1引言
模块化结构最早由1964年IBM公司应用在计算机系统设计中，由此开启了信息产业的模块化时代，极大地促进了信息产业的蓬勃发展。模块化作为一种组织管理、产品研发、生产运作的技术，近年来同样广泛地应用于电信、机械、汽车等各个不同的行业中，具有降低成本、加速创新以及满足不同产品需求等多种效果。随着电力行业的快速发展，模块化思想同样被广泛地应用于电力设备制造、电网公司管理等各个方面，取得了较好的效果并极大地促进了行业的进步。电力系统保护装置也开始呈现模块化趋势，电力企业与设备厂商越来越多地将模块化技术与思想应用到继电保护装置中。对电力行业模块化以及保护装置模块化应用的前景进行研究分析，对于开拓我国目前电力行业的改革思路，更好地将模块化技术应用到解决行业痛点方面，推进电力行业的现代化进程，具有重要的现实意义。
2模块化设计
2.1模块化设计特点
模块化设计主要采用自上而下的方式，将顶层分析与底层需求相结合进行产品设计。与传统自下而上的设计方式不同，模块化设计从顶层设计入手，应用系统工程化原理与标准化原理合理分割模块，建立模块架构。将模块化设计思想应用在现有设备改造以及新型设备过程研制过程中时，应在充分研究掌握性能参数、技术架构、接口设置等设备各项资料的基础上，自上而下地采用系统工程的理论将设备划分为多等级的不同单元；自下而上地进行模块需求分析，根据标准化原理对设备进行科学、合理的模块划分。随后，对同类型及功能相近的设备间的各模块进行联合协调与综合分析，挖掘其关联因素并根据各类关联因素建立设备的模块体系。模块化设计的方法通常遵循如图1所示的关系：
图1 模块化设计方法
采用大量的通用模块与少量的专用模块，辅以模块连接器进行结合构成新型模块化设备。因此，新型模块化设备的设计能够得到大幅度简化，设计人员仅需对专用模块与模块连接器进行详细设计，并且由于通用模块只涉及到选型的问题，无需对通用模块再次进行设计，从而为电力设备的快速研制、改造创造了有利的条件。通用模块一般是由电力行业通过大量试验后形成，其质量稳定可靠，因此设计人员将主要精力集中在专用模块与模块连接器的设计上，对于通用模块仅需了解模块接口即可，有效缩短设备研发周期，降低开发成本，并且提高设备运行的可靠性。
模块化的保护装置是由电路功能模块和机械结构模块组合而成。保护装置功能上的差异主要受到电路功能模块的影响，而电路功能模块载体结构随产品功能变化较少，因此具备良好的适应性与稳定性，从而实现制造工艺标准化的目的，进一步地缩短并降低保护装置的研发周期与成本。
2.2模块化设计的优越性
(1) 推动设备生产的标准化。在面临需求多样化带来的产品多样化的问题时，模块化设计可有效解决多样化带来的挑战，并且简化产品结构，使得各模块尺寸统一，有利于降低研发成本，提升生产效率。
(2) 简化设计，易于改造。当需要对模块化保护装置进行改型时，通过简单的功能模块更替即可组成新型保护装置，可缩短新设备研发周期，提升结构零件的有效度。
(3) 提升维修效率，降低人力成本。对于因发生故障而需进行检修的模块化保护装置，仅需对故障模块进行维修替换即可，简便快捷，对于检修人员的技能要求也有一定程度的降低。
(4) 缩短研发周期，降低科研成本。采用模块化的设计思想，可将标准化、通用化的设备装置结构模块组件进行不同类型保护装置的组装，以满足不同需求。模块化的方法省去了重复设计与制造的成本，大幅度简化设计、制造的过程，同时模块化装置具备良好的稳定性与可靠性，有效降低研发成本与维护成本。
模块化产品设计与传统的产品设计既有相似之处，也有不同的地方。模块产品设计将模块化思想运用到产品设计中，以快速、有效地设计并制造出具备实用价值的多样化产品为目的。在模块化设计的过程中，与传统的设计过程类似，需首先进行总体设计、功能设计、安全设计、可靠性设计等，通过这些设计环节结构模块化设计的优越性，使产品具备足够的竞争力。
3模块化保护装置的研究
中低压变电站的综合自动化实现一般需通过保护装置与通信装置相结合并且加上变电站后台监控来实现。目前一般规模的变电站基本保障设备配置需包括：线路保护装置、变压器差动保护装置、变压器接地侧后备保护装置、电容器保护装置、UPS电源系统等。运用模块化设计的方法结合配置需求提出模块化保护装置的总体设计如下：
(1)结构通用模块化平台：根据所安置的保护装置的不同，设计两种通用模块化结构机箱。线路保护装置、变压器差动保护装置、变压器接地侧后备保护等装置因输出口较多采用19英寸机箱；电容器监测装置、单元综合监测装置等二次装置采用通用的19/2英寸机箱。
(2)通用接口模块化：当下各类电力设备品牌与种类纷繁多样，存在互换互用较为困难的客观问题。因此可从产品生产制造源头入手，以统一设备之间“接口”为落脚点，将保护装置及压板、把手等二次附件打包成一个模块，将航空插统一定义之后与二次小室连接。接口不通一是设备互换互用的最大障碍，而保护装置的元件分离式设计是制约接口无法统一的最大难点。通过保护装置集成化完成接口整合，为设备间接口统一奠定良好基础，为设备互换互用创造有力条件。
(3)硬件通用模块化平台：将模块化的思想应用到硬件设计层面，体现在可将MCU、电源、通信、输出端口等硬件设备模块化，保护监控装置采用统一模块化设计的MCU插件；一次侧二次侧保护装置的输出口采用通用出口插件；所有保护装置的电源设备采用通用电源插件；通信设备采用FDK通信插件以及以太网通信插件。
(4)软件通用模块化设计：模块化设计目前已经广泛应用于软件编程方面，在保护装置的软件配置中，可将装置底层软件采用统一的模块化设计，根据功能进行灵活调用。
4应用前景分析
模块化设计具有降低研发成本、缩短研发周期、提升维修效率等各项优点，目前在电力行业中已经有相当规模的应用，并且发展前景同样十分广阔。在保护装置的制造过程中应用模块化设计，有利于降本增效，进一步留出资本开发中高端产品并及时迭代；模块化设计适应于低成本大规模的工业制造，可提供多样化、个性化、系列化的保护装置产品，满足客户不同的需求，以此进一步拓宽市场；采用模块化设计的保护装置只需改进局部模块即可实现对最新技术应用，甚至支撑装置实现跨越式的发展；模块化产品的应用将推动行业整体设计能力与工业能力的进步，重塑制造商与供应商之间的模块化供应关系；推动电力设备制造商发展，改变电力产业多而不精，大而不专的现状，塑造一批发展强劲，少而精，大而强的企业走出国门；现目前国家对于环保问题愈发重视，采用模块化设计的产品在维护与检修方面成本更低，降低碳排放，符合国家双碳战略目标。
5结论
模块化设计目前正广泛地应用于电力行业中，本文主要对模块化保护装置的研究与应用前景进行分析，首先引入模块化设计的概念，介绍模块化设计的特点，并提出模块化设计具有推动设备生产标准化、简化设计流程、提升维修效率、降低研发成本等四大优势；对模块化保护装置进行研究，提出模块化保护装置的总体设计包括：结构通用模块化平台、通用接口模块化、硬件通用模块化平台以及软件通用模块化，最后对模块化保护装置的应用前景进行分析。模块化设计的应用对解决当前产业实际问题和困难，推动产业发展具有重要意义。
参考文献
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