智能型繼電保護試驗電源屏的研制

陳昌黎，石鑫

(國網咸寧供電公司，湖北咸寧437100)

智能變電站作為統一堅強智能電網的重要基礎和節點支撐，是必不可少的建設內容。更新的站所設施也需要更好的實驗裝備。新型智能型繼電保護試驗屏，不僅能給現場繼電保護及其它試驗工作提供穩定、方便的交、直流試驗電源，更能提高各種試驗工作的質量，保障人身、設備安全。結合咸寧供電公司實際情況，編寫智能型繼電保護試驗屏的運行維護相關規程規范，在公司范圍內推廣智能型繼電保護試驗屏的應用，提高智能型繼電保護試驗電源屏的可用率。

一、繼電保護試驗電源屏的現狀

繼電保護試驗電源屏是為現場繼電保護工作及其它試驗工作提供了穩定、方便的交、直流試驗電源，為提高各種試驗工作的質量，保障人身、設備安全而設置的設備。

目前電網中運行的繼電保護試驗電源屏普遍采用通過三相調壓、升流再經橋式整流和LC電感電容濾波的模式，存在無穩壓和穩流功能、直流輸出不定、不易調節、紋波系數較大等問題。有些仍為指針型表計，精度低、讀數難。有時甚至發生由于交流以及直流輸出沒有嚴格區分而引起的交流串入直流，導致保護和開關誤動作的事故，嚴重威脅到電網的安全運行。

繼電保護技術的發展迅速，而試驗電源屏卻無較大改進和創新，已經不能滿足現場保護設備的試驗需要，成為閑置設備。從生產實際出發，迫切需要開發輸出更穩定，功能更齊全的繼電保護試驗電源屏。

二、智能變電站試驗電源屏概況

當前智能電網快速發展，智能變電站大量采用數字式智能設備，光纖傳輸的光數字量接入各種裝置，取代了傳統的二次模擬量。故必須提供各種光纖數字量的信號源方可對保護、測控等裝置進行試驗。迫切需要對智能站試驗電源屏進行研究，根據新要求重新設計試驗電源屏的功能，開發出切實好用的智能站和常規站通用型試驗電源屏。

智能型繼電保護試驗屏，需要給現場繼電保護及其它試驗工作提供穩定、方便的交、直流試驗電源及各試驗信號源，且兼備傳統和智能變電站保護設備的試驗需求，提供方便實用的試驗方法和手段，并確保各種試驗工作的質量、保障人身、設備安全。

三、新型試驗電源屏的設計思路

1．新型試驗電源屏的設計基本原則

首先，要擺脫傳統試驗電源屏的框架，進行全新設計。其次，根據現場試驗的要求進行需求分析，制定功能框架。再次，按照滿足傳統變電站和智能變電站的大部分測試功能需求設計。最后，充分了解現場試驗人員的需求，盡量滿足現場試驗的實用性要求，設計人性化、方便好用，克服老式試驗電源屏脫離實際，實用性程度低，較為閑置的問題。

2．新型試驗電源屏的要求和技術特點

新型試驗電源屏基本設計要求如下:

(1)可提供穩流型直流電源，穩流調節范圍0～10A，其最大輸出電壓可達0～260V。該電源可作為臨時對蓄電池組充電的小容量充電機使用，可進行恒流、恒壓充電。

(2)可提供一相穩壓型正弦波交流電源。該電源不受變電站站用交流約束，由站用直流通過逆變產生交流電源。

(3)可提供一組由程序控制的任意調節的三相交直流型電壓電流信號源。對常規變電站的各種保護、測控設備進行測試。

(4)可裝設一套模擬試驗器，輸出多路光纖接口，模擬輸出智能變電站IEC61850和IEC60044標準的數字信號，對智能變電站的各種保護、測控設備進行測試。

(5)各種輸出電源和信號源采用模塊式結構設計。各模塊有獨立人機操作界面，并有網絡通信接口，具有與系統聯網能力。

(6)各模塊設計為屏上安裝式。各模塊均可從屏上取下，方便于現場實際應用。

3．新型試驗電源屏的總體結構方案

試驗電源屏采用模塊式結構，各模塊提供一或二種電源或信號源。各模塊相互獨立，各自集成在一個機箱內，共4個機箱安裝在屏上。這種結構設計獨立，便于維護，可靠性高，很適合電子式設備的安裝結構。

