电力自动化系统智能保护测控设备的设计与开发方法_孙海洋.pdf

第 35 卷 第 11 期2022 年 11 月江西电力职业技术学院学报Journal of Jiangxi Vocational and Technical College of ElectricityVol.35 No.11Nov.2022电力自动化系统智能保护测控设备的设计与开发方法孙海洋，陈衍纲（国电南瑞科技股份有限公司变电技术分公司，江苏 南京 211100）摘 要：电力资源在社会经济发展中的作用和地位逐渐凸显，如何保证电网安全运行是电气企业发展和管理工作中的重要内容。而电力系统自动化智能保护测控设备的研发是目前主要的研究目标，使设备可以在电网运行过程中提供安全可靠的保障，自动排除和识别故障问题，调节电网运作，防止停电。基于此，介绍了电力自动化系统智能保护测控设备的设计与开发方法，以供参考。关键词：自动化系统；智能测控设备；电网安全；设计方案中图分类号：F416 文献标识码：A 文章编号：1673-0097(2022)11-0004-030 引言近年来，信息技术开始在电力行业发挥出较大的应用潜力。电力系统的智能化不仅包括生产过程中的自动化，还包括安全运维过程中的智能化监测与精确的控制执行。它主要解决传统电力系统监测运维中的人工值守自动化程度低、效率低，尤其是极端环境下的电网维护安全风险高的问题。目前，电力自动化系统智能保护设备开发的主要任务是建立一套集采集、传输、智能分析与精准控制于一体的远程监控、异常报警与智能故障处理系统。它的开发意义旨在提高电力系统的自动化水平，最大限度地提高企业的经济效益。1 电力测控系统发展现状要想保障电力通信运行的安全，就要有效控制和监测电力设施。目前，经济发展速度不断加快，用电规模逐步扩大，对电力网络的建设也越发复杂，这加大了电网管理人员的测控工作难度。现如今的电网安全管理人员不仅要具备扎实的安全管理理论和实践经验，还要具备超高的现代化技术水平，以此有效地操作现代化信息技术设备，提高测控工作质量。此外，在信息技术和自动化技术发展背景下，电力测控自动化已成为电力企业发展的必经之路。就电力自动化测控系统作用而言，应具有采集、运算、处理数据、检测设备状态的功能，还要不断增强测控设备的应急、报警等方面的功能，以此有效提高电力系统智能化检测技术。我国电力自动化测控技术可以划分为三个阶段。第一个阶段是远动技术阶段，这一阶段是我国自动测控技术的发展初期，该系统的建设内容包括远动设备、电子管、继电器、步进器等，属于非智能测控技术。第二个阶段是监控技术阶段，即20世纪八九十年代，电力集成技术和微处理技术得到了较好发展，直接促进了远动设备和信息技术的融合，达到了电网信息自动收集和监控目标，进一步提升了电力系统的安全性。第三个阶段是现代自动化阶段。在现今通信技术、信息技术、系动化技术快速发展的背景下，以往的电力自动化测控系统有了极大的变动，达到了自动检测和控制的标准1。2 电力自动化系统智能保护测控设备功能设计智能保护测控设备融合了保护、测量、控制及通信性能，具体表现为：其一是保护功能，利用继电保护，保护电力设备运行安全，如果电网设备产生故障或异常，系统可以及时检测和判断，并通过跳闸指令切除事故，同时发出预警，防止停电范围的扩大和造成电气设备的损害。其二是测量功能，结合末端测量舍恩比实时测量电力节点，如果控制中心发出测量质量，设备可以及时将电量数据上传至控制中心，以此提高电力资源配置的精准性和科学性。其三是通信功能，这一部分是连接智能保护测控和整个电力自动化系统的主要渠道，通信功能必须达到国际电力自动化要求，其主要功能是传送电量和测量数据。其四，控制功能结合了以上功能，集合了遥控、遥信、遥测等技术，可以有效控制管理设备系统（见表1）2。表1 数掘驱动功能ENDIR工作状态00数据由BBI（输入）传送到AAI（输出）01数据由AAI（输入）传送到BBI（输出）1-AAI与BBI隔离3 电力自动化智能测控设备开发新时期，我国电力自动化监控技术发展水平越来越高，可以达到自动控制要求，最大化地确保电力网络运行稳定。但与发达国家相比，仍存在一些不足。因此，相关科研人员要结合现代化技术和先进技术，设计并开发出满足电力企业发展的自动化智能测控设备3。3.1 基本功能的开发技术功能即上文提到的检测、保护、控制以及通信等方面的实际应用。对于检测，要保证测量数据的真实性和可靠性，唯有如此，才能为系统运行提供支撑，并在出现内部故障时发挥保护功能，同时能够智能化切断电源和发出预警，从而提升设备运行的安全性；而通信要随时保持畅通，及时上传相关数据，提高设备的运作质量；控制功能要结合目前先进技术，集中调整和控制好设备的运行，其中重点在于智能控制终端，确保电网运行安全。收稿日期：2022-09-05作者简介：孙海洋（1991），男，江苏徐州人，工程师，主要研究方向为变电自动化及继电保护。第 11 期电力自动化系统智能保护测控设备的设计与开发方法53.2 结构的设计开发智能保护测控设备整体结构见图1。3.2.1 主控模块在电力自动化系统智能保护测控设备中，其最核心的部分就是主控模块。该部分主要由保护、测量CPU、ADC（模拟数字转换器）以及EEPROM 等集合而成。主控模块的运作内容是将电量转换模块传输过来的电流进行AD采样，从中获取电流原始数据，然后利用数据处理功能整合分析数据，以此分析出设备功率、频率、能量等参数，并将这些数据信息存储至寄存器。