繼電保護(hù)的基本元件精選(九篇)

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第1篇：繼電保護(hù)的基本元件范文

【關(guān)鍵詞】電力電子設(shè)備;配電系統(tǒng);電流保護(hù);故障;諧波

引言

隨著科技的發(fā)展，人們對供、配電系統(tǒng)電能質(zhì)量要求越來越高。配電系統(tǒng)是發(fā)電系統(tǒng)、輸電系統(tǒng)同用電負(fù)荷之間的聯(lián)絡(luò)樞紐，因此，對配電系統(tǒng)所采取的任何一種“改變”都應(yīng)該以不同影響配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行前提。目前常采用諸如故障限流器、動態(tài)電壓恢復(fù)器、無功補(bǔ)償器等裝置來達(dá)到提高電能質(zhì)量的目的。這些裝置的控制單元和整流逆變單元主要由電力電子器件構(gòu)成，其快速反應(yīng)的動作特性使系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性得到提高。但是，這些電力電子設(shè)備在保證高質(zhì)量的供、配電的同時，也給系統(tǒng)帶來了不可忽視的運(yùn)行隱患，如對繼電保護(hù)正常運(yùn)行的影響等。

1.電力電子設(shè)備的應(yīng)用及諧波的產(chǎn)生

在一個理想的電力系統(tǒng)中，人們除了用規(guī)定的電壓水平對電能質(zhì)量進(jìn)行衡量以外，也常使用頻率的指標(biāo)來評價電能質(zhì)量。電力電子設(shè)備作為非線性負(fù)荷的一種，應(yīng)用在實(shí)際的電力系統(tǒng)中，會使電壓電流的波形發(fā)生畸變，從而嚴(yán)重影響系統(tǒng)中各種電力設(shè)備的正常運(yùn)行以及用戶和通訊線路的信號傳輸。近年來電網(wǎng)中的諧波含量日益嚴(yán)重，而電力電子設(shè)備也被視為電力系統(tǒng)的最重要的諧波源[1]。

（1）晶閘管整流設(shè)備

由于晶閘管整流在無功補(bǔ)償裝置、動態(tài)電壓恢復(fù)器及電力機(jī)車等許多方面得到了越來越廣泛的應(yīng)用，給電網(wǎng)造成了大量的諧波。晶閘管整流裝置常采用移相控制，由于它從電網(wǎng)中吸收的是缺角的正弦波，且給電網(wǎng)留下的是另一部分缺角的正弦波，因此在留下的缺角正弦波中含有大量的諧波。如果整流裝置為單相整流電路，在接感性負(fù)載時則含有奇次諧波電流，其中3次諧波的含量可達(dá)基波的30%;接容性負(fù)載時則含有奇次諧波電壓，其諧波含量隨電容值的增大而增大。如果整流裝置為三相全控橋6脈沖整流器，變壓器一次側(cè)及供電線路含有5次及以上奇次諧波電流;如果是12脈沖整流器，則還會含有11次及以上奇次諧波電流。經(jīng)統(tǒng)計表明：由整流裝置產(chǎn)生的諧波占所有諧波的近40%，這是最大的諧波源[2]。

（2）變頻裝置

變頻裝置由于采用了相位控制，諧波成分很復(fù)雜，除含有整數(shù)次諧波外，還含有分?jǐn)?shù)次諧波，且隨著變頻調(diào)速的發(fā)展對電網(wǎng)造成的諧波也越來越多。

（3）電弧爐、電石爐

直流電弧爐以其經(jīng)濟(jì)、高效的特點(diǎn)，越來越受到工礦企業(yè)，尤其是鋼鐵冶煉企業(yè)的青睞，由于其采用整流器饋電，故也被列入電力電子設(shè)備的行列。注入電網(wǎng)的諧波電流主要是 27次諧波，平均可達(dá)基波的8%～20%，最大可達(dá) 45%。

（4）無功補(bǔ)償裝置及動態(tài)電壓恢復(fù)器中的變壓器

變壓器和飽和電抗器產(chǎn)生的高次諧波是鐵芯飽和造成的，一般產(chǎn)生的是三次和五次諧波電壓畸變，數(shù)量最多的是三次諧波。

2.電力電子設(shè)備引起的諧波的影響

2.1 電力電子設(shè)備引起的諧波對配電系統(tǒng)的影響

通常，為了補(bǔ)償負(fù)荷的無功功率，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，常在負(fù)載連接的母線上裝有并聯(lián)電容器。此外，為了濾除系統(tǒng)諧波，也會裝設(shè)由電容器和電抗器組成的濾波器。在工頻頻率下，這些電容器的容抗比系統(tǒng)的感抗大的多，不會產(chǎn)生諧振[3]。但對于諧波頻率而言，系統(tǒng)感抗大大增加而容抗大大減小，就可能產(chǎn)生諧振。

