輸電系統(tǒng)無功損耗問題。直流輸電技術(shù)不僅具備了穩(wěn)定性強(qiáng)、控制性強(qiáng)、操作性強(qiáng)、靈活度高、電容量大等特點(diǎn)，并且在不同地質(zhì)地貌下遠(yuǎn)程輸電工程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。
3結(jié)語
工程初期配置2臺(tái)33MVA礦熱爐，爐變一次電壓33kV，全廠負(fù)荷總安裝容量約75100kW，工作容量70300kW，計(jì)算有功功率61960kW，年耗電量約4.0×108kwh，計(jì)劃配置兩臺(tái)2×50MW燃煤發(fā)電機(jī)組提供電能。
二、電廠電力孤網(wǎng)電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 礦熱爐電力設(shè)計(jì)
鎳鐵冶煉廠對(duì)自備電廠的升壓變壓器沒有特別要求。升壓變壓器的電壓等級(jí)取決于項(xiàng)目所在地的電廠和冶煉廠的建廠條件和供電半徑等因素，需在現(xiàn)場考察及進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)工作后確定。就目前來說，與50MW的發(fā)電機(jī)組相適應(yīng)的礦熱電爐容量約36MVA，如果電廠與鎳鐵冶煉廠合建在統(tǒng)一廠區(qū)，由于供電半徑較小，36MVA左右的礦熱爐亦可由電廠10kV電壓直配；但從發(fā)展情況考慮，為適應(yīng)礦熱電爐的大型化也可按升壓到35kV電壓等級(jí)。礦熱電爐在非正常生產(chǎn)狀態(tài)下對(duì)電網(wǎng)造成的沖擊大致分為電極在爐內(nèi)發(fā)生短路故障造成的電流突增和發(fā)生故障后保護(hù)裝置動(dòng)作跳閘甩負(fù)荷兩種類型。通常在設(shè)計(jì)時(shí)采取恰當(dāng)選擇電爐變壓器的阻抗來限制短路電流沖擊的幅值，工程上一般要求將短路電流值限制在額定電流的3.5倍以下；而跳閘后的甩負(fù)荷沖擊的幅值與電爐的運(yùn)行功率有關(guān)，但超過發(fā)電機(jī)組在沖擊發(fā)生前穩(wěn)態(tài)發(fā)電功率10%是完全可能的。由于電爐在生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)故障的時(shí)間具有隨機(jī)性，事先無法準(zhǔn)確預(yù)測，故在自備電廠的設(shè)計(jì)中考慮應(yīng)對(duì)該沖擊的措施。
2.2 電氣主接線
本工程建設(shè)2×200t/h燃煤鍋爐和2×50MW凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)孤網(wǎng)運(yùn)行?！“l(fā)電機(jī)出口電壓為10.5kV，發(fā)電機(jī)設(shè)出口電壓母線，高壓廠用電電源由發(fā)電機(jī)出口電壓母線引接，每臺(tái)發(fā)電機(jī)配置一臺(tái)60MVA35/10.5kV升壓變壓器將發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能經(jīng)升壓后送至電廠35kV變電所。本工程為孤網(wǎng)運(yùn)行，因此設(shè)柴油發(fā)電機(jī)組作為廠用起動(dòng)及備用電源并設(shè)置高壓起動(dòng)/備用段，柴油發(fā)電機(jī)選用4臺(tái)2000kW，出口電壓11kV。
鍋爐送、引風(fēng)機(jī)、電動(dòng)給水泵及循環(huán)水泵采用高壓電機(jī)，工頻運(yùn)行。10.5kVI段高壓廠用母線帶1#發(fā)電機(jī)出線斷路器柜、1#機(jī)組高壓負(fù)荷、10.5kV高壓廠用I段與10.5kV備用段聯(lián)絡(luò)柜、1#主變低壓側(cè)斷路器柜。10.5kVII段廠用母線帶2#發(fā)電機(jī)出線斷路器柜、2#機(jī)組高壓負(fù)荷、10.5kV廠用II段與10.5kV備用段聯(lián)絡(luò)柜、2#主變低壓側(cè)斷路器柜，10.5kV廠用III段主要為電站公用系統(tǒng)供電母線。在高壓廠用電源進(jìn)線回路及10.5kV分段處加裝串聯(lián)電抗器。
