集中式保护装置

集中式保护装置（精选10篇）

集中式保护装置 篇1

智能变电站由于设备方面的智能化、网络化,从而减少了对电缆方面的应用,变电站内装置主要分成三个层次网络,在系统装置方面、性能、交换机等方面性能不变的前提下,变电站系统结构以及设备应该有所简洁化,增加工作的可能性,变电站技术的主要发展方向包括:网络的简洁化和集成化,根据这种情况,设计人员成功设计出集中式保护装置。集中式保护装置主要包括多个单元,并具有分散保护和集中信息等功能。

我国很早便对集中式保护装置进行相关研究。根据相关研究发现,变电站中集中式保护装置的应用具有以下几个难点:①集中保护装置需要采集的数据较多,这对集中保护装置的要求也变得较高。②装置需要接受的保护装置信息较多,如何对信息进行及时的处理非常重要,这对保护装置的程序设计要求也比较高。下文主要对变电站的系统结构、智能变电站集中式保护装置的设计方案等方面进行分析。

1 智能变电站的系统构成

智能变电站的系统构成定义如下:采用先进、可靠、环保的智能设备,实现全站信息化和平台网络化等方面的发展,并实现信息共享方面的需求。此外,智能变电站也能完成相应的采集、测量和控制等方面的工作,并能够根据电网的需求完成自动调节、决策分析等方面的工作。

此外,智能变电站还能够实现双网保护的作用,详细情况如下显示:

1.1 间隔层

间隔层主要指一般的保护装置和监控装置。其中间隔数据与其他数据有着非常重要的联系,通过间隔层,能够实现光纤与过程层之间的有效通讯。

1.2 站控层

该层主要包括,自动化系统以及站域系统。该层主要可以实现全站设备的测量以及控制,从而完成数据的采集和监控。此外,该层还能够对相量、电能量方面进行及时的同步操作,从而有效实现信息管理。

1.3 过程层

除了间隔层之外,过程层的作用也非常重要,它主要通过合并单元、智能终端等组成,从而有效完成变电站的电能分配、转换工作。此外,过程层还具有相应的控制、计量和检测功能。

2 集中式保护装置

2.1 整体结构方面的保护

智能变电站的集中设置必须要遵循IEC61850标准进行,主要分成上述三个网络层进行工作:变电站、间隔层和过程层。其中集中式保护装置主要处于间隔层当中,在工作的过程中需要与其他网络层之间的进行数据交换,同时也要进行过程设备等方面的数据交换。因此,在工作的过程中需要对站控层和过程层进行连接,过程层网络主要将合并单元与智能终端进行连接,并将间隔的信息发送到后台当中,因此处理的信息量也有所增加,这就要求设计技巧也相应提高。

举个例子,某集中式保护装置为了能够更好地提高软件设计,提高软件的性能,设计人员主要采用高性能的CPU模块,并选择超低压技术的Pentium M进行工作,处理器能集成256M字节的内存芯片,并在全双的环境下进行工作,该集中式保护测控装置的结构如图1所显示。

从图1可以看出,该设计的集中式保护装置有5个网口,从而能有效实现站控层与过程层之间的通讯。过程层的网口除了可以进行网络连接,也可以作为备用AB网连用。

2.2 集中式保护装置在软件设计方案方面的分析

软件设计方案方面很大一部分在于对通信模块方面的设计,其中最重要的是间隔层方面的设备设计。设计人员要在通信板块中实现TCP/IP、M MS、XML等技术,因此必须要采用新的软件设计方法,避免使用传统软件设计方法导致开发难度较大,软件可靠性较低等现象出现。

随着新技术的发展,嵌入式软件的开发,嵌入式操作系统已经广泛应用到集中式保护装置当中,这对于智能化变电站的发展与应用非常重要。该系统具有非常高的安全性和稳定性,从而提高操作系统的工作效率。

目前嵌入式操作系统中,最有名的莫过于美国风河公司设计的vxworks系统。该系统具有实时性高、设计范围广等方面的优点,并具有较高的保护性能。该系统的开发主要分两部分进行:①板级支持包。它是通过硬件的驱动层,并对系统提供的标准接口进行访问。②硬件层,通过访问硬件驱动,硬件层能够更好地对软件开发进行隔离,从而能脱离硬件束缚,并进行程序的开发应用,增加程序开发的简易性。

集中式保护装置需要包括多个保护装置功能,按照功能分类,可以将程序分成不同的程序板块,其中包括:测量计算、测控计算、逻辑判断、系统数据库等方面的管理、遥控灯方面的管理,其结构主要如图2所显示。

从图2可以发现,系统数据结构图和管理储存对系统数据有着非常重要的作用,每一个模块可以从系统板块当中采集相关数据,并将数据导入系统结构当中,实现板块之间的通讯,增加系统运作的稳定性。

3 智能变电站中集中式保护装置二次设备设计

由于智能变电站中,计算机技术、网络技术等继电保护装置具有自检功能,从而为集中式保护装置二次设备的实现提供了良好的基础。二次监测不同于上述的一次监测,下面进行详细介绍:

3.1 数字化保护装置监测

数字化保护装置主要是以光纤作为信号媒介,并通过光纤将相关信息传输,从而实现继电保护状态监测。目前智能变电站需要监测的对象包括以下几点:①装置电流,电压状态。②装置遥控、通信、通道状态。③装置逆变电源状态。④装置本身的自检,装置的重启次数等。

由于使用数字化保护监控装置进行检测具有全面、可靠等方面的优势,与其他变电站相比,智能变电站的优势较为明显。数字化保护装置检测较为容易发现,由于电子互感器的应用,让数字采样方面的检测变得更加容易。此外,数字化智能开关等方面的应用,让软件编程变得更加智能化,从而有效解决继电状态检测中变电站无法对操作回路实现在线检测等方面的问题。

3.2 集中式数字化保护装置的状态检测工作

集中式数字化保护装置能够实现减少变电站的检测对象,对状态检测方面也具有较高的简便性。

此外,集中式保护主要采用双套保护装置,因此在检测的过程中可以对双套保护装置的采样值进行比较,当比较值超过规定范围的时候,双套保护中的其中一方则会出现异常情况,从而实现及时的监视作用。

双套保护装置为装置之间的保护提供了方便,也成功实现了装置的自检功能。这样的功能不仅有效减少了检测对象,也减少了检修工作人员的工作量和工作压力。举个例子,在使用了间隔配置的保护装置之后,集中式保护装置结构变得更加紧密,从而有效减少电源数量,并减少了电源检测的工作量,让电源检测变得更加方便快捷。

4 工程实例应用分析

关于集中式保护装置变电的应用,下面就工程实例应用进行介绍:

某变电站的集中式保护装置可以对分散测控装置进行集成,最多可以集成32个测控装置左右,并能够应用在110kV变电站当中,详细如图3所显示。

从图3可以看出,变电站中若出现多个间隔的时候,则需要配置多个测控装置,同时还必须要建立相应的电流选线装置。

从图4可以看出,集中式保护装置之间互为备用进行运行,并实现分散保护装置功能。此外,集中式测控装置还能实现小电流接地选线以及自投功能,有效节省了二次设备的投资,并减少了调试的工作量,从而节省了变电站的投资成本。

此外,由于有两台集中式保护装置进行工作,保证了一台集中式保护装置遇上故障的时候,另一台装置能继续运行,以保障智能变电站运行的安全性,比使用一台集中式保护装置能具有可靠性和安全性。

5 结束语

本文主要对智能变电站中的集中式保护装置进行分析,并详细描述了集中式保护装置在软件和硬件方面的设计方案,并对集中式保护测控装置的优势和功能等方面进行描述,阐述了保护装置具有不可比拟的优势。此外,集中式保护装置的应用,能使变电站减少设备投入工作,从而节省了投资成本,提高运行的稳定性与可行性。

随着社会的不断发展,电网规模不断扩大,输电线路变得越来越复杂,集中式保护装置也逐渐增多。因此,对保护装置的数据量、通信、节点数量等方面的检测也有所增加,检修人员的工作量不断加大,要减轻工作人员的工作量和工作压力,就必须要使用集中式保护装置。随着智能变电站技术的不断发展,集中式保护装置以及相关监测技术的出现和应用,能有效解决工作量大以及工作压力大等问题,让工作变得更加方便快捷。

本次研究主要对集中式保护装置的应用进行分析,并结合实例提出几点合理的建议,从而让装置的应用更加合理、科学。

参考文献

[1]彭立渡.集中式保护装置在智能变电站中的应用[J].科技与企业,2012,08(02).

[2]熊剑,刘陈鑫,邓烽.应用于智能变电站的集中式保护测控装置实现方案[J].电力系统自动化专委会学术交流研讨会论文集,2011.

[3]国家电网公司基建部.国家电网公司2011年新建变电站设计补充规定.北京:国家电网公司,2011.