這種諧振會使諧波電流放大幾倍甚至數(shù)十倍，會對系統(tǒng)，特別對電容器和與之串聯(lián)的的電抗器形成很大的威脅，常常使電容器和電抗器燒毀。

一般，電力電子設(shè)備引起的諧波對配電系統(tǒng)主要有以下幾個方面的影響[4]：

（1）諧波對一次電氣設(shè)備的影響高次諧波在電力系統(tǒng)中傳遞，將使公用電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生附加的諧波損耗，引起銅損和鐵損增大、設(shè)備過熱、產(chǎn)生噪音、降低設(shè)備工作效率。另外，高次諧波的負(fù)序分量有可能使旋轉(zhuǎn)設(shè)備產(chǎn)生反方向的轉(zhuǎn)矩，造成機(jī)械損傷和熱耗。而且，當(dāng)電壓含有高次諧波時，還使得電氣設(shè)備的耐壓下降，介質(zhì)損耗增加，充電電流增大，絕緣老化，壽命縮短，從而引起各種故障;

（2）諧波會引起并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，使危害大大增加，甚至引起嚴(yán)重的事故;

（3）諧波對系統(tǒng)中的各種自動裝置、繼電保護(hù)裝置及電子儀表造成的影響嚴(yán)重由于大多數(shù)的自動裝置、繼電保護(hù)裝置及電子儀表的設(shè)計運(yùn)行頻率為基波頻率，且其動作整定值也是基于基波頻率下的電壓或電流值，因此，當(dāng)系統(tǒng)中由諧波存在時，常常會導(dǎo)致自動裝置、繼電保護(hù)裝置產(chǎn)生誤動、拒動，使電子儀表失靈;

（4）諧波還可能會對臨近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪音，降低通信質(zhì)量，重者則會導(dǎo)致信息丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作。

2.2 電力電子設(shè)備引起的諧波對繼電保護(hù)的影響[5]

無論是電力系統(tǒng)，還是配電系統(tǒng)，加裝繼電保護(hù)的目的都是為了保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，因此繼電保護(hù)必須具備“區(qū)分”電力系統(tǒng)的正常、不正常工作和故障運(yùn)行狀態(tài)的能力，即在系統(tǒng)各種運(yùn)行狀態(tài)下及時“甄別”出發(fā)生故障和出現(xiàn)異常的元件，尋找可測參量的“差異”，提取并利用這些可測參量的“差異”，實(shí)現(xiàn)對三種運(yùn)行狀態(tài)的快速“區(qū)分”。配電系統(tǒng)中運(yùn)行的繼電保護(hù)因保護(hù)類型的不同及安裝地點(diǎn)的不同所受諧波的影響也不同，其中可能引起繼電保護(hù)誤動、拒動的情況主要有以下幾個方面[6]：

A.在電氣距離上接近大的諧波源;

B.保護(hù)裝置的安裝地點(diǎn)具備諧波嚴(yán)重放大或接近于諧波諧振條件，例如安裝地點(diǎn)具有并聯(lián)電容器等;

C.保護(hù)裝置的動作整定值很小，尤其是對于接在差流回路、零序電路或負(fù)序電路上的繼電保護(hù)裝置，其整定值通常只有相電流或相電壓的百分之幾;

D.繼電保護(hù)裝置中所選用的元件或動作原理對諧波的敏感度高，尤其是反映電壓、電流的瞬時值、有效值變化的過量型繼電保護(hù);

