【正文】 比如一臺變壓器，一臺斷路器等為對象，集測量，保護(hù)，控制為一體，設(shè)計(jì)在同一機(jī)箱內(nèi)。至于高壓線路保護(hù)裝置和變壓器保護(hù)裝置，仍然可以按照集中組屏安裝在主控室內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)方式介于集中式和分散式之間。目前國內(nèi)應(yīng)用較多的是分散式結(jié)構(gòu)集中式組屏。這種結(jié)構(gòu)方式具有分散式結(jié)構(gòu)的全部優(yōu)點(diǎn)，并且由于采用了集中式組屏，有利于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，安裝以及維護(hù)管理。但是這種結(jié)構(gòu)比較適合用于中低壓變電站。 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能主要包括監(jiān)測，監(jiān)控，遠(yuǎn)傳，保護(hù)四部分。 監(jiān)測：綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通過對變電站的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，處理，顯示和打印，使運(yùn)行人員了解變電站的運(yùn)行工況，并采取相應(yīng)的措施。所采集的數(shù)據(jù)分為三大類：模擬量，開關(guān)量和脈沖量。(1) 模擬量：變電站需要監(jiān)測的各種模擬量包括主變一次，二次和各線路的電流，各段母線及重要線路的電壓，各線路零序電流，母線零序電壓，主變溫度和室溫。(2) 開關(guān)量：變電站內(nèi)需要監(jiān)測的各種開關(guān)量，包括各個(gè)開關(guān)，刀閘，變壓器分接頭，繼電保護(hù)動(dòng)作信息，開關(guān)機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)，交直流電源運(yùn)行狀態(tài)，各微機(jī)運(yùn)行狀態(tài)等。(3) 脈沖量：變電站需要監(jiān)測的各種脈沖量，包括線路，主變一次和二次的有功電度量和無功電度量，電容器的無功電度量，所用電的有功電度量等。 監(jiān)控： 綜合自動(dòng)化系統(tǒng)提供方便可靠的人機(jī)對話，運(yùn)行人員利用鍵盤和顯示器操作開關(guān)，刀閘和變壓器分接頭。該系統(tǒng)還可以根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行情況自動(dòng)控制開關(guān)或變壓器分接頭。所有操作的可靠性在軟硬件設(shè)計(jì)中都應(yīng)符合雙重化原則。操作方式分為手動(dòng)操作和遙控執(zhí)行。手動(dòng)操作分為三種方式：鍵盤操作，把手操作，保護(hù)柜操作。正常時(shí)利用鍵盤操作，非正常時(shí)通過模擬屏把手操作或保護(hù)柜操作。保護(hù)柜操作可通過保護(hù)機(jī)鍵盤或柜上按扭實(shí)現(xiàn)。遙控執(zhí)行：當(dāng)調(diào)度端發(fā)出遙控開關(guān)或遙調(diào)變壓器分接頭的命令后，該系統(tǒng)能可靠的執(zhí)行。變電站監(jiān)控的內(nèi)容主要有以下幾個(gè)方面：(1) ：跳閘統(tǒng)計(jì)：統(tǒng)計(jì)開關(guān)跳閘次數(shù)。分為有事故跳閘次數(shù)和手動(dòng)跳閘次數(shù)兩種。(2) ：接地選相：對于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)單相接地故障時(shí)利用零序電壓，零序電流增量以及壓降可判斷接地線路及相別，也可以利用功率方向等其它方法來判別。也可利用功率方向法等其他方法來判別。為了保證可靠性，應(yīng)多次采樣后才能確定。確定后，主機(jī)報(bào)警，并顯示和打印。運(yùn)行人員按照提示，用人工檢除方法跳開開關(guān)自動(dòng)重合，驗(yàn)證主機(jī)的判斷。(3) : 無功電壓自動(dòng)控制：根據(jù)電網(wǎng)無功，電壓計(jì)算和判斷是投切電容器，還是調(diào)節(jié)變壓器分接頭位置。以使無功和電壓滿足要求。在變壓器。電容器?；螂娋W(wǎng)故障時(shí)不應(yīng)該誤動(dòng)。當(dāng)電容器檢修時(shí)，不應(yīng)參與控制。 遠(yuǎn)傳： 當(dāng)變電站正常運(yùn)行或發(fā)生事故及報(bào)警等事件時(shí)，遠(yuǎn)傳機(jī)會實(shí)時(shí)的向上級調(diào)度傳送該站信息，使調(diào)度人員了解該站的運(yùn)行情況。 保護(hù)： 微機(jī)保護(hù)不僅有較高的可靠性和靈敏性，而且使用方便。其特點(diǎn)：(1) : 用鍵盤和八段顯示器（LED）顯示采樣值（電流，電壓，和開關(guān)狀態(tài)）和整定值，并可修改整定值。