2.3 廠用電系統(tǒng)
高壓及低壓廠用電源按機(jī)爐分為兩個(gè)工作段、一個(gè)公用段及一個(gè)備用段，對(duì)應(yīng)的機(jī)爐負(fù)荷接在對(duì)應(yīng)的母線上：1#爐所用的送、引風(fēng)機(jī)、1#、2#鍋爐給水泵、1#循環(huán)水泵、1#廠用工作變壓器等接在10.5kV廠用I段上；2#爐所用的高壓送、引風(fēng)機(jī)、3#鍋爐給水泵、2#、3#循環(huán)水泵接線、2#廠用工作變壓器接在10.5kV廠用II段上；公用負(fù)荷由公用變壓器引接，電源引自10.5kV公用母線。
三、電廠電力孤網(wǎng)運(yùn)行方案論證
3.1 正常運(yùn)行時(shí)
正常生產(chǎn)時(shí)，兩臺(tái)機(jī)組同時(shí)運(yùn)行，機(jī)組出力均為70％，可滿足全廠100%用電負(fù)荷。當(dāng)1臺(tái)機(jī)組檢修或甩負(fù)荷時(shí)，另外一臺(tái)機(jī)組出力在100%，可滿足全廠70％左右的用電負(fù)荷。正常運(yùn)行時(shí)，機(jī)組負(fù)荷控制轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率控制，要求調(diào)速系統(tǒng)具有符合要求的靜態(tài)特性、良好的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，以保證在用戶負(fù)荷變化的情況下自動(dòng)保持電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定。
3.2 電廠啟動(dòng)
由于孤網(wǎng)運(yùn)行，投運(yùn)前由1＃機(jī)組發(fā)電利用黑啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組，啟動(dòng)輔機(jī)后投入運(yùn)行，對(duì)外供電。1＃機(jī)組運(yùn)行后帶動(dòng)全廠70%的負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，并啟動(dòng)2#機(jī)組的輔機(jī)運(yùn)行，進(jìn)而啟動(dòng)2＃機(jī)組發(fā)電，直至兩臺(tái)機(jī)組同時(shí)運(yùn)行，滿足按全廠100%的自供電率，逐步進(jìn)行電廠和冶煉廠的生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)全廠電力負(fù)荷平衡。
3.3 發(fā)電機(jī)甩負(fù)荷或非計(jì)劃跳機(jī)時(shí)
當(dāng)機(jī)組發(fā)電機(jī)甩負(fù)荷或非計(jì)劃跳機(jī)時(shí)，全廠用電出現(xiàn)短時(shí)供電不足，此時(shí)電廠供電量僅滿足全廠約70％的負(fù)荷。為了不致將系統(tǒng)電壓拉低，造成系統(tǒng)崩潰，應(yīng)在中央配電站設(shè)置低周減載保護(hù)，根據(jù)工藝要求，對(duì)部分負(fù)荷進(jìn)行切除，減少用電量，同時(shí)減產(chǎn)運(yùn)行，保障安全生產(chǎn)。若工藝需要，部分負(fù)荷無法切除，同時(shí)又無法滿足剩余發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，則根據(jù)需要在相應(yīng)的系統(tǒng)側(cè)設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組，以確保分系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
3.4 當(dāng)用電負(fù)荷出現(xiàn)較大波動(dòng)時(shí)