浅析断电保护装置的应用 篇2

【关键词】控制设备；断电保护；经济价值；用电安全

1、引言

在现在生活中，用电设备随处可见，电能为人类提供了方便快捷的生活方式，推动了经济的发展，但电能在方便我们的同时，也存在着一些潜在的危险，所以在日常生活中我们应安全用电，提高防范意识，防止一些不必要的灾害的发生。为了避免一些用电所引发的灾害，工程师们设计出了许多保护措施。当用电设备内部电路短路或者用电功率过大时，自动断电保护装置就会自动断开用电设备的供电回路，使用电设备停止工作，能够防止用电设备进一步的损坏，避免发生二次灾害，造成一些不必要的损失；当用电设备外部电源供电出现故障时，自动断电保护装置也会自动断开用电设备的电源供电，同时根据实际情况可发出预警信号或切换至备用电源，以保证重要设备的不间断运行。

2、断电保护装置的概念

所谓断电保护，是指仪器或者电器在突然断电的情况下保护正在处理的数据不丢失或者功能不损坏的功能；或者指仪器或者电器在运行时出现可能导致损坏或危险的情况时自动切断电源停止运行来保障设备安全的功能。供电系统发生漏电或短路故障时，采用故障信号快速取样与鉴别、断电指令脉冲形成和快速断电执行机构等方法。通过断电执行机构快速切断供电网路的电源或者切断故障点能源供应的一种综合保护措施。它不同于一般的继电保护，也不同于只保护单台电机、电器的一般电气防爆技术，虽与本质安全电路的安全性能相当，但它可用于强电电路。与其它电气安全及防爆技术措施配合使用，可使包括电缆在内的矿井供电系统具有整体防火、防爆安全等。

断电保护装置即是在电路中作接通、分断和承载额定工作电流，并能在线路和电动机发生过载、短路、欠压的情况下进行可靠的保护的装置。

断电保护装置应该满足可靠性、灵敏性和速动性的要求：速动性是指断电保护装置应该尽快切除故障点的能源供应，其目的是提高系统的稳定性，减轻故障设备和线路的损坏程度，缩小故障波及范围；灵敏性是指在设备或者线路的被保护范围内发生故障时，断电保护装置应该具有必要的灵敏系数；可靠性是指断电保护装置在保护范围内该动作时应可靠动作，在正常运行状态时，不该动作时应可靠不动作；这三个特性是对断电保护装置最最根本的要求。

3、断电保护装置的原理

为了保证家庭用电的安全，近年来各种在危险情况下能自动断电的保护装置进入家庭。家庭用自动断电保护装置有很多种，其中有些含有多种功能。每一种断电保护装置的原理都不尽相同，我们只举例说明一下。

如下图所示的甲、乙、丙三幅图分别是三种不同功能的自动断电保护装置的原理示意图：甲、乙两图都有一个电磁铁，当电磁铁线圈中的电流达到一定值时（这个电流的值可以调节），会吸引连杆上的衔铁，使连杆向下移动，并使脱扣开关断开，从而切断电源，保证安全。两图不同之处是甲图把火线与零线并在一起，采用双线绕法，而乙图则只把火线绕在电磁铁上。丙图则没有电磁铁线圈，而是让火线通过一个双金属片，当电流超过一定值时（这个电流值也可以调节），双金属片向下弯曲代替连杆，同样使脱扣开关切断。

甲、乙、丙这三种功能分别是：①漏电保护：当家庭中火线绝缘皮破损而与导体接触，并且导体与地连接，造成漏电，这时要自动切断电源；②短路保护：当电路中发生短路现象时，立即自动切断电路，避免灾害发生；③过载保护：当电流超过额定电流值不是很多时，电路不立即被切断，而是要经过一段时间，如果电流仍没有减小，再切断电流。

4、应用示例

断电保护装置在生活生产中的应用枚不胜举，凡是应用电源设备和场景，均涉及到断电保护功能的应用。例如矿井等工业安全生产、计算机电子设备和家用电器设备等。现在我们通过示例来说明一下断电保护装置在现实中的应用和原理。

示例一：办公室、工业生产中，均应使用断电保护开关，上班期间突然停电，员工可能在下班时忘记关闭电源，而在没有人的情况下来电，会造成资源浪费；工业生产中，各类生产机器在运行时突然断电，如果没有断电保护开关，在恢复供电时，停止运行的机器突然开始运行，如果没有工人在场，会造成用电浪费，或者在不知情的情况下靠近机器，会造成不可预料的后果。断电保护开关的作用是在断电后恢复供电时不会给设备供电，必须人工手动复位后才能恢复供电，而一旦供电，再按断电保护按钮，不会停止对设备供电，起到节约能源及防止危害的作用。

示例二：炎热的夏天，电压不稳以及散热成为成为家用电器的两大头疼问题，任何一个处理不妥当都有可能损坏电器。除此之外，夏天里常常都会发生停电、雷击等情况，家用电器想要安全度过这个夏天就要注意了，有一些专家给我们提供了一些保护措施，希望能给大家一个参考作用。

解决方法一：购买一个UPS电源。当突然停电时，UPS电源逆变动作，会以0.1秒的速度迅速给家用电器供电，不影响家用电器的正常运行，然后根据UPS电源的容量在之后一段时间后关闭电器。

解决方法二：购买自动断电保护插座。目前市场上出现许多自动断电保护插座，这些插座经过特殊设计，当插座后面的电器超载时会自动断开，防止过大电流长时间冲击家用电器，而且还具有防雷防击的作用。

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比如说计算机就配备了UPS电源。当计算机在工作过程中突然断电，尚未保存的文件、文本资料就会丢失，计算机硬盘也有可能受到损害，因此，有些计算机配备了UPS电源（不间断电源），计算机断电保护装置由UPS电源和保护电路组成。UPS电源的输入端接市电，输出端给被保护计算机供电，保护电路包括CPU、变压器、二级管、电容和两个电阻。在市电出现突发性故障时自动为计算机供电，并发出报警信号，提醒工作人员及时存档并关闭计算机。但如果在市电出现突发性故障时，工作人员因故未能及时关机，待UPS电源内的电池存储的电量耗尽后，计算机仍然会断电，未存的文件、文本资料以及计算机硬盘仍然会受到威胁。

示例三：随着经济的发展，人们对电动车的使用量大大增加，电动车虽然为大家出行提供了便利，但也带来了许多安全事故。9月15日，长兴县城古城街道二虎头社区一电动车充电处两辆电动车起火，烧的只剩下骨架子，消防队员迅速处置。虽然没有人员伤亡，但也给车主造成了很大的损失。

多数人在给电瓶车充电时没有做到充满就断电，即使第二天不用了也懒得去管，他们认为电池充满了就不会再充了，其实不然。电瓶车在电池充满后不会自动断电，而是一直维持浮充的状态，这样下去不仅会损坏电池，还可能带来很多不必要的安全问题，给大家的生活造成不便，得不偿失。

而电瓶车中的断电保护装置则会在电瓶车充满电后的一段时间内自动断电，而在电量小于85%后又会自动充电，这样既可以维持正常的充电效果，又可以避免不必要的安全隐患。

其原理是断电保护系统时刻检测电池的电压，待达到额定以后开启计时装置，断电保护装置在计时后的半小时自动开启，达到断电保护的效果，避免过度充电，还能在电量小于一定范围时自动充电，这样节省了人们的精力，使充电变成了一个智能可控的过程。

5、总结

断路保护装置作为一种用电安全的防护手段，已广泛应用到生产生活的方方面面，保护着千家万户和万千企业的安全。随着时代的进步、科学技术的发展，其技术也会朝着智能化、小型化、模块化和一体化的方向发展。

参考文献

[1]肖明德.断电保护及自动恢复实用电路和程序.电加工，1991年刊.

[2]令利军，张正英，杨随庄.一种压力控制式断电保护装置的设计及应用.现代科学仪器，2004年06期.

[3]周杰，石武松.浅谈一种计算机断电保护系统.电力科技，2014年第8期.

[4]断电保护装置，机械工程师，1993年02期.

[5]www.cnki.net

集中式保护装置 篇3

网络替代二次硬接线,使得过程层信息可以通过网络共享,为高性能嵌入式装置同时实现多个间隔的测控功能奠定了基础,出现了集中式测控装置的试点应用,但集中式测控装置存在运行维护不方便,功能软件模块异 常影响范 围大等缺 点[1,2,3,4]。文献[5]基于现有的IEC 61850标准和即插即用技术, 提出了在线评估与动态重构冗余备用的技术方案。 集中式冷备用测控装置借鉴了集中式测控装置技术,采取了备用即插即用的思想。不同之处在于采用了面向间隔的设计,将实体测控装置虚拟化,并确保虚拟测控装置与实体测控装置等价,在实体测控装置故障或异常时,以远程操作方式将作为其备用的虚拟测控装置投入运行,解决实体测控装置待检修过程中相应间隔无测控功能的问题。本文详细描述了测控功能的集中式冷备用技术,包括模型继承、 模型辨识和一致性验证等。对于虚拟测控装置的参数配置、后备切换 等功能的 实现也进 行了详细 的阐述。

1集中式冷备用原理

集中式冷备用技术由集中式冷备用测控装置实现,集中式备用测控装置可同时运行多个虚拟测控装置,虚拟测控装置是实体测控装置的冷备用,只在实体测控装置故障或异常时投入运行。虚拟测控装置使用实体测控装置的智能电子设备(IED)性能描述(ICD)模型、配置IED描述文件(CID)配置、联闭锁规则和运行参数。虚拟测控装置启动运行时,使用被后备实体测控装置的通信参数,例如IP地址、 组播地址、过程层通 用面向对 象变电站 事件 (GOOSE)控制块的应用标识(APPID)等,如此与其通信的客户端会将其视为原来的实体测控装置。目前虚拟测控装置可作为线路、母联、母设和主变四类测控装置的备用,暂不考虑公 共测控装置的备 用。 集中式冷备用测控装置与测控装置在智能变电站自动化系统中所处的层次和位置相同[6,7]。虚拟测控装置属于智能变电站间隔层的二次设备,过程层基于采样值(SV)网和GOOSE网进行信息共享是其基本运行条件。

2集中式冷备用测控装置的设计

集中式冷备用测控装置采用了网络分析仪硬件平台,具有很强的网络接入能力,全站测控功能的备用只需一台装置。如图1所示,集中式冷备用测控装置的过程层采取了集中处理策略,以降低同时运行多个虚拟测控装置时过程层任务调度的耗时。按照一体化监控系统标准的要求,采用面向间隔的设计思想设计虚拟测控装置,虚拟测控装置使用实体测控装置的CID文件,并与实体 测控装置 一一对应。集中式冷备用测控装置具有全站变电站配置描述(SCD)文件和每个实体测控装置的CID文件。

1)过程层网络

对于实时性要 求不同的 过程层SV报文和GOOSE报文的处理,采取了模块 独立的策略。集中式冷备用测控装置设计了过程层接收分发器,采取接收报文统一处理,再分发至虚拟测控装置的策略。设计了过程层发送集中器,集中处理虚拟测控装置发送的GOOSE报文。综合应用组播注册协议 (GMRP)、虚拟局域网(VLAN)技术,以及多端口实现流量控制、报文过滤,提高网络报文的接入和处理能力。

2)间隔层网络

采用一个端口绑定多个IP地址的技术,虚拟测控装置从冷备用状态切换为运行态时将使用主测控装置的IP地址。为了防止IP地址冲突,集中式冷备用测控装置通过简单网络管理协议(SNMP)关闭故障或异常测控装置所连接的交换机的端口,将其从网络隔离。

