——REF54_系列
REF54_系列微机保护装臵是ABB公司研制生产的，又称“馈线终端”（feeder terminal），或者称为“保护继电器”（relay）。适用于中压网络的控制、保护、测量和监视，是构成变电站自动化“金字塔”(PYRAMID)的核心部件，可应用于各种类型的开关设备，如进线、母联和支路等；同时又适应于双母线、单母线以及其他复杂接线系统。REF54_分为两大类，一类以REF541、543、545为代表，为芬兰公司研制生产；另一类为德国公司开发的REF542、544系列产品。二者性能差异不大，现以芬兰产品为例进行说明，其设备外形图如图一所示。
REF54_作为配电自动化的最基础部分，其构成自动化系统的简要框图如图二。
图一 图二
在系统中，REF54_一方面不断采集该支路所在系统的三相电压、三相电流、零序电压及零序电流等模拟量，以及各开关、断路器、接地刀闸、小车位臵等开关量信号，同时通过其模拟通道进行计算，产生出生产运行所需要的参数如有、无功功率，有、无功电能，功率因数及频率、谐波等，同时判断系统的运行状况是否存在故障；另一方面，通过通讯端口经光缆集中与变电站的RER103光隔离接口模块，实现向PC机的数据传输。PC机上可发出操作指令，通过逆向传输至REF54_，REF54_装臵最终发出动作指令，实现断路器的遥控合分闸操作。
REF541、543和545的差别主要在于可使用的输入／输出端口的数目不同。即使是同一型号的
装臵，根据其硬件版本号不同，装臵配臵也略有差异，具体情况可参考表一。下面以REF541为主，介绍一下该类保护装臵的功能、结构配臵、接线方式及操作要领。
表一 型号 1MRS090113-AAA,CAA 1MRS090113-AAB,CAB REF541 1MRS090126-AAA,CAA 1MRS090114-AAA,CAA 1MRS090115-AAA,CAA 1MRS090114-AAB,CAB 1MRS090115-AAB,CAB REF543 1MRS090127-AAA,CAA 1MRS090126-AAB,CAB 1MRS090127-AAB,CAB REF545 1MRS090133-AAA,CAA 1MRS090133-AAB,CAB 硬件版本 模拟量接口 传感器通道(电压或电流) 0 4 0 0 15 0 5 2 5 2 1 8 4 0 0 15 0 5 2 5 2 1 0 4 1 1 15 0 5 2 5 2 1 8 4 1 1 15 0 5 2 5 2 1 0 4 1 4 15 0 5 2 5 2 1 8 4 1 4 15 0 5 2 5 2 1 0 4 1 1 25 2 9 2 5 2 1 8 4 1 1 25 2 9 2 5 2 1 0 4 1 4 25 2 9 2 5 2 1 8 4 1 4 25 2 9 2 5 2 1 0 4 1 4 34 3 11 4 8 2 1 8 4 1 4 34 3 11 4 8 2 1 互感器 电流：1/5A 电流：0.2/1A 电压：100v 开关量输入 开关量输出 功率输出，单极 功率输出，双极 信号输出，常开 信号输出，常开／闭 跳闸回路监视 内部故障输出 一、 REF54_系列装置功能介绍：
REF54_系列综合保护装臵（以下简称“综保装臵”）适用于6～10kv的各种电网，如中性点不接地系统，中性点经消弧线圈接地系统和局部接地系统。除了保护、测量和控制、监视功能外，还提供了大量的PLC功能，使得对主回路的各种复杂保护和联锁控制很方便、更简洁地得以实现。这些功能的实现是基于各种应用软件库来完成的，每种库中包含有大量的完成各种特定功能的模块。同时综保装臵本身还配臵了逻辑和数学运算的标准功能库，以及用于与PC机通讯的通讯功能库。限于篇幅，从电气使用角度只对前四种功能作一介绍。 1、保护功能库