E.系統(tǒng)中有不平衡負(fù)荷或涌流的基波負(fù)序電流，并且和諧波電流同時存在時，繼電保護(hù)無法正確、可靠動作。

通常系統(tǒng)中的諧波會改變繼電保護(hù)，尤其是量度式繼電保護(hù)的性能，引起誤動作或拒動作。不同類型的繼電保護(hù)的工作原理不同和設(shè)計性能不同，則諧波對其的影響也有較大的差別。電磁型繼電保護(hù)的動作是由其電流有效值的平方?jīng)Q定的，對頻率的不同并不敏感。一般在諧波含量小于10%時，對電磁型繼電保護(hù)的影響并不大。對于鐵心用軟鐵材料制成的電磁型繼電保護(hù)，諧波含量小于40%時，其動作誤差不大于10%。但在動態(tài)情況下可能會有很大影響，如投入空載變壓器時會產(chǎn)生諧波含量很高的勵磁涌流，會造成繼電保護(hù)誤動作而使開關(guān)跳閘。感應(yīng)型繼電保護(hù)對諧波也不敏感。這種繼電保護(hù)的圓盤或圓筒在磁場作用下都將產(chǎn)生感應(yīng)電流，該電流和空間中另一磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，推動圓盤或圓筒轉(zhuǎn)動。無諧波時轉(zhuǎn)動很平穩(wěn)，有諧波時則會有抖動。因?yàn)檗D(zhuǎn)動部分的慣性較大，輕微的抖動并不會影響其誤動作。

整流型繼電保護(hù)的種類很多，原理各不相同，有的受諧波的影響較為嚴(yán)重。如反映瞬時值的電流繼電保護(hù)由全波整流后的脈沖電壓來控制其動作，就很容易受到諧波的影響。增量型繼電保護(hù)中由于有LC并聯(lián)諧振電路和電阻組成的四臂電橋，電橋平衡是按50Hz電流考慮的，因此也容易受到諧波的影響。但是微機(jī)保護(hù)的整定仍然是基于傳統(tǒng)的傅式算法，其整定值也會因?yàn)橄到y(tǒng)中存在不同程度的諧波而受到影響。

并且系統(tǒng)的運(yùn)行工況復(fù)雜，在整定時不可能對每一種情況都考慮的很周密，因此，其受諧波的影響也是不可避免的。

3.有諧波電流下電流保護(hù)的實(shí)現(xiàn)

3.1 電流保護(hù)的配合及基本應(yīng)用

電流速斷保護(hù)、限時電流速斷保護(hù)和定時限過電流保護(hù)都是反應(yīng)與電流升高而動作的保護(hù)。它們之間的區(qū)別主要在于按照不同的原則來選擇啟動電流。速斷是按照躲開本線路末端的最大短路電流來整定;限時速斷是按照躲開下級各相鄰元件電流速斷保護(hù)的最大動作范圍來整定;而過電流保護(hù)則是按照躲開本元件最大負(fù)荷電流來整定。

由于電流速斷不能保護(hù)線路全長，限時電流速斷又不能作為相鄰元件的后備保護(hù)，因此為保證迅速而有選擇地切除障礙，常將電流速斷保護(hù)、限時電流速斷保護(hù)和過電流保護(hù)組合在一起，構(gòu)成階段式電流保護(hù)。具體應(yīng)用時，可以只采用速斷保護(hù)加過電流保護(hù)，或限時速斷保護(hù)加過電流保護(hù)，也可以三者同時采用。

3.2 區(qū)分故障電流和諧波電流的基本思路

一般，各種類型的電流保護(hù)都屬于量度式繼電保護(hù)裝置，其整定值的設(shè)置都是基于對各電氣量在系統(tǒng)正常運(yùn)行和故障運(yùn)行的兩種不同運(yùn)行狀態(tài)下存在的差別進(jìn)行分析，而并沒有考慮不正常運(yùn)行狀態(tài)的運(yùn)行特性，在實(shí)際系統(tǒng)中，也常配合使用頻率測試儀以實(shí)現(xiàn)對故障電流和不正常運(yùn)行狀態(tài)時的電流的區(qū)分。然而，隨著 DVR、STATCOM、SFCL 等電力電子裝置在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用，使得系統(tǒng)在運(yùn)行過程中產(chǎn)生大量的諧波，尤其會影響到如電流保護(hù)等自動化裝置的正常運(yùn)行，而就繼電保護(hù)本身而言，它區(qū)分故障狀態(tài)和由諧波引起的不正常運(yùn)行狀態(tài)的能力很差。

所以對如何快速、有效地區(qū)分電力系統(tǒng)故障運(yùn)行狀態(tài)和不正常運(yùn)行狀態(tài)，尤其是短路故障和諧波狀態(tài)的問題，需設(shè)計一種可區(qū)分故障和諧波的方案，從而達(dá)到繼電保護(hù)裝置正確、可靠地動作的目的。