3)同期智能插件

集中式冷备用测控装置的硬件平台采用了双核CPU,并由Linux2.6操作系统将其转化为4个逻辑CPU核。由于其实时性无法满足同期功能的要求, 为此在机箱内增加了同期智能插件,满足同期合闸对于导前角的精度和实时性要求。

3关键技术

虚拟测控装置必须满足测控装置的标准规范, 作为实体测控装置故障或异常时的备用是其核心价值,不需要长期带电运行,因此对于虚拟测控装置运行和维护的要求可以适当降级,例如:将运行和维护要求的一些硬压板转化为软压板。虚拟测控装置与实体测控装置的一致性包含功能等价、模型等价和配置等价三个方面。等价的实现技术和一致性验证技术是测控功能集中式冷备用技术的核心和关键。 就功能等价而言,采用实体测控装置虚拟化思想,将集中式测控装置分解为若干面向间隔的测控装置的原理和实现比较简单,本文不作为重点论述。模型等价意味着虚拟测控装置使用实体测控装置的ICD模型;配置等价则表示虚拟测控装置使用实体测控装置的运行参数、虚端子联系表和联闭锁规则。

3.1模型及配置等价实现技术

虚拟测控装置的信息容量大于实体测控装置是实现模型等价的必要条件。作为备用的虚拟测控装置只需短暂运行,其测控功能所涵盖的信息主要包括遥测、遥信和遥控。虚拟测控装置的运行参数和定值由一次系统决定,例如:电流互感器和电压互感器变比、额定值、死区等,可通过人机界面配置。定值主要考虑同期合闸功能。虚拟测控装置需要使用实体测控装置的CID文件,依据CID文件建立逻辑节点(LN)、数据对象(DO)和GOOSE发送控制块, 并从CID文件获取IP地址、组播地址、APPID等通信参数,以及虚端子联系表。建立CID文件中的变量与虚拟测控装置的内存变量映射关系的过程,就是实现模型等价的过程,理论上这一过程可以完全通过人工修改CID文件中的短地址实现。

建立映射关系需要解决以下几个问题[8,9]。

1)国家电网公司企业标准[9]未完整规范测控装置过程层虚端子与间隔层制造报文规范(MMS)变量的对应关系及描述方式。完全依靠人工辨识存在困难,需要测控装置研发人员的协助。

2)厂家未公 开测控装 置的过程 层虚端子 与MMS变量的对应关系。

图2描述了所研发的ICD模型辨识和一致性验证系统,用于ICD模型辨识时,虚拟测控装置不接入。

辨识/验证主机采用了网络分析仪硬件平台,可同时接入站 控层、过程层GOOSE网、过程层SV网。辨识/验证主机导入SCD文件,通过仿真合并单元触发变化遥测,辨识SV虚端子和MMS遥测变量的对应关系;通过仿真智能终端触发变化遥信, 辨识GOOSE虚端子和MMS遥信变量 的对应关 系;通过发送遥控命令,辨识开出虚端子、开入虚端子与MMS遥控变量的对应关系。通过计算机辅助辨识和映射,极大地提高了修改CID文件短地址的效率和正确率。可辨识率达到90%以上,通过辨识出的对应关系,按虚拟测控装置的建模要求自动修改CID文件中的短地址。不能辨识的部分提供清单,以人工方式修改短地址。目前不能辨识的部分主要包括计算遥测、合成遥信和同期合闸遥控。

模型辨识过程简述如下。

1)输入SCD文件,分解出虚端子联系表。

2)仿真外部二次设备,例如合并单元和智能终端,触发变化的交流量和信号量,解析实体测控装置的间隔层DOI(即MMS变量)和过程层变量的对应关系。

3)触发遥控分、合命令,解析实体测控装置的间隔层DOI和过程层变量的对应关系。

4)根据实体测控装置的间隔层DOI变量的数据属性,例如:单点、双点、整型等,以及应用属性,例如:遥测、遥信、遥控等,选择虚拟测控装置匹配的内存变量,记录并保存此对应关系。

5)基于实体测控装置的CID文件和4)中对应关系记录,修改CID文件中间隔层DOI的内存变量映射关系短地址sAddr,输出虚拟测控装置可以使用的CID文件。

3.2映射关系建立

如下可扩展标记语言(XML)片段,取自虚拟测控装置的CID文件,分为过程层定义和间隔层定义两个部分。

1)过程层定义

2)间隔层定义

由上述两个XML片段,可以看到虚拟测控装置对于单点遥信sAddr的定义方法。GOOSEPin_ EN_KI_YX和RDYXKR_32_Y是虚拟测控装置自定义的两个 映射函数,通过GOOSEPin_EN_KI_ YX将外部虚 端子单点 开入001定义为SPCS01. stVal,并映射到内存变量001;通过RDYXKR_32_ Y将过程层DOI:SPCS01.stVal映射到间 隔层DOI:Ind01.stVal。

3.3其他配置等价实现技术

虽然虚拟测控装置具有合成遥测、合成遥信的功能,但合成遥测的计算公式和合成遥信的合成逻辑在CID文件中没有描述,需要实体测控装置厂家技术人员公开上述信息,通过人工配置的方法进行合成配置,同期定值和同期遥控的对应关系建立采取相同的办法。电流互感器变比、电压互感器变比、 额定值、死区等运行参数需依据实体测控装置进行人工配置,需人工配置的还有联闭锁逻辑等。

3.4一致性验证技术

虚拟测控装置配置完成后,在图2所示的一致性验证系统中,同时接入实体测控装置和作为其冷备用的虚拟测控装置,采用基于数据比对和报文比对两种方法进行虚拟测控装置和实体测控装置的一致性验证。验证系统从工程SCD文件中提取虚端子联系表,将虚端子联系表下装到仿真合并单元,由仿真合并单元顺序触发变化遥测数据,实时比对两个装置的遥测数据,出现较大偏差时在差异表中实时显示并记录,供人工检查原因。将虚端子联系表下装到仿真智能终端,由仿真智能终端触发变化遥信,实时比对两个装置的遥信状态,出现差异时,在差异表中实时显示并记录。基于CID文件对实体测控装置和虚拟测控装置的相同遥控对 象进行操作,比对两个装置的GOOSE发送报文,判断遥控操作的一致性。联闭锁逻辑的一致性验证,通过仿真合并单元和智能终端的自动触发,结合人工置数和人工变位的方法进行验证。

4结语

转接机房溜槽堵塞保护装置改造 篇4

关键词：溜槽堵塞保护装置；接近开关；不锈钢检测装置

中图分类号：TM564 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）14-0051-02

皮带机系统是港口生产作业中重要的组成部分，是煤炭传输最重要的载体。皮带机系统由皮带、驱动电机、转接机房、机房翻板机构和溜槽装置等组成。中控室采用先进的PLC远程自动控制程序来控制皮带机系统的运行。机房溜槽堵塞保护装置是影响皮带机稳定运行的主要因素。溜槽堵塞开关是防止因皮带机物料流量过大而将机房溜槽堵住的重要保护装置。当溜槽发生堵塞时，保护装置输出报警停机信号。在日常的作业过程中，我们发现原先设计的溜槽堵塞开关易产生溜槽堵塞假信号，造成流程停机；但当真正发生堵料时，溜槽堵塞开关却发生检测不灵敏，多次造成溜槽堵料而不发出检测信号的事故。这不仅对设备造成极大的损害，而且严重地影响了生产效率。因此我们大胆创新，采用先进的接近开关作为溜槽堵塞保护装置，完全避免了假信号的产生。

1 转接机房溜槽堵塞保护装置改造原因

机房溜槽堵塞开关是防止因皮带机流量过大而将机房溜槽堵满的重要保护装置。以生产一部取-装系统为例，生产一部共有BQ1、BQ1-1、BQ2、BDQ、BC1、BC2、BM1、BM2、BM3、BK1、BK2十一条皮带和T6、T7、T8、TK1、TK2五个转接机房，如图1所示：

从图1我们可以看出，在这五个转接机房中共有十二处溜槽，当溜槽发生堵塞时，堵料开关向中控室发出报警停机信号，中控室通过PLC远程控制的流程在接收到信号后就会停止运转后面的皮带机从而防止物料堵塞转接机房。我们以BQ2皮带机为例说明：从图1我们看出在BQ2这条皮带机流程中，中控室通过PLC远控T7机房中的翻板，使BQ2的物料流向BC1或BC2皮带机，从而达到不同的取-装流程。在BQ2至BC1，BC2两侧的溜槽垂直侧壁上分别装有LD101A-2型溜槽堵塞开关，它采用电容式压力传感器来检测堵料信号。但是我们在长期的使用过程中发现，这种型号的堵料开关存在着很多的缺陷，主要表现在：

（1）在工作中，易受干扰，多次发生由于溜槽堵塞假信号造成设备停机的情况。这严重干扰了设备的正常运转，同时频繁地起动电机，会造成对电机本身性能的破坏极大，而且由于重载启动，大大降低了皮带的使用性能和寿命。

（2）在日常作业过程中，当真正发生堵料的时候，溜槽堵塞开关却发生检测失灵的情况，多次造成机房溜槽被堵住而堵料信号发不出的事故。这不仅需要花费很多人力和物力进行清理溜槽的工作，更重要的是耽误了装船时间。

（3）这种溜槽堵塞开关的设计不利于皮带机巡视人员对溜槽是否堵料以及堵料的具体程度观察不方便。

2 机房溜槽堵塞保护装置改造设计要求

2.1 实用性

满足系统的使用要求，操作方便简单，并且尽可能从经济角度考虑，节约成本。

2.2 稳定性和安全性

确保溜槽堵塞开关检测灵敏准确，改造后的开关要有良好的抗干扰性，同时密封性能要好。

2.3 方便性

改造后的溜槽堵塞装置要能让巡视人员方便地观察溜槽堵塞情况。

3 机房溜槽堵塞保护装置改造设计方案（以BQ2至BC1侧堵料开关为例）

3.1 改造创新设计分析

溜槽堵塞开关是用于皮带机系统中的溜槽防堵塞保护装置。在平时装船过程中根据船舶所装煤质的不同要求需要用取料机配煤作业，我们一般采用一台6000t/h取料机和一台3000t/h取料机配煤，在作业过程中由于塌垛和配合不默契的问题，有时流量会特别大，在通过机房的溜槽时，就会发生溜槽堵塞，这时溜槽堵塞开关发出报警停机信号，后面的流程停止，避免了煤把整个机房堵住的事情发生。因此溜槽堵塞装置动作必须灵敏，且具有很强的抗干扰性。