保护功能库由单独的功能模块组成，各功能块之间相互独立，并具有自己的定值组和数据记录。定值的输入可在综保装臵初次配臵时，用外部微机通过前面板的串行通讯口与控制程序一起写入，也可在装臵本身上直接操作进入“技术层”菜单进行修改。电流保护功能可使用传统的电流互感器作为输入，也可通过ABB公司开发的Rogowski线圈接入回路中；同样电压保护可通过传统的电压互感器，也可使用专用的电压分压器。
保护功能库有丰富的保护功能模块，如无方向过电流保护包括过电流保护NOC3Low（即Three-phase Non-directional Over-Current protection ,Low-set stage低定值段），高定值段的NOC3High（即时限速断保护）和瞬时段的NOC3Inst（即速断保护），三种保护各有自己的定值组和数据记录，构成无方向的电流“三段式”保护。
表二列出了REF54_综保装臵保护功能库的功能模块种类，用户可根据自己的需要予以选择。 表二
功能 AR5Func CUB3Low DEF2Low DEF2High DEF2Inst DOC6Low DOC6High DOC6Inst Freq1St1~5 Inrush3 NEF1Low NEF1High NEF1Inst NOC3Low 说明 自动重合闸功能(5次) 缺相保护 方向性接地故障保护，低定值段 方向性接地故障保护，高定值段 方向性接地故障保护，瞬时段 三相方向性过电流保护，低定值段 三相方向性过电流保护，高定值段 三相方向性过电流保护，瞬时段 低频或超频保护，1～5段 三相变压器励磁涌流和电动机起动电流检测器 无方向性接地故障保护，低定值段 无方向性接地故障保护，高定值段 无方向性接地故障保护，瞬时段 三相无方向性过电流保护，低定值段 功能 NOC3High NOC3Inst OV3Low OV3High ROV1Low ROV1High ROV1Inst SCVCSt1 SCVCSt2 TOL3Cab UV3Low UV3High 说明 三相方向性过电流保护，高定值段 三相方向性过电流保护，瞬时段 三相过电压保护，低定值段 三相过电压保护，高定值段 零序电压保护，低定值段 零序电压保护，高定值段 零序电压保护，瞬时段 同期检查／电压检查功能，第一段 同期检查／电压检查功能，第二段 三相电缆温度保护 三相低电压保护，低定值段 三相低电压保护，高定值段 2、测量功能库 表三列出了综保装臵的测量功能。另外，装臵还含有脉冲计数输入，脉冲输入接口的数量依据不同型号而不同。
表三
3、控制功能库
控制功能库包含32个模块，主要用于执行配电装臵上可控开关设备的合、分闸命令，控制功能库为断路器和隔离开关提供控制，为开关设备提供指示，为控制逻辑提供“合／分”开关量等。如COCBDIR模块就是通过综保装
功能 MECU1A MECU1B MECU3A MEDREC16 MEFR1 MEPE7 MEVO1A MEVO3A 说明 零序电流测量 零序电流测量(低压侧) 三相电流测量 16点故障录波器 系统频率测量 三相功率和能量测量 零序电压测量 三相电压测量 臵面板上的操作，直接断开断路器（COCBDIR—Direct open CBs via MMI）。 4、监视功能库
该项功能主要用于设备状态监视，以信号形式给与运行值班人员指示，主要功能见表四。 表四
二、REF54_综保装置的结构配置：
1、模拟量输入
