面向工程應(yīng)用的繼電保護裝置選配功能設(shè)計

董 貝，薛 鐘，丁 毅

(1.國電南京自動化股份有限公司,江蘇 南京 210003;2.國電南京電網(wǎng)自動化有限公司，江蘇 南京 211153)

0 引 言

為了規(guī)范和簡化電力系統(tǒng)二次回路的設(shè)計，國家電網(wǎng)公司在廣泛調(diào)研和討論的基礎(chǔ)上，相繼推出了一系列繼電保護裝置規(guī)范，從保護功能、二次回路、外在特性等方面規(guī)定了繼電保護裝置的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

由于電力系統(tǒng)自身的復(fù)雜性和特殊性，不同地區(qū)用戶對繼電保護的需求也不相同[1-3]。因此，在規(guī)范中提出了將非共性的保護功能定義為選配功能。以線路保護為例，包括K(3/2斷路器接線)、L(過流過負荷功能)、P(三相不一致保護)等選配碼，由用戶根據(jù)需要靈活選擇。

在工程現(xiàn)場中會出現(xiàn)多個選配功能的組合，如果二次設(shè)備生產(chǎn)廠家依據(jù)每個變電站特殊需求，定制化的研發(fā)繼電保護產(chǎn)品，需要將所有不同選配進行組合開發(fā)，同時需要對各種配置進行管理，嚴重增加了研發(fā)和配置工作量，同時很難實現(xiàn)現(xiàn)場的快速響應(yīng)[4-6]。為了有效地解決地區(qū)化差異帶來的產(chǎn)品多樣化和工作復(fù)雜度，依據(jù)國家電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計規(guī)范中的選配功能劃分，本文提出了一種基于選配功能的繼電保護裝置設(shè)計思路和實現(xiàn)方式[7-10]。在本方案中，繼電保護裝置軟硬件功能在設(shè)備出廠前完成初始選配，然后根據(jù)工程需要進行定制化選配，自動生成所選擇功能的軟硬件資源和保護邏輯，選配后的定值清單、壓板等與所選功能對應(yīng)。

1 整體方案設(shè)計

1.1 功能定義

根據(jù)國網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化定義，結(jié)合繼電保護裝置的開發(fā)模式，本文將繼電保護裝置按照功能分為硬件基礎(chǔ)功能、必選保護功能和可選保護功能，并根據(jù)這三種類別分配選配碼。

(1)硬件基礎(chǔ)功能：硬件基礎(chǔ)功能指繼電保護裝置特定類型的硬件。硬件基礎(chǔ)功能選配碼是為特定的硬件類型分配的選配碼，該選配碼唯一，且僅用于標(biāo)識相應(yīng)的硬件功能，例如在線路保護中，選配碼C代表2M雙光纖串補線路，選配碼A代表2M雙光纖通道等。標(biāo)準(zhǔn)為不同裝置的不同硬件分配了不同的選配碼。繼電保護裝置的硬件功能由所選擇的硬件自身決定，并且在出廠前固化在裝置的資源中，再根據(jù)工程需求，通過本文提供的選配系統(tǒng)對功能選配碼進行選配，實現(xiàn)對硬件基礎(chǔ)功能的配置。

(2)必選保護功能：必選保護功能是某種繼電保護裝置必須具備的功能。如線路保護中的縱聯(lián)距離保護和重合閘保護等。該保護功能在二次設(shè)備廠家生產(chǎn)時根據(jù)設(shè)備功能固定在保護裝置中。由于工程現(xiàn)場個性化需求，例如線路保護的通道接入方式變化等，會引起必選保護功能的變化，因此，必選保護功能由系統(tǒng)根據(jù)裝置配置的硬件基礎(chǔ)功能自動選擇。

(3)可選保護功能: 可選保護功能是指根據(jù)現(xiàn)場情況可以進行選配的保護功能，供用戶對裝置已經(jīng)配置的所有可選保護功能進行二次選擇。例如線路保護中的零序反時限過流保護、三相不一致保護和3/2斷路器接線等。每種可選保護功能用選配碼來表示其唯一性。可選保護功能在出廠前配置在繼電保護裝置中，供用戶根據(jù)現(xiàn)場進行選配。選配操作后，裝置具備現(xiàn)場工程要求的保護功能。同時裝置的定值清單、軟壓板和虛端子等與所選功能對應(yīng)，未選配的保護功能的軟件資源信息對用戶不可見，且未選配的保護功能將不投入。

1.2 選配整體流程

面向工程應(yīng)用的繼電保護裝置選配方案，主要包括以下四個步驟。(1)配置包含國網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范要求的所有硬件基礎(chǔ)功能，并為每個硬件基礎(chǔ)功能配置相應(yīng)的選配碼。(2)配置每個硬件基礎(chǔ)功能上能夠支持的所有必選保護功能，同時配置每個硬件基礎(chǔ)功能上能夠支持的所有可選保護功能，并為之配置選配碼。(3)根據(jù)不同的需求對硬件基礎(chǔ)功能進行選配、在硬件選擇之后，對此硬件支持的可選保護功能進行選配，必選保護功能不用選配，由硬件決定。整體選配流程如圖1所示。