在原先的设计中，我们采用沈阳东华生产的LD101A-2型溜槽堵塞开关，它采用电容式压力传感器来检测堵料信号。

安装在溜槽侧壁上的溜槽堵塞开关采用的压力传感器，其工作原理是：当其内壁受到挤压时传感器发生动作，堵料装置向中控室发出报警停机信号。但是在实际运行过程中，我们发现这种传感器易受物料冲击，造成误动作，引起设备停机。因此我们必须采用一种安全稳定性高的溜槽堵塞保护装置来替代原有的这种已经不适合我们生产需要的设计。

鉴于原有溜槽堵塞保护装置的设计缺陷，我们采用了一种性能更稳定的限位开关——电感式接近开关。这是一种动作灵敏、稳定可靠的无触点电子开关，它不需要直接接触检测物，用感应的方法把接受到的信号转换成电信号去控制机器或系统工作，它没有机械磨损，不产生电火花，是一种安全长寿命的控制元件。电感式接近开关的检测对象只限于金属物，它的响应频率高，品种系列多，价格也较低，因此得到了广泛的应用。

我们采用了Ni20U-M30-ADZ30*2常开型接近开关。

3.2 具体设计方案

3.2.1 在溜槽侧壁上装一个带有门轴的不锈钢小门，将接近开关用角钢固定在小门的一侧。如图2所示：

3.2.2 在小门上装一个带有凸台的不锈钢挡板，挡板两侧用两个轴销固定可以向上掀起，在挡板边上焊一块角钢作为接近开关的检测金属物。如图3和图4所示：

3.2.3 改造后的电路控制图如图5所示：

3.2.4 控制电路图分析说明。从现场安装图我们知道，当溜槽未发生堵料时，接近开关始终能检测到挡板上的金属物信号，此时电路图中的接近开关处于闭合位置，K继电器得电，触点K闭合，堵料检测继电器得电，向中控PLC发出正常信号。当发生堵料时，挡板由于受煤的挤压向外张开，与接近开关分离，接近开关检测不到金属信号便断开，K继电器失电，触点K断开，堵料检测继电器失电，向中控发出堵料报警停机信号，中控PLC将自动停止后面的流程，防止机房堵煤。

3.3 改造创新设计的优点

通过在实际的作业过程中的检验，我们发现改造后的溜槽堵塞开关与原先的设计相比存在着以下的优点：

3.3.1 提高了皮带机系统运行的稳定性：采用接近开关的溜槽堵塞保护装置，稳定性高，密封性能好，基本上杜绝了堵料开关误动作的产生，增加了皮带机稳定运行的安全系数。同时由于其自身具有较高的响应频率，当真正发生堵料时，接近开关能迅速地向中控室发出报警停机信号，从而避免了机房溜槽被煤炭堵死的情况发生。

3.3.2 增加了皮带机巡视人员观测的方便性：通过装有接近开关的小门，巡视工可以方便地观测溜槽是否真的堵料以及堵料的具体情况。

3.3.3 采用不锈钢材料做成的挡板，防腐能力强，同时设计的配重凸台，增加了挡板的重量，有效地防止因煤流冲击溜槽造成的震动对接近开关的干扰，提高了皮带机运行的稳定性。

参考文献

[1] 赵继文，何玉彬，等.传感器与应用电路设计[M].科学出版社，2002.

[2] 何希才.传感器及其应用[M].北京：国防工业出版社，2001.

作者简介：刘焕怡（1975—），男，神华黄骅港务公司助理工程师。

集中式保护装置 篇5

我国每年大约有几百万个硬盘因损坏、过于陈旧等原因需要淘汰, 更多的U盘需要销毁, 如此庞大的销毁规模, 如果不能配合有效的管理手段和技术手段, 势必造成难以想象的泄密后果。现阶段常见的数据销毁方式为数据擦除、消磁、盘体销毁3种方式分开进行, 销毁不够彻底且销毁速度较慢。

1) 数据擦除是将非保密数据写入以前存有敏感数据的存储位置的过程。硬盘上的数据都是以二进制的“1”和“0”的形式存储的。使用预先定义的无意义、无规律的信息覆盖硬盘上原先存储的数据, 完全覆写后就无法知道原先的数据是0还是1, 也就达到了清除数据的目的。采用不同类型的数据, 对要删除的数据的存储位置进行多次覆写的方法, 是数据销毁的有效途径, 处理后的硬盘可以循环使用[1,2]。

2) 消磁操作通常借助消磁机来实现, 消磁机的工作原理是对磁性存储介质 (如硬盘、磁带) 施加瞬间强磁场, 使介质表面的磁性颗粒极性方向发生改变, 失去表示数据的意义。消磁最突出的特点是快捷高效、方便监控和审计, 可在办公区操作。消磁后的硬盘不能直接使用, 可用于保修服务或丢弃。

3) 盘体销毁通常采用物理破坏或化学腐蚀的方法把记录有涉密数据的物理载体完全破坏掉, 从而从根本上解决数据泄露的问题。

以上3种方法中, 只有经过数据擦除后的硬盘才可以循环使用, 因此数据擦除也成了数据销毁技术中最经济实用的技术。

现有国内外数据擦除技术普遍存在功能单一、销毁速度不高、并发操作数少、操作结果无法确定等问题。鉴于这种实际需求, 本文的装置能够频繁地同时 (并发) 对大量不同存储介质设备中电子数据进行安全快速擦除处理。

1 装置的硬件系统设计

高速并行擦除对装置的硬件设计提出了很高的要求[3], 同时系统设计时要整合多种功能, 所以在硬件设计时要充分考虑。本装置采用最新4核i7CPU, 16 GB内存采用超线程技术, 可以支持28路存储设备并行擦除。装置的硬件由自动识别模块 (U盘和硬盘) 、磁盘销毁模块、擦除模块、报告展示模块、报告打印模块等组成, 装置硬件结构如图1所示。

1.1 自动识别模块

当装置有串行高级技术附件 (Serial Advanced Technology Attachment, SATA) 硬盘、串行连接SCSI (Serial Attached SCSI, SAS) 硬盘、USB磁盘、集成磁盘电子 (Integrated Drive Electronics, IDE) 硬盘、小型计算机系统接口 (Small Computer System Interface, SCSI) 硬盘接入时, 软件自动识别出磁盘的相应信息 (设备类型、磁盘容量、索引号等) , 并根据磁盘在硬件上接入的端口位置为其在软件界面上分配相对应的端口, 并以图形化方式让用户知道当前的磁盘处于等待执行状态;当该装置上已接入的磁盘被拔出或被断开连接时, 软件自动在界面上的相应端口位置以图形化方式让用户知道当前的磁盘端口处于空闲状态[3]。同时, 针对不同的存储介质, 自动识别模块会提供磁盘的基本信息, 包括已使用时间、健康状态等。操作界面外观示意如图2所示。

1.2 磁盘销毁模块

当需要数据擦除时, 如果发现磁盘已经损坏无法进行擦除时, 本装置可以对磁盘实现消磁处理, 以达到数据销毁的目的。

1.3 擦除模块

在擦除模块中, 本装置通过软硬件上的优化设计实现以下功能。

1) 相当于28个高速硬盘擦除机同时工作。提供2路SCSI接口、4路SAS接口、2路外置SATA (External Serial ATA, ESATA) 接口、8路USB2.0接口、8路USB3.0接口、4路IDE接口。

2) 在磁盘存在HPA、DCO隐藏扇区时, 用户可通过去除隐藏扇区功能进行解除, 并实现对隐藏扇区的擦除。

3) 快速擦除功能。对磁介质存储器的最大数据存储扇区范围使用0x00擦除一次, 以方便用户希望最短时间擦除数据的要求。

4) 用户自定义擦除功能。用户可对磁介质存储器进行自定义, 存储扇区使用自定义的字符 (0x00~0x FF) 擦除0~99次。

5) 按照不同擦除规则对磁介质进行擦除。可对磁介质存储器分别按照DOD 5220.22-M (8-306/E) 、DOD 5220.22-M (8-306/E, C, E) 、BMB 21-2007标准进行自定义扇区、自定义擦除次数的操作。

1.4 报告展示和打印模块

具有报告单管理、权限管理等功能。每次擦除操作结束 (正常完成、用户取消、因异常自动结束) 都会自动产生相应的报告。报告记录如下内容:擦除类型、擦除开始时间、擦除结束时间、擦除范围、擦除次数、擦除速度、擦除结果、是否正常结束等, 并且具有快捷的报告浏览功能。装置可以进行权限划分:系统管理员 (负责系统配置、信息消除等操作, 不应对管理员操作日志进行管理和创建安全审计员) 、安全审计员 (只能进行管理员自身操作日志的查询和管理) 。管理员口令长度可设置, 且至少为8位, 复杂度至少为字母、数字的两者组合;具有管理员身份鉴别尝试次数限制功能, 尝试次数可设置, 且至多为5次。打印模块可将每次擦除操作的信息自动生成的报告打印出来。

2 装置的软件系统设计

本装置将并行加速技术应用其中, 构成了高性能并行加速系统解决方案, 同时创新性地将多线程技术加入其中, 使得进程的整体运行效率得到较大提高, 并且增强了应用程序的灵活性。

本装置采用Windows7操作系统, 软件逻辑架构设计充分考虑用户的需求, 实现人性化处理, 体现出软件的实用性和易用性。实用性体现在支持大部分的介质格式;易用性体现在对数据存储设备自动识别, 即插即擦并能输出完整的擦除结果。

2.1 并行加速技术

并行加速技术是获得高性能计算机的有效手段, 已经成为新一代的结构特征。

本装置使用基于英特尔64位4核处理器的工作站, 构成了高性能并行加速系统解决方案。该系统从硬件结构上将每个节点分开, 分离了物理传输介质的共享, 让每个节点都独享足够的传输带宽, 拓宽了数据流行进的通道, 大大提高处理节点硬件层次上的速度;自主研发的擦除软件在软件层次提供了优越的问题求解算法, 更进一步提高了处理节点的速度, 从而实现了新一代的并行加速技术。