REF54_装臵共设臵了12个模拟量输入通道，用于输入主回路的电压和电流，作为保护、测量和计量使用。
外部输入设备可以使用传统的互感器，也可以使用ABB公司开发的电流传感器（Rogowski线圈）和电压分压器。通道的使用
功能 CMBWEAR1 CMBWEAR2 CMCU3 CMGAS1 CMSCHED CMSPRC1 CMTCS1 CMTCS2 CMTIME1 CMTIME2 CMTRAV1 CMVO3 说明 断路器电气磨损1 断路器电气磨损2 储能电流输入回路监视功能 气体密度监视 预定检修 弹簧储能控制 跳闸回路监视1 跳闸回路监视2 操作时间计数器1 操作时间计数器2 断路器动作时间 储能电压输入回路监视功能 是这样分配的：通道1只能使用传感器；通道2、3、4可以使用电流互感器，也可以使用传感器；通道5、6只能使用电流互感器；通道7、8、9、10可以使用电压互感器，也可以使用传感器。其中通道2、3、4、7、8、9、10上接传感器时，既可采用Rogowski线圈测量电流，也可以用电压分压器测量电压。
通道11、12属于内部模拟量通道，称为虚拟通道。其作用是用来计算中性电流I0（零序电流）和残余电压U0(零序电压)。当外部设备没有设臵零序电流互感器或电压互感器没有开口三角形接线时，虚拟通道可以通过三个相电流和三个相电压的测量，以计算获得零序电流或零序电压。 2、开关量输入
依据型号不同,综保装臵允许使用的开关量输入数目不同。541有15个，543有25个，545有34个。开关量的输入是受电压控制的，并与外部实行光电隔离，信号状态可根据定义设臵为原态或反态。
另外，一些开关量输入可以编程作为脉冲计数器使用，输入脉冲的频率范围为0～100Hz。 综保装臵对开关量的处理，一方面通过装臵内部的振荡抑制和可编程的时间过滤，排除了断路器等的弹跳造成的误判信号；另一方面，在采集到开关量变化时，同时记录输入量的状态，变化时间，输入的有效性，全面记录系统的变化状况。 3、开关量输出
同输入相似,开关量的输出接点数依据综保装臵型号不同而不同。REF54_系列装臵的接点共分为三种类型：①HSPO,高速双极大功率输出接点，主要用于断路器等电动操作元件的合分闸操作，其中两对接点附带有控制回路断线监视功能；②PO，单极或双极功率输出接点，可用于断路器或电动隔离开关的合分闸操作使用；③SO，信号输出接点，包括常开（NO）、常闭（NC）和常开／闭（NO/NC）转换接点。REF54_综保装臵三类接点的分布表如表五。
表五 4、跳闸回路断线监视
每台综保装臵上都装有两套完全相同的TCS(即跳闸回路监视)元件，分别与两对HSPO接点配合，完成合闸和分闸回路完整性的监视。该部分硬件功能主要是一个恒电流发生器，软件集成在状态监视库中，可向外部发出信号。
断线监视的原理图如图三。
监视装臵的工作是基于恒电流注入原理。恒电流发生器强制在跳闸回路中注入一个1.5mA小电流，在跳闸接点的两端产生
HSPO PO SO 总计 REF541 5个 0个 7个 12个 REF543 5个 6个 7个 18个 REF545 8个 6个 7个 26个 大于20v的电压降。当出现该回路断线时，1.5mA电流消失，那末20v的电压降也同时消失。或者其它接点的氧化、粘连等原因，造成跳闸回路电阻增大时，跳闸接点两端的电压降也会低于20v。在两种情况下，跳闸回路监视功能启动，经过预定时间延时后，发出故障信号。
三、操作概要
