韩亚锟
（青岛工学院）
摘要：本文论述了某水电站电力自动化保护设备的设计方案及开发应用情况，只能设备保护开发主要包括设备基本功能的实现、设备整体结构的构架以及整个只能保护设备的设计方案，除此之外本文还对所设计的智能保护设备进行了软硬件调试，证明方案的有效性，该成果对电站电力自动化只能保护设备设计开发提供了借鉴意义。
要害词：电力自动化；智能设备；设计方案
最近几年，我国国力各方面有了长足发展，第三产业高速发展使得对电能的需求更加急迫，为了满足社会各行各业的发展，电力行业自动化改革势在必行。当下，我国的城市和农村电网建设过程中，220kV及以下的变电站已经基本实现了“少人值班、无人值守”的操作模式。本文所述变电站电压等级35kV，变电站35kV侧的主接线方式采用全桥接线，6kV侧主接线选用单母线分段的接线方式，该变电站的主接线简图可表示为图1：
图1 某变电站主接线图
该变电站亟须对智能保护设备、自动化控制设备升级改造，不仅仅节省了人力成本，也大大提高了安全系数，保证电力系统的安全稳定运行。
1 电力自动化技术
20世纪后期到现在，随着集成电路技术，网络通讯技术和微处理器技术的迅速拓展，分层分布式自动化系统被广泛应用与电力系统中。因为之前相对独立的继电保护系统逐渐融入大电力系统中，远距离控制技术上升到一个全新的水平，于是其管理方式和内容几乎是全新的理念。这种技术被称之为电力自动化技术，由此控制的系统被称为电力自动化系统。
2 智能保护设备开发
2.1 设备的基本功能
该电站所设计智能保护设备主要体现在三个方面：保护、监测和通信功能。
电力自动化智能保护设备的保护功能是其首要功能，实现该功能的设备主要是继电保护设备。当线路中出现突发情况例如接地短路、断路器无法断开、机组过载、频率失稳等故障时，继电保护设备立即动作切除故障或是预警，尽可能的保护设备完好无损、降低损失。
智能保护设备的监测功能是对电网各个节点进行有功无功的实时监测统计，以及时发现哪里出现故障，从而进行更为及时有效的处理；同时，所测数据也可以对保护设备运转情况提供反馈。
智能保护设备的通信功能则起到一个贯通保护设备与自动化设备之间纽带作用。通信功能主要实现了与自动控制中心的数据互动，主要传输的数据有有功无功功率、电压电流、保护设备开闭信号等，需要满足自动化设备的需求同时还要满足网络传输、通信协议。
从上述智能保护设备实现的功能来看，它更像是一个集监测、采集、传输数据的智能中央处理器。例如某条线路出现短路故障，它第一时间跟踪到故障信息，包括故障产生的位置、时间、故障大小等等数据，然后将数据传送到电网上任何节点任何控制中心。这种智能保护设备是实现我国电力系统自动化的关键一环。
2.2 设备的整体结构
为了使设备的连接更加快速，便于以后拓展新模块和新领域，同时也为了使以后的系统更新换代更加方便，智能保护设备采用了模块化结构设计。
如图2所示，根据所完成的功能不同，设备在整体结构上分为：主控模块（包括CPU、ADC等功能模块）、输入输出模块、电量转化模块（携带例如电压互感器、电流互感器等元件）、人机对话模块及通信模块等。每一个模块都是单独的元器件，各元器件构架与主板之上，通过电气信心联系。
图2 智能保护设备整体框架设计
2.3 设备的方案设计
计算机技术在整个电网系统中得到广泛应用，同时也促使自动化技术的研究快速发展。硬件水平是制约智能保护设备发展的关键因素，硬件平台的高效稳定运行可以为软件运行提供可靠保障，硬件和软件系统运行良好才能推动智能保护设备安全稳定运行，也才能保证电力系统安全稳定运行。所以在对智能保护设备进行设计开发时，需要按照相应的设计规范和设计准则，同时也要满足控制要求。
1、参考以前的系统硬件设备的设计方法，采用目前最为先进集成电路板，提高保护设备安全稳定性，同时尽可能优化电路结构降低成本；
2、保护设备监测和控制硬件设施必须是普遍应用的。各种保护原理可以由相同的硬件平台来计算运行，更改保护功能可以利用软件系统更新算法来快速实现。
3、硬件平台搭建应充分满足电力自动化系统的需求，例如测量节点要覆盖全面，不要遗漏关键位置，最大限度地提供实时整个网络数据。
4、满足系统可靠运行是保护设备设计时的重中之重。采集数据更加侧重精度高，要求数据的真实性比较严格；保护系统更加侧重于反馈速度，两者都是必要的。
近些年来，普遍使用的单片微控制器已经用于一些并不复杂的智能化控制系统。然而电力系统保护设备采集数据的精度要求越来越高，采集量也是越来越大，伴随着微处理器的快速发展与信息采集方式日益成熟与多样化，智能保护设备发展也是越来越快。随着中央处理器性价比越来越优越，之前设计中需要考虑的成本问题已经不是主要考虑对象，很多保护设备的硬件平台采用多核处理器，可以大大提高处理性能以及满足性能的多元性。如ABB中国有限公司的微型智能控制元件，采用四核处理器分别控制四个不同功能的模块。多核控制设备需要注意每个处理器之间的协调问题，否则会出现干扰、报错等故障情况，从而影响系统的安全稳定运行。
图3 智能保护设备硬件系统设计
3 设备调试
3.1 硬件调试
因为保护设备的集成板路布线密集、细纹较多，尤其是芯片和管脚密集的各个组成成分，所以第一次不要急于检查动力电源是否连接，应该首先查看线路、元件连接情况以及电源适配器是否安全。线路主要查看电焊接口是否连接牢固，如果把握不准切记不能马虎，要用万用表进行核查；各个元件需要着重检察管脚是否有松动是否连接错位等。这些步骤都是必要且需要认真实施的
3.2 软件调试
硬件动态调试一般都要配合着软件调试一起进行。一旦此过程中发生报错，第一步查看软件语言的逻辑是否合格，假如合格才接着查看硬件电路的问题。
3.3 性能测试
设备的继电保护性能的优劣十分依赖于智能保护测控装置的保护部件的电量测量的精准度，所以对保护部分的交流电压、电流的误差检测具有举足轻重的地位。设备在庞大的电力系统里运行，所以一定要对设备进行抗干扰测试，旨在确保设备在运行中的稳定性和可靠性。耐压测试仪、射频信号发生器、标准源、浪涌发生器等一般被较多地使用在以上两测试中。
常温时，继电保护设备的电量误差允许范围为正负2.5%，采用标准源对电压、电流各三路进行供给，检查设备的保护测量数值集。
表1 电压校验结果
设备的继电保护部分电压、电流校验的结果分别如表1、表2所示。从两个校验表中可以发现无论是电压还是电流，最大误差都远小于3%，所以测量结果都是合格的。
4 结语
本文设计的智能保护测控设备具有保护、监测、通信三位一体的功能，旨在适应电力自动化系统的前进潮流。结合输入的模拟量，该设备会剖析判别电气元件或电力线路的状态，依照动态情况随时发挥继电保护的功能。另外，设备会随时准确测出电力线路的动态数据，对各种数据快捷地进行网上传输。
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论文作者:韩亚锟
论文发表刊物:《电力设备》2016年第9期
论文发表时间:2016/6/30
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