2.2 多线程技术

现代计算机的硬件发展很快, 很多的计算机都有较高的配置, 例如具有多个CPU或单个CPU带有多个内核, 较大的物理内存和多个外部存储设备。

本装置针对单线程技术的劣势, 采用多线程技术, 提高了CPU的利用率, 使整体效率有了很大的提升。本装置中所使用的多线程技术, 线程共享一个代码区, 但有各自独立的数据存储区。该技术在设计上充分利用了CPU的空闲时间片, 可以用尽可能少的时间对电子数据擦除工作的要求做出响应, 对于多 (核) CPU的计算机优势尤其明显, 同时多线程的最大优点之一就是可以显著地提升I/O性能, 使得进程的整体运行效率得到较大提高, 同时增强了应用程序的灵活性。多线程技术应用如图3所示。

2.3 其他软件设计

1) 流程自动化:软件设计支持一键式操作, 中间无需人工干预, 自动顺序执行选择的流程。

2) 用户权限管理:系统支持用户权限管理功能, 不同权限用户可执行相应的操作。权限划分为系统管理员和安全审计员, 系统管理员负责系统的配置和信息消除等操作, 安全设计员可进行自身操作日志的查询和管理。

3) 报告单管理:当擦除操作结束时 (正常完成、用户取消、因异常自动结束) , 系统自动产生相应的报告。系统提供便捷的报告浏览功能。当历史报告的数量达到一定值时, 提供对过期报告删除功能, 避免因历史报告数量问题干扰当前报告的浏览。

4) 日志管理:记录每位权限相关用户使用擦除机系统时的操作 (磁盘信息、用户名、权限、操作、时间、计算机名称) 。具有日志空间将满和已满时的告警提示功能, 并对日志空间已满的情况采用转存或覆盖等方式。

5) 异常处理:在数据擦除过程中能够自动检测出硬盘坏扇区, 做出相应处理, 并在报告单打印出来。当磁盘被异常拔出时, 专用机能够自动识别出被拔出磁盘的端口号和磁盘型号。

6) 高容错性:支持跳过坏扇区操作, 并可在跳过时记录坏扇区所在的位置。

3 实际测试

首先, 针对不同接口的硬盘 (IDE硬盘、SATA硬盘、SCSI硬盘、SAS硬盘) 和U盘进行擦除测试, 并分别按照DOD 5220.22-M (8-306/E) 、DOD5220.22-M (8-306/E, C, E) 、BMB 21-2007 3种规则对磁盘进行数据擦除, 擦除结束后使用Easy Recovery、Final Data等数据恢复软件对经过数据擦除的硬盘和U盘进行数据恢复, 恢复失败, 测试结果符合要求。

然后, 对本装置进行并行擦除速度测试。测试方案选取市面上主流的存储介质, 同时接入本装置, 采用DOD 5220.22-M (8-306/E) 擦除标准并行测试。擦除速度测试结果见表1所列。

4 结语

集中式电子存储介质数据同步擦除装置投入使用以来, 能同时 (并发) 对大量不同介质设备 (IDE/SATA/SAS/SCSI/USB3.0/USB2.0) 数据进行安全处理, 支持28路储存介质同步操作, 支持的最大硬盘超过10 T, 最高擦除速度可超过11 G/min, 已经成功擦除上千块不同种类接口的硬盘。实际运行证明可同时大批量的对存储介质进行高速的擦除处理, 对涉密数据进行了科学高速有效的销毁工作。

装置在使用时从方便用户使用的角度出发, 实现人机交互设计。被擦除磁盘设备环绕触摸屏幕分布, 并且在软件的交互界面相应位置呼应。

参考文献

[1]于滢, 姜立秋.电力企业网络信息安全浅析[J].东北电力技术, 2008 (8) :46–48.YU Ying, JIANG Li-qiu.The electric power enterprise networkinformation security analyses[J].Northeast Electric Power Technology, 2008, 10 (8) :46–48.

[2]潘明惠, 偏瑞琪, 张亚军.电力系统信息安全应用研究[J].东北电力技术, 2001 (12) :30–33.PAN Ming-hui, PIAN Rui-qi, ZHANG Ya-jun.Applications research on the information security of power system[J].Northeast Electric Power Technology, 2001 (12) :30–33.

[3]张冰, 卢正添, 李涛.多路恢复数据流并行传输与控制方法[J].通信学报, 2009, 30 (3) :12–24.ZHANG Bing, LU Zheng-tian, LI Tao.Multi-channel restore data with parallel transmission and control[J].Journal on Communications, 2009, 30 (3) :12–24.

[4]高志鹏, 徐志强, 吴世雄, 等.硬盘自擦除技术的研究[J].信息网络安全, 2012 (12) :10–13.GAO Zhi-peng, XU Zhi-qiang, WU Shi-xiong, et al.Researchon data self-erasing technology[J].Netinfo Security, 2012 (12) :10–13.

自制集中润滑自动控制装置 篇6

KA1、KA2——小型继电器KT——晶体管时间继电器HD——蜂鸣器M——润滑油泵

该集中润滑自控装置将点火开关接通与断开信号作为计时器工作启动与停止信号。当点火开关接通时,数显计时器端子9、10接通,小型继电器KA1得电,数显计时器端子2、3接通,计时开始。当点火开关断开时,小型继电器KA1失电,数显计时器端子2、3断开,自动保存最后的计时时间,并停止计时。下次启动时,计时时间在上次计时值上进行累加。

当计时器计时时间达到润滑间隔时间时,输出端子6、7闭合,蜂鸣器HD发出声音,晶体管时间继电器KT得电,通过其常闭触点KT1使小型继电器KA2得电,润滑油泵M开始工作,注油开始。

集中式保护装置 篇7

近几年, 由于水源地污染而引起的社会问题相当突出, 饮用水水源保护问题已成为关系国计民生的重大问题。因此, 党中央、国务院明确提出了“要科学划定和调整饮用水水源保护区, 切实加强饮用水水源保护, 建设好城市备用水源, 解决好农村饮水安全问题。坚决取缔水源保护区内的直接排污口, 严防养殖业污染水源, 禁止有毒有害物质进入饮用水水源保护区, 强化水污染事故的预防和应急处理, 确保群众饮水安全”。

本溪市处于辽河支流太子河的上游, 其浑江水库又是辽宁省最大水源的调蓄水源, 饮用水源的保护尤为重要。开展水源污染现状调查, 发现水源保护区潜在风险, 及时采取有效的保护措施, 才可能保证饮用水源的水质不受污染。这对地方经济的可持续发展以及确保百姓饮用水安全都具有重要的现实意义。

2 水源地基本情况调查

2.1 水源地类型

本次调查范围为本溪地区县级以上政府所在地, 取水能力在1万m3以上的5个集中式饮用水源地。目前, 现用水源有4个, 备用水源1个。水源地类型主要为河流型、湖库型水源地[1], 本溪市集中饮用水水源地基本情况见表1。

2.2 水源地水质状况

河流型饮用水水源地水质标准执行国家《地表水环境质量标准》 (GB3838-2002) , 水质达标与否以Ⅲ类地表水标准值为限值, 采用单因子评价法。湖库型水源地采用综合营养状态指数法评价富营养化程度。

2012年河流型水源年均值均达Ⅲ类标准, 但南芬水源偶有超标现象, 粪大肠菌群是河流型水源的主要污染物;观音阁水库、桓仁水库水源综合营养状态指数分别为33.12、43.13, 介于30~50之间, 均属中营养状态, 总氮、总磷是湖库型水源的主要污染物[2]。

2.3 水源保护区划分现状

本溪市水源保护区划分[1,3]结果见表2。

3 水源保护区主要环境问题

3.1 水源监管不力造成保护区存在环境安全隐患

3.1.1 水源一级保护区缺少物理隔离防护

多数水源一级保护区边界未设立明确的地理界标和明显的警示标志。老官砬子水源地取水口在右岸, 但左岸是开放的, 一级保护区内有农村居民从事农业种植和畜禽养殖等活动, 有漫水桥, 人、畜、车可通过。桓仁水库饮用水源一级保护区内有网箱养殖;建有桓龙湖码头, 船舶可以到达;库区有万乐岛, 对游客开放;水库周边小型餐饮点给水库带来污染。小市镇太子河水源地取水口在观音阁水库坝下河中央, 河两岸有护堤, 但人、畜可到达。南芬区水源地其周边环境为开放式, 铁路和高速公路跨越水源保护区, 距离公路较近, 人畜易到, 存在着环境安全隐患。

3.1.2 水源保护区内污染源对水源构成威胁

四个用饮用水水源二级保护区内均有农村居民从事农业种植和畜禽养殖。老官砬子水源和桓仁水库水源二级保护区内还有企业和城镇居民的点源污染, 直接威胁饮用水源安全。目前老官砬子水源二级保护区面积过大, 内建有小市污水处理厂, 也是保护区内的排污口, 对饮用水源安全构成潜在威胁。

3.2 乡村工业和旅游业发展产生了点源污染

近年来, 由于资源的需求, 本溪市许多原材料加工业转向乡村, 致使饮用水水源地保护区周围出现许多选矿业和金属加工业。桓仁水库上游辽宁界内有37家排污企业, 主要为选矿业、金属加工业和餐饮业, 年排污水量68万t。多数选矿行业由于选矿工艺要求, 在生产过程中, 需要加入浮选油、硫酸铜、硫酸锌等多种化学药剂。选矿污水采用浓缩池、沉淀池、尾矿库简易处理, 残留在水中大部分药剂没有得到有效处理, 没有进行雨、污分流, 只是部分选矿污水得到回用, 大部分污水超标排放, 通过水库支流汇入桓仁水库, 是造成水库污染的主要原因之一。旅游餐饮业的废水多数未经处理直排入库。

3.3 水源保护区内居住人口给水源带来了压力

老官砬子一级保护区内有1100人, 二级保护区城镇和农村人口合计达到10万余人, 生活污水年排放总量达700万t以上;桓仁水库水源二级保护区内有农业人口1.5万人, 生活污水年排放总量为28万t。农村污水排水设施建设与运营无可靠的资金来源, 缺少污水处理系统。

3.4 不合理的生产模式产生了面源污染

由于追求“高投入、高产出”的生产模式, 农民在农田中施入大量化肥, 一方面造成土壤肥力过剩, 有机氮、无机氮比例失调, 氮素转化率低, 雨期大量肥力流失, 给水体造成污染。而且农药的大量使用对土壤和水体造成污染, 致使物种多样性减少, 造成生态平衡失调。

