傳統的繼電保護專業性很強,并以“事先整定、實時動作、定期檢驗”為其特征,很少觸及到裝置或系統的經常自檢、遠方監控、信息共享、動態修改定值的自適應等問題。
當代繼電保護技術的發展,正在從傳統的模擬式、數字式探索著進入信息技術(IT)領域,從而導致了上述傳統格局的變化。由于繼電保護在電力系統安全運行中所處的重要地位,這樣的發展必然是漸進的。
當前,繼電保護中信息技術的特征,主要表現在以下幾個方面:
(1) 自診斷和監視報警;
(2) 遠方投切和整定;
(3) 信息共享,多種保護集成;
(4) 促使綜合自動化的發展;
(5) 波形識別,由穩態發展到暫態;
(6) 提供動態修改定值的可能。
1、繼電保護進入IT領域的發展過程
繼電保護進入信息技術領域,是計算機技術、通信技術和數字信號處理(DSP)技術發展的結果。
早期,電力系統的安全運行主要靠“事先整定、實時動作”的各種繼電保護和自動重合閘等當地的自動裝置來保證。即使遠動裝置的出現,承擔了遠方監視調度的“四遙”功能,甚至實現了無人值班變電站和水電站,但上述保證安全運行的格局仍未改變。
計算機進入調度以后,一度發生過計算機和遠動兩個專業的交叉。在我國,差不多經過一個年代的時間,才在監視控制和管理系統SCADA/EMS/DMS的旗幟下,把調度所內的“遠動”和“計算機”統一到“自動化”上來。此時,傳統的繼電保護和自動裝置功能,不僅巍然不動,而且還發展了“故障測距”、“故障錄波”等現場自動裝置。
但是,隨著計算機技術、通信技術和數字信號處理(DSP)技術的發展,這個格局受到了沖擊,慢慢地發生了變化。這個變化,首先是從遠動專業開始的。
80年代末90年代初,數字信號處理(DSP)技術的應用,導致免變送器RTU的問世。而免變送器RTU的問世,不僅使得隨一次設備分散布置的分散式RTU很快地發展起來,而且還提供了強有力的功能綜合優化手段。如電壓、功率和電度的測量,以前需要通過三種不同的變送器來實現,而免變送器的RTU直接從CT、PT采樣電流電壓波形,通過分析計算,不僅可以得出電壓、有功無功功率和有功無功電度,還可對基波與諧波進行分析,進一步計算出功率因數、頻率以及零序負序參數等的值。在變電站自動化中,這種分散布置的RTU模塊通稱為測量控制單元或I/O單元。
與此同時,變電站站內傳統的各種繼電保護和重合閘、故障測距、故障錄波等自動裝置,同樣受到DSP的沖擊。直接從CT、PT采樣電流電壓波形,通過分析計算,不僅可以對各種繼電保護的運行值和整定值進行比較,實現其保護功能。而且,還可和重合閘、故障測距、故障錄波、小電流接地系統單相接地選線等功能綜合在一起,隨一次設備分散布置。在變電站自動化中,這種分散布置的保護和自動裝置模塊通稱為保護單元。
I/O單元和保護單元的出現,使得傳統的集中控制的變電站自動化系統除變電站級的中央單元外,增加了一層由I/O和保護單元組成的間隔級(bay level)。因此,I/O和保護單元有時也統稱為間隔級單元。不同的是,I/O單元主要是面向正常運行方式,而保護單元則是用于故障環境。因此,兩者對CT變比的要求是不同的。
中央單元和間隔級單元之間一般采用光纜連接, 并通過信息共享實現諸如“室內五防、室外四防”的軟件閉鎖,取代或簡化傳統上較為復雜的二次閉鎖回路。此外,中央單元還承擔少量公用的I/O和管理任務,如接入對時用的全球定位系統(GPS)信息、無人值班時的入門監視和煙霧報警,以及和環網上的FTU配合實現信息轉發、環網控制和接地選線等。這樣,通過高一層次的綜合優化,組成了變電站的自動化系統。
由于這種分散式的變電站自動化系統具有節約投資和安全可靠的特點,在配電到輸電變電站的無人值班設計中,得到了廣泛的應用。如1994年10月,華北電力集團公司輸變電訪日代表團去日本考察的東山梨500 kV變電站、新西廣島500 kV變電站和九州電力公司500kV中央變電站,都是采用分散布置的自動化系統。
應該看到:由計算機技術、通信技術和數字信號處理技術帶動的信息化方向,從遠動開始、經繼電保護和自動裝置,正向傳統的能量計費領域挺進。
[$page] 2、數字信號處理DSP技術的發展
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