WJBX4型微机保护系统改造的实践

WJBX4型微机保护系统改造的实践
曾建军
（五华县供电局，广东 五华 514400）

WJBX4型微机保护，是我国20世纪自行研制生产的。由于运行时间很长，和技术的不断进步，已不能适应现在生产的需要。梅州市五华县三渡水变电站在慎重研究掌握该保护性能特点的基础上对其进行了改造，取得了良好的效果。

1 三渡水变电站概况

三渡水35kV变电站设备于1995年投入运行。采用WJBX4型四合一集控台，主变容量2150kVA、35kV线路两回和10kV线路六回。下属连接二十多座中小型水电站，是企业能源的枢纽中心。在多年来运行维护管理过程中与常规对比，操作简单，维护方便。近年来由于雷电波入侵，经常烧坏微机保护电源(±12V、±5V)，保护集成块(如：CD4073、CD4071、MC1416、TLL113)，以及CGA显示器老化、图像不清楚(现已完全淘汰)，特别是2003年4月份遭受雷击过电压，造成主机板程序芯片损坏，由于该型号设备生产厂因技术革新，已完全淘汰了该型产品，故无法提供相应的程序芯片备份，造成了微机系统完全瘫痪，致使变电站的分合闸操作、事故报警等基本功能无法工作。如一旦发生事故将无法核实事故的基本性质。为保证设备的安全运行，从而必须对该站进行改造。

2 技改的方案及改造的基本要求

2.1 技改的方案分析

由于WJBX4型；四合一控制台已在三渡水变电站运行了八年之久，其保护采用CMOS集成电路，生产厂家提供有详细的原理图、安装图及维护规程，我局技术人员已基本上能迅速排除设备故障，且维护成本较低。从目前的市场看，虽然绝大部分采用分散分布式保护，但因其技术难度增加，维护工作只能依靠生产厂进行，并且相应的备品备件完全依赖于生产厂提供，无疑增加了设备维护周期及生产成本。综合分析分布式保护与CMOS保护的优、缺点及结合我局目前的技术水平和资金情况，我们决定保留原WJBX4型的CMOS保护部分，这样一旦保护出现设备故障我局技术人员能尽快处理，且维护成本很低，仅需购买集成电路块，同时不会影响正常生产、生活的供用电，保证了各发电单位的正常上网。为此，决定只对微机部分进行改造升级。

2.2 改造的技术要求

在改造中考虑到三渡水变电站的特殊情况，要求停电时间最短，不影响各发电厂的上网。在对Z80微机系统进行认真分析后，决定保留微机箱的对外接口不变，重新设计主机板卡，这样可对WJBX4型接线不做任何改动，只要将已调试好的微机对外接线插座插上后即可正常运行。

2.3 微机的改造

本次改造的目的为拼弃Z80 CPU及CGA显示器，我们采用了前后台的运行摸式，以WJBX4微机箱为前台系统（以下将微机箱简称监控机），将运行所采集的数据通过RS232通迅方式送入由品牌PC机构成的后台监视系统，相应的处理结果由后台系统反馈到WJBX4系统中，如音响警报、分合闸操作等。

除保留了原微机的输入输出板外，不再保留原有主板及CRT显示板，利用原系统的Z80总线重新设计一块主板，除不带显示功能外，应可完全取代原有的Z80主板，同时新增通迅接口，将相关的数据通过通迅方式送入后台系统，并由后台系统连入调度系统中。

2.4 新主板的设计考虑

在CPU选型中选用了高集成度的AT89C52，该芯片自带4k FLASH存储器，256字节RAM，同时考虑到处理数据较多，扩充了一片62556做为RAM。为简化电路设计，采用了可编程控制芯片CAL16V8作为译码芯片，利用高端地址访问62256芯片及仿真原Z80总线，从而控制原有的输入输出板。为防止死机，采用了MAX813L做为看门狗，正常情况下由CPU不断地向MAX813写入数据，一旦程序跑飞，MAX813即向CPU发出复位脉冲，重新引导程序运行。在与上位机通信中，采用了隔离5V DC/DC电源模块、6N136高速光藕等，用于隔离主板与上位机RS232的信号。RS232接口芯片采用单5V供电、自带电荷泵及±5V突波保护的MAX20E，同时在RXD、TXD出端加装了瞬态抑制TVS管，有效地防止上位机本系统之间信号的互窜、干扰及雷击现象。