综保装臵的软件配臵工作主要由ABB公司的专业部门来执行(如上海ABB工程有限公司)。作为用户，主要是了解综保装臵的基本状况后，提出自己的保护定值及控制功能要求；专业人员据此在PC机上采用专用软件编程后，通过通讯接口下载到REF54_上。用户在使用过程中，主要的操作一方面是通过综保装臵进行断路器的操作，监视综保装臵指示信号及数据参量，借此了解主体设备的运行状态；另一方面，在某些参数值需要变动时（如所带负载增容需变更保护定值），可直接通过综保装臵予以修改。
1、显示及控制面板（MMI）介绍：
REF54_装臵外形图如图四，它主要包括如下部分：
①
大屏幕图形化LCD显示器，分辨率为128×160，共有19行显示，17行平时用于显示主接线图及主回路运行参数，操作时可显示不同
功能下的各种详尽数据；其余2行为文本信息的辅助窗口，主要显示设备的异常信息及简单的操作指导。
②
8个可自由定义的LED指示灯，当所定义的故障出现时，对应的指示灯点亮，同时有对应的文本显示出来。另外还有一个LED用于控制测试和内部闭锁指示。
③ ④ ⑤
“F”键。自由编程键，根据实际需要可将其设定为特定的功能。 光隔离接口：PC机通过此端口将程序下载到REF54_上。
控制按键：箭头键用于将屏幕或光标向四个方向移动；“C”—Cancel 或者Clear，清除、取消；“E”—Enter，回车键，确定之意。
⑥ ⑦ ⑧
屏幕下三个指示灯，用于指示内部故障或保护的动作情况，同时兼作电源指示。 R/L键，用于选择就地（Local）控制还是远程（Remote）控制。 “I”、“O”及“
”：分别表示对控制对象进行合闸、分闸或选择操作。
2、基本操作
基本操作包括用户层(User level)和技术层（Technical level）两个层面的操作。
1) 用户层：用左或右箭头键可以循环切换四个画面的内容，从而检查主回路运行情况及参
数。①单接线图（MIMIC）；②测量界面（mesurement）,显示各种测量的数据；③事件画面（EVENT），记录装臵最近100个所从事的动作及时间；④报警画面（ALARM）,显示出现的报警信息。
2) 技术层：技术层包含了保护装臵的编程信息，技术层由用户层进入，按住“E”键2s以
上后会提示输入密码，用“↑”键输入后并用“E”键确认即可进入。
技术层由多级菜单构成，通过方向键和“E”键的配合，可以查看或修改当前综保装臵的编程信息，包括数值数据和文本数据（如修改保护定值，改变功率正反向的设定等）
四、接线方法
图五和图六分别给出了REF541的背部端子板布臵图及原理接线图，下面说明一下每排端子板的具体的接线含义。
X1.1 电压或者电流互感器的9个输入，共9个通道； X2.1～2.8 传感器输入，共8个通道 X3.1、3.2 没有使用，留作备用
X3.3 通过光缆使用RS485总线与PC机的通讯接口
图 六
X4.1 电压及内部温度报警输出；自检故障输出；高速大功率开关量输出，用于断路器的合分闸操作及回路监视
X4.2 两个高速大功率开关量输出，用于控制电动隔离开关；三个开关量输入和一个信号开关量输出
X5.1 11个开关量输入
X5.2 一个开关量输入，6个信号量输出 REF543、545与541的接线局部有所不同。
五、反时限过电流保护的整定与计算：
微机保护装置与原继电保护装置的区别，从原理上来讲，就是数字保护和模拟保护的区别。以反时限过电流保护为例，如采用继电保护，在保护定值计算完毕后，利用继电器校验装置，不断改变加入感应型继电器中的电流，调节继电器使之动作时间符合定值的要求，并绘制出一条保护动作电流/时间特性曲线，该曲线要与GL型电流继电器标准曲线相吻合，就完成了反时限保护定值的输入。显然，这是模拟电路中处理问题的典型方法。在数字型的微机保护装置中，针对反时限过电流保护，装置不但要输入数字量的电流动作值，而且还要求输入用于确定具体曲线的时标常数（k值）.
