【正文】 變電所的變壓器和斷路器、隔離開關(guān)、電流、電壓互感器等一次設(shè)備。 ? （ 1層） ? 變電所綜合自動化系統(tǒng)主要位于間隔層（ 1層）和變電所層（ 2層），和傳統(tǒng)變電所的二次設(shè)備相同，間隔層一般按斷路器間隔劃分，具有測量、控制部件和繼電保護(hù)部件，各間隔之間通過現(xiàn)場總線或局域網(wǎng)聯(lián)系。 二、變配電所設(shè)備分層 ? （ 2層） ? 變電所層除完成全所性的監(jiān)控任務(wù)外，并通過監(jiān)控機(jī)和上層管理（如調(diào)度中心）進(jìn)行通信。 ? 變電所層設(shè)局域網(wǎng)（如以太網(wǎng)）供各主機(jī)之間和監(jiān)控主機(jī)與間隔層之間交換信息。 ? 變電所層的監(jiān)控機(jī)或稱上位機(jī)，通過局部網(wǎng)絡(luò)與保護(hù)管理機(jī)和數(shù)據(jù)控制機(jī)通信。監(jiān)控機(jī)的作用，在無人值班的變電所，主要負(fù)責(zé)與調(diào)度中心的通信，使變電所綜合自動化系統(tǒng)具有 RTU的功能，完成四遙的任務(wù)；在有人值班的變電所，除了仍然負(fù)責(zé)與調(diào)度中心通信外，還負(fù)責(zé)人機(jī)聯(lián)系，使綜合自動化系統(tǒng)通過監(jiān)控機(jī)完成當(dāng)?shù)仫@示、制表打印、開關(guān)操作等功能。 三、分層 (級 )分布式系統(tǒng)集中組屏的結(jié)構(gòu)形式 ? 這種結(jié)構(gòu)的綜合自動化系統(tǒng)，可以簡單地解釋為傳統(tǒng)的二次設(shè)備功能采用單片機(jī)（主要由 CPU及其外圍設(shè)備構(gòu)成）完成，變電所的一次設(shè)備保持了原貌，變電所的結(jié)構(gòu)形式和傳統(tǒng)的變電所相比幾乎沒有改變。 三、分層 (級 )分布式系統(tǒng)集中組屏的結(jié)構(gòu)形式 （一）分層 (級 )分布式系統(tǒng)集中組屏的結(jié)構(gòu)形式 設(shè)備層（0層）圖9－2 變電所綜合自動化系統(tǒng)集中組屏布置示意圖間隔層（1層）10kV110kV由CPU構(gòu)成的微機(jī)保護(hù)監(jiān)控裝置變電所層（2層）TVTA主變壓器T直流電源柜高壓線路保護(hù)柜主變壓器保護(hù)柜計(jì)量柜數(shù)采柜計(jì)量柜出口柜饋出線保護(hù)柜彩色顯示器微機(jī)主機(jī)鍵盤打印機(jī)調(diào)制解調(diào)器三、分層 (級 )分布式系統(tǒng)集中組屏的結(jié)構(gòu)形式 （一）分層 (級 )分布式系統(tǒng)集中組屏的結(jié)構(gòu)形式 ? 分層分布式系統(tǒng)集中組屏的結(jié)構(gòu)，是把整套綜合自動化系統(tǒng)按其不同的功能將間隔層按對象劃分組裝成多個屏 (或稱柜 )，例如 :主變壓器保護(hù)屏 (柜 )、線路保護(hù)屏、數(shù)采屏、出口屏等。一般來說，這些屏都集中安裝在主控室中，這種結(jié)構(gòu)形式簡稱為 “ 分布集中式結(jié)構(gòu) ” 。 ? 保護(hù)用的微機(jī)大多數(shù)采用 16位或 32位單片機(jī)，保護(hù)單元是按對象劃分的，即一條饋出線路或一組電容器各用一臺單片機(jī)，再把各保護(hù)單元和數(shù)采單元分別安裝于各保護(hù)屏和數(shù)采屏上，由監(jiān)控主機(jī)集中對各屏 (柜 )進(jìn)行管理，然后通過調(diào)制解調(diào)器與調(diào)度中心聯(lián)系 ? 在多數(shù)傳統(tǒng)變電所的改造初期 ,只是采用微機(jī)保護(hù)裝置代替電磁型或晶體管保護(hù)裝置，其自動化功能非常有限。隨著綜合自動化技術(shù)的發(fā)展 , 對各間隔采用微機(jī)技術(shù)構(gòu)成保護(hù)、測量、監(jiān)控等功能，這些獨(dú)立的間隔裝置直接通過局域網(wǎng)絡(luò)或串行總線相互聯(lián)系，同時也和變電所層聯(lián)系，從而實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控功能。 （二）分層分布式系統(tǒng)集中組屏結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) ? (級 )分布式的配置 ? 為了提高綜合自動化系統(tǒng)整體的可靠性，圖 9３所示的系統(tǒng)采用按功能劃分的分布式多 CPU系統(tǒng)，其功能單元有 :各種高、低壓線路保護(hù)單元；電容器保護(hù)單元；主變壓器保護(hù)單元；備用電源自投控制單元；低頻減載控制單元；電壓、無功綜合控制單元；數(shù)據(jù)采集與處理單元；電能計(jì)量單元等等。每個功能單元基本上由一個 CPU組成，多數(shù)采用單片機(jī)，也有一個功能單元由多個 CPU完成的，例如主變壓器保護(hù)，有主保護(hù)和多種后備保護(hù)，因此往往由 2個或 2個以上 CPU完成不同的保護(hù)功能，這種按功能設(shè)計(jì)的分散模塊化結(jié)構(gòu)具有軟件相對簡單、調(diào)試維護(hù)方便、組態(tài)靈活、系統(tǒng)整體可靠性高等特點(diǎn)。 （二）分層分布式系統(tǒng)集中組屏結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) ? ? 繼電保護(hù)裝置是電力系統(tǒng)中對可靠性要求非常嚴(yán)格的設(shè)備，在綜合自動化系統(tǒng)中，繼電保護(hù)單元宜相對獨(dú)立，其功能不依賴于通信網(wǎng)絡(luò)或其他設(shè)備。 ? 各保護(hù)單元要有獨(dú)立的電源，保護(hù)的輸人應(yīng)仍由電流互感器和電壓互感器通過電纜連接，輸出跳閘命令也要通過常規(guī)的控制電纜送至斷路器的跳閘線圈，保護(hù)的啟動、測量和邏輯功能獨(dú)立實(shí)現(xiàn)，不依賴通信網(wǎng)絡(luò)交換信息。 ? 保護(hù)裝置通過通信網(wǎng)絡(luò)與保護(hù)管理機(jī)傳輸?shù)闹皇潜Ｗo(hù)動作信息或記錄數(shù)據(jù)。為了無人值班的需要，也可通過通信接口實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方讀取和修改保護(hù)整定值。 （二）分層分布式系統(tǒng)集中組屏結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) ? ? 綜合自動化系統(tǒng)本身已具有對模擬量、開關(guān)量、電能脈沖量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理的功能，也具有收集繼電保護(hù)動作信息、事件順序記錄等功能，因此不必另設(shè)獨(dú)立的 RTU裝置，不必為調(diào)度中心單獨(dú)采集信息，而將綜合自動化系統(tǒng)采集的信息直接傳送給調(diào)度中心，同時也接受調(diào)度中心下達(dá)的控制、操作命令和在線修改保護(hù)定值命令。 （二）分層分布式系統(tǒng)集中組屏結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) ? ，可靠性高 ? 由于各功能模塊都由獨(dú)立的電源供電，輸人 /輸出回路都相互獨(dú)立，任何一個模塊故障，只影響局部功能，不影響全局，而且由于各功能模塊基本上是面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的，因而軟件結(jié)構(gòu)相對集中式的簡單，因此調(diào)試方便，也便于擴(kuò)充。 （二）分層分布式系統(tǒng)集中組屏結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) ? ，管理維護(hù)方便 ? 分級分布式系統(tǒng)采用集中組屏結(jié)構(gòu)，全部屏 (柜 )安放在室內(nèi)，工作環(huán)境較好，電磁干擾與開關(guān)柜附近相比較弱，而且管理和維護(hù)方便。 ? 對于 35～ 1OkV中、低壓變電所，一次設(shè)備都比較集中，有不少是組合式設(shè)備，分布面不廣，所用控制電纜不太長，因此采用集中組屏雖然比分散式安裝增加電纜，但其優(yōu)點(diǎn)是集中組屏，便于設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和管理，可靠性也比較高，尤其適合于老所改造。 （二）分層分布式系統(tǒng)集中組屏結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) ? 這種結(jié)構(gòu)形式的主要缺點(diǎn)是安裝時需要的控制電纜相對較多，增加了電纜及其輔助投資。多數(shù)傳統(tǒng)變電所改造成綜合自動化結(jié)構(gòu)時，因?yàn)闊o需一次設(shè)備的再投資，相比之下，采用分層 (級 )分布式系統(tǒng)集中組屏的結(jié)構(gòu)形式比較經(jīng)濟(jì)，所以在老所改造時是首選方案。 二、分布分散式與集中相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式 ? （一）分布分散式與集中相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式 ? 由于分布集中式的結(jié)構(gòu)，雖具備分級分布式、模塊化結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，但因?yàn)椴捎眉薪M屏結(jié)構(gòu)，因此需要較多的電纜。 ? 按每個電網(wǎng)元件 (例如 :一條饋出線 )為對象，集測量、保護(hù)、控制為一體，設(shè)計(jì)在同一機(jī)箱中。對于 6～ 35kV的配電線路，可以將這個一體化的保護(hù)、測量、控制單元分散安裝在各個開關(guān)柜中，然后由監(jiān)控主機(jī)通過光纖或電纜網(wǎng)絡(luò)，對它們進(jìn)行管理和交換信息，這就是分散式的結(jié)構(gòu)。 ? 高壓線路保護(hù)裝置和變壓器保護(hù)裝置，仍可采用集中組屏安裝在控制室內(nèi)。實(shí)際上，各國的習(xí)慣不同，西歐國家習(xí)慣于將保護(hù)裝置安裝在控制樓中，理由是環(huán)境好，檢修方便。這種將配電線路的保護(hù)和測控單元分散安裝在開關(guān)柜內(nèi)，而高壓線路保護(hù)和主變壓器保護(hù)裝置等采用集中組屏的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，稱為分布和集中相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，這是當(dāng)前綜合自動化系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)形式。 （一）分布分散式與集中相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式 （二）分布分散式與集中相結(jié)合的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及優(yōu)越性 ? 1. 10～ 35kV饋線保護(hù)采用分散式結(jié)構(gòu)，在開關(guān)柜中就地安裝二次設(shè)備，通過現(xiàn)場總線與主控室的保護(hù)管理機(jī)交換信息，可以節(jié)約控制電纜。 ? 、變壓器和電容器保護(hù)采用集中組屏結(jié)構(gòu)，保護(hù)屏安裝在控制室或保護(hù)室中，這樣通過現(xiàn)場總線與保護(hù)管理機(jī)通信，使這些重要的保護(hù)裝置處于比較好的工作環(huán)境，可以提高供電的可靠性。 ? ，備用電源自投控制裝置和電壓、無功綜合控制裝置采用集中組屏結(jié)構(gòu)，安裝于控制室或保護(hù)室中。 ? ，安裝于控制室或保護(hù)室中。 三、全分散式結(jié)構(gòu)形式 ? （一）全分散式結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ? 全分散式結(jié)構(gòu)將每個電網(wǎng)元件 (包括高壓、低壓線路、變壓器、電容器 )的測量、保護(hù)、控制設(shè)計(jì)成和高壓設(shè)備在同一機(jī)箱中，并分散安裝在各個開關(guān)柜中，然后由監(jiān)控主機(jī)通過光纖或電纜網(wǎng)絡(luò)，對它們進(jìn)行管理和交換信息，這就是全分散式的結(jié)構(gòu)。 （一）全分散式結(jié)構(gòu)特點(diǎn) （一）全分散式結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ? 主控室中只有監(jiān)控用的微機(jī)和直流操作電源及網(wǎng)絡(luò)信號集中轉(zhuǎn)換的幾面柜，主控室結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備環(huán)境好，檢修更方便。 ? 全分散式結(jié)構(gòu)能更大程度地減少施工和設(shè)備安裝工程量，減少電纜的數(shù)量，便于現(xiàn)場施工、安裝和調(diào)試，是今后的發(fā)展方向。 （二）全分散式結(jié)構(gòu)優(yōu)越性 ? ，大大縮小了控制室的面積。由于配電線路的保護(hù)和測控單元，分散安裝在各開關(guān)柜內(nèi)，因此主控室內(nèi)減少了保護(hù)屏，加上采用綜合自動化系統(tǒng)后，原先常規(guī)的控制屏、中央信號屏和所內(nèi)模擬屏可以取消，因此使主控室面積大大縮小，也有利于實(shí)現(xiàn)無人值班。 ? 。由于安裝在開關(guān)柜的保護(hù)和測控單元在開關(guān)柜出廠前己由廠家安裝和調(diào)試完畢，再加上敷設(shè)電纜的數(shù)量大大減少，因此現(xiàn)場施工、安裝和調(diào)試的工期隨之縮短。 （二）全分散式結(jié)構(gòu)優(yōu)越性 ? ，節(jié)省了大量連接電纜。 ? ，組態(tài)靈活，檢修方便。分層分散式結(jié)構(gòu)，由于分散在高壓設(shè)備附近安裝，減小了 TA的負(fù)擔(dān)。各模塊與監(jiān)控主機(jī)間通過局域網(wǎng)絡(luò)或現(xiàn)場總線連接，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高。 ? 分層分散式的結(jié)構(gòu)可以降低總投資，是變電所綜合自動化系統(tǒng)的主流發(fā)展方向。 第三節(jié) 綜合自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理 ? 變電所的二次系統(tǒng)需要采集大量的數(shù)據(jù)，用來完成對一次系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)、測量、控制等功能。 ? 所采集的數(shù)據(jù)可以分為三大類：模擬量、開關(guān)量和脈沖量，其中模擬量和開關(guān)量的采集量最大。因?yàn)橛?jì)算機(jī)只能識別 “ 0”和 “ 1”的數(shù)字量，所以采集得到的模擬量數(shù)據(jù)必須經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。 ? 對開關(guān)量和脈沖量也需進(jìn)行適當(dāng)處理后，方能輸送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算比較，得出結(jié)論，最后輸出執(zhí)行。 ? 綜合自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理包含兩方面的任務(wù)：數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理。 第三節(jié) 綜合自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理 ? A/D轉(zhuǎn)換器是模擬信號源與計(jì)算機(jī)的連接橋梁，它的作用是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。在綜合自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中，是不可缺少的核心組成部分。 ? A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)性能有分辯率、轉(zhuǎn)換速度和輸入量程。 