近年来, 为增加农村经济收入, 农村畜禽养殖迅速发展, 产生的大量污染物没有得到有效的处理, 对水体产生污染。使畜禽养殖成为另一主要污染物来源。4个饮用水水源二级保护区内均有农村居民从事农业种植和畜禽养殖。

3.5 固体废物无法得到有效处置

各饮用水水源地保护区内存在生活垃圾随地乱倒、收集不到位和垃圾临时堆放点不合理的现象。生活垃圾、农业生产秸杆等废弃物产生大量污染物随径流进入水体, 对水体产生直接影响, 污染水源地水质。

3.6 矿山开采造成了生态破坏和水土流失

本溪市饮用水水源地保护区周边矿业的发展对保护区的生态环境造成了较大的破坏。矿山的开采在很大程度上改变了矿山原有的环境, 耗费过量的土地。开采后破坏的土地, 既丧失了原有的自然生态系统又难以直接成为进一步服务于社会的经济用地。矿山废弃物堆置场所是周围环境的污染源, 废石堆在长期氧化、风蚀、溶淋的过程中, 使各种有毒有害物质随水转入地下、地表水体和农田、土壤, 造成水体长期不断的污染, 同时又占用大量的土地面积。矿山的开采还会造成水土流失, 桓仁水库目前水土流失4784hm2。水土流失在造成土地资源的破坏和农业生产条件恶化的同时, 对水环境产生了影响, 造成了生态失衡, 其引发的环境问题已对可持续发展和人民群众的生产生活带来了严重危害。

4 水源保护措施

4.1 切实加强保护区的监督管理

严格按照地表水源保护区的管理规定执行, 对水源一级保护区尽可能采取封闭措施, 设置界标、警示牌和宣传牌。特别是对一级保护区内与供水设施无关的设施要尽快取缔、搬迁和拆除, 以解决水源安全隐患问题。对近期不能拆除的公路、铁路、桥梁等要设置警示牌, 严禁运载有毒有害危险品的车辆通过。对水源安全造成侵害或构成威胁倾向的各类污染源, 应采取坚决措施进行搬迁和治理。

4.2 实施农村环境连片整治, 减轻水源压力

搬迁水源一级保护区内的人口。在二级、准保护区内人口集中地建设小型分散式污水处理厂, 收集处理农村生活污水;在保护区内村庄建设小型垃圾处理场或周边村庄中设置集中垃圾中转站, 集中堆放和处理农村生活垃圾。

4.3 限制超坡度耕种, 强化水源涵养林的保护

采取减少径流产生的保护性耕作措施, 严格控制≥25°坡度耕种;退耕还林, 寻找最佳防止面源污染的树种, 使低矮丘陵的裸露土壤得到覆盖;依法保护好观音阁水库、桓仁水库上游的水源涵养林, 做好水源涵养生态建设。

4.4 采取有效措施, 防止畜禽养殖有机污染

一是发展生态型规模化畜牧养殖业。保护区内分散零星的粗放饲养, 要向规模化、集约化、标准化、生态型养殖转变, 使畜牧养殖产生的非点源污染变为点源加以控制。二是合理布局, 科学规划, 对大型畜禽养殖场开展环境影响评价, 执行“三同时”制度, 使其尽可能远离饮用水源、河流。三是采用先进工艺, 增设污染处理设施, 对现有畜禽养殖场的粪便进行处理和综合利用。要大力推广畜禽粪便厌氧发酵和商品有机肥生产等成熟的技术, 建立大中型能源环境示范工程。制定并落实禽畜粪便处理利用政策。

4.5 开展化肥、农药施用研究, 减少农田径流污染

淹没地化肥和农药的使用要严格禁止, 水田的农药和化肥的使用要严格控制, 施肥方法要求采用施底肥的方法, 防止肥料随着水流流失, 坡耕地施肥要以底肥为主, 施肥季节要在雨季之前, 流失严重的土地要使用农家肥和有机肥, 发展有机食品。严禁使用高毒和难降解的农药。

4.6 控制含磷洗衣粉的使用

严禁有磷洗衣粉的使用和销售, 对集市上的洗衣粉品种进行调查和整顿, 鼓励不含磷洗衣粉下乡销售。

4.7 规范桓仁水库流域矿产资源开发行为

桓仁水库流域小矿山的综合整治以选矿为主, 主要分布在入库支流上。要做到选矿污水得到全部回用, 否则应予以关闭。做好矿山废弃地的生态修复。

摘要：对本溪市城镇集中式饮用水源进行了调查评估及保护区划分, 指出了由于环境监管不力, 保护区内存在点源、面源污染, 威胁水源安全的环境问题, 针对性地提出了在保护区采取隔离防护、点源清理、非点源防治、水源涵养和生态修复等保护措施。

关键词：集中式饮用水源保护区,环境问题,保护措施

参考文献

[1]本溪市环保局.本溪市集中式饮用水源保护区划分技术报告[R].本溪:本溪市环保局, 2012.

[2]本溪市环境监测中心站.本溪市环境质量报告书[R].本溪:本溪市环境监测中心站, 2012.

集中式保护装置 篇8

集中式保护是将面向间隔的保护改为面向功能的保护,以丰富的数据资源实现全站保护、测控的功能集成,从根本上减少数据冗余、简化运行操作[1]。它以数字化变电站信息共享为基础,不受限于间隔和回路,能显著减少IED数量,有利于变电站保护与控制功能的整体协同。GOOSE、SV、IEEE 1588“三网合一”的组网方案可最大程度地实现信息共享,网络结构清晰,可节省大量光缆,便于设计、维护[2]。基于“三网合一”的集中式保护有其不可替代的优越性。

“三网合一”的集中式保护是否稳定、可靠,功能是否满足要求,必须进行全方位测试验证。本文通过对许继“三网合一”集中式保护特点的分析,总结了集中式保护静模测试要点及测试中应重点关注的内容。

1“三网合一”集中式保护特点

1.1 硬件简化、功能高度集中

许继集中式保护遵循IEC 61850标准,基于过程总线和强大的软硬件平台,按电压等级将目前变电站内多台间隔层IED集中在一台集中式保护装置上。例如220kV变电站可采用4台集中式保护装置实现全站的保护测控功能(其中2台作为冗余配置),即所有线路保护及相关测控、计量功能集中在一个装置中,母线保护、母联保护、变压器保护及相关测控、计量功能集中在另一个装置中。每个现有IED被抽象成一个LD,每个LD保持功能上的相对独立性并通过统一的通信接口与其它IED设备进行交互。与其它集中式保护装置相比,许继集中式保护装置硬件非常简化(如图1所示),主要由过程层接口CPU(完成保护装置与过程层网络通信)、保护CPU (完成保护逻辑运算功能)、站控层通信CPU(完成集中式保护模型文件运行及MMS报文处理)以及稳压电源插件组成。为了保证装置可靠工作,采取双电源供电,且互为热备用。

“三网合一”组网方案的每个集中式保护装置仅需一个过程层光以太网口,能从主交换机接收保护范围内所有间隔的SV数据、相关GOOSE数据和IEEE 1588报文。集中式保护由于涉及整站的过程层数据,对传输实时性、可靠性要求非常高,数据量非常大,按每帧1点(22个模拟量通道)、14个合并单元计算,每秒的数据流量为239字节×8bit/字节×50周波/s×80点/周波×14=107.072Mbit/s(GOOSE、IEEE 1588信息流量与SV相比可忽略不计),因此过程层采用1 000M光纤以太网。大量数据的传输与处理给网络传输速率和CPU处理能力带来很大挑战[3],为了满足通信的实时性、可靠性和数据同步性指标要求,许继集中式保护采用了处理能力更强的双核CPU。

1.2 由综合智能单元实现光纤纵差同步调整

许继“三网合一”集中式保护采用综合智能单元,它集成了一个间隔过程层装置的所有功能,在外部同步脉冲下完成同步采样,采用IEC 61850-9-2协议将各路采样值数据组帧为采样值报文,并通过光以太网口发送给集中式保护测控装置,同时通过光以太网口收发GOOSE报文,并由中操作插件出口回路实现跳闸功能。为了解决集中式保护装置中线路保护与传统对侧线路保护实现纵联差动的问题,综合智能单元集成了纵联通道数据接入功能,通过纵联光纤接口插件传送线路双端数据并完成双端数据同步调整,如图2所示。同步调整后的本侧数据和对侧数据均由综合智能单元发送到交换机上传给集中式线路保护装置。集中式保护装置取消了纵联插件,将对侧数据看作本间隔的数据,数据传输流程如图3所示(以一条线路为例)。

1.3 采用“二取二”冗余跳闸

为了解决集中式保护故障或检修时影响范围较大、停电时间较长的问题,220kV集中式保护采用了“二取二”冗余跳闸方案,即正常运行时综合智能单元要同时接收到2套保护的跳闸GOOSE后才能出口。保护装置出现故障或检修时则自动切换到“二取一”模式,即综合智能单元只要接收到1套保护的跳闸GOOSE后就能出口。

2 测试环境搭建

集中式保护系统过程层设备采用了大量新技术和新设备,其实时性、可靠性要求极高,对继电保护设备的性能产生了重大影响。为了充分模拟现场实际环境,首先应研究集中式保护的应用环境,并据此搭建测试环境。图4是测试中搭建的基于“三网合一”的集中式保护测试环境,实际工程中按双网配置,保护双重化并分别接入2个不同的过程层网络,本文仅以A网为例。

从图4可以看出,各间隔的电压、电流模拟量经过模拟信号采集器、综合智能接口单元后变为数字信号,再经过程层交换机进入集中式保护装置;集中式保护装置的GOOSE信息也通过过程层交换机与综合智能接口单元通信。为了生成过程层网络大流量、多节点的数据,综合智能接口单元数量按1.2倍实际变电站间隔配置,同时结合网络设备模拟数据流量变化、网络风暴对系统性能的影响。

时钟源是基于IEC 61850-9-2协议实现集中式保护同步原理的基础。为了模拟现场实际运行情况,本测试环境使用IEEE 1588同步时钟源,2台时钟源互为主备,能充分模拟时钟切换、时钟阶跃、时钟失步再同步等异常对保护性能的影响。同时,为了考核纵联光纤通道叠加误码、延时、中断等各种通道工况对线路纵差动保护的影响,测试环境中增加了光纤通道测试系统。

