面向工程應用的繼電保護裝置選配功能設計

董 貝，薛 鐘，丁 毅

(1.國電南京自動化股份有限公司,江蘇 南京 210003;2.國電南京電網自動化有限公司，江蘇 南京 211153)

0 引 言

為了規范和簡化電力系統二次回路的設計，國家電網公司在廣泛調研和討論的基礎上，相繼推出了一系列繼電保護裝置規范，從保護功能、二次回路、外在特性等方面規定了繼電保護裝置的設計標準。

由于電力系統自身的復雜性和特殊性，不同地區用戶對繼電保護的需求也不相同[1-3]。因此，在規范中提出了將非共性的保護功能定義為選配功能。以線路保護為例，包括K(3/2斷路器接線)、L(過流過負荷功能)、P(三相不一致保護)等選配碼，由用戶根據需要靈活選擇。

在工程現場中會出現多個選配功能的組合，如果二次設備生產廠家依據每個變電站特殊需求，定制化的研發繼電保護產品，需要將所有不同選配進行組合開發，同時需要對各種配置進行管理，嚴重增加了研發和配置工作量，同時很難實現現場的快速響應[4-6]。為了有效地解決地區化差異帶來的產品多樣化和工作復雜度，依據國家電網的標準化設計規范中的選配功能劃分，本文提出了一種基于選配功能的繼電保護裝置設計思路和實現方式[7-10]。在本方案中，繼電保護裝置軟硬件功能在設備出廠前完成初始選配，然后根據工程需要進行定制化選配，自動生成所選擇功能的軟硬件資源和保護邏輯，選配后的定值清單、壓板等與所選功能對應。

1 整體方案設計

1.1 功能定義

根據國網標準化定義，結合繼電保護裝置的開發模式，本文將繼電保護裝置按照功能分為硬件基礎功能、必選保護功能和可選保護功能，并根據這三種類別分配選配碼。

(1)硬件基礎功能：硬件基礎功能指繼電保護裝置特定類型的硬件。硬件基礎功能選配碼是為特定的硬件類型分配的選配碼，該選配碼唯一，且僅用于標識相應的硬件功能，例如在線路保護中，選配碼C代表2M雙光纖串補線路，選配碼A代表2M雙光纖通道等。標準為不同裝置的不同硬件分配了不同的選配碼。繼電保護裝置的硬件功能由所選擇的硬件自身決定，并且在出廠前固化在裝置的資源中，再根據工程需求，通過本文提供的選配系統對功能選配碼進行選配，實現對硬件基礎功能的配置。

(2)必選保護功能：必選保護功能是某種繼電保護裝置必須具備的功能。如線路保護中的縱聯距離保護和重合閘保護等。該保護功能在二次設備廠家生產時根據設備功能固定在保護裝置中。由于工程現場個性化需求，例如線路保護的通道接入方式變化等，會引起必選保護功能的變化，因此，必選保護功能由系統根據裝置配置的硬件基礎功能自動選擇。

(3)可選保護功能: 可選保護功能是指根據現場情況可以進行選配的保護功能，供用戶對裝置已經配置的所有可選保護功能進行二次選擇。例如線路保護中的零序反時限過流保護、三相不一致保護和3/2斷路器接線等。每種可選保護功能用選配碼來表示其唯一性。可選保護功能在出廠前配置在繼電保護裝置中，供用戶根據現場進行選配。選配操作后，裝置具備現場工程要求的保護功能。同時裝置的定值清單、軟壓板和虛端子等與所選功能對應，未選配的保護功能的軟件資源信息對用戶不可見，且未選配的保護功能將不投入。

1.2 選配整體流程

面向工程應用的繼電保護裝置選配方案，主要包括以下四個步驟。(1)配置包含國網標準化規范要求的所有硬件基礎功能，并為每個硬件基礎功能配置相應的選配碼。(2)配置每個硬件基礎功能上能夠支持的所有必選保護功能，同時配置每個硬件基礎功能上能夠支持的所有可選保護功能，并為之配置選配碼。(3)根據不同的需求對硬件基礎功能進行選配、在硬件選擇之后，對此硬件支持的可選保護功能進行選配，必選保護功能不用選配，由硬件決定。整體選配流程如圖1所示。