A/D轉(zhuǎn)換器的分辯率可以以位數(shù)表示，位數(shù)越高分辯率越高。 第三節(jié) 綜合自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理 ? 表是 A/D轉(zhuǎn)換器位數(shù)與分辯率的關(guān)系。 ? A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度有高、中、低之分，轉(zhuǎn)換速度越高價格越貴，可根據(jù)需要選擇。 ? A/D轉(zhuǎn)換器的量程是指所能轉(zhuǎn)換的模擬輸入電壓的范圍，分單極性、雙極性兩種，單極性量程有 0～ +5V、 0～+10V、 0～ +20V三種，雙極性量程有 ～ +、 5V～ +5V、 10V～ +10V三種。 位數(shù) 分辨率（分?jǐn)?shù)） 位數(shù) 分辨率（分?jǐn)?shù)） 4 1/24=1/16 12 1/212=1/4096 8 1/28=1/256 16 1/216=1/65536 10 1/210=1/1024 一、模擬量數(shù)據(jù)處理 ? （一）變電所的數(shù)據(jù)通道結(jié)構(gòu) ? 所謂模擬量，指的是變電所的進(jìn)線電壓、電流、有功功率、無功功率和各段母線電壓，主變壓器電流、有功功率和無功功率，電容器的電流、無功功率，饋出線的電流、電壓、功率以及頻率、相位、功率因數(shù)、主變壓器油溫、直流電源電壓、交流電流、電壓、功率、直流母線的電壓等有數(shù)值變化的參數(shù)。 一、模擬量數(shù)據(jù)處理 （一）變電所的數(shù)據(jù)通道結(jié)構(gòu) 一、模擬量數(shù)據(jù)處理 （一）變電所的數(shù)據(jù)通道結(jié)構(gòu) 圖96 變電所的數(shù)據(jù)通信結(jié)構(gòu)圖工業(yè)生產(chǎn)過程傳感器輸入/輸出接口放大驅(qū)動D/A2鎖存器MPX信號處理A/DS/HCPU一、模擬量數(shù)據(jù)處理 （一）變電所的數(shù)據(jù)通道結(jié)構(gòu) ? 虛框 1是模擬量輸入通道。變電所的模擬量經(jīng)互感器（或溫度傳感器等）進(jìn)入信號處理環(huán)節(jié)，經(jīng)此環(huán)節(jié)的變換，模擬量被處理成能被 A/D轉(zhuǎn)換器接受的電壓值。為了節(jié)約設(shè)備成本，達(dá)到多個模擬量共用一個 A/D轉(zhuǎn)換器的目的，輸入通道中采用了多路轉(zhuǎn)換開關(guān)（ MPX）和采樣保持器（ S/H）。模擬量在這個通道的最后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器后，就變換成了計(jì)算機(jī)能識別的數(shù)字量。 ? 虛框 2是模擬量輸出通道，計(jì)算機(jī)輸出的信號是數(shù)字量，而有的執(zhí)行元件要求提供模擬的電流或電壓，故必須采用模擬量輸出通道來實(shí)現(xiàn)。它的作用是把微型計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，其核心是數(shù) /模 (D/A)轉(zhuǎn)換器。由于 D/A轉(zhuǎn)換器需要一定的轉(zhuǎn)換時間，在轉(zhuǎn)換期間，輸入待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量應(yīng)該保持不變，而輸入的數(shù)據(jù)在總線上穩(wěn)定的時間很短，因此在計(jì)算機(jī)與 D/A轉(zhuǎn)換器間必須用鎖存器保持?jǐn)?shù)字量的穩(wěn)定。經(jīng)過 D/A轉(zhuǎn)換器得到的模擬信號，一般要經(jīng)過低通濾波器，使其輸出波形平滑，同時為了能驅(qū)動受控設(shè)備，可以采用功率放大器作為模擬量輸出的驅(qū)動電路。 （二）模擬量采樣方式 ? 對模擬量的采集，有直流采樣和交流采樣兩種方式。 ? ? 直流采樣是將不斷變化的交流電壓、電流等信號經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換為適合于 A/D轉(zhuǎn)換器輸人電平的直流信號。 ? 對于變電所的直流母線電壓和直