变电站自动化保护的优化设计思路(1)

２００８年第６期总第８７期

变电站自动化保护的优化设计思路

华聚能源输配电公司

郭永超刘

伟

各地有不少变电站自动化系统投入运行。作为变电站自摘要变电站自动化技术近年来发展迅速，

动化系统重要环节的微机保护也取得了迅猛发展。微机保护在与变电站自动化系统中其他二次设备之间进行配置和管理方面，仍有较大进行优化设计的空间。

关键字变电站微机保护优化设计

目前微机保护装置在动作速度、动作正确率及运行可靠性和易用性等方面取得了令人瞩目的成绩，传统的模拟式保护已与之不可同日而语，但在充分发挥微机的特点和优势等方面仍有较大发展潜力，在实现继电保护功能的同时兼具其他功能（如控制、测量、通信等功能）来构成微机综合保护装置方面、在与变电站自动化系统中其他二次设备之间进行配置和管理方面，仍有较大进行优化设计的空间。本文根据国内外变电所站自动化中微机综合保护的现状，用优化设计思路论述其系统构成和功能配置，提出其优化设计若干设想。

１采用面向对象的分布式设计思想

微机保护的基本要求是①保护功能应相对独立。②信息共享。

早期的变电站由于计算机硬件水平的限制，保护功能与远动功能等分别单独集中实现，基本上按信息类型（即按专业）划分功能单元。随着过程控制体系结构的发展以及计算机通信技术的进步，在变电站内采用面向对象的分布式结构组成现场保护控制系统，越来越显示出其强大的生命力。

所谓面向对象的分布式结构，是将现场级单元按一次设备和二次保护设备对应配置原则，一个一次设备间隔对应一个二次保护监控单元，保护就地下放，减少了ＣＴ负担，大大节省二次电缆、二次回路负载将进一步减轻，控制室面积进一步缩小，使系统组态和操作更为方便，提高了系统排除故障及调整操作的速度。同时各保护单元通过总线连至站控级设备，利用保护工程师站承上启下，使现场维护过程概念清晰、责任明确。

２继电保护的模块化设计

2．1模块确定的原则

2．1．1分解模块以功能为核心

模块是以通用部件（模块）组合的一种产品构成模式。模块是具有确定功能的独立单元，功能是构成模块的依据，也是系统分解的基础。模块分解应呈现层次性。如：

（１）基本模块（如电源插件等）。以插件为单元的功能部件，是具有特定功能的独立单元。

（２）插箱级模块。由插件模块组成具有独立综合功能的插箱组成。

（３）产品级模块。可由插箱级模块组成，具有多种保护控制、测量功能的柜屏。2．1．2模块应典型化

把各种保护装置间许多相似功能的要求，经过简化、统一，归并成为一种或几种典型的功能单元，然后把这些典型的功能单元从产品中分离出来，使之成为在功能、参数和接口方面能

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通用于多种产品系统的具有特定功能的独立单元。这种典型化

的意义在于消除模块在功能上的不必要的重复和多样性。2．2硬件的模块化

硬件的模块化从基本模块做起，在将系统分解为模块时，模块的内聚度应最大，而把分解点选在接口最少、最弱的部位，这样可简化接口结构，使系统易于分解，又易于组合基本模块设计为插件式，不同保护间可通用硬件，这样，缩短了开发周期，保证了生产、调试、维护的方便。主要插件有：电源插件、

交流插件、ＣＰＵ插件、开入开出插件等。硬件的不同基本模块组合可构成插箱级模块，不同插箱级模块组合可构成产品级模块。

2．3软件的模块化

同硬件一样，各处理模块的软件也采用模块化结构，在整体上软件模块与硬件模块配套设置，要充分发挥软件开发和

复制率高、

灵活、一致性好和可靠性高的优点，通过软件派生新的产品，即硬件相同通过软件派生出新的品种或满足用户的特殊要求。同时，软件的模块化也有利于缩短软件的开发周期。对于保护共用的主程序、中断采样程序、人机接口程序、启动中断程序通信程序以及ＧＰＳ同步里程序等模块，可使保护装置灵活复制利用。

