变电站自动化保护的优化设计思路

1 变电站自动化系统对微机保护的功能要求

1.1 保护功能应相对独立

保证继电保护安全、稳定运行是设计变电站自动化系统的基本要求。由于继电保护的特殊性, 自动化系统绝不能降低继电保护的可靠性。由于要求微机保护装置快速决策、快速反应, 需要更高的可靠性和灵敏性, 因而它在功能和作用上仍需保持相对的独立性。在系统运行中, 继电保护单元的可靠性应仅与其保护装置本身有关, 与同保护单元相关的其他装置 (如通信口、网络、监控单元等) 无关。这就要求在自动化的功能设置中, 保护单元相对独立, 即使与保护装置相连的网络出现故障, 也应不影响继电保护本身的可靠性。

1.2 信息共享

在保证安全运行的前提下, 在变电站自动化系统设计中应尽量做到信息资源共享。在测量回路方面, 保护、录波、仪表、计量、远动等, 可按CT二次特性的不同要求分类优化组合, 减少测量环节, 减轻二次回路负载, 提高测量精度。

从整个电力系统自动化领域来看, 计算机的通信技术带动了各种模拟装置或系统向数字式方向发展, 而数字信号处理的应用则进一步促成了这些装置的信息化, 而信息化的主要特点是信息的有效利用和共享, 这样可极大提高装置或系统的性能价格比, 对于继电保护, 将通过信息共享, 实现多种保护功能的集成, 同时也有利于变电站的综合自动化优化设计的实现。

2 采用面向对象的分布式设计思想

随着电力系统的发展, 无论是电力系统的分析和应用软件, 还是管理、监视和控制等系统的规模越来越大, 如果仍采用传统的面向功能的设计方法, 就会使这些系统的开发、修改和扩充越来越困难, 不必要的重复设置越来越多, 生产效率很难提高, 而面向对象的设计方法是解决这些问题的最好选择。

3 继电保护的模块化设计

3.1 模块确定的原则

3.1.1 分解模块以功能为核心

3.1.2 模块应典型化

3.2 硬件的模块化

硬件的模块化从基本模块做起, 在将系统分解为模块时, 模块的内聚度应最大, 而把分解点选在接口最少、最弱的部位, 这样可简化接口结构, 使系统易于分解, 又易于组合基本模块设计为插件式, 不同保护间可通用硬件, 这样, 缩短了开发周期, 保证了生产、调试、维护的方便。主要插件有:电源插件、交流插件、CPU插件、开入开出插件等。硬件的不同基本模块组合可构成插箱级模块, 不同插箱级模块组合可构成产品级模块。

3.3 软件的模块化

同硬件一样, 各处理模块的软件也采用模块化结构, 在整体上软件模块与硬件模块配套设置, 要充分发挥软件开发和复制率高、灵活、一致性好和可靠性高的优点, 通过软件派生新的产品, 即硬件相同通过软件派生出新的品种或满足用户的特殊要求。同时, 软件的模块化也有利于缩短软件的开发周期。对于保护共用的主程序、中断采样程序、人机接口程序、启动中断程序通信程序以及GPS同步里程序等模块, 可使保护装置灵活复制利用。

需要指出的是:实际应用中的模块化产品系统是动态的, 模块化不仅有一个形成、完善和成熟的过程, 而且随着技术的不断更新, 人们的认识在不断深化, 产品的可靠性要求在不断提高。因此, 模块系统对实施推陈出新, 及时改型与更新而言, 不仅是不可避免的, 而且是必要的, 但就改型与更新而言, 无论在电路还是在机械结构上都有继承性, 有其独特的优越性。这也是模块化设计的优势所在。

4 通信技术

4.1 变电站微机综合保护信息流分析

变电站与微机综合保护有关的数据有三个流向:第一个流向是保护设备到变电站上位监控机, 主要传递反映一次系统运行状态的信息:第二个流向是从上位监控机到保护设备, 通常为上位监控机下达对保护设备的修改整定参数命令及一些其它控制信息;第三个流向是保护设备之间的横向数据交换, 此类数据视系统设计及功能划分而定。