(2) : 具有事故追憶功能。能夠記錄事故前后的線路電流和母線電壓。(3) : 具備實(shí)時(shí)自檢功能。能夠?qū)ΡＷo(hù)柜包括主機(jī)在內(nèi)的各元件進(jìn)行在線檢查。變電站保護(hù)分為以下幾種類型：(1): 線路保護(hù)：包括電流速斷保護(hù)，定時(shí)限過電流保護(hù)，方向性電流保護(hù)，零序電壓，電流及方向保護(hù)，反時(shí)限過流保護(hù)，高頻保護(hù)，距離保護(hù)。雙回線方向橫差保護(hù)和低周減載保護(hù)。(2): 變壓器保護(hù)： 包括差電流速斷保護(hù)，帶二次諧波制動(dòng)的比例差動(dòng)保護(hù)。本體保護(hù)（重瓦斯，輕瓦斯，有載重瓦斯，有載輕瓦斯等），過流保護(hù)（包括低壓啟動(dòng)，復(fù)合電壓啟動(dòng)），過負(fù)荷保護(hù)。零序保護(hù)，高壓側(cè)備用電源自投和低壓側(cè)備電源自投。(3): 電容器保護(hù)：包括電流速斷保護(hù)，過流保護(hù)，反時(shí)限過流保護(hù)，相間過電壓保護(hù)，相間低電壓保護(hù)和零序過電壓保護(hù)。4：母線保護(hù)：包括完全電流差動(dòng)母線保護(hù)和電流比相式 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件配置 綜合自動(dòng)化系統(tǒng)變電站主控室的結(jié)構(gòu)分為三類：(1) 模擬屏式：在主控室模擬屏前設(shè)微機(jī)臺，臺內(nèi)裝微機(jī)及UPS電源，臺上放主機(jī)顯示器CRT，鍵盤和打印機(jī)。模擬屏主接線圖上安裝儀表和操作把手。其他如保護(hù)柜，變送器柜，電度表柜，監(jiān)控柜，交直流電源柜等均放在模擬屏后，或分置于其他房間。(2) 控制臺式：再主控室前部設(shè)控制臺，無模擬屏。在控制臺對面設(shè)保護(hù)柜，變送器柜，監(jiān)控柜，電度表柜和交直流電源柜等設(shè)備?？刂婆_上或旁邊放主機(jī)顯示器CRT。打印機(jī)和鍵盤。模擬主接線，操作把手，必要的儀表和光字均安裝在控制臺面上。 (3)微機(jī)臺式：在主控室前部設(shè)微機(jī)臺，無模擬憑，無控制臺。主控室后部設(shè)保護(hù)柜，變送器柜，監(jiān)控柜，電度表柜，交直流電源柜等設(shè)備。微機(jī)臺內(nèi)裝主機(jī)和微機(jī)電源，微機(jī)臺上放CRT，打印機(jī)和鍵盤。 硬件的配置原則綜合自動(dòng)化系統(tǒng)硬件配置應(yīng)遵循下列原則：(1):各自獨(dú)立，相互配合。不同功能的硬件之間只能有信息交換，不應(yīng)有電的直接聯(lián)系。采用光電隔離和繼電器接點(diǎn)閑離的方法實(shí)現(xiàn)。保護(hù)柜內(nèi)各單元應(yīng)有獨(dú)立的交流輸入，獨(dú)立電源，獨(dú)立出口，應(yīng)有可靠的抗干擾措施。監(jiān)控部分在監(jiān)控機(jī)，電度機(jī)，采樣機(jī)，遠(yuǎn)傳機(jī)任一故障情況下，應(yīng)不影響其他機(jī)正常工作。(2): 軟硬件模塊化，方便維護(hù)和擴(kuò)展。各單元應(yīng)具有模塊化的主機(jī)板，開出板。開入板，模入板等，方便維護(hù)，并可在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步開發(fā)。(3)： 具有較強(qiáng)的抗干擾能力。滿足在強(qiáng)電場，高頻影響和諧波沖擊等環(huán)境下可靠工作，并能防止雷電沖擊。微機(jī)保護(hù)裝置的發(fā)展大致可以分為以下幾個(gè)階段： 第一階段是以單cpu的硬件結(jié)構(gòu)為主，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由逐次逼近式A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，硬件和軟件的設(shè)計(jì)符合四統(tǒng)一設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，其代表產(chǎn)品為微機(jī)高壓輸電線路保護(hù)裝置。第二階段以多單片機(jī)構(gòu)成的多cpu硬件結(jié)構(gòu)為主，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為電壓頻率轉(zhuǎn)換原理的計(jì)數(shù)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，硬件軟件的設(shè)計(jì)吸取了第一代微機(jī)保護(hù)裝置的成功運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，利用多cpu的特點(diǎn)，強(qiáng)化了自檢和互檢功能，使硬件故障可以定位，對保護(hù)的跳閘出口回路，具有完善的抗干擾措施以及防止拒動(dòng)和誤動(dòng)的措施。