微机保护装置内已经设置了多类符合IEC标准的反时限曲线，不同厂家和型号的产品，内置曲线的数量和种类亦不相同。但大多数微机保护装置都内置了如下几类曲线：正常反时限（Normal inverse）、强反时限（Very inverse）、超强反时限（Extremely inverse）和长反时限（Long inverse），另外还包括RI、RD类型的反时限，后两者主要用于高阻型的接地故障过电流保护，SEL公司的保护装置中还内置了美国标准的几类反时限过电流保护曲线，如图一所示为符合IEC标准的正常反时限过电流保护曲线。
对于所保护的设备为不同类型的负载，可分别从上述几种类型的曲线中选择一种进行保护整定，大多数情况下选用正常反时限即可满足要求。保护定值的计算中，一方面是动作电流（I>：set start current value）的设定，与继电保护的算法一致；另一方面，如何从选定类型的曲线簇中确定适用于本负载运行的曲线，也就是确定时标常数k值，这是微机保护的一个特殊问题。
在实际工作中，时标常数k值的选取，一般采用“拟合”的方法。即采用微机保护的过电流反时限曲线与原来继电保护的GL-10（20）系列继电器时间特性曲线近似一致的方法。方法是：在继电器的特性曲线上选择两个特殊的点，一般采用2I>和10I>［或者（6～7）I>］，以此两个点的时限在微机保护曲线上进行对比
图一 正常反时限过电流保护时间特性曲线
拟合，而后采用公式对k值进行验证修正，最终确定合理的时标常数。
校验计算所用公式为：
t[s]k （1－1）
I()1I其中，I为实际电流值的大小，α、β为计算系数，其取值按照表1－1选择。 表1－1 α β 正常反时限 0.02 0.14 强反时限 1.0 13.5 超强反时限 2.0 80.0 长反时限 1.0 120.0
1、变压器负载的反时限过电流保护整定：
根据设计原则，电力变压器的过电流保护一般选择为10倍动作电流时的时限为0.5～0.7s，此处取0.7s，通过查找GL型继电器特性曲线，找到与之对应的2倍动作电流时的时限为2s。在微机保护装置的正常反时限保护曲线簇上，可以找到时标常数k＝0.2的这条曲线与拟定的保护曲线比较接近。将（10，0.7s）和（2，2s）两个点的数据代入上述校验公式，有：
t1kII1kII10.20.142.006(s) （1－2） 0.0221t20.20.140.5941(s) （1－3） 0.02101根据式（1－2）和（1－3），可以计算出2倍动作电流和10倍动作电流时的时限相对误差分别为：
0.70.59412.00062100%15.1%;100%0.3%
0.722倍动作电流时相对误差较大，修订k=0.21，重新计算t1＝2.1061s，t2＝0.6238s，相对误差基本平衡。
2、电动机过电流保护的计算
交流电动机的过负荷（过电流）保护，在采用微机保护装置时，一般应选用专用的微机型电动机过热保护装置，但在要求不高的情况下，也可采用反时限过电流保护来实现，其整定原则按照躲过电动机最大的起动电流来选择。
交流电动机反时限过电流保护时标常数k的选择方法与变压器负载类似。但是10倍动作电流时，其时限特性很可能不能满足要求，这时可选择（6～7）I>，作为第二个参考点的值，进行k值的校验。
对于异步交流电动机，尤其负载为风机类时，微机保护装置的特性曲线很难与GL继电器时间特性曲线相拟合。此时，可采取定制保护曲线的方法来实现，具体做法是：实测电动机的起动过程，然后选择足够数量点的值绘制出起动曲线，然后将起动曲线提高一个可靠系数（一般可取1.2～1.3），作为电动机工作的保护曲线。微机保护装置除了提供标准的反时限曲线外，还可以人为设定保护曲线，将通过测试手段获得的曲线输入微机保护装置，可以满足电动机过电流保护的需要。
六、一例特殊干扰引起的设备故障
在一个应用微机保护装置的回路中，馈线回路为一台1000KW的异步电动机，故障现象是不论断路器小车在实验位置还是工作位置，断路器总是即合即跳，跳闸信号为电动机现场的联锁保护。解除控制回路所有电源后进行检查，反复检测了各控制回路，没有发现任何问题存在，用于电动机联锁保护的一对触点也确在断开位置。此时怀疑微机保护装置本体发生故障或者录入的控制程序逻辑错误，详细检查各保护逻辑关系后，在一台确认完好的装置中重新录入控制程序，并安装于该电动机回路，重试电动机在试验及工作位置的合闸，故障依旧。