4.2 通信系统配置原则

变电站通信系统的结构配置, 应按照分布式系统的设计原则, 尽量将计算处理能力安排到信息源点, 就近进行采集与处理, 就近控制, 只有参与协调控制的必要的信息才进行相互间的传递, 以提高系统运行效率, 减少系统对通信的依赖性, 提高整体系统的可靠性。

4.3 通信方式选择

变电站内局域网的网络拓扑结构主要采用星形和总线型连接方式。

5 扩充微机综合保护功能

5.1 扩展定值存储能力

在电力系统中, 电网的运行方式是经常发生改变, 为了满足不同运行方式下继电保护装置动作的可靠性、灵活性、速动性的选择性, 就要求保护在不同的运行方式下执行不同的整定值, 如果采取在运行方式改变时, 现场临时输入新定值的方法将带来诸多不便, 主要体现在: (1) 复杂的定值需要继电保护维护人员前往变电站现场进行更改, 增加了维护量; (2) 系统更改定值的时间长, 不利于系统运行安全, 特别是事故处理期间方式的改变需要定值更改时; (3) 简单定值由操作人员更改, 容易出错。

5.2 记录保护装置自身工作信息

传统的模拟式继电保护在完成某种逻辑判断后, 仅能以信号灯的形式记录输出结果或曾发生的事件, 信息含量较小。当前微机保护装置虽然能输出保护动作和自检信息, 但在提供工作信息方面与传统的模拟式保护大体相似。对于微机保护来说, 它有强大的运算、逻辑判断和存储能力, 使详细记录保护装置自身工作信息成为可能。

记录保护装置自身工作信息, 主要有以下作用: (1) 通过记录自身工作信息, 结合故障录波, 可以做到科学、公正、实事求是地确定保护的动作行为, 而不仅仅是推断; (2) 不仅对保护装置的运行维护有着重要的现实意义, 而且对产品的研制、开发及改进和提高产品性能具有指导意义; (3) 即使保护装置正确动作, 自身工作信息也有参考价值, 如可以分析保护的动作速度和动作过程是否符合产品的性能要求, 其保护动作行为与故障发展过程是否吻合等。

保护装置需记录的自身工作详细的内容有: (1) 产生某一自检或是动作结果时的实际程序走向 (可按需要通过打印机或串口输出) ; (2) 保护动作时执行的定值区号, 各保护功能动作点的数据; (3) 各主要元件或功能的动作时间和动作时的开入、开出时序图; (4) 多个启动量中, 指明是因满足哪些条件而启动等。这些信息应在掉电后不丢失, 并能通过内置Modem送至调度端。

5.3 外部输入信息记录

5.4 利用GPS统一同步时钟

全球卫星定位系统 (GPS) 具有十分广泛的用途, 人们正在探索利用它卓越的时间同步性能来开发电力系统监测、保护和控制的各种新方法。

6 结语

变电站自动化研究的现状与发展, 要求构成自动化的微机综合保护即能可靠独立运行, 又能扩展为更大的系统、更强的功能, 因此必须加强微机保护的标准化设计。

由于科学技术的高速发展, 新产品的研制、开发周期越来越短。所以, 在新产品的开发构成中应综合考虑产品的可靠性、先进性及经济性, 采用新思想、新原理、新技术开发出可靠性高、功能强大的新型微机保护。可以预测, 随着我国电力工业的发展及电子技术、工业自动化信息工程等相关产业的技术进步, 人机界面更好, 运行更加安全可靠的新一代微机保护装置将获得迅猛发展。

摘要：本文从变电站自动化系统对微机保护的功能要求出发, 通过对采用面向对象的分布式的设计、继电保护的模块化设计、通信技术及扩充微机综合保护功能等各个可行优化方向进行论述并提出优化设计设想。

关键词：分布式,模块化,自动化保护