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智能变电站线路保护测控装置应用设计

发表时间：2020/7/21 来源：《电力设备》2020年第8期作者：林步桂彭火生

[导读] 摘要：要使智能变电站正常运行，充分发挥作用，需要做好线路保护工作。

        (南瑞电力设计有限公司福建福州 350000)
        摘要：要使智能变电站正常运行，充分发挥作用，需要做好线路保护工作。应用线路保护测控装置，可以对线路进行监测，对其运行状态进行有效控制，因此保证线路的正常运行，对线路保护测控装置进行合理设计非常必要。本文将智能变电站线路保护测控装置应用设计方面的问题重点展开研究分析。
        关键词：智能变电站；线路保护；测控装置；设计分析
        一、智能变电站概述
        变电站的作用是将高低压电相互转化，方便较长距离之间的电量传输，减少传输中的能量损耗。近几年智能电子的兴起迅速推动我国各个行业的改革，也使我国传统变电站受到了挑战。智能变电站是当前推行智能电网业务、实现电网系统信息化的关键环节，根据《国家电网公司智能变电站技术导则》，智能变电站是采用先进环保的智能设备，以各级电网协调发展为基础，以全站信息数字化、监控实时化、信息共享化为基本要求，实现信息化、数字化、实时化为一体，更适合现代电网发展的要求。
        二、测控装置概述
        ①采集交流电气量，如CT、PT二次侧的相电压、线电压、零序电压、零序电流，并计算有功功率、无功功率、功率因数、频率等。采集状态量，如开关、刀闸位置信号、GIS、开关操作机构、智能站内的合并单元、智能终端告警信号，继电保护和安全自动装置动作及告警信号等。②控制功能控制开关、道闸、地道分合闸、复归信号、变压器档位调节、软压板投退等。我们可以在测控装置附近找到一个“远方/就地”切换开关，若开关打到“远方”，可在监控电脑上远方分合闸；若开关打到“就地”，将无法在监控电脑上分合闸，只能在测控装置上操作。③同期功能具备同期合闸功能。我们可以在测控装置附近找到一个“强制手动/远控/同期手合”把手，如果把手切到“强制手动”，在操作开关合闸时，测控装置不会进行同期检查；如果把手切到“同期手合”，在操作开关合闸时，测控装置会进行同期检查，当开关两侧压差、频差、角差均在设定范围内时才允许合闸。④逻辑闭锁功能。装置内部存储防误闭锁逻辑，当需要进行手动操作时，对手动操作进行逻辑判断，若判断符合防误闭锁逻辑，则输出闭锁信号，闭锁手动操作。我们可以在测控装置附近找到一个“联锁/解锁”切换把手，当把手打到“解锁”位置时，闭锁功能不投入。⑤记忆存储功能。对SOE、操作记录以及告警信息进行存储，其中SOE指的是事件顺序记录，即将开关跳闸、保护动作等事件按照毫秒级事件顺序逐个记录。
        三、智能变电站线路保护测控装置的特点
        1.具有良好的测护性能
        测控装置的测护性能体现在测控装置是一个分层分布式系统，它按一个元件、一个间隔、一套装置分布式原则设计配置，可直接就地分散安装在高压开关柜上，各间隔功能独立，各装置之间仅通过网络连接、信息共享，因此整个系统灵活性很强，且任一装置故障仅影响一个元件，使其可靠性也明显提高。保护测控装置中的保护功能独立，不依赖通信网络，因此网络瘫痪时不影响正常运行保护装置。从软件设计上来看，保护模块与其他模块是分开的，是先采用保护措施，后测量。由于信息的传递由网络系统通过通信网互联而实现，取消了常规的二次信号控制电缆，所以二次电缆不再复杂化，不仅有效控制了成本，而且减轻了CT（电流互感器）和PT（电压互感器）的负荷，降低了施工难度，减少了技术维护工作量，节省了大量的人、财、物资源。
        2.可以实现数据信息共享
        智能变电站安装线路保护装置，不仅能采集线路运行的各种信息，还可以对运行信息进行分析和处理，并将信息传输到通信平台实现共享。通过分析信息能够了解变电站的运行情况，便于对变电站运行过程中存在的问题采取有效措施进行解决，确保智能变电站处于安全平稳的运行状态。智能线路保护装置还可以发挥监控功能，使工作人员采用远程监控的方式对线路实施保护。
        四、保护装置系统硬件设计
        系统总设计保护控制装置系统的硬件系统主要由高速数据采集单元、中央数字处理器、信号调理电路单元、逻辑控制单元、通信单元、时钟与电源模块、显示单元以及保护控制装置等组成。其中，高速数据采集单元主要用来对电力线路的数字和模拟信号进行实时采样和存储，并将所采集的数据经过调理单元后送入中央处理器进行计算与处理。系统中的信号调理电路主要完成强弱信号的转化与筛选，并将其调整至输入端口所需要求。中央处理器单元的高速计算能力则对实时数据进行分析判别处理，主要完成小波变换、故障监测、保护控制功能。
        五、保护装置系统软件系统设计
        保护系统软件程序设计采用分层化和模块化方式进行，通过主程序对子程序的调用实现。图1所示为系统的主程序流程图，开始后会对系统进行初始化，然后进行系统自检判别是否存在故障。当判别存在故障后进入报警和故障处理程序，若系统无问题则中断便会打开，系统便根据采集的信息对电力系统进行实时监测。通过不断对特征量的处理与其子程序的调用，进一步判别电力线路的运行状态，若有故障则会对保护子程序进行调用处理。

        图1系统主程序
        六、交流采集技术
        在测量过程当中，需要将硬件的计算功能代替为软件功能，其中一种表达方式是将原本的一条光滑被测正弦信号代替为一条阶梯曲线，而追究原理出现的误差主要有以下两个原因：第一是需要将时间内连续数据所产生的误差使用时间上离散数据所代替，而该误差的决定因素在于每一个正弦信号周期中的采样点数，除此之外，追究误差产生的原因也在于A/D转换器转换速度和CPU的处理实践；而想要更进一步的探究在连续电压以及电流量化过程中误差的产生原因，主要集中在A/D转换器的位数。之后直接的将互感器内的二次电压以及电流经过交流采样装置进行隔离变化，从而将原本的二次电流以及二次电压转化为弱电流以及电压信号。通过使用交流采样测量装置，从而能够将当前所采集到的各项电网参数以及数据，以一定的方式直接的传输到调度室或者是当地的监控终端。
        七、测控模型
        智能变电站中的线路保护测控装置要更好地发挥作用，就需要设计人员建立应用模型构并不断地完善。使用模型的过程中还要考虑智能变电站网络系统在运行的过程中所具备的特点，积极改进模型，使智能变电站线路保护测控装置处于安全可靠的运行状态。设计线路保护测控装置模型时，设计人员可以对热交换技术进行充分利用，建立智能变电站的环网有效集成，可以发挥良好的效果。
        结束语：
        如今电力系统当中广泛应用的测控装置，在电力系统运行过程当中，能够用数字的方式将各种虚拟仪表建立出来，更加直观、方便。测控装置作为智能化设备当中的一项重要装置，大幅度提高变电站的自动化水平，大大减轻运维人员的劳动强度，获取得到的各种状态数据更加贴近实际，更便于做出决策。
        参考文献：
        [1]覃显开.智能变电站线路保护测控装置的应用设计研究[J].通讯世界，2019(05):267-268.