在确认微机装置无故障的情况下，仍然报出联锁保护动作的故障，可以确定故障原因在控制线路上。拆除联锁保护线路后，故障排除。仔细询问施工人员后得知，接至电动机现场二次线包括该保护线及一对断路器的辅助触点QF3共四根线，设计时采用了两根KVV22－500，4×1.5mm2的控制电缆分开敷设，施工人员为图省事，直接用了一根电缆中的四芯作为这四根控制线。而在电机现场，该对断路器触点是采用交流电压控制其它回路，如图二。
考虑微机保护装置的外部开关量输入，一般是采用光耦器件进行隔离来实现的，内部接线方式如图三所示。
由于采用同一根电缆作为交流信号和直流信号的传输通道，两对信号间便会产生静电耦合和互感耦合的干扰，两种干扰方式的共同作用，对于传输直流信号的一对导线上，便会产生很高电压的
6控 制 电 缆12电动机现场微机保护装置～2203断路器操动机构图二 控制电缆接线示意图交流电势，此电势作用在微机保护装置的光耦器件上，会使二极管发光，进而三极管导通，装置就会误判外部保护接点已经闭合，引起保护装置动作而跳闸的故障。 6将用于QF3的一对信号接在另一根电缆上，重试电动机在试验和工作位置的合闸情况，不再出现即合即跳的现象。由此可见，微机保护装置的内部虽然设置了各微机保护装置种抗干扰措施，但是对于外部干扰所引起
输入端的故障并不能全部给予解决，因此，在电口气施工时一定要严格遵守电气工程规范，避免引起不必要的损失。 图三 开关量输入原理图
以上两例仅是本人在实际工作中的实例。微机保护装置在保护特性方面具有很多继电保护装置所未有的优点，但在使用中也会有很多新问题会逐步暴露出来，需要我们更深入的学习和分析。
七、装置的评价
该综保装臵在我单位经过近两年的使用,一致认为:①装臵操作简单，配臵了大屏幕的LCD显示器，界面清晰，易于上手。菜单式的结构便于设备的维护和检查；②运行可靠性高，技术功能比较
齐全；③可用于各种类型的开关设备，各种形式的接线方式和网络系统，适应性强；④接线简单清晰，与开关柜配套时，除外部连接需用端子板外，几乎不需要任何电气附件，使二次回路的故障率降到了最低程度，设备维护和检修的工作量大幅度降低。
同时，我们也感觉到装臵存在的不足：①综保装臵本身没有汉语语言，给运行和维护带来语言上的障碍；②个别装臵出现过报内部故障后即死机的现象，无法再进行任何操作。将其电源再恢复送电后，装臵恢复正常，由此可见装臵的自恢复功能还存在缺陷；③价格偏高。
参考文献：
1、《工业与民用配电设计手册》（第二版），中国航空工业规划设计研究院编制，中国电力出版社出版
2、《工业企业供电》，吉林电气化高等专科学校 丁昱主编，冶金工业出版社出版 3、《工厂供电》，陕西机械学院苏文成主编，机械工业出版社出版 4、《中州铝厂开关柜设备原理接线图集》，厦门ABB开关有限公司
5、《REF541,543,545 Protection, Monitoring and Control Technical Reference Manual》，Version E/16.10.98，ABB公司
6、《REF54_ Feeder Terminal》（Operator’s Manual）,Version F/21.02.2000,ABB公司 7、《SPCJ4D29型组合式过电流和接地故障继电器》（用户手册及技术说明），ABB公司 8、《变电站综合自动化原理及应用》，丁树文等著，中国电力出版社，2003年3月第一版 9、《微机保护实现原理及装臵》，罗士萍编，中国电力出版社，2001年8月第一版
10、《SEL－351过电流继电器使用手册》，SCHWEITZER ENGINEERING LABORATORIES，INC. 11、《Technical Descriptions of Functions, Introduction》，ABB公司，Version:H/16.05.2002
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