如圖1，共有四個模塊組成:直流穩壓穩流電源模塊，交流正弦波電源模塊，三相電壓電流程控可調試驗信號源模塊，數字保護用IEC標準信號源模塊。

圖1智能試驗電源屏總體模塊結構圖

四、新型試驗電源屏的技術原理與各模塊方案

1．直流穩壓穩流電源的設計方案

本模塊用于輸出一路DC0～260V功率電源，主要用于對變電站各種設備的直流供電電源的適應性試驗，也用于臨時對蓄電池組進行充電。本電源的核心電源裝置是采用先進控制技術的PWM開關電源，該電源委托專業開關電源廠家進行設計生產，其性能卓越，紋波小，穩壓、穩流特性好。直流穩壓穩流電源模塊的原理框圖如圖2:

圖2直流穩壓穩流電源原理圖

2．單相交流正弦波電源模塊技術設計

本模塊提供一路AC220V功率電源，主要用于站用交流失電情況下提供應急供電。本模塊設計應采用站用交流和蓄電池直流電源雙輸入供電的方式。既接入站用交流電源，也接入蓄電池直流電源，當站用交流存在時直接接至該交流供電，站用失電時自動切換至逆變交流輸出。該切換采用無縫切換技術，確保所帶負載設備不出現掉電和導致數據丟失。正弦波逆變電源的原理圖如圖3:

圖3交流正弦波逆變電源原理圖

3．三相電壓電流程控可調試驗信號源技術設計

三相電壓電流信號源借用常規型繼電保護測試儀的技術原理進行設計，共三相電壓、三相電流輸出。各相電壓電流模擬二次回路電壓和電流，模擬系統出現故障時各相電流電壓的變化情況，輸出至保護裝置進行試驗。硬件電路原理框圖如圖4:

圖4三相電壓電流信號源原理圖

該模塊的軟件參照傳統三相繼保儀的功能進行設計，在Windows平臺上進行設計。軟件需完整控制四相電壓三相電流的所有瞬時變化，模擬系統各種故障情況下電壓電流的變化，提供各種所需要的信號源。

4．數字保護用IEC標準信號源模塊技術設計

光纖數字量信號源借用數字式繼電保護測試儀的技術原理進行設計，設計4路光纖以太網輸出口，用于輸出IEC61850－9－1、－9－2標準的數字報文并接收 GOOSE數字報文;設計4路光纖輸出串口輸出IEC60044(FT3或FT3LTE)標準的數字報文;1路光纖輸入串口接收IEC60044(FT3或FT3LTE)報文;另外設計1路B碼對時接口和1路秒脈沖對時接口，內置一路GPS接收口。

該模塊的軟件參照數字式繼保儀的軟件功能進行設計，在Windows平臺上進行設計。軟件除需完整控制各光口輸出各種IEC標準報文外，還需將本變電站的ICD文件保存在電腦中，需要測試時讀取ICD文件對個保護裝置進行自動配置，盡量減少現場測試的復雜性，減少不確定因素。

由于本模塊可以輸出多種標準規范的報文，故本模塊的測試范圍將不僅對保護進行測試，也可以對合并單元、智能開關等進行測試，測試范圍將可以得到進行擴充。

五、總結及展望

1．小結

新型智能試驗電源屏在我公司文筆山變電站試驗投運以來，針對變電站的試驗需要做了多種試驗，實踐證明了本電源屏的使用方便性。本裝置的優點:

(1)裝置針對常規變電站和智能站都提供了各種類型的試驗信號源，相當程度滿足了現場的多種試驗需求。

(2)各種信號的質量標準比較高，大大超過了傳統試驗電源屏電源性能標準。可以滿足大部分試驗的電源和信號源需要。給現場試驗提供了很大的方便性。

(3)完全擺脫了老式試驗電源屏不受試驗人員歡迎，經常閑置的現狀。是對老式試驗電源屏的突破性的技術進步。

2．進一步改進設想

由于本智能試驗電源屏目前還僅在文筆變電站一個站使用，目前積累的經驗還非常少，還需進行大量的現場使用試驗，也還需要在更多變電站試驗運行，以積累大量使用經驗，以進行進一步改進完善，使其更加合理和好用。這是目前本項目下一步必須開展的工作。

［1］馮軍．智能變電站原理及測試技術［M］．北京:中國電力出版社，2011．

［2］國家電網公司．國家電網公司企業標準(Q/GDW441－2010):智能變電站繼電保護技術規范［M］．北京:中國電力出版社，2010．

［3］裘永衛，趙任元，張蘭香．PDY－1繼電保護試驗電源屏［Z］．國家科技成果．

［4］周守智，劉金平，張俊貞，等．LBD－PGY型繼電保護試驗電源屏［Z］．國家科技成果．