當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷瞬時(shí)出現(xiàn)大負(fù)荷停機(jī)時(shí)，電力網(wǎng)絡(luò)電壓上升。若全廠40％以上負(fù)荷停機(jī)，則直接解列一臺(tái)發(fā)電機(jī)組，用剩下的另外一臺(tái)機(jī)組帶全廠負(fù)荷。
若全廠40％以內(nèi)大負(fù)荷停機(jī)，則汽機(jī)保護(hù)裝置瞬時(shí)動(dòng)作，可維持系統(tǒng)頻率在50±5Hz以內(nèi)，系統(tǒng)仍滿足穩(wěn)定運(yùn)行條件。
若全廠小負(fù)荷波動(dòng)，則可通過DEH的精確調(diào)整，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
若全廠40％以上大負(fù)荷啟動(dòng)，則需要經(jīng)過調(diào)度提前進(jìn)行通知，調(diào)整鍋爐及汽機(jī)的運(yùn)行參數(shù)。
四、結(jié)束語
關(guān)鍵詞：負(fù)荷等級(jí)供電系統(tǒng)供電壓降接地
引言
磁懸浮制梁生產(chǎn)基地實(shí)際上是一個(gè)混凝土制品的生產(chǎn)基地。但是與其不同處是生產(chǎn)制造的每根軌道梁全長25M，重達(dá)180T，而且在每根梁上要精確安裝上使列車前進(jìn)的長定子線圈的組裝件。所以同為混凝土制品廠，但生產(chǎn)工藝上有很大差別。加工制作軌道梁的主要生產(chǎn)工藝分：預(yù)應(yīng)軌道制作生產(chǎn)中間裝配出廠儲(chǔ)放等。在整個(gè)制作流程中，軌道梁需在臺(tái)座上保溫養(yǎng)護(hù)，在恒溫，恒濕的車間內(nèi)裝配加工。
作為向國際第一條用于商業(yè)運(yùn)行的磁懸浮快速列車提供軌道梁的生產(chǎn)基地，其國際影響是很大的。而且磁浮交通的開通日期2003年1月已確定，根據(jù)倒計(jì)時(shí)，生產(chǎn)制作軌道梁的生產(chǎn)周期也相應(yīng)確定。對(duì)于時(shí)間緊磁懸浮制梁生產(chǎn)基地實(shí)際上是一個(gè)混凝土制品的生產(chǎn)基地。但是與其不同處是生產(chǎn)制造的每根軌道梁全長25M，重達(dá)180T，而且在每根梁上要精確安裝，制作技術(shù)含量極高的這樣一個(gè)國際少有國內(nèi)首創(chuàng)的磁懸浮制梁基地，要保證按時(shí)完成生產(chǎn)任務(wù)。除了工藝合理外，安全可靠的供電也是非常重要的。對(duì)于其供電負(fù)荷等級(jí)我國規(guī)范上還未明確規(guī)定，需要設(shè)計(jì)者對(duì)其供電系統(tǒng)負(fù)荷等級(jí)有個(gè)合理準(zhǔn)確的定位。
1.負(fù)荷等級(jí)的確定
制梁基地能否按時(shí)完成軌道梁制作，是與按時(shí)通車有著直接的關(guān)系。涉及到中國在國際上的聲譽(yù)，如果由于供電不可靠而造成180T梁報(bào)廢，其時(shí)間及經(jīng)濟(jì)損失是非常之大的，因此對(duì)于制梁基地的生產(chǎn)用電負(fù)荷為一級(jí)。保證了其供電的可靠性。對(duì)于一級(jí)負(fù)荷的要求，供電規(guī)范上有明確要求。一級(jí)負(fù)荷應(yīng)有兩個(gè)電源供電，當(dāng)一個(gè)電源發(fā)生故障，另一個(gè)電源應(yīng)保證供電。
2.供電電源確定
工藝提供的設(shè)備總裝機(jī)容量為13700KW，負(fù)荷分布在1.7公里廠區(qū)內(nèi)。從技術(shù)角度及供電規(guī)劃要求應(yīng)選用35KV供電，考慮到基地使用年限不長，因?yàn)樵撟冸娝褂媚晗迌H為制梁結(jié)束就完成歷史使命。而且建一座35KV變電所的投資比較大。如何合理有效解決磁懸浮制梁生產(chǎn)基地電源是個(gè)重要問題。根據(jù)指揮部提供信息，磁浮交通的35KV牽引變電所已由供電局建成，考慮到目前由于磁浮交通還未建成變壓器為空載運(yùn)行，可以從該變電所配出10KV電源，供制梁基地使用。這樣即節(jié)省投資又節(jié)省了建設(shè)35KV變電所的時(shí)間一舉兩得，經(jīng)與供電局協(xié)商解決了供電電源的問題。