2.5 后台系统

后台系统采用品牌PC机及视窗系统，数据采集采用VC＋＋编程，图形显示采用INTOUCH组态软件。数据采集与组态软件之间通过视窗DDE交换数据。在采集部分信号定义采用组态方式，用户可自行更新，增减及自定相应的信号。通过密码授权，系统管理员可对信号采集及相应图形进行组态，随时根据运行状态修改主接线，设定CT、PT参数，更换线路名称等。

在后台系统的采集软件中，采用数据库管理，一旦某一信号点发生变化，即从数据库中获取变化量的内容、性质、故障类型、报警类别，然后转入相应的处理程序。这样用户通过设定管理，可自行改变相应的运行方式，以利于用户的管理和维护。

2.6 软件设计考虑

对输入量采用10ms中断采样周期，每一信号通过连续的三次采样，再经数字滤波后，将稳定的信号传入后台系统。在数据传输中，采用CDT循环发送方式，主动将数据打包，同时为防止数据在传输中的误码，对传输数据采用CRC-16算法，后台机如发现获取的数据经校验后出现误码，放弃相应帧的处理。在传输中，六个字节为一帧，这样一旦一帧出错，不影响其他字节的正常处理。

在前后台方式中，为保证实时数据采集，未采用查询方式，而是由监控机根据变化情况主动发送，不会对信号的处理产生延时，保证了数据的快速处理。

在后台系统中采用了实时数据库，各数据通过DDE方式主动送入组态软件显示相应的变化数据，从而使系统处于由下向上主动的发送中，各变化量均能快速地反映到上层系统中，不会因前后运行方式而影响系统的性能，同时有效地避免RS485方式通信的半双工缺陷，而本系统因采用全双工方式，上行、下行均能独立运行，有效地保证数据传输的通畅。

系统之间采用RS232连接，构成保护、监控、后台管理的三重独立网络，从而使安全性、可靠性大大增强。后台管理采用视窗/NT系统，易满足今后计算机技术的高速发展，从而使兼容性、扩充性、互换性好。

2.7 可靠性及防干扰性考虑

主板与保护信号、主板与PC机间均采用光电隔离，构成三重隔离，在硬件上，保护独立于监控机、后台系统运行，在软件系统处理上，监控和后台系统独立运行，并逐步向上传输，而上层的运行故障不会影响下层数据处理。各级之间的强独立性提高了整个系统的可靠性、安全性，有利于现场进行故障处理，加快系统的修复与维护。

3 改造后的效果

由于将WJBX4所有的信号送入了后台系统，主接线显示、开关的分合、操作打印报表等均由后台系统实现，原台面的开关分合操作、选线、复归等按钮均可省去，原主接线改由后台机实现。

开关的分、合操作实行多密码授权管理，事故记录及操作记录打印、追寻，实时数据显示，操作由鼠标点击，达到人机的良好结合。 通过授权管理，系统管理员可修改数据采集系统，同时根据需要可通过组态软件修改主接线及需显示的数据。

4 效益分析

该系统运行以来，运行状况良好，有如下几方面效果。

该系统信息量大，实用灵活，分辩率高，实时数据，对事故录入、操作记录 能实时打印，为值班人员和维修人员提供数据分析，消除设备缺陷隐患提供有力依据。

值班员操作设备分、合闸后台机有友好画面，一问一答方式，基本消除传统操作方式(一次合闸到位)，保证了设备安全运行和设备正确操作率。

技改后增加UPS电源，使设备操作因无交流电、控制台无法投、切开关设备，以及主变越级跳闸后无记录的问题得到解决。

按照取消原WJBX4型保护采用其它整套微机保护需要设备费35万元，但现在对微机监控、保护改造仅需2万元 ，可节约设备费用33万元；如果进行重新改造仅停电即需20多天时间，将会减少输送电能1GWh，经济损失31.8万元，同时造成工农业生产的损失和人民生活的不便。

5 结束语

通过以上的改造及运行分析，既保留了WJBX4四合一集控台的能自行维护成本低的特点，又引进新技术，实现了系统功能上的升级，同时避免了微机保护不能自行维护，只能依靠厂家及维护成本过高的缺点，如增加模拟量采集，完全可以达到一个标准变电站技术要求，一年的运行情况证明，对后台系统技术改造具有推广价值。投资少，见效快，效益显著，而且明显提高变电站综合自动化水平。