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万用继电器 |
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| 万用继电器 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 9:34:58  |
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张向东1 吕冬梅1 马金明2
1.阿城继电器股份有限公司 2.双太电子实业有限公司
1 万用继电器的概念
万用继电器(Universal Relay)的概念是由美国通用电气公司提出的，所谓的万里继电器，从技术和经济节约的角度来看，就是为变电站提供综合的、模块化的解决方案。这种解决方案可以不考虑制造厂家是谁，采用什么样的通讯网络，万用继电器都可以与现存的硬件和软件无缝联网和接入。
2 开放的通讯协议
变电站通讯的关键是采用用户通讯结构(UCA)。这一通讯结构要求去掉通讯连接设备，以最低的成本实现设备间最大可能的相互通讯；其实就是去掉了不同厂家生产继电器通讯所用的协议转换器，为客户和生产厂家节省了开发费用。这里所采用的通讯方式是点对点(peer to peer)及局域网(LAN)；可以利用局域网来传递通讯信号，节省了大量的控制电缆。
3 万用继电器的功能单元
万用继电器是模块化的硬件和软件的结合体，有如下功能单元：
A算法和控制处理单元。一般情况下，由主“保护”微处理器来实现，主保护微处理器即是所谓的中央处理单元(CPU)；用于不同保护的数字继电器，大多数情况，有多个处理器。
B电源系统电流和电压采集单元。通常由专门的数字信号处理器(DSP)来完成采集工作，并与模/数数据采集系统和中间变流器、变压器相结合。
C控制接口的数字输入、输出单元。该单元处理各种电流、电压值以及动作速度、动作门阈值和不同的输出方式。
D与变送器接口的模拟输入、输出单元。该单元与SCADA(监控和数据采集)相联，通常要求检测或输出直流毫安电流。
E与变电站级计算机和SCADA系统通讯单元。一般情况下，要求不同的硬件接口(如RS485，光纤电缆等)和不同的通讯协议(如Modbus,DNP,IEC-870-5,UCA2-0等)。
F就地人机接口(HMI)单元。用于就地控制和设备状态报警。
G控制电源的电源回路。一般要求支持交流和直流电压输入(24～300VDC，20～265VAC)。
万用继电器在硬件方面是模块化的，具有考虑成本下的所有保护应用的可扩展性、灵活性和可升级性。
4 万用继电器的结构
万用继电器是由模块化的组件构成。模块化组件由插拔件构成。这一结构与可编逻辑控制器(PLC)很相似。这一技术的关键部分是并行通讯总线。这一技术为模块化的组件提供了共用电源，并为主机提供了高速的数据接口，并把各种功能单元集成为一个整体。
模块化组件与高速数据总线相联结，以每秒80Mbytes的速度进行数据交换。高速的传输总线可以实现非同步传输。这样模块化组件的继电器可以与保护功能要求的速度进行数据交换。这一点十分重要，可以为所有的组件提供简单且低成本的通讯接口。通讯总线应该能够同时支持并联和串联通讯方式(串联速度为10Mbps)。需要高速通讯的组件采用并联式通讯(80Mbytes/sec)，而其他不需要快速通讯的单元采用串联通讯。这样可以防止串联通讯的瓶径问题。
模块化的结构可使万用继电器具有可扩展性和灵活性。用户可以根据特殊的需求，从最小到最大的输入/输出(I/O)容量来配置万用继电器。所谓的灵活性是指容易增加组件并与需要的多组件的I/O接口，这样万用继电器在与电力系统各种保护和控制接口时保持了最大的灵活性。其次万用继电器具有可升级性和增强性的特点。万用继电器只要简单地更换或增加模块化组件，就会改变万用继电器的功能，实现如下要求：
(1)从一般的电缆通讯到高速光缆通讯的升级。
(2)增加模拟I/O组件，可以增强变压器的保护功能，可以进行有负荷下的调压控制，检测部分甩负荷情况。
(3)CPU组件可以升级，实现的更加复杂的保护。算法，如模糊逻辑、“神经网络”、“自适应”等。
(4)增加DSP组件及电流、电压变换器子组件可以实现精确测量。
(5)增加数字I/O组件和用户标签，可以使高效打印用户化，提高控制能力。
(6)增加LED组件和用户标签，可以使高效打印功能用户经，增加人机接口能力。
5 模块化软件
扩展性和灵活性不仅对硬件而言，对软件也适合。实际上软件也是基于功能的模块化，主要包括：
(1)保护元件；
(2)编程逻辑和I/O控制；
(3)测量；
(4)数据和事件记录、存贮；
(5)数字信号处理；
(6)人/机接口控制；
(7)通讯。
软件工程的最主要进步是倾向目标(object_oriented)的编程和设计，简称OOP/OOD。这里主要涉及两个概念，一是“目标”(object)，另一个是“等级”(class)。使用这两个概念，可以创造出等级和目标不同的保护功能，如时间过流(TOC)、瞬动过流(IOC)、电流差动、低电压、过电压、低频率、距离阻抗(MHO)、距离四边形等。这些都是软件模块化的内容，是“自我包容”或“蜂窝化”的。
其他功能，如测量、编程逻辑和I/O控制，人机接口和通讯等等都是模块化的。这种模块化的软件结构可以提供扩展性和灵活性。可扩展性就是保护应用目标的可扩展性，如多路I/O控制元件；灵活性就是应用目标可以根据用户的不同要求进行组合，如TOC、IOC、距离、低频率和方向IOC等。
把这些功能结合起来，模块化；具有可扩展、灵活、可升级等特点。这些组合起来在一个共用平台上实现广泛的应用，就是万用继电器。
6 万用继电器在变电站自动化的作用
万用继电器具有模块化的硬件和软件，可以根据需要扩展功能，具有结构的灵活性和硬、软件的可升级性；具备点对点(Peer to Peer)的通讯。因此可以满足任何变电站自动化的需要。此外，目标倾向性的软件可以处理既新又适用的通讯协议，这就意味着万用继电器可以与今天的环境共存；同时可以演化或进步到今后的“因特网”(Internet)或其他新技术的发展层面上，而无需改变或升级系统，造成大量的投入。
参考文献
［1］葛耀中.继电保护技术的新进展［M］.中国电力出版社，1999
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