3.變電所位置的確定
工藝提供了整個(gè)基地工藝流程圖，依據(jù)工藝設(shè)備的用電情況，集中設(shè)置10KW變電所顯然不合理，造成了電源不能深入符合中心，影響供電質(zhì)量，使得運(yùn)行中損耗加大，根據(jù)工藝設(shè)備分布情況，將其分為四個(gè)供電區(qū)域（1）機(jī)加工灌漿車間（2）澆搗車間（3）提升泵房（4）生活區(qū)按用電情況由磁浮交通35KV變電所引出二路10KV電源每路10KV供電回路的負(fù)荷不超過6000KVA，滿足了10KV供電規(guī)則。分別設(shè)置10KV變電所，將10KV變電所設(shè)置在負(fù)荷中心減小了供電半徑提高了供電質(zhì)量，保證了供電的可靠性
4.供電系統(tǒng)
4.1機(jī)加工灌漿車間供電系統(tǒng)
機(jī)加灌漿車間是整個(gè)基地核心用電大戶，采用的設(shè)備大多為高精度數(shù)控設(shè)備，環(huán)境要求恒溫恒濕，所以對(duì)其供電負(fù)荷確定為一級(jí)，在車間旁設(shè)一座附設(shè)車間10KV變電所從磁浮交通引來兩路10KV電源，作為高壓進(jìn)線并設(shè)高壓配出柜向其它10KV站饋電，其高壓系統(tǒng)為單母線分段，中間不設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，每段母線分別帶2臺(tái)變壓器1臺(tái)2500KVA，一臺(tái)2000KVA變壓器。低壓系統(tǒng)為單母分段中間設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，正常時(shí)母聯(lián)開關(guān)打開，變壓器為分別運(yùn)行，當(dāng)一段母線失電，失電段上為非重要負(fù)荷由于失壓而自動(dòng)跳閘，母聯(lián)開關(guān)自動(dòng)合閘保證對(duì)重要負(fù)荷的供電連續(xù)性。這樣的系統(tǒng)不論任何一臺(tái)變壓器或一條線路失電均能保證生產(chǎn)工藝流程中的設(shè)備用電，大大提高了供電可靠性。
.3澆搗車間、提升泵站、鍋爐房供電系統(tǒng)
鍋爐房是作為工藝過程中的熱源，供電必須可靠，供電負(fù)荷等級(jí)為一級(jí)，選用兩臺(tái)箱式變，一臺(tái)為1000KVA，另一臺(tái)為1250KVA，高壓進(jìn)線柜是利用環(huán)網(wǎng)柜向澆搗車間供電同時(shí)向攪拌站提升泵房箱式變供電。高壓開關(guān)采用負(fù)荷開關(guān)，變壓器配出開關(guān)采用高壓熔斷器保護(hù)，低壓配出開關(guān)均為大容量斷路器，分別向各車間泵站作放射式供電。車間配電為單母線分段中間設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，當(dāng)任何一段母線失電，其中段不重要負(fù)荷均設(shè)失壓脫扣，母聯(lián)開關(guān)自動(dòng)合閘，保證對(duì)重要負(fù)荷供電。
4.3.1系統(tǒng)圖
4.3.2負(fù)荷統(tǒng)計(jì)
3#變電站1#變壓器
序號(hào)
負(fù)荷名稱
裝機(jī)容量
需用系數(shù)
cosφ
Tgφ
有功
無功
視在
（KW）
（KX）
（KW）
（KVAR）
（KVA）
1
澆搗車間
1402.5
0.4
0.8
0.75
557
418
696
2
提升泵
175.3
0.8
0.8
0.75
140
105
175
3
鍋爐房
40
0.8
0.8
0.75
32
24
40
4
機(jī)修車間
48
0.43
0.8
0.75
21
16
26
5
室外照明
175
0.78
0.8
0.75
136
102
170
小計(jì)
307
885
665
1107
補(bǔ)償cosφ至
0.9以上
250
補(bǔ)償后功率
