对国内100MW及以下机组保护产品研发方向的探讨和思考

0　引言 　　随着国内市场和产品的进一步细分，我国的机组保护发展到今天，归纳起来，主要经历了两种意义上的市场细分。 　　一种是基于大小机组保护判据上的细分。这次细分几乎是伴随着机组保护的产生而产生的，它是由于100MW以上大机组和100MW及以下小机组本身不同的需求所决定的。随着工程应用数量的增多和保护经验的不断积累，该种意义上的细分也必将会变得越来越细微。 　　另一种是基于高低端市场竞争上的细分。这次细分是从最近两年才开始出现的，它是市场行为直接导致的结果。这次细分的直接表现，就是大机组保护仍然被国内几家机组保护供应商所垄断，但是小机组保护市场却有了更多厂家的介入。 　　伴随着国内机组保护领域的第二次细分，国内机组保护行业尤其是小机组保护行业，表现出了一定的混乱性和茫然性特点。在小机组保护领域所表现出来的这些新特点中，有一些是积极的，应该继续提倡的，但有一些却是消极的，必须坚决予以摒弃的。 1　第一次市场细分——基于大小机组保护判据上的细分 　　由于大小机组的主接线方式、各自所面对的运行条件不尽相同，使得大小机组保护在一些保护判据的使用上也不尽相同。 这次细分的主要表现有： 　　1）大机组保护中需要的失步保护、过激磁保护、非全相保护、低频累加、失灵启动、不完全纵差、裂相横差、零序差动、注入式定子接地保护等，对小机组而言，往往涉猎不多或考虑较少。 　　2）小机组扩大单元接线的定子接地保护，应该强调保护的选择性问题。而大机组，根本不可能遇到这样的主接线方式。 　　3）小机组发电机保护大多与变压器保护分开配置，有时会出现发电机带主变压器、备用变压器空载合闸的工况，这就需要发差保护考虑怎样有效防止误动作的问题。而该工况对大机组保护基本上也是不需要考虑的。 　　4）小机组保护有时主变压器阻抗较小，对自并励机组，该种情形下尚需对主高压侧配置带有记忆功能的过流保护。否则，不带记忆功能的常规复压过流保护有可能拒动作。 　　5）小机组保护有时受运行方式影响，变压器高压侧有时需配置电流闭锁的过压保护。如果仍然象大机组一样采用电压闭锁的电流保护，也有可能出现拒动作情况。 我们有理由对该种意义上的细分进行充分地鼓励，因为该种意义上的细分，有利于机组保护事业的健康发展。 　　当然，我们也有理由相信，随着近几年各生产厂家对小机组保护产品的越来越重视，随着大小机组保护专业上的不断细化和深入，大小机组保护产品在原理判据上的细分一定会越来越细微，也必定会越来越有针对性。 2　第二次市场细分——基于高低端市场竞争上的细分 　　在32位机保护装置出现之前，国内机组（包括大机组和小机组）保护市场被国内两三家企业独占，属垄断性市场。 　　小机组保护产品和大机组保护产品只存在保护判据细分上的差异。 　　当时的机组保护基本上都是采用主保护、后备保护分箱配置的方式来完成机组的保护功能。 　　小机组保护一直紧跟大机组保护的发展步伐，大小机组保护共享判据经验和运行经验。 　　但是，这种局面的维持不是一成不变的。随着32位机保护产品研发的开始，第二次市场细分也就悄然地拉开了帷幕。当前，由于第二次市场细分所带来的一些新特点主要表现在以下三个方面。 2.1　大机组保护产品全部采用双主双后双套配置方式 　　针对大机组保护双主双后的配置需求，稳稳占据垄断地位的国内几大厂家对发变组双套配置保护进行了全新的解读，并迅速在大机组主后共用CT、主后共箱、每箱多CPU、两箱互备的技术方案上达成了一致。 　　自此，一些新原理、新判据、新思路，甚至是新变革应孕而生。大机组保护领域，表现出了蓬勃、快速的发展势头。 2.2　小机组保护产品开始考虑综合性功能的实现 　　与大机组保护市场依然被国内几家企业垄断的局面相比，小机组保护就显得热闹异常。 　　