圖1 裝置選配流程

2 硬件基礎(chǔ)功能選配

硬件基礎(chǔ)功能選配是針對繼電保護裝置的硬件通過本文提供的可視化系統(tǒng)對最大化的裝置資源配置文件進行選配的過程。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和裝置類型開發(fā)一份最大化的包含所有硬件基礎(chǔ)功能的裝置資源配置文件，同時還包括可以具備的必選保護功能和可選保護功能。裝置的硬件是保護功能的載體，硬件的選擇決定了裝置能夠具備的保護功能。因此硬件基礎(chǔ)功能的選配是必選保護功能選配和可選保護功能選配的先決條件，它的選擇和配置決定保護功能的選配范圍和能力。

硬件基礎(chǔ)功能的選配包括以下三個步驟：①使用本選配系統(tǒng)為繼電保護裝置配置最大化的繼電保護裝置資源配置，包含所有功能。②為每種硬件基礎(chǔ)功能配置符合國網(wǎng)規(guī)范的唯一選配碼，例如線路保護中，2M雙光纖通道功能的選配碼為A。③根據(jù)現(xiàn)場實際情況，從所有的硬件基礎(chǔ)功能選擇符合條件的硬件基礎(chǔ)功能，并使之選配。裝置根據(jù)選擇的硬件功能配置相應(yīng)的硬件板卡，組成相應(yīng)的硬件。以線路保護為例，硬件基礎(chǔ)功能選配流程如圖2所示。

圖2 硬件基礎(chǔ)功能選配流程

3 保護功能選配

3.1 必選保護功能選配

必選保護功能是指繼電保護裝置(例如線路保護、變壓器保護、母差保護等)在選擇了硬件基礎(chǔ)功能后，在此硬件上必有的保護功能。因為必選保護功能作為保護裝置必須具備的基本功能，本系統(tǒng)自動為必選保護功能進行選配，生成適應(yīng)本裝置類型和所選擇的硬件基礎(chǔ)功能的保護功能。

該功能選配包括以下四個步驟：①根據(jù)最大化的硬件基礎(chǔ)功能和裝置類型，開發(fā)最大化必選保護功能，覆蓋該保護類型的所有必選保護功能。②通過本文提供的可視化選配系統(tǒng)，對硬件基礎(chǔ)功能進行選配。③完成硬件基礎(chǔ)功能選配后，系統(tǒng)根據(jù)硬件信息自動為必選保護功能進行選配,生成裝置側(cè)資源。④選配的保護功能的資源包括定值清單、控制字和保護軟壓板等對用戶可見，選配的保護邏輯正常執(zhí)行。未選配的保護功能對應(yīng)的軟件資源設(shè)置為隱藏，對用戶不可見，未選配保護功能的保護邏輯不執(zhí)行。以線路保護為例，必選保護功能選配流程如圖3所示。

圖3 必選軟件選配流程

3.2 可選保護功能選配

可選保護功能是由裝置功能型號、硬件基礎(chǔ)功能決定的需要現(xiàn)場選配的繼電保護裝置的保護功能，如線路保護中零序反時限過流保護功能和三相不一致保護功能等。

該功能選配過程包括以下五個步驟：①根據(jù)最大化的硬件基礎(chǔ)功能，開發(fā)的最大化可選保護功能。②通過本文提供的可視化選配系統(tǒng)，對硬件基礎(chǔ)功能進行選配。③硬件基礎(chǔ)功能選配完成后，系統(tǒng)根據(jù)硬件信息自動為必選保護功能進行選配。④根據(jù)現(xiàn)場需求，對可選保護功能進行選配。⑤選配的可選保護功能對應(yīng)的軟件資源包括定值清單、控制字和保護功能軟壓板等對用戶可見，選配的保護功能的保護邏輯正常執(zhí)行。未選配的可選保護功能對應(yīng)的軟件資源設(shè)置對用戶不可見,保護邏輯不執(zhí)行。以線路保護為例，可選保護功能選配流程如圖4所示。

圖4 可選軟件選配流程

4 工程應(yīng)用

本文提出的繼電保護裝置選配系統(tǒng)已經(jīng)在多個工程現(xiàn)場投入使用，并取得了良好的實踐效果。

以線路縱聯(lián)距離保護裝置為例，配置最大化的線路縱聯(lián)距離保護裝置所需的硬件基礎(chǔ)功能、必選保護功能和可選保護功能。

根據(jù)現(xiàn)場情況，硬件基礎(chǔ)功能中的光纖通道、2M雙光纖通道和接點方式不會同時存在，利用本文提供的選配系統(tǒng)和實際情況對硬件功能進行配置。可選保護功能中的保護功能也會根據(jù)現(xiàn)場需求選配，同樣利用本文提供的選配系統(tǒng)針對可選保護功能進行選配。最終生成符合現(xiàn)場需求的軟硬件資源配置，下載入線路保護裝置生效。選配后的線路保護裝置如表1所示。

5 結(jié) 論

本文通過分析國網(wǎng)公司的標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范，提出了一種繼電保護裝置的軟硬件功能選配系統(tǒng)，通過選配的方式滿足現(xiàn)場工程需求，無需重復(fù)開發(fā)和配置裝置以完成工程化定制。該方法的應(yīng)用將有效提高繼電保護裝置的開發(fā)效率、提高裝置的復(fù)用性，減輕保護裝置的測試工作，減少保護裝置的配置工作， 通過此方法提升了繼電保護裝置的穩(wěn)定性和可靠性，縮短了裝置的開發(fā)周期，能夠更加快速響應(yīng)客戶需求，大大提高了產(chǎn)品競爭力。

表1 選配后線路縱聯(lián)距離保護裝置