4.結(jié)論

任何一種電網(wǎng)種都會產(chǎn)生一定的諧波，僅有諧波的含量達(dá)到了某一程度，尤其是當(dāng)在諧波頻率下發(fā)生了諧振時，使得流入系統(tǒng)中的諧波電流放大幾倍甚至十幾倍，才會影響電網(wǎng)中各種設(shè)備的正常運(yùn)行。隨著越來越多的電力電子設(shè)備應(yīng)用于配電系統(tǒng)中，可能產(chǎn)生諧波諧振、諧波放大的現(xiàn)象，其給配電系統(tǒng)帶來許多不良的影響，尤其是對繼電保護(hù)的影響;另外，在配電系統(tǒng)中的任何一種“改變”，如加裝用于提高供、配電電能質(zhì)量的電力電子設(shè)備等，都會或多或少的改變系統(tǒng)的阻抗結(jié)構(gòu)，從而引起電壓、電流及等效阻抗的變化。所以需要引起相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域人員越來越多的關(guān)注。

參考文獻(xiàn)

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[3]張明，畢鵬翔，劉健.配電系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的研究[J].電力建設(shè)，2002，23（10）：41-43.

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第2篇：繼電保護(hù)的基本元件范文

變電站自動化數(shù)據(jù)通信智能設(shè)備系統(tǒng)集成計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

0引言

近年來，計算機(jī)芯片及網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)的不斷采用，從根本上改變了傳統(tǒng)變電站二次設(shè)備的基本面貌，全數(shù)字化的設(shè)備、以網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的系統(tǒng)，輔以成熟的調(diào)度自動化系統(tǒng)，正在不斷地提高變電站運(yùn)行的自動化程度和可靠性，從原來的分部分的變電站設(shè)備及運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測發(fā)展到整個變電站設(shè)備監(jiān)控的集成的自動化系統(tǒng)，已基本做到了自動化應(yīng)能實(shí)現(xiàn)的功能，即不再是好看不好用的花架子，而是真正可以解決和滿足生產(chǎn)實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)的新問題和需要，無人值班變電站及變電站自動化系統(tǒng)已基本被用戶接受并使用。在實(shí)際應(yīng)用中，國內(nèi)、外不同的專業(yè)廠家分別推出了具有不同特征的系統(tǒng)，基本上都能滿足系統(tǒng)的運(yùn)行要求，但在不同程度上，由于開發(fā)的背景、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及技術(shù)水平的限制，仍有相當(dāng)一部分系統(tǒng)存在者功能重復(fù)設(shè)置，沒有做到信息資源共享，從而導(dǎo)致了現(xiàn)場接線復(fù)雜、系統(tǒng)的各部分接口的通信規(guī)約不一致，增加了投資并影響了系統(tǒng)的可靠性，這就大大影響了整個系統(tǒng)的開放性及可擴(kuò)展性。出現(xiàn)這些新問題的主要原因便是缺乏系統(tǒng)設(shè)計及在系統(tǒng)設(shè)計思路指導(dǎo)下的各組成部分（智能單元）的開發(fā)。由于以往變電站二次部分的開發(fā)是分保護(hù)、測量、監(jiān)控等各專業(yè)獨(dú)立開發(fā)、功能相對獨(dú)立設(shè)置的，由此為滿足系統(tǒng)的功能配置要求而在“搭系統(tǒng)”，從而導(dǎo)致要么底層控制單元無法投入系統(tǒng)，信息傳送不上來，就是系統(tǒng)要求的功能底層控制設(shè)備單元不具備。針對上述新問題，本文試圖從整體系統(tǒng)設(shè)計思想入手，討論對變電站內(nèi)智能化設(shè)備的基本要求及其構(gòu)成、系統(tǒng)集成的基本思想，以供同行討論參考。