第三階段以高性能的16位單片機(jī)構(gòu)成的硬件結(jié)構(gòu)為主，具有總線不需引出芯片，電路結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)，抗干擾能力進(jìn)一步加強(qiáng)，并且完善了通信功能，為實(shí)現(xiàn)變電站自動(dòng)化提供了方便。再現(xiàn)階段，在一些微機(jī)繼電保護(hù)裝置中，個(gè)別產(chǎn)品也采用了性能更好，功能更強(qiáng)大的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)的硬件結(jié)構(gòu)(1) 處理器分為單片機(jī)和數(shù)字信號處理器兩種。單片機(jī)通過大規(guī)模集成電路技術(shù)將CPU ,ROM, RAM, 和I/O接口電路封裝在一塊芯片中，具有可靠性高，接口設(shè)計(jì)簡單，運(yùn)行速度快，功耗低，性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)。使用單片機(jī)的微機(jī)保護(hù)具有較強(qiáng)的針對性，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，整體性能和可靠性高，但通用性和可擴(kuò)展性相對較差。而且某些保護(hù)算法需要使用乘法，除法或是開平方運(yùn)算，而早期的片內(nèi)資源有限，實(shí)際應(yīng)用時(shí)常常需要對其功能進(jìn)行補(bǔ)充和外部擴(kuò)展。新型高性能的單片機(jī)性能得到了很大的提高。運(yùn)行能力也得到了大大的加強(qiáng)，出現(xiàn)了無須進(jìn)行外部擴(kuò)展的所謂總線不出芯片的新型微機(jī)保護(hù)。此保護(hù)采用了高集成度16位單片機(jī)，其內(nèi)部包含了124KEPROM， 4KRAM，接近10個(gè)內(nèi)部計(jì)數(shù)器，定時(shí)器和中斷口，2個(gè)全雙工的串行口，以及整個(gè)內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器。其高效豐富的指定系統(tǒng)使得編程及其應(yīng)用即靈活又簡潔。高性能單片機(jī)包含了微機(jī)保護(hù)所需要的各種硬件功能，使新型微機(jī)保護(hù)的電路設(shè)計(jì)異常簡單可靠。由于單片機(jī)價(jià)格低廉，因此，微機(jī)保護(hù)由當(dāng)初的單CPU的硬件結(jié)構(gòu)為主發(fā)展到為多單片機(jī)構(gòu)成的多CPU硬件結(jié)構(gòu)為主。大量使用單片機(jī)的微機(jī)保護(hù)在電力系統(tǒng)中得到了成功的應(yīng)用，也由于新型單片機(jī)的卓越性能，現(xiàn)階段使用單片機(jī)的微機(jī)保護(hù)仍將是我國微機(jī)保護(hù)的主流產(chǎn)品。數(shù)字信號處理器DSP：它與目前通用的CPU不同，是一種為了達(dá)到快速運(yùn)算而具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器。DSP具有強(qiáng)大的處理功能，在相同的主頻率下，甚至比目前最先進(jìn)的個(gè)人計(jì)算機(jī)快10—50倍?？焖俚闹噶钪芷?，哈佛結(jié)構(gòu)，流水操作，專用的乘法器，特殊的指令，加上集成電路優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以使DSP的指令周期達(dá)到200ns。DSP的突出特點(diǎn)是計(jì)算能力強(qiáng)，精度高，總線速度快，吞吐量大，尤其是采用專用硬件實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)和浮點(diǎn)加乘運(yùn)算，速度非常的快。將數(shù)字信號處理器應(yīng)用于微機(jī)繼電保護(hù)，極大的縮短了數(shù)字濾波。濾序和傅立葉變換算法的主要時(shí)間，不但可以完成數(shù)據(jù)采集，信號處理的功能，還可以完成以往主要由COU完成的運(yùn)算功能，甚至完成獨(dú)立的繼電保護(hù)功能。隨著數(shù)字信號處理器芯片和開發(fā)工具的價(jià)格下降，可以預(yù)期數(shù)字信號處理器將會在微機(jī)繼電保護(hù)裝置中發(fā)揮重要的作用。