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通信技术

3．1

通信系统配置原则

变电站通信系统的结构配置，应按照分布式系统的设计原则，尽量将计算处理能力安排到信息源点，就近进行采集与处理，就近控制，只有参与协调控制的必要的信息才进行相互间的传递，以提高系统运行效率，减少系统对通信的依赖性，提高整体系统的可靠性。3．2通信方式选择

变电站内局域网的网络拓扑结构主要采用星形和总线型连接方式。

星形通信方式以上位监控机为中心点，以发散的方式分别通过通信线缆与分散于每一个开关柜上的控制Ｉ／Ｏ设备和保护设备连接。其介质一般选用光纤，因此具有光通信的自然隔离、高抗干扰性、高安全性的特点，适合在变电站这种恶劣环境下使用，且各Ｉ／Ｏ单元及保护单元都与站级计算机独立通信，独占通信线路，可维护性好。因此，目前有不少变电站自动化系统选用星型通信系统方案。但是，星型连接所需铺设的电缆总长度要比其它结构的多，尤其是站级计算机接线较多时，施工复杂；各Ｉ／Ｏ单元及保护设备之间的横向通信必须通过站级计算机进行，复杂且效率不高；当采用光纤通信技术时，因为光纤本身难以实现Ｔ形连接，不能实现总线结构，除非采用

２００８年第６期总第８７期

EDGE 技术的测试和研究

中国移动通信集团山东有限公司

王芳

曹晶

并对ＥＤＧＥ技术的现网测试进行了说明，对于ＥＤＧＥ技术的摘要本文对ＥＤＧＥ技术进行了介绍，

功能特点及现网应用的模型、频率规划、性能统计指标进行了研究和探讨。

关键词ＥＤＧＥ无线协议频率规划现网测试

ＥＤＧＥ全称ＥｎｈａｎｃｅｄＤａｔａＲａｔｅｓｆｏｒＧＳＭＥｖｏｌｕｔｉｏｎ，是一种能够高速传输数据的无线通信技术（通常称为２．７５代）。ＥＤＧＥ从ＧＰＲＳ（ＧｅｎｅｒａｌＰａｃｋｅｔＲａｄｉｏＳｅｒｖｉｃｅ）网络演进而来，但与原ＧＰＲＳ网络有不同，是一种有效提高ＧＰＲＳ信道编码效率的高速移动数据标准，提供最高４５０ｋｂｉｔ／ｓ的数据传输速率，可以在ＣＳ３／４基础上进一步提高ＧＰＲＳ网络的数据承载能力，满足无线多媒体应用的带宽需求。ＥＤＧＥ采用ＴＤＭＡ技术，其帧结构与ＧＳＭ相同，每一载波带宽２００ｋＨｚ。它采用ＧＭＳＫ和８－ＰＳＫ调制，使每时隙最高吞吐量可以达到５９．２ｋｂｉｔ／ｓ，如集中８个时隙，数据传输率可达到４５０ｋｂｉｔ／ｓ，从而提供完善的无线数据服务。ＥＤＧＥ是对现有网络的增强，其更强调利用现有的

为支持ＥＤＧＥ，需要网络构架和资源，需要系统和终端的支持。

在构成ＧＰＲＳ网络的ＢＳＣ、ＰＣＵ、ＢＴＳ进行重新开发。

目前，ＥＤＧＥ主要在北美一些没有３Ｇ执照的新ＧＳＭ运营商（Ｃｉｎｇｕｌａｒ、Ｒｏｇｅｒｓ、ＡＴ＆Ｔ等）进行部署。但随着３Ｇ业务在许多市场被延迟，ＧＳＭ主流运营商开始对ＥＤＧＥ是否能够作为一个费用相对较低的现网升级方案并和ＵＭＴＳ互补进行研究。