1變電站自動化的特征及智能設(shè)備的構(gòu)成

國內(nèi)變電站二次產(chǎn)品早期開發(fā)過程是按保護(hù)、測量、控制和通信部分分類獨(dú)立開發(fā)，隨著技術(shù)的進(jìn)步以及電力系統(tǒng)自動化的要求，變電站自動化工作的開展首先從遠(yuǎn)動、自動化及通信專業(yè)開始，初期開展的工作只是對站內(nèi)的部分狀態(tài)量及模擬量數(shù)據(jù)采集并處理的微機(jī)監(jiān)視或監(jiān)控系統(tǒng)，隨著調(diào)度自動化及微機(jī)保護(hù)的成熟及應(yīng)用，變電站自動化及無人值班運(yùn)行模式便成為實(shí)際的需要和急待解決的課題。變電站自動化近幾年的發(fā)展?fàn)顩r大致存在集中式及分布式兩種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由于電力系統(tǒng)管理方式及二次產(chǎn)品開發(fā)的歷史原因，大多數(shù)系統(tǒng)仍采用的是按功能“拼湊”的方式開展，沒有按工程的實(shí)際需要及正確的系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)思想進(jìn)行，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的性能指標(biāo)下降以及出現(xiàn)許多無法解決的工程新問題。從對分布、開放性以及系統(tǒng)整體的發(fā)展趨向來看，采用分布式測控、保護(hù)、自動裝置及計算機(jī)局域網(wǎng)的結(jié)構(gòu)方式顯然比較優(yōu)越。采用分布、開放性的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和計算機(jī)局域網(wǎng)技術(shù)的變電站自動化系統(tǒng)，各現(xiàn)場單元可完全脫離系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，單個裝置的故障不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，從而達(dá)到“分散布置、集中管理”的目的，加強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性和可擴(kuò)充性。這種構(gòu)成模式正越來越被我國電力系統(tǒng)所接受，其最大特征就是盡可能地充分利用軟、硬件資源，并盡可能地共享軟、硬件和系統(tǒng)資源，并且利用通信網(wǎng)絡(luò)代替大量的控制信號電纜，避免設(shè)備重復(fù)設(shè)置，多次投資。

根據(jù)IEC國際電工委員會電力系統(tǒng)控制和通信技術(shù)委員會的劃分以及變電站自動化系統(tǒng)的特征，變電站內(nèi)的設(shè)備可劃分為如下三個層次。

設(shè)備層摘要：包括各種一次設(shè)備象開關(guān)、線路、變壓器、電容器、CT/PT等。

間隔層摘要：是各種二次設(shè)備包括采集、測量、控制、保護(hù)、自動裝置、故障濾波等，它們大多能獨(dú)立完成某種功能，且具有和外部進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的能力。

變電站管理層摘要：對整個變電站進(jìn)行平安監(jiān)視、控制、操作，并和變電站外部進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，如當(dāng)?shù)乇O(jiān)控微機(jī)、和控制中心通信的網(wǎng)關(guān)等。

上圖標(biāo)示了變電站內(nèi)的三個層次和它們之間的數(shù)據(jù)交換。從對變電站電能傳輸、分配進(jìn)行檢測、控制和管理的觀點(diǎn)出發(fā)，可以認(rèn)為變電站由母線、變壓器、線路、電容器等基本元件組成；一個基本元件通過一個或多個間隔向二次系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)，接收二次系統(tǒng)的控制命令。根據(jù)每一個基本元件自身的特性和檢測、控制要求，并按照基本元件內(nèi)部數(shù)據(jù)采集及故障檢測和隔離由元件自身解決的原則，設(shè)計每一種基本元件對應(yīng)一種硬件結(jié)構(gòu)即智能電子設(shè)備（IED）。

從圖中還可以看出，在設(shè)備層和間隔層之間的數(shù)據(jù)交換量不大，主要是設(shè)備間向間隔層提供運(yùn)行中的各種I/O信號，間隔層向設(shè)備發(fā)出控制信號等。

在間隔層和變電站管理層之間，存在大量的數(shù)據(jù)交換，一方面，間隔層內(nèi)的各種智能設(shè)備需要把采集到的信息及時上傳至當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)和通過通信處理機(jī)送到遠(yuǎn)方控制中心，不僅數(shù)據(jù)量大，而且要求具有很高的實(shí)時性，象站內(nèi)的事件順序記錄需達(dá)到毫秒級，測量值及信號的刷新時間需在3秒之內(nèi)完成。另一方面，變電站層的系統(tǒng)時鐘、控制和調(diào)節(jié)命令、運(yùn)行參數(shù)的整定命令，也要快速下發(fā)至各智能設(shè)備。

間隔層的各智能設(shè)備之間，也存在著部分?jǐn)?shù)據(jù)交換，但這種交換量不大，對實(shí)時性要求也不高。而且由于保護(hù)設(shè)備大都是獨(dú)立的設(shè)備，故和其它裝置的數(shù)據(jù)交換很少。其它智能設(shè)備，也存在一定量的數(shù)據(jù)交換。

