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摘要：随着社会经济不断发展，我国电力事业发展迅速，电力系统整体呈现出智能化、数字化、集成化的发展趋势，相应提高了对其综合保护科学性和实效性的实际要求。综合保护装置就是在这一环境背景下被提出和研发的，其以FPGA技术为基础，联合16位微处理器，可实现频率测量、全波傅里叶变换、继电保护、以及录波等功能。笔者即从综合保护装置入手，就其在预装式变电站中的设计和应用，发表几点看法，以供相关人员参考。
关键词：预装式变电站；综合保护装置；设计；实现
预装式变电站是我国城乡电网改造工程的关键设备，又称为箱式变电站，其本质是一种高压开关设备，通常应用在电力负荷相对集中、地价较贵的区域。简单来说，预装式变电站是低压配电装置和配电变压装置根据一定的接线方案要求，排为一体的工厂预制配电设备，即变压器降压、高压受电、低压配电等功能的有机组合体。预装式变电站普遍具有体积小、成套性强、供电质量高、电能损耗少、成本低等特点，在我国电力系统建设发展过程中，有着广泛且深入的应用，故而加强对预装式变电站的综合保护，具有重要的现实意义。本文即围绕预装式变电站，就其综合保护装置的设计和实现，进行了分析和探讨，具体内容如下：
一、综合保护装置设计方案概述
（一）综合保护装置功能设计分析
1、高低压室电参量监测与保护功能分析
综合保护装置需要实时对高压侧出口电力、三相入口电压以及低压侧输出端口电流进行监测，并记录系统运行过程中的电流、电压、功率等参数，以供本地监测或上位机调用。同时，综合保护装置还需实时监测三相高压侧出口故障电流，并依据检测结果，对系统运行故障状态进行判断，以及时发出故障信号。
2、高低压室防凝露保护功能分析
通常情况下，预装式变电站安设于户外，易受到外部环境因素的干扰和影响。因此，综合保护装置需实时监测变电站高压室和低压室内部的湿度，并根据实时湿度检测数据，启停内部升温和除湿设备，避免生产凝露干扰系统的正常运行。
3、变压器室温度保护功能分析
就预装式变电站而言，在系统工作运行过程中，其内部变压器设备易在工作负荷等因素的作用下，发生温度升高问题，如不能及时对其进行降温处理，随着温度的持续升高，就可能造成设备运行故障，甚至导致设备永久性损伤。因此，综合保护装置还需监测变压器绕组的运行温度，并根据温度监测结果，完成排风扇启停控制。
4、无线组网功能分析
鉴于预装式变电站无人职守的系统运行特点，其必须进行系统组网，以满足系统运行的实际需求。在GSM通信技术的支持下，预装式变电站可实现无线组网功能，从而突破地点和距离限制，确保数据信息的安全输送。
5、在线数字化参数显示和设定功能分析
综合保护装置可借助320×240点阵LCD完成出口三相电流、高压侧入口三相电压、低压侧出端口电压、高压侧出口故障电流、低压室和高压室湿度、变压器绕组运行温度等参数的数字化显示。
另外，在现代计算机技术的支撑下，综合保护装置故障电流整定值及各路温湿度极限值，可通过装置外设键盘直接进行修改和设置，也可以通过上位机下达修改制定，完成电流整定值和各路温湿度极限值的调整。
（二）硬件设计分析
综合保护装置硬件设计可使用硬件平台设计方法完成，从而赋予其模块化和独立性特征。在这种模式下，综合保护装置可根据不同的控制要求完成不同种类模拟输入的选配，全方位满足不同类型预装式变电站的综合保护需求。以某预装式变电站综合保护装置为例，其以16位单片机为系统控制芯核，搭配高性能电压互感器、电流互感器、湿度传感器及温度传感器等检测设备，可同时实现3路电压信号（Ua，Ub，Uc）、4路电流信号（Ia，Ib，Ic，Id）、6路温度信号（Ta，Tb，Tc，Td，Te，Tf）以及3路湿度信号（Ha，Hb，Hc）的实时监测，并根据故障电压、电流和温湿度监测数据，完成对变电站断路器、变压室、低压室、高压室的综合保护，同时具有低压室三相电压缺项预警功能，其硬件结构如下图所示。
图一综合保护装置硬件设计结构示意图
综合保护装置所有要采集的运行参量均由输入板接收，经由互感器交换后，传输至模拟板。输入板传输来的数据在模拟板经过放大、滤波处理后，还需通过A/D转换输送至CPU进行计算和处理。对于综合保护装置来说，CPU是整个系统的处理核心，整合各部分的传输信号后，向输出板输出控制信号，控制断路器完成跳闸、报警等保护功能。
二、综合保护装置实现的关键技术分析
（一）以FPGA为基础的数字继电保护技术分析
就数字继电器而言，输入的电流信号和电压信号通过等间隔采样转化为指定的数字信号，再通过相应的算法计算出输入信号的相位值和幅值，借助相位值和幅值间的关系判断，确定电力系统整体的运行状态，最后通过以上状态判断结果，决定发出怎样的处理措施，从而保障系统整体的运行安全和稳定。同时，系统还需根据显示要求，分别获得电流、电压、电能、功率等信息。为达到这一目的，相关操作人员可在现场进行FPGA编程，用于信号的数字处理和采样控制。通常来说，综合保护装置包含A/D转换模块、频率测量模块、FFT模块、通信模块、继电保护模块和接口模块六大模块。
在系统运行过程中，数字继电保护需具备以下几点功能：一，数据高速处理功能。数字处理技术是各类计量、保护、监测和控制功能的实施基础，故而要求装置核心器件需具有一定的数据高速处理能力，以维持系统的正常运转；二，大规模生产处理能力。就微处理器为基础的电路设计而言，受其软件和硬件设计限制，在实际运行过程中，系统对于操作人员专业素质，有着较高的标准要求。
（二）以GSM为基础的通信技术分析
GSM通信技术是综合保护装置无线组网的重要基础，通过分配唯一SIM号的方式，可将现场所有的检测数据打包为“短信数据包“，并以此为基础构建无线通信网络，从而为每个预装式变电站提供相应的网络化通信接口。GSM通信技术的引入和使用，从根本上解决了传统模式中，预装式变电站分布零散、广泛导致的组网困难问题，实现了远程、双向的数据传输功能。
（三）以模糊逻辑为基础的温湿度保护技术分析
模糊逻辑的引入和应用，可以实现对复杂对象的模糊识别、模糊度量、模糊推理和模糊决策等功能，与传统的简单逻辑控制相比，其更贴近于人为思维模式，可以更好地总结和反映人的问题处理经验，从而保障温湿度控制的科学性和合理性。
结语：
综上所述，预装式变电站凭借其体积小、高性能、低损耗等优点，在我国电力事业建设发展过程中，得到了广泛且深入的应用。因此，相关电力人员需全面提高对预装式变电站综合保护装置的重视，通过综合保护装置的科学配置，提高预装式变电站的运行可靠性和安全性，推动我国电力事业的进一步发展。
参考文献：
[1]张珺.预装式变电站综合保护装置的设计分析[J].科技展望,2014(22).
[2]汪进锋,徐晓刚,李鑫等.光纤传感器在预装式变电站绕组热点温度监测中的应用[J].电测与仪表,2016(21).