基于冗余通信的就地化分布式母线保护研究

针对传统母线保护运维难度大、可靠性低等问题,通过比对基于环网通信的无主分布式和有主分布式母线保护各自特点,提出了基于冗余通信的就地化环网有主分布式母线保护解决方案。研究了以主机内部时钟作为同步对时源的采样同步方法,并提出了分布式系统身份拓扑定位技术,实现保护功能不依赖外部时钟、保护子机免配置和即插即用。最后结合分布式母线保护环网数据流大小,对IEC61850-9-2和GOOSE帧格式报文进行了适用性分析,提出了满足百兆口带宽和传输延时要求的新环网通信帧格式。通过现场运行检验,验证了该技术方案的可行性。     

环网分布式母线保护装置就地化实现探讨

针对层次化继电保护控制系统中保护装置就地安放的需求,目前集中式母线保护直接就地安放存在功耗过大、回路复杂等问题,提出了基于HSR环网的分布式母线保护就地化实现方案。该方案中,各间隔配置独立的间隔子机,独立采集各个间隔的采样和开关量数据。通过双重冗余HSR环网将子机互联并共享数据,采用全主式设计方案,各子机独立逻辑判断,改进的插值同步技术使得母线保护不依赖于外界对时,同时增加光旁路设计,降低了母线保护运维的复杂性。该母线保护样机成功通过专业机构检测和试运行,验证了该方案的可行性。     

就地化分布式变压器保护方案研究

提出了一种适合就地化变压器保护的有主分布式环形网络及其同步方案,按断路器配置保护子机,变压器本体子机兼作保护主机,直接采用常规采样、常规跳闸模式,对外连接全部采用预制的航空插头。主变本体子机利用IEEE 1588网络对时协议实现各侧子机模拟量的同步采集,各侧子机采样数据发送到主变本体子机,由主变本体子机完成全部保护及MMS通信等功能。保护动作后,主变本体子机发出GOOSE跳闸命令,各侧子机收到GOOSE命令后跳开本侧开关。此方案可以使110 kV及以上电压等级变电站所有保护装置满足就地化安装的要求,取消保护小室,减少新建变电站占地面积。     

有限集中式就地化母线保护方案

结合母线保护跨间隔的特点,提出了由基础保护系统加若干个扩展保护系统构成的有限集中分布式就地化母线保护方案。分别介绍了基础保护系统和扩展保护系统的功能,结合典型工程设计论证了每个保护系统的最优接入间隔个数,阐述了基础保护系统和扩展保护系统之间的通信方式及报文传输机制,提出了基于秒脉冲同步信号的采样同步原理,设计了基于标准端口定义的即插即用型航插的输入输出接口,给出了装置的站控层通信接口定义、过程层接口定义、装置的外观图及航插示意图,最后列举了有限集中分布式就地化母线保护的工程配置方案。     

就地化母线保护在电力系统中的应用

介绍了国网就地化母线保护实现方案,从子机配置方案、环网通信方案及保护专网通信方案三个方面对就地化母线进行了介绍。分析了就地化母线保护在现场实施过程中遇到的问题,如子机动作行为不一致,过程层配置工作量大,刀闸位置可靠性降低等,并提出了相应的解决措施。最后介绍了就地化母线保护可优化改进的保护功能。与传统母线保护相比,就地化母线保护提高了间隔接入能力,提高了数据通信可靠性,提高了保护动作速度,具备更大的技术优势以及更加广阔的应用前景。     

用于就地化保护关键技术的SoC设计

以解决变电站继电保护中存在因多个功能芯片导致的系统可靠性降低、运维难度增大为目的,提出了基于双核Cortex-A9的自研智能就地化保护SoC芯片。该芯片通过采用基于节点冗余算法的HSR环网结构,确保环内任何一个元件或链路阻塞时,报文均能沿另一方向传递至主机。使用多采样率多通道的动态可重构ADC采集模块,使芯片可以根据不同实时性要求进行软件修改。采用时钟数据恢复对FT3码流进行处理,以提高信息传输的可靠性。在UMC55工艺下,完成了该芯片的版图设计,芯片面积为5.3×5.3 mm,主时钟频率可达到500 MHz。仿真结果验证了所提出芯片的可行性和先进性。     

即插即用就地化保护技术方案探讨

针对目前智能变电站存在的问题,引入即插即用就地化保护的概念,研究了基于即插即用就地化保护的变电站整体设计方案,通过比较设备数量、动作性能等方面阐述就地化保护的优越性,在整体方案基础上分类介绍线路保护、母线保护、主变保护等子系统的设计方案,最后对即插即用就地化保护的发展提出展望。     