基于以上情況，設(shè)計中的變電站自動化系統(tǒng)考慮了在間隔層橫向按站內(nèi)一次設(shè)備分布式的配置，有條件時，還可將間隔層設(shè)備安裝在開關(guān)柜上；各間隔設(shè)備相對獨(dú)立，僅通過站內(nèi)通信網(wǎng)互聯(lián)，并同變電站層設(shè)備進(jìn)行快速通訊。

在功能分配上，采用可以下放的功能盡量下放的原則。凡是可以在本間隔內(nèi)就地完成的功能絕不依靠通訊網(wǎng)完成，這樣構(gòu)成的系統(tǒng)同以往的集中式系統(tǒng)相比有著明顯的優(yōu)點(diǎn)摘要：可靠性提高、可擴(kuò)展性和靈活性提高以及站內(nèi)二次電纜簡化、節(jié)省投資。

2智能設(shè)備的集成

在變電站自動化中存在一些促使設(shè)備集成的動力。首先，變電站自動化要求采用較少的設(shè)備完成更多的功能，其解決方法之一是安裝具有集成功能的智能電子設(shè)備。最基本的繼電保護(hù)IED就是一個例子，它集成了保護(hù)、測量、控制、錄波、事件順序記錄以及通信等功能。用一個設(shè)備完成所有這些功能，這樣就實(shí)現(xiàn)了設(shè)備整體費(fèi)用的優(yōu)化，減少資金和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。

另一個向集成化發(fā)展的動力是先進(jìn)的自適應(yīng)能力和系統(tǒng)控制性能。在這些先進(jìn)的性能中系統(tǒng)知識是非常有用的，它答應(yīng)繼電保護(hù)IED動態(tài)改變運(yùn)行參數(shù)。具有核心級的系統(tǒng)知識可以使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和潮流都得到控制。

技術(shù)進(jìn)步也是向集成化發(fā)展的主要動力。微處理器、計算機(jī)通信及應(yīng)用軟件技術(shù)的飛速發(fā)展促成了集成系統(tǒng)的開發(fā)，將來的重點(diǎn)可能由硬件IED發(fā)展為“智能化”軟件。

還有一個動力是為客戶服務(wù)。經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展要求越來越少的停電時間，電力公司內(nèi)部也經(jīng)常為自身設(shè)定顧客電量利用率的目標(biāo)。對于這個目標(biāo)，系統(tǒng)集成給操作員和工程師提供了更多的信息，如在什么情況下答應(yīng)系統(tǒng)快速恢復(fù)等。和有用的信息一起集成化的另一個好處是對誤操作的辨認(rèn)分析，對于由繼電保護(hù)或系統(tǒng)設(shè)計帶來的新問題可以高效跟蹤和修改，從而可以提高整個系統(tǒng)的可靠性和可用性。

3局域網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)

變電站內(nèi)智能電子設(shè)備的集成化設(shè)計策略采用了分布式功能配置的概念，因?yàn)榉植际襟w系結(jié)構(gòu)可使任何規(guī)模的變電站具有可擴(kuò)充性。通過共享冗余得到了高可靠性、簡化的布線以及可選擇的性能升級能力。

在設(shè)計信息及數(shù)據(jù)通信的策略中，幾乎每一個制造商設(shè)計的IED都有以電氣工業(yè)協(xié)會（EIA）的RS-232或RS-485標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的物理層接口，并在數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層用軟件完成系統(tǒng)和任何一個IED設(shè)備的連接，但隨著計算機(jī)局部網(wǎng)絡(luò)（LAN）技術(shù)的發(fā)展，越來越多的制造商把注重力集中在LAN上。采用計算機(jī)局域網(wǎng)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高速、可靠傳輸，可將過去集中處理的功能分散到各個節(jié)點(diǎn)去處理，并可以傳送大批量的數(shù)據(jù)，如故障錄波數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)等。在變電站自動化系統(tǒng)中，采用局域網(wǎng)技術(shù)，將變電站內(nèi)的數(shù)據(jù)采集部分的各智能單元分別掛網(wǎng)運(yùn)行，站內(nèi)自動化系統(tǒng)通過變電站層控制中心和各IED進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，以取得對現(xiàn)場IED設(shè)備的控制權(quán)，如斷路器的分/合、自動重合閘的開/閉、繼電保護(hù)裝置的參數(shù)設(shè)置、故障診斷、遠(yuǎn)程抄表等控制命令。這就要求IED設(shè)備滿足局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，I/O設(shè)備作為局域網(wǎng)上的一個節(jié)點(diǎn)。在實(shí)際采用計算機(jī)局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)上，一般存在著采用“工業(yè)以太網(wǎng)”和“現(xiàn)場總線”兩種不同的做法。