885
415
978
選用1000KV變壓器
3#變電站2#變壓器
序號(hào)
負(fù)荷名稱
裝機(jī)容量
需用系數(shù)
cosφ
Tgφ
有功
無功
視在
（KW）
（KX）
（KW）
（KVAR）
（KVA）
1
澆搗車間
1402.5
0.4
0.8
0.75
557
418
696
2
備件連接體倉庫
1280.8
0.3
0.8
0.75
375
281
469
3
鍋爐房（備用）
40
0.8
0.8
0.75
32
24
40
4
提升泵（備用）
175.3
0.8
0.8
0.75
140
105
175
小計(jì)
2683.3
932
699
1165
補(bǔ)償cosφ至
0.9以上
300
補(bǔ)償后功率
932
399
1014
增加備用負(fù)荷后
2898.6
1104
828
1380
補(bǔ)償cosφ至
0.9以上
300
補(bǔ)償后功率
1104
528
1222
選用1250KV變壓器
4.4生活區(qū)供電系統(tǒng)
生活區(qū)是個(gè)臨時(shí)生活場所，包括職工食堂、職工宿舍，由于是臨時(shí)設(shè)施所以選用了線路變壓器組形式，變壓器容量為一臺(tái)315KVA低壓側(cè)有施工單位根據(jù)需要設(shè)置。
4.4.1系統(tǒng)圖
5.結(jié)論
5.1供電質(zhì)量
對(duì)于這樣一個(gè)大型工廠，雖然將電源引入到各負(fù)荷中心，但是由于其每個(gè)車間面積之大，對(duì)于供電半徑滿足要求還是很難實(shí)現(xiàn)，所以應(yīng)對(duì)車間內(nèi)每個(gè)供電回路作壓降校驗(yàn)，如澆搗車間全長424米，其行車行程也接近424米，對(duì)保證電壓降，無法按常規(guī)方法去實(shí)現(xiàn)，按壓降計(jì)算公式U％=1/10U2(R0+X0tanΦ)PL分析,要保證壓降滿足5％,應(yīng)從R0、P、L參數(shù)著手改變，才能滿足電壓降要求，P為行車功率是無法改變，只有改變R0及L這兩種參數(shù)，才能達(dá)到而滿足壓降要求，（1）R0是滑觸線與接續(xù)導(dǎo)線的電阻，加大滑觸線及接續(xù)導(dǎo)線的截面積可以減小電壓降。（2）L為變壓器二次側(cè)至滑觸線最遠(yuǎn)端的距離，縮短這段距離也能減少線路的電壓損失，加大了接續(xù)電纜與滑觸線截面積并將集電器安裝在滑觸線的1/4段及3/4段減小了供電距離，從而滿足了壓降要求，由于一段滑觸線有二點(diǎn)供電必須保證每相為同相位電源而且從同一變壓器引出。
5.2接地保護(hù)措施
本工程接地形式為TN-C-S系統(tǒng)，廠區(qū)接地采用工作接地、保護(hù)接地、防雷接地、防靜電接地、雷電感應(yīng)接地、弱點(diǎn)設(shè)備接地等聯(lián)合接地，其接地電阻不大于1歐姆，每個(gè)車間均設(shè)總等電位接地極MEB。PEN線進(jìn)入車間后與MEB連接作為重復(fù)接地之后，PE線與N線始終分開，車間內(nèi)的所有電氣設(shè)備的金屬外殼及電纜橋架、金屬管道、鋼構(gòu)架在就近與接地裝置連接，對(duì)MCC電機(jī)控制中心的饋電回路上裝設(shè)漏電保護(hù)，一旦出現(xiàn)接地故障，即可報(bào)警又可以跳閘，保證了用電的可靠，和人生安全。
磁浮交通已于2003年1月順利通車了，磁浮交通制梁基地完成了其歷史使命。由于在電氣設(shè)計(jì)中充分考慮了其用電可靠性，使得在整個(gè)生產(chǎn)過程中沒有發(fā)生用電故障，保證了按時(shí)完成任務(wù)。設(shè)計(jì)選用的10KV箱式變也可以按當(dāng)初設(shè)想的搬遷到另一個(gè)工地。作為我國第一個(gè)磁浮交通制梁基地的設(shè)計(jì)還有不少經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)可以總結(jié)，相信今后一定會(huì)越建越好。
ElectricalSystemDesignforMagnetic-FloatingRailBeamFabricatingSite