１

１．１

ＥＤＧＥ技术的特点

技术标准

从技术上讲，ＥＤＧＥ主要是对无线接口的演进。但从更普遍的意义上讲，它也可以看成是基于ＧＳＭ／ＧＰＲＳ标准的增强型数据业务系统。

ＥＤＧＥ的目的是在现有蜂窝系统中提供更高的数据比特率。为了提高总的比特率，引入了多电平调制方式－－８－ＰＳＫ调它能提供更高的比特率和频谱效率，而现有的ＧＳＭ系统中制。

使用的ＧＭＳＫ的调制方式也是ＥＤＧＥ的调制方式的一部分。两种调制方式的符号率都是２７１ｋｂｉｔ／ｓ，因此，每时隙的总比特

。在实际应率分别为２２．８ｋｂｉｔ／ｓ（ＧＭＳＫ）和６９．２ｋｂｉｔ／ｓ（８－ＰＳＫ）

用中，８－ＰＳＫ调制用于用户的数据信道，ＧＭＳＫ调制可以用于ＧＰＲＳ的２００ｋＨｚ载波上的所有信道。１．２无线协议的设计

ＥＤＧＥ无线协议设计的策略是尽可能地利用ＧＳＭ／ＧＰＲＳ

由于它需要支持的现有协议，以减少对新协议的需要。然而，

更高的比特率，为了优化性能。必须对现有无线协议进行必要的修改。ＥＤＧＥ包括一个分组模式ＥＧＰＲＳ和一个电路交换模式ＥＣＳＤ。目前ＥＤＧＥ主要实现的是分组模式ＥＧＰＲＳ。

由于比特率更高，并且采用了使纠错编码与信道质量相适应的自适应编码方式，ＥＤＧＥ的无线链路控制（ＲＬＣ）协议与ＧＰＲＳ的有些不同，其主要改进了链路质量控制方式。由于信道质量是时变的，为了增强链路的强健性，有必要进行链路质合能力，减少了改变定值的出错率。

主要的内容有：（１）记录保护装置自身工作信息：如产生某一自检或是动作结果时的实际程序走向，保护动作时执行的定值区号，各保护功能动作点的数据等。

（２）外部输入信息记录，从中应能看出各个外部信息何时持续多长时间、中间是否有间断等。输入、（３）利用ＧＰＳ统一同步时钟。

光纤环网技术。因此，必须用到有源的光电转换设备，势必造

成通信系统的可靠性受制于各连接点的可靠性。所以，建议在选用星型通信系统方案时需慎重考虑。

４扩展定值存储能力

在电力系统中，电网的运行方式是经常发生改变，为了满

灵活性、速动足不同运行方式下继电保护装置动作的可靠性、

性的选择性，就要求保护在不同运行方式下执行不同的整定值，如果采取在运行方式改变时，现场临时输入新定值的方法，将带来诸多不便，主要体现在：

（１）复杂的定值需要继电保护维护人员前往变电站现场进行更改，增加了维护量；

（２）系统更改定值的时间长，不利于系统运行安全，特别是事故处理期间方式的改变需要定值更改时；

（３）简单定值由操作人员更改，容易出错。所以，对于微机保护装置，应能预选制定出多种最常用、最重要的运行方式，以此制定出相应的电网保护定值整定方案，并就这些方案对应的值存储在保护的多个定值区内，当运行方式改变时，由操作人员通过调整现场保护装置的定值区区号，来实现继电保护的定值改变。这样既快又准，又解决了现场重新输入定值的不便。提高了各种运行方式下保护的配

５结束语

变电站自动化研究的现状与发展，要求构成自动化的微

更强机综合保护即能可靠独立运行，又能扩展为更大的系统、

的功能，因此必须加强微机保护的标准化设计。

由于科学技术的高速发展，新产品的研制、开发周期越来越短。所以，在新产品的开发构成中应综合考虑产品的可靠性、先进性及经济性，采用新思想、新原理、新技术开发出可靠性高、功能强大的新型微机保护。可以预测，随着我国电力工业的发展及电子技术、工业自动化信息工程等相关产业的技术进步，人机界面更好，运行更加安全可靠的新一代微机保护装置将获得迅猛发展。

（收稿日期：２００８－７－３）

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