傳統(tǒng)的繼電保護專業(yè)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(tǒng)的經常自檢、遠方監(jiān)控、信息共享、動態(tài)修改定值的自適應等問題。
當代繼電保護技術的發(fā)展,正在從傳統(tǒng)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(tǒng)格局的變化。由于繼電保護在電力系統(tǒng)安全運行中所處的重要地位,這樣的發(fā)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(jiān)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(fā)展;
(5) 波形識別,由穩(wěn)態(tài)發(fā)展到暫態(tài);
(6) 提供動態(tài)修改定值的可能。
1、繼電保護進入IT領域的發(fā)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(fā)展的結果。
早期,電力系統(tǒng)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(jiān)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(fā)生過計算機和遠動兩個專業(yè)的交叉。在我國,差不多經過一個年代的時間,才在監(jiān)視控制和管理系統(tǒng)SCADA/EMS/DMS的旗幟下,把調度所內的“遠動”和“計算機”統(tǒng)一到“自動化”上來。此時,傳統(tǒng)的繼電保護和自動裝置功能,不僅巍然不動,而且還發(fā)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(fā)展,這個格局受到了沖擊,慢慢地發(fā)生了變化。這個變化,首先是從遠動專業(yè)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(fā)展起來,而且還提供了強有力的功能綜合優(yōu)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的集中控制的變電站自動化系統(tǒng)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(tǒng)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(huán)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(tǒng)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(tǒng)(GPS)信息、無人值班時的入門監(jiān)視和煙霧報警,以及和環(huán)網上的FTU配合實現信息轉發(fā)、環(huán)網控制和接地選線等。這樣,通過高一層次的綜合優(yōu)化,組成了變電站的自動化系統(tǒng)。
由于這種分散式的變電站自動化系統(tǒng)具有節(jié)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(tǒng)。
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(tǒng)的能量計費領域挺進。
[$page] 2、數字信號處理DSP技術的發(fā)展
計