芯片化保护控制技术优化方案

芯片化保护技术是一种以单个高性能芯片取代多板卡，高度集成保护功能、管理功能、通信功能，实现信号采集、转换、存储、处理等功能的新一代数字化保护技术。借助该技术研发的保护装置具有小型化、低功耗、高防护、高可靠性等特点，可满足智能电网保护装置户外就地无防护的需求。

1.芯片化保护关键技术指标及发展过程

芯片化保护装置采用单芯片代替多芯片，单板卡代替多板卡，实现了多业务口合一，有效减少了装置体积、重量、元器件及端子接线数量。装置尺寸为120mm×100mm×50mm，为现有装置体积的1/40；整体重量约为1.5kg，为现有装置重量的1/10；元器件数量约为700个，为现有装置的1/10。装置以基于通信速率为8Gbit/s的ACP数据通信方式替代传统的总线传输方式，相比常规数字化保护装置，整组动作时间缩短5ms。装置实现了多业务口合一，具备IP67的防护等级，具有较强的抗电磁干扰能力，可稳定工作于-40～70°C的温度范围，可就地无防护安装于一次设备旁边。随着智能化变电站建设的加速推广，二次设备面临的复杂性、可靠性、安全性问题日益突出，长寿命、低成本、简单运维的需求日益迫切，通过芯片化保护技术简化保护装置接口和提高装置防护等级，实现装置就地无防护安装具有较大的技术经济效益，推广应用芯片化保护装置有重要的现实意义。

2.芯片化保护技术的国内外研发和应用情况

电力保护控制设备芯片化装置的研究，国内外尚未有报道，但是提高系统集成度已经成为电子行业发展的技术路线。ABB、西门子、GE等公司采用4U或者6U标准插箱架构设计，装置内部采用多CPU插件方案。SEL公司的保护装置采用横板卡设计方式，板卡数量较少，但也采用多CPU方案，集成度虽有所提升，但仍无法达到单芯片实现保护测控功能的程度。国内主流的二次设备厂家（如南瑞继保、国电南自、许继电器和长远深瑞等）目前也仍然采用多板卡、多CPU的设计理念。南方电网科学研究院于2014年年初启动课题“芯片化保护关键技术研究与应用”，研制了110kV芯片化线路保护装置POC-161和110kV芯片化变压器保护装置POC-326等两类装置，并于2015年5月通过了国家继电保护及自动化设备质量监督检验中心的检测，随后，装置进入试运行阶段，分别于2015年12月、2016年1月在广东电网佛山供电局110kV瑞颜变电站、广西电网钦州供电局220kV排岭变电站建成投运，装置运行期间经历了高温、高湿和强电磁干扰等复杂工况，据统计，共经历了28次区外故障扰动情况，均未出现误动、拒动以及误告警现象，表现出良好的稳定性能，保证了变电站的安全稳定运行。(www.xing528.com)

3.芯片化保护装置产生的经济效益

芯片化保护装置产生的经济效益主要体现在装置生产成本、装置调试成本、运维成本和变电站建设成本4个方面：①在装置生产成本方面，芯片化保护装置体积缩减为现有装置体积的1/40，重量为现有装置重量的1/10，元器件数量约为现有装置的1/10，这将有效缩短装置的生产和组装环节，提高装置的生产效率，减少生产人力的投入（芯片化装置批量生产成本在1万元左右，相对常规数字化保护装置减少了1/3的成本）；②在装置的调试成本方面，相比于常规数字化保护装置需要对多板卡逐一调试、升级和配置的烦琐及不直观的调试方式，芯片化保护装置采用单芯片、单板卡模式，调试运维只需针对单一板卡即可，通过装置配套调试工具可实现一键下载程序、配置，过程简单，无须反复操作，有效缩短20%的调试周期；③在装置的运维成本方面，芯片化保护装置的通信接口采用标准化航空端子，实现了通信接口标准化，可实现以换代修的运维模式，大大减少了因保护装置故障而导致的线路停电时间，减少了运维和检修人员的工作量，实现了装置运维模式的升级；④在变电站建设成本方面，芯片化保护装置实现了多业务口合一，具备IP67的防护等级，具有较强的抗电磁干扰能力，可工作于-40～70°C的温度范围，可就地无防护安装于一次设备旁边，减少了二次屏柜数量，有效减少继保小室、预制仓、智能户外柜等的占地面积，减少变电站建设征地的费用支出及执行难度。

4.芯片化保护技术的应用目标与原则

芯片化保护作为新一代数字化保护装置，可应用于所有电压等级的数字化变电站，可安装于常规二次室屏柜中，也可就地无防护安装，其不仅在可靠性、安全性等方面具有较大提升，技术经济优势也尤其突出：减少了装置购置成本；降低了变电站整体占地面积，减小了变电站建设成本；降低了装置安装、调试和运维过程中的人力成本。