圖1 裝置選配流程

2 硬件基礎功能選配

硬件基礎功能選配是針對繼電保護裝置的硬件通過本文提供的可視化系統對最大化的裝置資源配置文件進行選配的過程。根據標準規范和裝置類型開發一份最大化的包含所有硬件基礎功能的裝置資源配置文件，同時還包括可以具備的必選保護功能和可選保護功能。裝置的硬件是保護功能的載體，硬件的選擇決定了裝置能夠具備的保護功能。因此硬件基礎功能的選配是必選保護功能選配和可選保護功能選配的先決條件，它的選擇和配置決定保護功能的選配范圍和能力。

硬件基礎功能的選配包括以下三個步驟：①使用本選配系統為繼電保護裝置配置最大化的繼電保護裝置資源配置，包含所有功能。②為每種硬件基礎功能配置符合國網規范的唯一選配碼，例如線路保護中，2M雙光纖通道功能的選配碼為A。③根據現場實際情況，從所有的硬件基礎功能選擇符合條件的硬件基礎功能，并使之選配。裝置根據選擇的硬件功能配置相應的硬件板卡，組成相應的硬件。以線路保護為例，硬件基礎功能選配流程如圖2所示。

圖2 硬件基礎功能選配流程

3 保護功能選配

3.1 必選保護功能選配

必選保護功能是指繼電保護裝置(例如線路保護、變壓器保護、母差保護等)在選擇了硬件基礎功能后，在此硬件上必有的保護功能。因為必選保護功能作為保護裝置必須具備的基本功能，本系統自動為必選保護功能進行選配，生成適應本裝置類型和所選擇的硬件基礎功能的保護功能。

該功能選配包括以下四個步驟：①根據最大化的硬件基礎功能和裝置類型，開發最大化必選保護功能，覆蓋該保護類型的所有必選保護功能。②通過本文提供的可視化選配系統，對硬件基礎功能進行選配。③完成硬件基礎功能選配后，系統根據硬件信息自動為必選保護功能進行選配,生成裝置側資源。④選配的保護功能的資源包括定值清單、控制字和保護軟壓板等對用戶可見，選配的保護邏輯正常執行。未選配的保護功能對應的軟件資源設置為隱藏，對用戶不可見，未選配保護功能的保護邏輯不執行。以線路保護為例，必選保護功能選配流程如圖3所示。

圖3 必選軟件選配流程

3.2 可選保護功能選配

可選保護功能是由裝置功能型號、硬件基礎功能決定的需要現場選配的繼電保護裝置的保護功能，如線路保護中零序反時限過流保護功能和三相不一致保護功能等。

該功能選配過程包括以下五個步驟：①根據最大化的硬件基礎功能，開發的最大化可選保護功能。②通過本文提供的可視化選配系統，對硬件基礎功能進行選配。③硬件基礎功能選配完成后，系統根據硬件信息自動為必選保護功能進行選配。④根據現場需求，對可選保護功能進行選配。⑤選配的可選保護功能對應的軟件資源包括定值清單、控制字和保護功能軟壓板等對用戶可見，選配的保護功能的保護邏輯正常執行。未選配的可選保護功能對應的軟件資源設置對用戶不可見,保護邏輯不執行。以線路保護為例，可選保護功能選配流程如圖4所示。

圖4 可選軟件選配流程

4 工程應用

本文提出的繼電保護裝置選配系統已經在多個工程現場投入使用，并取得了良好的實踐效果。

以線路縱聯距離保護裝置為例，配置最大化的線路縱聯距離保護裝置所需的硬件基礎功能、必選保護功能和可選保護功能。

根據現場情況，硬件基礎功能中的光纖通道、2M雙光纖通道和接點方式不會同時存在，利用本文提供的選配系統和實際情況對硬件功能進行配置。可選保護功能中的保護功能也會根據現場需求選配，同樣利用本文提供的選配系統針對可選保護功能進行選配。最終生成符合現場需求的軟硬件資源配置，下載入線路保護裝置生效。選配后的線路保護裝置如表1所示。

5 結 論

本文通過分析國網公司的標準化規范，提出了一種繼電保護裝置的軟硬件功能選配系統，通過選配的方式滿足現場工程需求，無需重復開發和配置裝置以完成工程化定制。該方法的應用將有效提高繼電保護裝置的開發效率、提高裝置的復用性，減輕保護裝置的測試工作，減少保護裝置的配置工作， 通過此方法提升了繼電保護裝置的穩定性和可靠性，縮短了裝置的開發周期，能夠更加快速響應客戶需求，大大提高了產品競爭力。

表1 選配后線路縱聯距離保護裝置