(2) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：變電站綜合自動(dòng)化的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分為三種：逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)， 電壓頻率轉(zhuǎn)換原理的計(jì)數(shù)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ，高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ① 逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：早期的微機(jī)保護(hù)線路中，考慮到A/D轉(zhuǎn)換器價(jià)格昂貴，因此采用多個(gè)通道共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器的方案。每個(gè)通道各有一個(gè)采樣保持器，其采樣脈沖輸入端并聯(lián)后聯(lián)到CPU插件上的定時(shí)器輸出端，以實(shí)現(xiàn)對各通道的同時(shí)采樣。模擬量多路轉(zhuǎn)換開關(guān)采用硬件電路控制記數(shù)自動(dòng)進(jìn)位切換通道號。為了節(jié)省CPU的工作時(shí)間，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在變化完成后的得到的數(shù)字輸出不需要經(jīng)過CPU控制，而經(jīng)DMA控制直接存入本插件的RAM中。再同一時(shí)刻采樣的全部通道轉(zhuǎn)換完成并存入RAM后，才由DMA請求中斷，由CPU做出相應(yīng)的處理。這種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使用的芯片比較多，電路復(fù)雜，抗干擾能力差，因此，在其改進(jìn)型產(chǎn)品中使用了電壓頻率轉(zhuǎn)換原理的計(jì)數(shù)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。② 電壓頻率轉(zhuǎn)換原理的計(jì)數(shù)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：第2代微機(jī)線路保護(hù)的VFC (電壓頻率保護(hù)) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，為了提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采集速度，每個(gè)模擬輸入通道都需要使用單獨(dú)的電壓頻率轉(zhuǎn)換/光耦合器，其輸出頻率信號送至可編程計(jì)數(shù)器8255進(jìn)行頻率測量，在每個(gè)數(shù)據(jù)采集周期由CPU讀取可編程計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，并進(jìn)行標(biāo)度變換以獲得實(shí)際的采樣植。主要優(yōu)點(diǎn)是：通過光電耦合器與CPU接口，因此抗干擾能力強(qiáng)，容易實(shí)現(xiàn)多單片機(jī)系統(tǒng)的多CPU接口。③ 高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ：近幾年來。以ANN為代表的人工智能技術(shù)和小波分析理論，以及行波保護(hù)，暫態(tài)保護(hù)等概念逐步引入繼電保護(hù)領(lǐng)域，對采樣速度提出了更高的要求。在變電站的母線保護(hù)，變壓器保護(hù)和發(fā)電機(jī)保護(hù)中，由于需要進(jìn)行采樣的電流通道很多，對采樣的速度也有很高的要求。采樣率的提高導(dǎo)致了采樣間隔的縮短，從而留給CPU進(jìn)行采樣數(shù)據(jù)預(yù)處理，保護(hù)啟動(dòng)計(jì)算，主保護(hù)計(jì)算的時(shí)間大大縮短。因此，必須大大的壓縮數(shù)據(jù)采集的時(shí)間。保護(hù)裝置使用公控機(jī)時(shí)，通常采用工控機(jī)智能同步數(shù)據(jù)采集模板完成采樣，再將采樣數(shù)據(jù)通過雙口RAM，F(xiàn)IFO等方式傳送給主CPU進(jìn)行處理，因此并不占用主CPU的處理時(shí)間。當(dāng)保護(hù)裝置使用單片機(jī)時(shí)，目前使用的VFC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)難以滿足要求，必須對此單獨(dú)進(jìn)行考慮。為了進(jìn)一步簡化電路設(shè)計(jì)和調(diào)試，一些半導(dǎo)體廠家將完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)集成到一塊芯片中，能夠自動(dòng)完成所有輸入通道的數(shù)據(jù)采集而無須CPU干預(yù)。采用這種專用數(shù)據(jù)采集芯片，將極大簡化單片機(jī)型微機(jī)保護(hù)裝置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，生產(chǎn)，調(diào)試方式，大大的提高其數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集能力。