近两年，随着国内机组保护领域高低端市场的进一步细分，国内电气行业涉足机组保护领域低端市场的厂家逐渐增多。小机组保护产品越来越得到大家的重视和关注，许多原本不具备大机组保护的小机组保护设备供应厂家也加入到了小机组保护产品的竞争行列。 　　面对着国内低端小机组保护市场愈演愈烈的竞争环境，小机组保护产品市场的价格大战也就在所难免。刚刚进入到这一市场的小机组保护供应厂家，低价位是他们唯一的竞争王牌，想法设法的降低产品造价往往成为大家的首要着眼点。 　　基于产品性价比考虑，当前的小机组保护产品，在装置硬件的搭建上几乎都兼顾考虑到了机组的测量控制功能和操作回路功能。而这些功能，对当前双配置的大机组保护产品，是由另外的装置实现的，根本不需要保护产品兼顾考虑。 　　也就是说，和大机组单纯的保护功能相比，当前的小机组保护基本上都采用了集保护、测量、计量、控制、通信功能于一体的开发模式。 2.3　混乱的小机组保护产品实现方式 　　在第二次市场细分中，国内小机组保护产品的研发思路，主要表现为下列五种。 　　1）许继电气WFB811方式； 　　2）国电南自DGT801C方式； 　　3）南瑞继保RCS-985R/985S方式； 　　4）传统的主后两箱配置方式； 　　5）主保护、后备保护、接地保护三箱配置方式。 　　许继电气WFB811方式与传统的主后分箱方式相比，实际上是把主、后两箱合并为了一个箱。主后两套保护在一个箱内共用一套电气信息采集系统和一套人机接口，其它部分包括电源模块、CPU模块、开入开出模块都是按一主一后两套搭建，几乎和主后分箱的配置思路没有差别。 　　国电南自DGT801C方式，也是采用了两套保护CPU，这两套保护CPU正常时“与”门出口，一旦某CPU或某处硬件、软件故障，或者自检回路告警，该CPU即自行退出，而由另一正常CPU单独运行。两套CPU均承担主保护和后备保护功能，并具有各自的电源模块、信息采集模块和开入开出模块。 　　南瑞继保RCS-985R/985S方式，采用分箱配置模式，其分箱思路虽然并未完全按主后分箱思路进行，而也借鉴了主后分箱思路，采用了相似保护功能分开的分箱原理。一套机组采用两箱配置，每箱均采用双保护 CPU（一单片机、一DSP）并行处理方式。 　　传统的主后分箱方式，采用主保护、后备保护分箱配置的思路。每套保护设置一个CPU，一箱用于主保护，一箱用于后备保护。 　　主保护、后备保护、接地保护三箱配置方式，是在传统的主后分箱方式上的再发展，把接地保护单独配置为一个箱。 　　后两种实现方式，也是大部分厂家采用的方式。不具备大机组保护的小机组保护设备供应厂家，其基于小机组保护产品的研发实现，基本上都采用了后边两种较为传统的实现方式。 　　通过上述对小机组保护五种实现方式的初步分析，我们不难看出，相比于研发思路高度统一的大机组保护产品，当前国内的小机组保护产品种类繁多，各小机组保护供应厂家对小机组保护未来的发展也尚未达成统一的共识，各自都是按着自己的判断和理解在埋头做事，这也直接导致了小机组保护产品研发思路上的诸多差异。这种差异，使得大小机组保护产品在研发思路、方案配置、图纸设计、生产调试等关键环节上，产生了更多的分歧。大小机组保护产品在一定程度上已经表现出了渐行渐远的分化态势。 3　对小机组保护产品采用双主双后双套配置模式的探讨 　　许继电气、国电南自和南瑞继保，基于大机组保护思路所开发出来的小机组保护产品虽然也在某种程度上进行了诸多有益的探索和尝试。但是，仍然没有一套真正能够满足双主双后的双套配置要求。 　　国电南自DGT801C产品，是气质上最接近双主双后配置思路的产品，但美中不足的是产品把双主双后全部放在了一个箱里，仅仅实现了单套配置，如果双套配置，造价将难以承受。 　　