智能型繼電保護(hù)試驗(yàn)電源屏的研制

陳昌黎，石鑫

(國(guó)網(wǎng)咸寧供電公司，湖北咸寧437100)

智能變電站作為統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)和節(jié)點(diǎn)支撐，是必不可少的建設(shè)內(nèi)容。更新的站所設(shè)施也需要更好的實(shí)驗(yàn)裝備。新型智能型繼電保護(hù)試驗(yàn)屏，不僅能給現(xiàn)場(chǎng)繼電保護(hù)及其它試驗(yàn)工作提供穩(wěn)定、方便的交、直流試驗(yàn)電源，更能提高各種試驗(yàn)工作的質(zhì)量，保障人身、設(shè)備安全。結(jié)合咸寧供電公司實(shí)際情況，編寫智能型繼電保護(hù)試驗(yàn)屏的運(yùn)行維護(hù)相關(guān)規(guī)程規(guī)范，在公司范圍內(nèi)推廣智能型繼電保護(hù)試驗(yàn)屏的應(yīng)用，提高智能型繼電保護(hù)試驗(yàn)電源屏的可用率。

一、繼電保護(hù)試驗(yàn)電源屏的現(xiàn)狀

繼電保護(hù)試驗(yàn)電源屏是為現(xiàn)場(chǎng)繼電保護(hù)工作及其它試驗(yàn)工作提供了穩(wěn)定、方便的交、直流試驗(yàn)電源，為提高各種試驗(yàn)工作的質(zhì)量，保障人身、設(shè)備安全而設(shè)置的設(shè)備。

目前電網(wǎng)中運(yùn)行的繼電保護(hù)試驗(yàn)電源屏普遍采用通過三相調(diào)壓、升流再經(jīng)橋式整流和LC電感電容濾波的模式，存在無穩(wěn)壓和穩(wěn)流功能、直流輸出不定、不易調(diào)節(jié)、紋波系數(shù)較大等問題。有些仍為指針型表計(jì)，精度低、讀數(shù)難。有時(shí)甚至發(fā)生由于交流以及直流輸出沒有嚴(yán)格區(qū)分而引起的交流串入直流，導(dǎo)致保護(hù)和開關(guān)誤動(dòng)作的事故，嚴(yán)重威脅到電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展迅速，而試驗(yàn)電源屏卻無較大改進(jìn)和創(chuàng)新，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)設(shè)備的試驗(yàn)需要，成為閑置設(shè)備。從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，迫切需要開發(fā)輸出更穩(wěn)定，功能更齊全的繼電保護(hù)試驗(yàn)電源屏。

二、智能變電站試驗(yàn)電源屏概況

當(dāng)前智能電網(wǎng)快速發(fā)展，智能變電站大量采用數(shù)字式智能設(shè)備，光纖傳輸?shù)墓鈹?shù)字量接入各種裝置，取代了傳統(tǒng)的二次模擬量。故必須提供各種光纖數(shù)字量的信號(hào)源方可對(duì)保護(hù)、測(cè)控等裝置進(jìn)行試驗(yàn)。迫切需要對(duì)智能站試驗(yàn)電源屏進(jìn)行研究，根據(jù)新要求重新設(shè)計(jì)試驗(yàn)電源屏的功能，開發(fā)出切實(shí)好用的智能站和常規(guī)站通用型試驗(yàn)電源屏。

智能型繼電保護(hù)試驗(yàn)屏，需要給現(xiàn)場(chǎng)繼電保護(hù)及其它試驗(yàn)工作提供穩(wěn)定、方便的交、直流試驗(yàn)電源及各試驗(yàn)信號(hào)源，且兼?zhèn)鋫鹘y(tǒng)和智能變電站保護(hù)設(shè)備的試驗(yàn)需求，提供方便實(shí)用的試驗(yàn)方法和手段，并確保各種試驗(yàn)工作的質(zhì)量、保障人身、設(shè)備安全。

三、新型試驗(yàn)電源屏的設(shè)計(jì)思路

1．新型試驗(yàn)電源屏的設(shè)計(jì)基本原則

首先，要擺脫傳統(tǒng)試驗(yàn)電源屏的框架，進(jìn)行全新設(shè)計(jì)。其次，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的要求進(jìn)行需求分析，制定功能框架。再次，按照滿足傳統(tǒng)變電站和智能變電站的大部分測(cè)試功能需求設(shè)計(jì)。最后，充分了解現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)人員的需求，盡量滿足現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的實(shí)用性要求，設(shè)計(jì)人性化、方便好用，克服老式試驗(yàn)電源屏脫離實(shí)際，實(shí)用性程度低，較為閑置的問題。