主控模板不仅拥有精准的数据指令发布和数据处理能力，还具备相应的人机对话和通信功能，是系统设备中最智能的存在4。图1 智能保护测控设备整体结构3.2.2 电量转换模块电量转换模块的构成部分主要有滤波电路、电器互感器，还有电流互感器等（见图2）。这些部件的主要作用是采集经过的电能中的电压和电流信息，并将这些信息转换成模拟能力，从而传输至主控模板，将其转化成可以整理、分析处理的数据信息，使主控模板能够精准完成对这些数据的处理、计算、保护运算等。图2 电路转换模块互感器电路图由于电能转换模块直接关系电网设备安全，因此，此部分测量的数据必须真实可靠，以此确保系统的稳定性和数据准确性。对此，要参照规定的测量数据进行采集、分析和转化（见表2）。3.2.3 人机对话模块在自动化设备运行过程中，还有一个主要模块就是人际对话。通常情况下，人际对话模块的组成部分包括键盘、液晶显示和LED 指示灯三大部分电路。随着技术和经济的不断发展，全屏控制将成为全新的发展方向。在使用过程中主要是利用键盘操作，相关工作人员将对应指令输入至电脑，主控模板就会结合输入的信息数据反馈至液晶控制，液晶显示器上就会呈现相应的电量数据信息、保护信息、预警信息等。其中，也有历史记录、保护定值、保护配置，指示模块发出的预警信息、保护动作、电源指导等信息会在LED指示灯中展示出来，还会通过语言提示的方法提示工作人员5。表2 电能计量芯片测量参数部分对比表电能参数ATT7022ADE7754SA9904B分相合相分相合相分相合相电压有效值电流有效值视在功率有功效率容性有功功率感性有功功率注：表示支持；：表示不支持；：表示无此项目。3.2.4 开关输入模块此部分主要由两个部件构成，即开关量输入和开关量输出，其中，开关量输入主要是控制设备遥信，即全部采集现场状态量，比如储能开关的储备情况、开关的分合等数据信息，同时向主控模板传入这些状态量。而开关量输出主要是控制设备遥控功能，通过对主控模板发出保护命令，并传送至终端控制器以控制合闸回路，从而有效控制线路开关分合情况。3.2.5 通信模块通信模板的主要功能是应对现场总线接口中的问题。现今，RS485总线接口是自动化技术中使用最频繁6江西电力职业技术学院学报第 35 卷的。因为该接口拥有规范化、标准化和运用便捷的优势，因此，在电力自动化系统智能化测控设备开发中，可以积极采用这样的接口，以此协调测控设备的自动化性能。3.3 设备方案的设计开发对于设备方案的规划，具体来说就是设计设备硬件，其主要设计内容和考量因素有以下四个方面：其一，以推动现代化技术发展为主要目标，提高先进技术的使用效率，增强高集成、高性能元件设备的使用效果，尽量精简设备电路。其二，强调硬件设备的通用性，要想设备可以在各种条件、环境或状态下正常使用，必须要提高设备硬件的通用性，对于具体设备工作要求，需要运用软件设计进行调节。其三，根据电力系统的实际需求和各条件限制情况，设计更加合理科学的智能测控设备硬件。其四，注重硬件设计的稳定性和安全性，确保设备运行的安全、可靠。智能保护测控设备硬件设计方案见图3。图3 智能保护测控设备硬件设计方案4 设计原则和注意的问题4.1 智能保护测控设备设计原则4.1.1 技术可靠性原则要积极借鉴成功案例和设计经验，在以往设备硬件系统设计的基础上利用先进、可靠的技术方法，确保设计和实际应用中技术的有效性。因为智能保护测控设备需要超高的技术水平和工艺，如果在技术环节出现问题，可能会在今后设备的使用过程中产生一些不可控因素，潜在的安全隐患会影响电网的使用安全，制约电网的健康发展。4.1.2 通用性原则通用性是测控保护设备硬件的首要条件，是保障电网安全运行的主要因素，因此，在设计测控设备时，必须坚持通用性原则，以此通过不同原理保护完全相同的硬件系统，提高硬件运行效率。为了提升和优化设备的特性和功能，还需要革新保护软件。这不仅可以不断优化和升级设备，还能延长设备使用寿命，降低成本投入。4.2 智能保护测控设备设计中应该注意的问题在设计设备的过程中，CPU的功能影响着整个设计的核心部分，但在电网自动化高速发展的背景下，简单的CPU并不能达到自动化发展的要求。因此，在设计智能保护测控设备时，要协调电力自动化设备，在硬件结构上运用多个CPU模式，并解决每个CPU之间的稳定影响因素。只有解决这些相互影响的因素，才能加快数据之间的传递速度。5 结束语在社会经济高质量发展的背景下，我国对电力的使用要求不断提升，现代电网规划范围不断扩大。如今，如何确保电网运行的安全性和可靠性是电力企业发展的主要问题。电力企业应加大投入力度，不断进行深入研究，有效设计和开发电力自动化智能测控设备，进一步提高电力系统的安全水平和整体运行质量。参考文献：1 李丽.电力系统自动化中的计算机技术应用分析 J.储能科学与技术,2022,11(5):1679-1680.2 李隆辉.电气自动化技术在电力系统中的应用探讨 J.中国住宅设施,2022(3):49-51.3 陈贤哲.智能技术在电力系统自动化中的应用研究 J.现代制造技术与装备,2022,58(1):194-196.4 孙茜.电力自动化技术及其在电力系统中的应用 J.光源与照明,2021(12):117-118.5 张振嵘,刘有志,张明.电力自动化系统中的智能技术应用J.电子技术,2021,50(12):208-209.责任编辑 韩翠丽