就地化分布式保护环网测试装置研制

就地化元件保护采用分布式架构,各分布式子机间采用环网通信方式。文中针对子机环网报文的测试难点,设计和开发了具备环网测试功能的新型继电保护测试装置。该装置采用双中央处理器(CPU)架构,主CPU负责测试流程管理,环网CPU负责环网数据交换测试。通过配置文本灵活组帧环网报文,开发延时测试、数据一致性测试、转发特性测试、异常报文模拟等功能,校验环网报文实际传输过程中的可靠性和实时性,补充了环网性能测试手段。文中通过单台测试装置即可完成分布式子机的保护功能及环网性能测试。所研制的装置已应用于就地化保护现场调试,为元件保护就地化实施提供了良好的测试手段。     

基于就地化保护的智能变电站设计方案研究

为了促进智能变电站相关技术的发展,对基于就地化保护的智能变电站二次系统实现方案和整体设计方案进行了研究和分析。文章提出了就地化保护总体技术原则,研究了保护和自动化相关设备的实现方案,推荐就地化母线保护采用星形结构有限集中式,就地化主变保护采用星形结构分布式,测控采用"单间隔测控+集群测控+就地采集控制单元/模块"的方式,计量采用全站冗余配置集中计量电能表方式。提出了4种故障录波解决方案,近期推荐采用"基于就地化保护+就地化录波开关量模块"方案,远期采用"基于改进版的就地化保护"方案。     

就地化保护检验机制的研究

针对就地化保护特点,以高效而全面的检验为导向,提出了工厂化检验与现场更换检验相结合的就地化保护检验机制。首先对就地化保护的整体构架进行了简述,在此基础上,阐述了总体的检验方案。然后分别对工厂化检验和现场更换检验的流程和内容进行了详细叙述。相比于传统继电保护装置的检验机制,该方案在检验效率和现场作业安全方面都具有明显的优势。该方案在包含就地化保护所有功能检验的同时,融入了就地化保护在运维检修上的特殊性,使方案更具有实用性。     

多核DSP在就地化保护测试中的关键技术研究

针对智能变电站就地化保护测试面临的数据高速传输和实时处理问题,分析了就地化保护高可靠性无缝冗余(HSR)环网多子机的测试模型。评估了报文类型、大小以及传输速度等要求,设计了基于多核数字信号处理器(DSP)的硬件整体解决方案。在多核DSP软件实现上,将任务分解并映射到各个核心进行并行处理。使用核间通信(IPC)中断和共享内存实现核心间快速数据迁移,基于串行高速输入输出口(SRIO)完成高速报文传输。通过对报文计算、缓存、传输速度和可靠性等环节进行测试验证。结果表明,多核DSP的性能满足就地化保护测试所需的数据计算和吞吐量需求。     

分布式母线保护技术及实现

分布式母差保护由于具有简化二次接线、减少占地面积、适应变电站综合自动化等需求而成为母线保护的发展方向。在总结已有分布式母线保护技术的基础上,阐述了有主站分布式母线保护的实现方法。新型分布式母线保护由主站(即中央处理单元(CentralUnit,CU))和间隔单元(BayUnit,BU)构成;在新颖的CT饱和检测方法的基础上提供了完善的电流差动保护功能;BU的就地判据更为分布式母线保护的可靠性提供了保证。母线保护同时提供基于PC机的网络拓扑图形化输入功能,以方便用户使用和保证母线保护的选择性,从而使得保护具     

应用于数字化变电站的分布式母线保护的研究

结合IEC 61850和数字化变电站的特征,分析了分布式母线保护将获得广泛应用的必然趋势,提出了一种基于数字化变电站的分布式母线保护方案,并针对大量数据的传输与处理、跨间隔的数据同步、分布式母线保护的功能分布等关键问题,提出了解决方案。     

无防护安装就地化保护应用与实践

阐述了国内微机保护的发展历程以及目前继电保护所暴露的一些问题,提出了继电保护的小型化和就地化。具体研究了全站二次系统架构、智能管理单元及就地化操作箱。提出了无防护安装就地化保护的预期目标:通过就地安装减少中间环节提升保护快速性,可靠性和减少干扰;通过即插即用的检修模式缩短保护装置的更换时间,提高检修效率;推动智能站二次系统整体设计方案优化及运维技术和管理的创新,实现变电站安全可靠、运维便捷、节能环保、经济高效。无防护安装就地化保护的基础技术条件已具备,已有就地化线路保护与就地化分布式母线保护经过了实践检验,无防护安装的就地化保护将开启变电站建设、运维的全新模式。     

输电线路分布电容对快速母线差动保护的影响

分析了高压长距离输电线路的分布电容在短路暂态过程中对快速母线差动保护动作特性的影响。指出分布电容在短路暂态过程中引起的振荡高频分量,可以导致快速母差保护拒动,其影响在保护设计时应引起重视。RCS-915型母差保护装置的保护方案考虑了线路分布电容的影响。