南瑞继保RCS-985R/985S，是硬件上最接近双主双后双套配置的产品，但产品却在软硬件实现上仅仅完成了单主单后功能。 　　实际上，小机组保护完全可以仿照大机组保护的研发思路，搭建出造价较低的主后共箱、主后共用CT、每箱双CPU、双主双后的配置产品。 　　从有利于保护发展的角度上看，主后共箱、双主双后的配置方式更有利于大小机组保护的齐头并进和共同发展。它不仅可以使小机组保护继续保持与大机组保护的传承作用和经验共享，而且也有利于实现大小机组保护在设计等相关环节中的一致性问题。 　　我们不能说主后分箱模式或者类似主后分箱的模式不好，但是，我们可以肯定地说，主后共箱、双主双后的配置方式更好，这种更好已经在大机组保护产品的实践中得到了充分的印证。 　　同时，不容忽视的是，主后共箱、双主双后的双套配置方式更有利于机组保护的进步和发展。其有利因素主要表现在如下两个方面。 3.1　有利于弱化后备保护 　　本元件主保护双重化，本元件近后备的保护作用就有可能被弱化或者被调整；相邻元件主保护双重化，本元件的远后备保护作用就有可能会被弱化或者被调整。 　　比如，发电机相间主保护差动保护双重化配置后，其后备保护复压过流保护对发电机的近后备保护作用就可以弱化，而只需强调其远后备保护功能（比如对主变的相间远后备保护功能）。如果变压器相间主保护差动保护双重化配置，那么，发电机侧所配置的对主变的远后备保护作用也将被弱化。 　　如果各厂家能打造出适合于小机组双主双后配置的产品平台，那么这种平台就可以推广到主变保护和110KV以下的线路保护，小电厂保护配置就可以像大电厂那样，全部实现对发电机、主变、线路主保护的双重化配置。 　　电厂中的全部元件都采用双重化配置后，就会使得各自原有的后备保护作用（包括其近后备和远后备保护作用）面临着被弱化或者被调整保护视角的可能。 　　这种对后备保护的弱化或者调整，虽然现在尚未变成现实，但毕竟已经具备了条件，极有可能导致后备保护原理判据、定值整定等一系列较为重大的变革。 3.2　有利于全部信息的共享 　　主后共箱、双主双后的配置方式，单独一套保护装置既包括了主保护又包括了后备保护，主保护、后备保护共用一套信息采集系统。 　　这种共用采集系统的思路，使得机组保护可以采集到机组完整的电量、非电量信息，并为装置内的各种保护算法所共享。这种信息上的共享，再加上主后保护共箱后为主后保护间所创造的方便的联系条件，将会极大地推进新一轮保护判据的产生。 　　比如，当前大机组主保护、后备保护由于共享了采集信息，出现了循环闭锁方式的差动保护判据。该保护判据就是在原有电流差动保护判据中引入了电压信息。 　　再比如，当前大机组主保护、后备保护共箱后，转子一点接地保护与横差保护在配合的方式上已无需采用传统的硬接点方式，而可以直接通过软件逻辑方便实现。 4　结论 　　综观当前各厂家纷繁不一的小机组保护产品，小机组保护所表现出来的与大机组保护渐行渐远的分化态势，已经成为事实。 　　其实，大小机组保护之间既有联系又有不同，片面的强调相同和不同都是不可取的。 　　一方面，我们应该积极倡导基于大小机组保护判据上的细分。 　　一方面，我们也要积极地对待小机组保护产品基于市场竞争需要，对测控、操作回路、计量功能的兼顾实现。因为这些综合性功能的实现，有助于降低小机组配置上的造价。 　　另一方面，我们也要注意兼顾到大小机组保护产品之间的传承关系，避免出现不该有的分歧，应该尽可能多地共享经验、相互借鉴、共同发展。面对大机组双主双后双配置思路所带来的全新变革，小机组保护在注重造价的前提下，应该积极探索并奋起直追，避免出现与大机组保护产品彻底分道扬镳局面的发生。以便使小机组保护产品在研发思路、方案配置、图纸设计、生产调试等关键环节上，象过去一样能够与大机组保持一致，以促进我国的大小机组保护产业更快、更好、更健康的发展。