在90年代中期，國內(nèi)外曾掀起一場聲勢不小的“現(xiàn)場總線熱”，國家有關(guān)部門也撥款幾千萬元組成攻關(guān)課題。但在實(shí)際應(yīng)用中，還有許多共同的疑問。其中最主要是其標(biāo)準(zhǔn)新問題?，F(xiàn)場總線有多種標(biāo)準(zhǔn)有兩個原因，首先是技術(shù)上的原因，即適用場合和用戶習(xí)慣原因。廣義的現(xiàn)場總線包括傳感器執(zhí)行器總線，亦稱I/O總線，其特征是信息簡單但傳輸速度快，其典型代表有基于CAN的DeviceNet,interbus-s等；另外還有設(shè)備總線可用于控制，其信息量大而且復(fù)雜，傳輸較慢，如基金會總線FF、HART、LonWorks和Profibus。而狹義的現(xiàn)場總線僅指后者。除此外不同行業(yè)有其傳統(tǒng)使用習(xí)慣。對價格和技術(shù)完善性有不同要求，再有是不同的總線標(biāo)準(zhǔn)往往和某些公司或公司集團(tuán)有內(nèi)在的商業(yè)利益關(guān)系。所以說最終現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)也不會形成一統(tǒng)天下的局面。就目前情況來看，在過程控制領(lǐng)域，基金會總線FF將占有最大的份額，而在其它離散控制領(lǐng)域尚不十分明朗。

如何在眾多的總線標(biāo)準(zhǔn)中，選擇一種合適的總線，既能滿足大數(shù)據(jù)量、傳輸速度快的要求，又要兼顧那些通訊相對少、實(shí)時性不很高的設(shè)備，以有效減少網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。LonWorks在可靠性和傳輸速率上顯然達(dá)不到要求，HART用戶支持較少，不宜選擇；作為傳輸最快的總線Profibus在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?shù)據(jù)吞吐量均表現(xiàn)出色，但其作為歐洲標(biāo)準(zhǔn)，在世界范圍非凡是中國的支持不夠，尚不能普遍采用，F(xiàn)F雖然得到世界范圍內(nèi)的廣泛認(rèn)同，但所欠標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程仍遙遙無期。

以太網(wǎng)（Ethernet）經(jīng)過若干年的發(fā)展，技術(shù)上已經(jīng)十分成熟。隨著適合于工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用的嵌入式以太網(wǎng)微處理器的發(fā)展，以太網(wǎng)已可十分便利的應(yīng)用于變電站自動化場合。首先10M以太網(wǎng)具有目前國內(nèi)變電站自動化系統(tǒng)采用的網(wǎng)絡(luò)不可比擬的高速特征，可將系統(tǒng)信息快速交換；同時以太網(wǎng)在長期發(fā)展中以公認(rèn)的可靠性、平安性、靈活性著稱，如網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)均帶耐高壓的網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活，支持多種通信媒介，可根據(jù)變電站的實(shí)際情況確定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及選用通信媒介。在自動化系統(tǒng)升級時可將系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及媒介稍加改動甚至不改動的情況下平滑地使通信系統(tǒng)升級，節(jié)省開支，如升為100M快速以太網(wǎng)。

下圖為美國和歐洲一些國家普遍采用的變電站自動化系統(tǒng)的通信結(jié)構(gòu)。

傳統(tǒng)的變電站自動化產(chǎn)品供給商們通過擴(kuò)充他們的RTU的通信能力，即具有多個串行通信口的增強(qiáng)式RTU來接收各種形式的智能變電站設(shè)備（IED），包括計量表計、故障記錄和繼電保護(hù)等設(shè)備?，F(xiàn)代的變電站智能設(shè)備通過局域網(wǎng)建立了一個規(guī)模較大的變電站控制系統(tǒng)，以太網(wǎng)由于其優(yōu)越的性能被用做變電站LAN，變電站內(nèi)不同制造商的IED產(chǎn)品可以通過規(guī)約轉(zhuǎn)換器（networkinterfacemodulesNIM）進(jìn)行連接，還有一部分IED產(chǎn)品可以直接掛網(wǎng)運(yùn)行。NIM和底層的IED可以通過廉價的RS485方式相連，規(guī)約采用標(biāo)準(zhǔn)的IEC870-5-103變電站內(nèi)繼電保護(hù)配套規(guī)約，IEC870-5-103規(guī)約在歐洲和其他一些受IEC影響的國家被普遍采用，我國國家電力公司也把該規(guī)約作為變電站內(nèi)的配套標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約。