(3) 微機(jī)保護(hù)硬件的一般結(jié)構(gòu)：微機(jī)保護(hù)的硬件類型分為三種：高壓線路微機(jī)保護(hù)，微機(jī)元件繼點(diǎn)保護(hù)，低壓線路的微機(jī)保護(hù).① 高壓線路微機(jī)保護(hù)：目前我國的高壓線路微機(jī)保護(hù)裝置的原理，性能，主要指標(biāo)以及制造工藝方面以達(dá)到了國際先進(jìn)水平，微機(jī)保護(hù)的動(dòng)作正確率也已經(jīng)超過了常規(guī)保護(hù)。對于高壓和超高壓輸電線路微機(jī)保護(hù)裝置，多單片機(jī)構(gòu)成的多CPU硬件結(jié)構(gòu)已成為現(xiàn)行的實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)。這種類型的微機(jī)保護(hù)裝置的基本特點(diǎn)是：電壓頻率轉(zhuǎn)換原理的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為整套裝置的公共部分,其頻率輸出信號分別傳送給各個(gè)保護(hù)插件，再由各個(gè)保護(hù)插件完成相應(yīng)的測頻，采樣值標(biāo)度變換，保護(hù)功能計(jì)算。3個(gè)保護(hù)CPU分別完成高頻保護(hù)，距離保護(hù)，零序保護(hù)功能。監(jiān)控CPU主要負(fù)責(zé)人機(jī)接口，保護(hù)定值管理。通信控制，保護(hù)CPU運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控等功能。3個(gè)保護(hù)插件啟動(dòng)元件按三取二的原則啟動(dòng)各套保護(hù)裝置的出口回路，從而大大的提高了保護(hù)裝置的可靠性。 但是這種多CPU微機(jī)保護(hù)裝置采用了不完全冗余技術(shù)。保護(hù)輸入和輸出通道不采用冗余技術(shù)，而只是在信號處理器部分采用。如果模擬輸入通道和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)生故障，那麼輸入3個(gè)CPU插件的故障數(shù)據(jù)將不在準(zhǔn)確，整套裝置不能正確工作；跳閘出口通道發(fā)生故障，整套裝置同樣不能正確工作。因此整個(gè)保護(hù)裝置并不因?yàn)椴捎昧硕郈PU技術(shù)而使可靠性大幅度的提高。多CPU微機(jī)保護(hù)裝置除完成本線路的繼電保護(hù)功能外，同時(shí)還必須完成相鄰線路的遠(yuǎn)后備保護(hù)功能。廣泛的使用多CPU微機(jī)保護(hù)裝置中，距離保護(hù)三段和零序保護(hù)三段，都具有遠(yuǎn)后備的功能。在距離保護(hù)CPU插件或者零序保護(hù)CPU插件發(fā)生故障時(shí)，即使線路的主保護(hù)可以正常工作，仍將失去遠(yuǎn)方后備保護(hù)的功能。由于以上的原因，在高壓和超高壓輸變電線路中，不但主保護(hù)必須雙重化配置，后備保護(hù)也必須雙重化配置。② 微機(jī)元件繼電保護(hù)：微機(jī)元件保護(hù)的種類很多，硬件結(jié)構(gòu)也各有特色，基本的類型有單片機(jī)型和工控機(jī)型微機(jī)元件保護(hù)。許多廠家得宜于線路微機(jī)保護(hù)的成功開發(fā)和應(yīng)用中的成功經(jīng)驗(yàn)，推出了許多與微機(jī)線路保護(hù)硬件結(jié)構(gòu)相似的單片機(jī)型微機(jī)元件保護(hù)。比如采用了高壓線路保護(hù)類似的VFC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和高性能單片機(jī)構(gòu)成的雙CPU系統(tǒng)，變壓器主保護(hù)與變壓器各側(cè)的后備保護(hù)分別采用不同的CPU完成保護(hù)功能。為適合變電站自動(dòng)化的發(fā)展，新型微機(jī)變壓器保護(hù)也提供了基于現(xiàn)場總線的通信接口功能。采用工控機(jī)實(shí)現(xiàn)的微機(jī)保護(hù)，具有小型化，低成本，高可靠性等優(yōu)點(diǎn)。工控機(jī)總線接口簡單，模塊化程度高，容易結(jié)合，使用維護(hù)方便，系統(tǒng)功能容易擴(kuò)展。可以大大縮短微機(jī)保護(hù)裝置的開發(fā)周期，實(shí)現(xiàn)微機(jī)繼電保護(hù)裝置的系列化和標(biāo)準(zhǔn)化，便于運(yùn)行部門的運(yùn)行維護(hù)，必將在微機(jī)保護(hù)的發(fā)展中發(fā)揮重要的作用。③ 低壓線路的微機(jī)保護(hù)：這種類型的保護(hù)裝置可以分為兩種：一種為“一對一”方式，即一套裝置實(shí)現(xiàn)一條線路的保護(hù)；另一種為“一對N”方式，即一套裝置實(shí)現(xiàn)多條線路保護(hù)。采