电力自动化系统智能保护测控设备的研发

摘 要：随着电力资源在社会经济发展中的地位和作用的不断提升,如何保障电网安全运行就成为电力企业经营管理当中面临的一个重要问题,电力系统自动化智能保护测控设备是一个重要的研究方向,该设备能够对电网运行提供可靠的安全保障,能够自动识别、排除故障,自动控制电网的运行,避免大范围停电现象的发生.根据现有的研究资料,论述电力自动化系统智能保护测控设备方案设计及系统已经具备的模块,希望能够对电力自动化系统智能保护测控设备研发工作提供一些帮助和启示.

关 键 词：自动化系统测控设备电网安全

中图分类号：TM76文献标识码：A文章编号：1007-3973（2013）011-095-02

随着电力资源在社会经济发展中地位和作用的提升,电网安全已经成为电力企业和社会关注的一个热点问题,尤其是在我国,电网长期处在高负荷运行的状态,一旦触电安全事故势必会对供电及国民经济发展产生重要影响.而最近几年,北美电网连续发生的几次大规模的停电事故更是对我国电网安全运行敲响了警钟.在这种情况下,一些学者开始探讨电力自动化系统智能保护测控设备的研发,将电网的保护、测量、控制和通讯功能融为一体,提高电网运行安全保障能力.

1电力自动化系统智能保护测控设备方案设计

电力自动化系统智能保护测控设备是一种将保护、测量、控制和通讯功能为一体的智能安全控制设备,具体功能包括以下几个方面：（1）保护功能,通过继电保护保护电力设备的安全运行,当电网设备出现故障和不正常现象的时候,系统能够迅速的做出判断发出跳闸命令经事故切除并发出警报,避免停电范围的扩大和电气设备的损坏.（2）测量功能,利用末端测量设备对电力节点进行实时测量,一旦空中中心发出测量指令,设备能够迅速的将电量数据上传到控制中心,为电力资源调配提供合理的、准确的依据.（3）通讯功能,该功能是智能保护测控这杯与整个电力自动化系统之间的桥梁,通讯功能必须符合国际电力自动化标准,主要作用是将电量测量数据、保护信息等传送给控制中线.（4）控制功能是在上述功能的基础上,利用遥测、遥信、遥控、遥调等技术,对电网当中的设备进行控制和管理.这四个功能是电力自动化系统智能保护测控设备应该具备的基本功能.

2电力自动化系统智能保护测控设备整体结构

电力自动化系统智能保护测控设备在设计上必须配置灵活,并满足功能拓展和系统升级的需要,在结构设计上最好采用模块化结构设计.笔者认为一个完整的电力自动化系统智能保护测控设备应该包括以下几个模块：主控模块、开入开出模块、电量转换模块、人际对话模块和通讯模块等等.每块模块都是一个独立的插件,通过母版与电气联系,将各个模块的功能整合起来,形成一个完整的电力自动化系统.

2.1主控模块

主控模块是电力自动化系统智能保护测控设备的核心部分,主要由ADC（模拟数字转换器）、保护和测量CPU和EEPROM等组成,主控模块主要负责对电量转换模块送来的电流进行AD采样,得到电流的原始数据,并利用数据处理功能对数据进行处理,得到设备功率、能量和频率等参数,并将其保存在寄存器当中.CPU对原始数据进行处理,在与参考值进行比较分析,并判断设备的云翔状况,达到设置动作值以后发出保护命令.主控模块除了应该具备数据处理和命令发布等功能之外,还要具备一定的通讯和人机对话功能,当接收到通讯模块发出的信息以后,CPU对其进行处理和分析,将对应的数据传输到通讯模块实现设备的通讯功能.

2.2电量转换模块

电量转换模块主要报包括电流互感器、电器互感器、滤波电路等等,这些设备的主要作用是采集流经电能的电流和电压,并将其转化为模拟量传送到主控模块,并转为可以处理的数据,在主控模块当中完成对这些数据的数据处理!测量计算或保护运算等.电量转换模块是对于安全控制具有重要意义,其测量的准确性直接决定着该系统的可靠性,因此必须保证数据采集的准确性.

2.3人机对话模块

人机对话是自动化设备当中不可缺少的一部分,一般来说人机对话模块主要包括液晶显示、键盘及LED指示灯三部分电路,当然随着技术的进步全屏控制已经成为可能.在运用的过程中主要是通过键盘将操作人员的命令输入电脑当中,主控模块根据输入的信息返回液晶控制和及数据信息,液晶显示器上显示的主要是当时的电量信息、警报信息和保护动作信息等等,当然也包括各种菜单选项,包括保护配置、保护定值、历史记录等等,指示模块发出的指示电源、保护动作或告警状态编委信息在LED指示灯中显示出来,或者采用语言提示的方式,提醒操作人员注意.

2.4开关输入模块

该模块主要可以分为两部分,也就是开关量输入和开关量输出.开关量输入部门主要是实现设备的“遥信”控制功能,主要是通过采集现场的状态量,如开关的分合、储能开关的储能状态等信息,并将收集到的状态量传递给主控模块.开关量输出部分主要是为了实现设备的“遥控”控制功能,将主控模块发出保护命令,传递到终端控制器控制跳合闸回路,控制线路开关的分合.

2.5通讯模块

在通讯模块当中主要是为了解决现场总线接口的问题,目前在自动化技术当中应用最为广泛的就是RS485总线接口,这种接口具有标准化、规范化、使用方便的优点,在电力自动化系统智能保护测控设备的设计当中也可以采用该接口,以便于能够与现在的电网自动化协调起来.

3电力自动化系统智能保护测控设备设计应遵循的原则和问题

3.1电力自动化系统智能保护测控设备设计原则

电力自动化系统智能保护测控设备在设计的过程中要想达到预期的设计要求和性能要求,必须遵循一定的原则和要求：

（1）技术可靠性原则.

要吸取以往的电力自动化设备硬件系统的成功经验,借助于先进、可靠的技术手段,保证在设计的过程中技术的可靠性.电力自动化系统智能保护测控设备对于技术的成熟度有很高的要求,技术上如果本身就不成熟,可能会给该设备的应用留下安全隐患,不但不能保证电网的安全运行,甚至会影响到的电网的安全运行.

（2）通用性的原则.

在电力自动化系统智能保护测控设备设计的过程中,所使用的测控保护设备的硬件平台必须具有通用性的原则,在通用的平台之中不同的原理的保护可以由完全相同的硬件系统实现,要想改进和完善设备的功能和特性只需要改变保护软件即可.同时,这样能够便捷的对设备进行升级和改进,提高设备的使用年限,减少使用成本.

3.2电力自动化系统智能保护测控设备设计中应该注意的问题

在设备设计当中CPU的性能对是整个设计的核心部分,随着电网自动化的快速发展,单一CPU已经不能满足电网自动化的需要.在电力自动化系统智能保护测控设备设计的过程中,为了与电力自动化设备协调起来,在硬件结构上可以采用多CPU模式.比如说现在应用较为广泛的ABB公司的智能型控制单元,这种结构就是采用了四核设计模式,四个CPU分别负责控制、计算、传感器接入和通信,大大降低了CPU的负担,提高了系统工作效率.当然,在设计的过程中必须解决各个CPU之间的系统稳定运行的问题,只有这样不同CPU之间的数据才能简单快速的传递.

总之,随着电网地位和作用提升,保证电网的安全已经成为电力企业经营管理中的难题,电力自动化系统智能保护测控设备设计正是顺应这种需求产生的,开发这种设备对于提高电网运行的安全性具有重要意义.