4智能電子設(shè)備的發(fā)展目標(biāo)和變電站自動化的趨向展望

變電站自動化系統(tǒng)和其它工業(yè)自動化領(lǐng)域一樣，正沿著“分布化、智能化、集成化、可視化和協(xié)調(diào)化”的方向發(fā)展。這就給智能電子設(shè)備提出了更高的目標(biāo)，這主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)摘要：

1）、可互操作性摘要：當(dāng)前和將來都可以和任意一個生產(chǎn)廠家的IED進(jìn)行通信。

2）、即插即用摘要：所有連在LAN上的設(shè)備將由系統(tǒng)自動識別。

3）、可靠性/平安/可信性摘要：這是基本的繼電保護(hù)特性，目的是使整個系統(tǒng)達(dá)到同一水平。

4）、開放性摘要：提供一個變電站自動化系統(tǒng)的平臺。

5）、冗余度；任何單一的部件故障不會影響整體系統(tǒng)性能。

6）、智能化摘要：提供一個人工智能的應(yīng)用平臺；通過這個功能實(shí)現(xiàn)故障分析、選擇性的數(shù)據(jù)和電力系統(tǒng)配合。

7）、自動化摘要：通過嵌入算法軟件或按用戶定義的控制順序提供未來的自動控制功能。對于繼電保護(hù)設(shè)備，可通過用戶自定義的計算方法和動作次序支持未來的自適應(yīng)繼電保護(hù)功能。

8）、靈活性/可擴(kuò)充性摘要：對于當(dāng)前的硬、軟件系統(tǒng)設(shè)計要考慮到將來的擴(kuò)充，應(yīng)當(dāng)易于修改。

智能電子設(shè)備的采用，將徹底改變常規(guī)繼電保護(hù)、自動裝置及測量儀表等的單一功能結(jié)構(gòu)，變?yōu)榘ɡ^電保護(hù)、過程自動化、錄波、計量、測控等多功能智能化設(shè)備的變電站自動化系統(tǒng)。由于現(xiàn)場設(shè)備的高智能、多功能，使得主控系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)得以分散，實(shí)現(xiàn)了徹底的分散控制保護(hù)及自動化，由此可極大提高控制、保護(hù)、自動化系統(tǒng)的可靠性、自治性、靈活性。

由分布式的智能設(shè)備構(gòu)成的變電站自動化系統(tǒng)帶來的另一個好處是可以取消常規(guī)變電站所使用的控制屏、中心信號屏等集中控制設(shè)備。對于35kV及以下的電壓等級的現(xiàn)場智能設(shè)備可以集合安裝于開關(guān)柜上；對于110kV及以上電壓等級的現(xiàn)場智能設(shè)備可以按各個控制對象即變電站內(nèi)一次電氣設(shè)備元件按單元安裝在各電壓等級的開關(guān)場地內(nèi)或“保護(hù)小間”?，F(xiàn)代技術(shù)已解決了電磁干擾、振動、溫度、灰塵等對IED的影響，只需用計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)把它們聯(lián)起來再和變電站層的主系統(tǒng)連接，這樣做可大量減少控制信號電纜，也減少了組屏建筑面積。

智能電子設(shè)備的采用還使得變電站

一、二次設(shè)備結(jié)合成為現(xiàn)實(shí)。假如把現(xiàn)場智能設(shè)備的控制保護(hù)的一次設(shè)備對象的CT、PT，開關(guān)、刀閘等的操作機(jī)構(gòu)箱、主變壓器等設(shè)備也采用網(wǎng)絡(luò)通信方式相連，就可以取消控制信號電纜，僅僅保留開關(guān)操作機(jī)構(gòu)跳、合閘所需的高壓交、直流電源的動力電纜，從而可以使現(xiàn)場智能設(shè)備采用低壓電源，提高了設(shè)備的抗干擾能力；另外通信網(wǎng)還可以將設(shè)備豐富的信息及數(shù)據(jù)上傳，便于事故分析和狀態(tài)監(jiān)視，還可構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)式的防誤閉鎖和平安保障系統(tǒng)，從而提高整個分布式變電站自動化系統(tǒng)的可靠性、先進(jìn)性和優(yōu)越性。