2．新型試驗(yàn)電源屏的要求和技術(shù)特點(diǎn)

新型試驗(yàn)電源屏基本設(shè)計(jì)要求如下:

(1)可提供穩(wěn)流型直流電源，穩(wěn)流調(diào)節(jié)范圍0～10A，其最大輸出電壓可達(dá)0～260V。該電源可作為臨時(shí)對(duì)蓄電池組充電的小容量充電機(jī)使用，可進(jìn)行恒流、恒壓充電。

(2)可提供一相穩(wěn)壓型正弦波交流電源。該電源不受變電站站用交流約束，由站用直流通過逆變產(chǎn)生交流電源。

(3)可提供一組由程序控制的任意調(diào)節(jié)的三相交直流型電壓電流信號(hào)源。對(duì)常規(guī)變電站的各種保護(hù)、測(cè)控設(shè)備進(jìn)行測(cè)試。

(4)可裝設(shè)一套模擬試驗(yàn)器，輸出多路光纖接口，模擬輸出智能變電站IEC61850和IEC60044標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字信號(hào)，對(duì)智能變電站的各種保護(hù)、測(cè)控設(shè)備進(jìn)行測(cè)試。

(5)各種輸出電源和信號(hào)源采用模塊式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。各模塊有獨(dú)立人機(jī)操作界面，并有網(wǎng)絡(luò)通信接口，具有與系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)能力。

(6)各模塊設(shè)計(jì)為屏上安裝式。各模塊均可從屏上取下，方便于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用。

3．新型試驗(yàn)電源屏的總體結(jié)構(gòu)方案

試驗(yàn)電源屏采用模塊式結(jié)構(gòu)，各模塊提供一或二種電源或信號(hào)源。各模塊相互獨(dú)立，各自集成在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，共4個(gè)機(jī)箱安裝在屏上。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)獨(dú)立，便于維護(hù)，可靠性高，很適合電子式設(shè)備的安裝結(jié)構(gòu)。

如圖1，共有四個(gè)模塊組成:直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源模塊，交流正弦波電源模塊，三相電壓電流程控可調(diào)試驗(yàn)信號(hào)源模塊，數(shù)字保護(hù)用IEC標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源模塊。

圖1智能試驗(yàn)電源屏總體模塊結(jié)構(gòu)圖

四、新型試驗(yàn)電源屏的技術(shù)原理與各模塊方案

1．直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源的設(shè)計(jì)方案

本模塊用于輸出一路DC0～260V功率電源，主要用于對(duì)變電站各種設(shè)備的直流供電電源的適應(yīng)性試驗(yàn)，也用于臨時(shí)對(duì)蓄電池組進(jìn)行充電。本電源的核心電源裝置是采用先進(jìn)控制技術(shù)的PWM開關(guān)電源，該電源委托專業(yè)開關(guān)電源廠家進(jìn)行設(shè)計(jì)生產(chǎn)，其性能卓越，紋波小，穩(wěn)壓、穩(wěn)流特性好。直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源模塊的原理框圖如圖2:

圖2直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源原理圖

2．單相交流正弦波電源模塊技術(shù)設(shè)計(jì)

本模塊提供一路AC220V功率電源，主要用于站用交流失電情況下提供應(yīng)急供電。本模塊設(shè)計(jì)應(yīng)采用站用交流和蓄電池直流電源雙輸入供電的方式。既接入站用交流電源，也接入蓄電池直流電源，當(dāng)站用交流存在時(shí)直接接至該交流供電，站用失電時(shí)自動(dòng)切換至逆變交流輸出。該切換采用無縫切換技術(shù)，確保所帶負(fù)載設(shè)備不出現(xiàn)掉電和導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。正弦波逆變電源的原理圖如圖3:

圖3交流正弦波逆變電源原理圖

3．三相電壓電流程控可調(diào)試驗(yàn)信號(hào)源技術(shù)設(shè)計(jì)

三相電壓電流信號(hào)源借用常規(guī)型繼電保護(hù)測(cè)試儀的技術(shù)原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，共三相電壓、三相電流輸出。各相電壓電流模擬二次回路電壓和電流，模擬系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)各相電流電壓的變化情況，輸出至保護(hù)裝置進(jìn)行試驗(yàn)。硬件電路原理框圖如圖4:

圖4三相電壓電流信號(hào)源原理圖

該模塊的軟件參照傳統(tǒng)三相繼保儀的功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，在Windows平臺(tái)上進(jìn)行設(shè)計(jì)。軟件需完整控制四相電壓三相電流的所有瞬時(shí)變化，模擬系統(tǒng)各種故障情況下電壓電流的變化，提供各種所需要的信號(hào)源。

4．?dāng)?shù)字保護(hù)用IEC標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源模塊技術(shù)設(shè)計(jì)

光纖數(shù)字量信號(hào)源借用數(shù)字式繼電保護(hù)測(cè)試儀的技術(shù)原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)4路光纖以太網(wǎng)輸出口，用于輸出IEC61850－9－1、－9－2標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字報(bào)文并接收 GOOSE數(shù)字報(bào)文;設(shè)計(jì)4路光纖輸出串口輸出IEC60044(FT3或FT3LTE)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字報(bào)文;1路光纖輸入串口接收IEC60044(FT3或FT3LTE)報(bào)文;另外設(shè)計(jì)1路B碼對(duì)時(shí)接口和1路秒脈沖對(duì)時(shí)接口，內(nèi)置一路GPS接收口。

該模塊的軟件參照數(shù)字式繼保儀的軟件功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，在Windows平臺(tái)上進(jìn)行設(shè)計(jì)。軟件除需完整控制各光口輸出各種IEC標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文外，還需將本變電站的ICD文件保存在電腦中，需要測(cè)試時(shí)讀取ICD文件對(duì)個(gè)保護(hù)裝置進(jìn)行自動(dòng)配置，盡量減少現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的復(fù)雜性，減少不確定因素。

由于本模塊可以輸出多種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的報(bào)文，故本模塊的測(cè)試范圍將不僅對(duì)保護(hù)進(jìn)行測(cè)試，也可以對(duì)合并單元、智能開關(guān)等進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試范圍將可以得到進(jìn)行擴(kuò)充。

五、總結(jié)及展望

1．小結(jié)

新型智能試驗(yàn)電源屏在我公司文筆山變電站試驗(yàn)投運(yùn)以來，針對(duì)變電站的試驗(yàn)需要做了多種試驗(yàn)，實(shí)踐證明了本電源屏的使用方便性。本裝置的優(yōu)點(diǎn):

(1)裝置針對(duì)常規(guī)變電站和智能站都提供了各種類型的試驗(yàn)信號(hào)源，相當(dāng)程度滿足了現(xiàn)場(chǎng)的多種試驗(yàn)需求。

(2)各種信號(hào)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)比較高，大大超過了傳統(tǒng)試驗(yàn)電源屏電源性能標(biāo)準(zhǔn)?？梢詽M足大部分試驗(yàn)的電源和信號(hào)源需要。給現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)提供了很大的方便性。

(3)完全擺脫了老式試驗(yàn)電源屏不受試驗(yàn)人員歡迎，經(jīng)常閑置的現(xiàn)狀。是對(duì)老式試驗(yàn)電源屏的突破性的技術(shù)進(jìn)步。

2．進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)想

由于本智能試驗(yàn)電源屏目前還僅在文筆變電站一個(gè)站使用，目前積累的經(jīng)驗(yàn)還非常少，還需進(jìn)行大量的現(xiàn)場(chǎng)使用試驗(yàn)，也還需要在更多變電站試驗(yàn)運(yùn)行，以積累大量使用經(jīng)驗(yàn)，以進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)完善，使其更加合理和好用。這是目前本項(xiàng)目下一步必須開展的工作。

［1］馮軍．智能變電站原理及測(cè)試技術(shù)［M］．北京:中國(guó)電力出版社，2011．

［2］國(guó)家電網(wǎng)公司．國(guó)家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(Q/GDW441－2010):智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范［M］．北京:中國(guó)電力出版社，2010．

［3］裘永衛(wèi)，趙任元，張?zhí)m香．PDY－1繼電保護(hù)試驗(yàn)電源屏［Z］．國(guó)家科技成果．

［4］周守智，劉金平，張俊貞，等．LBD－PGY型繼電保護(hù)試驗(yàn)電源屏［Z］．國(guó)家科技成果．