3 集中式保护测试

基于集中式保护的特点,对集中式保护的考核应基于系统的角度来进行。除了考核保护功能正确性外,还应在全站规模下重点验证装置性能指标是否满足要求、各设备配合是否正确、过程层设备异常及故障对保护的影响、保护装置是否稳定可靠。

3.1 光纤纵差保护测试

光纤纵差测试的重点主要是验证传统线路保护、综合智能单元及集中式保护的配合是否正确。当其中一侧为传统线路保护时,线路两侧互感器传输延时会存在较大差异,同步机制不完善时将导致两侧采样不同步。因此,测试时应首先关注两侧装置采样、电流相角差是否满足要求,差流计算是否正确;同时考核SV由同步到失步以及由失步到同步时,两侧数据、电流相角是否会发生变化,是否存在误启动、误动作等情况。由于传统侧数据、本侧数据均通过综合智能单元发送给集中式保护,对侧数据对集中式保护来说相当于本间隔数据,因此集中式装置中线路保护应不经SV失步闭锁。

许继集中式保护中,线路双端状态量数据(如断路器位置、保护启动状态)通过智能单元转发,因此智能单元GOOSE的转发速度、转发正确性对纵差动作时间和动作性能影响很大,测试时就出现过由于综合智能单元GOOSE转发任务级别较低而导致线路两端保护动作时差较大的情况。为此,测试时应结合保护功能和光纤通道测试内容来关注线路两侧保护动作行为的正确性、动作时间的离散性。

3.2 集中式保护性能测试

集中式保护装置性能测试主要是考核在不同网络流量、保护CPU不同负荷率下装置的稳定性、可靠性,以及各保护动作行为、动作时间及保护间配合的正确性。集中式保护跳闸时间主要包括保护处理时间、网络传输延时、智能单元出口时间,其中保护处理时间主要取决于集中式保护CPU的处理能力和负荷率,而网络传输延时则取决于网络流量。对集中式保护来说,电力系统故障时,不仅有多个LD同时启动、动作进入故障处理逻辑,同时也有大量的遥测、遥信突变数据上送监控,极大地影响了CPU的负荷率,这可能导致CPU运行异常、动作时间慢、保护无法正确配合等问题。许继集中式保护在测试初期就出现过所有LD都启动时差动保护动作时间离散性大,超过25ms的情况,后通过修改程序调度时间以及保护启动后休眠后备任务,才保证了保护动作时间满足相关要求。

为了考核网络流量对集中式保护性能指标的影响,测试时流量应按实际变电站流量的1.2倍进行施加,同时加入50%的背景流量。

3.3 异常工况下保护动作情况

为了考核集中式保护在过程层设备异常及故障情况下动作的正确性、可靠性,主要进行了以下项目的测试,如无特殊说明,均施加额定电压、带正常负荷。

(1)综合智能单元的异常影响:①同步过程中出现异常大数、错序时,差动保护、零延时保护是否误动作。②一个或多个综合智能单元由失步变同步、由同步变失步时保护是否误启动、误动作;在失步或从失步到同步的转换过程中,为确保继电保护行为的正确性,应当退出或闭锁相应的保护功能(如差动保护),但对于采自同一综合智能单元数据的后备保护(如过流保护、阻抗保护等)则不应误闭锁,以防止变电站在失步情况下失去保护。③双AD不一致时集中式保护不应误动作,而应正确告警并闭锁相关保护。

(2)时钟源异常影响:①主备时钟切换以及主时钟失步再同步时,集中式保护是否出现误告警、误动作情况。②暂时、永久失去同步时钟源时保护的动作情况。

(3)设备电源异常影响:分别拉合采集单元、综合智能单元、集中式保护装置的电源100次,要求集中式保护装置不能出现误动作、误发告警情况,且在电源恢复正常后,各装置能正常工作。

(4)采样值出现无效数据、丢帧时,集中式保护装置应能正确检测并闭锁相关保护。

在集中式保护装置中,SV报文的采样同步标识是由数据处理单元传给保护处理单元的,但该组SV报文包含的模拟量所对应的支路(如主变支路、线路支路)并不确定。测试初期就出现过当综合智能单元同步信号丢失时母线差动保护、主变差动保护误动作的情况。为此,进行了如下修改:数据处理单元将SV报文中的采样同步标识分发给该组SV包含的所有模拟量,并将各模拟量的同步标志转发给保护处理单元,保护处理单元再根据保护逻辑所用的模拟量数据来决定是否闭锁相应保护。这就保证了在SV失步情况下保护动作的正确性。

3.4 其它

由于集中式保护自身的特殊性,测试时还应考虑其建模、运行维护、配置是否方便直观,“二取二”冗余跳闸模式的正确性,电网结构变化时相关二次设备的配置和参数是否能自适应等。

4 结束语

目前,集中式保护还处在研发、试运行阶段,需要大量试验来验证。本文介绍了集中式保护的特点、测试环境、测试要点及需要考虑的问题,目前利用该测试环境已完成了相关集中式保护的测试,发现了在时钟同步、集中式保护软硬件性能方面存在的一些问题,为产品的及时完善提供了保证。随着集中式保护技术的日臻成熟和推广应用,它必将为电力系统的安全稳定运行发挥积极重要的作用。

参考文献

[1]韩伟,杨小铭,仇新宏,等.基于数字化采样的集中式保护装置[J].电力系统自动化,2010,34(11):106-109

[2]易永辉,王雷涛,陶永健.智能变电站过程层应用技术研究[J].电力系统保护与控制,2010,38(21):10-14

真空炉防漏保护装置 篇9

自主研制的一种真空炉防漏保护装置、配方及制备工艺。这个防漏装置能使坩埚内液体流出时进入本装置内，不会使真空炉体受损坏，可以阻止危险事故的发生。而且特殊金属熔化后的液体流到装置内，其原料不会污染还可以重新使用。此装置制造材料方便、成本低、抗冲击、抗2400℃高温度，效果好。目前，用真空炉提炼高纯度的金或硅时，密封的炉体内的温度一般高达1700℃以上，在如此高的温度下就会造成原料液渗漏，以至于流到真空炉底，炉底无法承受如此高的温度，而使炉体被击穿，造成炉体中的冷却水遇到高温而被分解产生大量气体，使炉体瞬间产生高压气体而产生爆炸，国内外至今无法解决因坩埚破裂而产生料液击穿真空炉底而产生的爆炸问题。针对现有技术存在的缺陷，本项目产品，提供一种安全可靠、即使坩埚破裂也不会因为料液渗漏击穿真空炉底而造成爆炸的真空炉防漏保护装置、配方及制备工艺，能够很好的解决国内外至今还无法解决的提炼过程中因坩埚破裂而产生的料液击穿真空炉底而产生的爆炸问题。

技术创新点：在真空炉底部增加一个防漏保护装置，能够确保在真空炉内熔炼坩埚破裂或被熔炼的液态原料渗漏而击穿真空炉底的情况下，真空炉体不发生爆炸；装置制备工艺方便，可由以电极糊80～95%，碳化硅2～8%，三氧化二铝1～9%，氧化镁2～7%，浓度为95%的碳酸钠溶液1～9%，水1～8%为主成分中任意配比组成的物质制成；能将破裂机率降低到1/10000以下；设备性能可靠耐用、寿命长、操作方便。

基于数字化变电站的集中式保护 篇10

目前,随着数字化变电站的发展以及IEC61850协议的不断推广,国内数字化变电站的建设已由理论研究阶段走向工程实践阶段[1,2,3]。数字化变电站3个主要特征是:一次设备智能化、二次设备网络化、符合IEC61850标准,即数字化变电站内的信息全部做到数字化,信息传递实现网络化,通信模型达到标准化,使各种设备和功能共享统一的信息平台。这使得数字化变电站在系统可靠性、经济性、维护简便性方面均比常规变电站有大幅度提升[4,5,6,7]。

营口供电公司220 k V大石桥变电站是营口地区重要的枢纽变电站。大石桥变设计为2台主变,安装于户外,主变散热器一体;220 k V侧为双母线接线,专用旁路,专用母联,6回架空进线,1个旁路,采用AIS设备,安装于户外;66 k V侧为双母线接线,专用母联,专用旁路,16回出线,1个旁路,2台电容器,1台所变,采用AIS设备,安装于户外。

大石桥智能变电站采用基于整个变电站一体化设计的控制保护系统,采用冗余配置结构,系统构架采用3层网络结构,即变电站的过程层、间隔层和站控层。过程层采用纯光学互感器、基于IEC61850-9-2规约模拟量网络传输方式和GOOSE网络开关量输入、输出跳闸方式[8,9];间隔层采用集中式保护测控系统;站控层由计算机网络连接的系统主机、工作站、远动主机、保护信息子站等设备组成,提供变电站内运行的人机界面,实现管理控制间隔层设备等功能,形成全站监控、管理中心,并可与调度中心、集控中心、保护信息主站通信。

1 站控层技术特点

站控层由计算机网络连接的系统主机、工作站、远动主机、保护信息子站等设备组成,提供变电站内运行的人机联系界面,实现管理控制间隔层设备等功能,形成全站监控、管理中心,并且可以与调度中心、集控中心、保护信息主站通信。整个站控层网络采用IEC61850通信标准,其模型的描述能力大幅提高,装置的互操作性大幅增强[10,11,12,13]。基于IEC61850的变电站自动化系统完全按照IEC61850的面向对象和分层分布思想构建,在站控层、间隔层实现了IEC61850的自动化系统[14,15]。

基于IEC61850的变电站自动化系统的主要特点如下。

a.整个变电站数据模型的描述,充分利用了IEC61850的优势对整个变电站的一次系统结构,二次设备的数据模型,一次设备、二次设备的关系进行了系统建模。这是和常规变电站相比最突出的优点,提供一个强大的信息资源,为变电站以及整个系统的运行提供了丰富的信息资源。

b.面向对象的数据建模,对一次设备以及二次设备功能按照面向对象的方法进行了数据的建模,符合当前国际上变电站自动化技术的最新发展方向,解决了传统变电站实时信息需要在不同子系统内各自定义,并通过人工对点方式进行子系统之间的数据统一工作,简化了系统的调试工作量,使系统维护安全、简单、方便、可靠,可极大地提高工作效率。另外各制造厂家的产品如果符合IEC61850通信规范,可以直接接入自动化系统,便于扩展维护,方便互联。

c.灵活强大的信息交互,依托100 M的以太网和双网冗余机制,整个变电站的信息交互十分畅通可靠。

d.强大的配置工具,SCD变电站系统配置工具提供了强大可视化全站配置的功能,以图模一体为特点,采用图形的方式直观、方便、灵活地配置变电站系统。

e.远动信息的直采直送,远动主机、监控主机通信功能相互独立,远动信息从间隔层直采直送,消除了通信瓶颈,保证了远动信息的可靠传输。

f.开放性的后台监控系统,后台监控软件基于Windows和Unix 2种操作系统开发。数据库选用商用数据库。以软总线技术、网络技术为基础,实现了开放式后台监控系统,增加了变电站内信息的可利用性。

g.不依赖于监控系统的基于间隔层测控装置的逻辑闭锁功能,间隔层设备通过相互之间的直接通信方式,获取其他间隔的状态信息,从而可靠进行操作防误,而且该项功能独立执行操作闭锁功能,不依赖于后台系统参与,即使监控系统异常或者到间隔单元进行操作,均可以可靠实现防误功能。同时该功能与站内五防系统功能不冲突,可以共同实现全站的防误功能。

2 过程层技术特点

过程层包括光电式电子互感器、合并单元、智能开关设备及过程层网络设备等(见图1)。模拟采样数据、保护命令、保护间配合信号的传输对于实时性、可靠性要求非常高,所以过程层使用100 M光纤以太网,选用基于IEC61850-9-2和GOOSE共网组网方式,采用双星形网络拓扑结构,选用光纤作为传输介质。由于采用组网方式,采样值需要同步信号来完成差值同步,以满足各种保护的需求,同步采用光纤B码同步方式。

过程层按电压等级可以分开组建冗余的220 k V、66 k V的SMV/GOOSE网络。相应电压等级的控制保护系统和过程层智能终端以双重化的网络接口连接到相应的GOOSE网络上,实现相互之间的信号交互。

电子式互感器采用IEC61850-9-2规约,为保证间隔合并单元输出的母线电压不依赖于同步时钟,电压合并单元与间隔合并单元通信采用IEC60044-8规约。电压并列在电压合并单元中实现,电压切换在间隔合并单元中实现。

将双重化配置的智能终端装置安装在户外智能控制柜中,可以在现有的开关设备的条件下实现过程开关设备的数字化。智能终端装置通过独立的GOOSE网络与间隔级设备实现互联,交换和传递上下行开关量输入、输出等。

3 集中式保护技术特点

3.1 系统硬件配置与特点

PCS-900系列集中式保护测控系统基于南瑞继保公司最新一代控制保护硬件平台UAPC平台。UAPC平台主要面向未来的控制保护系统,全面支持电子式互感器、分布式IO以及IEC61850、GOOSE和SMV,具有高性能、高集成度的特点,支持多个CPU、DSP插件组合在一起完成复杂的控制保护功能,满足变电站自动化系统一体化的要求。

大石桥变电站配置如下。

a.配置2台PCS-931线路保护测控装置完成220 k V 6条进线、1个旁路及母联的保护与测量控制功能,其硬件配置如图2所示。其中,1号槽为PPC插件,完成事件记录及打印、后台通信及与面板CPU的通信,定值管理等功能;2号、3号、7号和8号槽为线路保护插件,由3条进线的差动保护测控功能和1个旁路的电铁线路保护和测控功能组成;C号插槽为母联保护测控插件;5号槽和A号槽为SMV/GOOSE插件,用于完成所有间隔的IEC61850-9-2采样值和GOOSE的开入开出处理;5号槽要接入光纤B码,用于对时和差值同步处理;E号槽为同步插件,同母差保护配合,完成母差保护对本装置包含的间隔进行采样。

b.配置1台PCS-978元件保护测控装置完成220 k V母线保护、2台220 k V主变保护与测量控制功能,其硬件配置如图3所示。其中,1号槽为PPC插件,完成事件记录及打印、后台通信及与面板CPU的通信、定值管理等功能;2号、3号槽为主变保护插件,用于完成2台主变的保护测控功能;7号插槽为备自投及低频减载保护功能;A、B号槽共同完成一套220 k V母差保护;E号槽为同步插件,配合线路保护完成母差保护对所有间隔进行采样。

c.配置1台PCS-951-I线路保护测控装置完成3个馈线保护测控、1个母联(分段)保护测控及66 k V母线保护;其硬件配置与线路保护PCS-931类似,不再赘述。

d.配置2台PCS-951-II线路保护测控装置完成12个馈线保护测控功能。

e.配置1台PCS-951-III线路保护测控装置完成3个馈线保护测控、2台电容器保护测控及1台所变保护测控功能。

3.2 母差保护的采样同步特点

由于集中式保护测控系统中的母线保护均由多台装置共同实现,必须解决装置间的采样数据同步问题。

母差保护通过FPGA技术实现了在光纤链路层锁定数据时标,即自动记录数据到达时刻,从而实现了多台装置间高精度同步。母差保护插件发出同步数据信号,其他线路保护装置根据母差保护装置下发数据的时标调整各自的采样时刻,由于母差保护插件是同时向各线路保护装置发数据,因此,最终各线路保护装置就能做到在同一时刻采样,完成同步采样功能。该方案的同步误差最大为2μs,完全满足母差保护的同步需求(见图4)。

3.3 光纤纵差保护问题

大石桥侧采用电子式互感器,另一侧采用常规互感器时,采样延迟不同是线路差动保护同步必须解决的新问题。

图5显示了电子式互感器和常规互感器采样的延时时间分析。图中ta为线圈传变角差时间;tb为低通、数据处理、发送延时;tc为传输延时;td为合并单元数据接收、处理、发送延时;te为采样值传输延时。

可见,电子式互感器中存在大量延迟的中间环节(包括远端模块的低通、数据处理、发送延时及传输延时,合并单元的数据接收、处理、发送延时、采样值传输延时等),而常规互感器除了传变角差外没有别的延迟时间环节,正是因为电子式互感器和常规互感器延时时间的差异,导致了采样波形的时间差。

PCS-931光纤纵差保护采用自适应采样延迟补偿方法,即延时时间不需人为整定。远端模块通过协议将原始采样数据传输给合并单元,同时也把其通道延时传送给了合并单元。采样数据又从合并单元传送到保护。由于合并单元和保护装置接收B码同步信号,保护装置就能够计算出采样数据对应的采样时刻,从而得到整个过程的通道延时。通过对采样数据进行相位调整,使得两侧差动数据同步。自适应采样延迟补偿方法可以适应各种采样方式的组合情况,包括本侧电子式互感器采样,通信规约为IEC61850-9-2或IEC60044-8,对侧常规采样;两侧均为电子式互感器采样,通信规约分别为IEC61850-9-2和IEC60044-8。

3.4 保护和测控一体化方案

由于本站采用IEC61850-9-2格式的数字化采样,且出口采用GOOSE,则各遥测信息都很容易在网络上获取,各遥控信息也可通过GOOSE网络直接发送,可方便地把保护功能和测控功能集成到一个间隔中,以便节约成本,提高信息共享。保护和测控分别从IEC61850-9-2的数据帧中取得保护和测量数据,并通过GOOSE口接收或发送跳闸和遥控信息。

220 k V间隔保护测控装置按照双重化配置。66 k V间隔保护测控装置按照单重化配置。主变电量保护测控装置按照双重化配置。主变非电量保护装置安装在主变本体附近,可采集档位及本体信号,接收测控下发的调档命令,采集主变温度信息等,采用GOOSE和保护测控装置实现信息交互。

3.5 集中式保护的ICD文件

集中式保护在一个物理装置里集成了多个逻辑装置,在装置的ICD文件里一个物理装置(IED)中集成了多个逻辑装置(LD)。另外由于一个物理装置中往往有多块网卡接入过程层,所以过程层接入点根据实际情况进行划分。这种模型完全符合IEC61850标准,而且层次清晰、概念明确,后台监控系统无需针对集中式保护特殊性做修改就可直接按逻辑装置对相关保护对象进行操作。

3.6 集中式保护的定值管理

集中式保护既有面向装置的公用定值,也有面向不同保护功能插件的保护定值,同电压等级的同类型保护定值完全相同。在修改定值时,装置可仅重启修改定值的间隔保护,而不影响本装置其他间隔的保护。

4 集中式保护与分布式保护的比较

在保护性能上,集中式保护的各个元件的保护原理同传统的分布式保护一样。保护出口采用GOOSE出口,即保护出口速度一样。对于母差保护,本站的数字采集子机为各个线路保护,采用IEC61850-9-2/GOOSE机制的新型分布式母差保护的数据采集为单独的子机单元,两者原理一致,性能一致。

在可靠性上,如果一套集中式保护硬件故障,则要退出整套保护,这时只能依靠另外一套保护维持运行,硬件可靠性比分布式保护稍低。

在经济性能上,集中式保护测控一体化方案节约了大量的电缆和屏柜,减少了保护室的占地面积,但是电子式互感器、户外柜和交换机会增加成本,总体投资稍低于常规站。

5 结论

a.基于集中式保护的数字化变电站内的信息全部数字化,信息传递实现网络化,通信模型达到标准化。

b.采用IEC61850-9-2/GOOSE的冗余双网配置的可靠性高。

c.集中式保护装置将多个间隔的保护和测控功能集中到一台装置中,在稳定可靠的前提下,提高了信息的共享度,能够有效地节约用地。本站的集中式保护模式为以后的数字化变电站建设提供了参考。

摘要：新型的PCS集中式保护采用嵌入式的硬件设计和分布式的软件设计。每个间隔的保护测控集成到一个DSP板卡中,并可灵活扩展,已经成功应用于220 kV变电站。变电站220 kV配置2台集中式线路保护装置完成所有线路和母联的保护测控功能,配置1台集中式元件保护装置完成母线、主变保护测控功能。66 kV配置4台集中式低压保护完成所有66 kV出线、电抗器、电容器保护。变电站在过程层采用IEC61850-9-2/GOOSE的冗余双网方案,间隔层采用点对点同步技术。