【正文】 理，布局更加緊湊都有很重要的意義。變電站綜合自動化系統(tǒng)可以采集到比較齊全的數(shù)據(jù)和信息，利用計算機的高速計算能力和邏輯判斷功能，可 以方便的監(jiān)視和控制變電站內(nèi)的各種設(shè)備的運行和操作，它具有功能綜合化，結(jié)構(gòu)微機化，操作監(jiān)視屏幕化，運行管理智能化等顯著特點。 （ 2） ： 可以 方便的擴充其他的輔助功能。 （ 5） ：使用靈活方便。極大的提高了性能效率比。目前的綜合自動化裝置都是安裝在低電壓的中置柜上和室內(nèi)的開關(guān)室內(nèi)，戶外的僅是一些實現(xiàn)簡單功能的柱上設(shè)備。同時也極大的提高了變電站的運行穩(wěn)定性，可靠性。全站統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)一維護組態(tài)工具軟件，分類分單元下載參數(shù)設(shè)置數(shù)據(jù)。 國外變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展 70 年代末 80 年代初，國外開始了對于 ISA 技術(shù)的研究，這是由于電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，要求電網(wǎng)及變電站的控制和保護系統(tǒng)必須運行安全、可靠、經(jīng)濟。世界發(fā)達國家率先研制出成熟系統(tǒng)，并推廣應(yīng)用，大大提高了變電站管理的自動化水平，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全、可靠、經(jīng)濟運行。該類系統(tǒng)是在常規(guī)的繼電保護及二次接線基礎(chǔ)上增設(shè) RTU 裝置，功能主要為完成與遠方調(diào)度主站通信實現(xiàn) “四遙 ”(遙測，遙信，遙調(diào)，遙控 )，繼電保護及自動裝置與系統(tǒng)聯(lián)結(jié)采用硬接點狀態(tài)接入。該模式?jīng)]有做到面向?qū)ο笤O(shè)計，信息共享程度不高，另外系統(tǒng)的二次電纜互聯(lián)較多，擴展性不好，不利于運行管理和維護。 （ 3） ： 減少維護工作時間，減少值班人員的勞動強度，并達到減員增效 （ 4） ： 縮小變電站占地面積，減少總投資。但由于在技術(shù)性能上的潛在能力，必將被廣泛的應(yīng)用于祖國各個城網(wǎng)和農(nóng) 網(wǎng)中。 第 2 章 變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，功能與保護配 置 變電站綜合自動化系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu) 變電站綜合自動化系統(tǒng)的組成在結(jié)構(gòu)上主要可以分成：集中式，分布集中式，集中和分散式，分散式四種。經(jīng)初步處理后送到 I/O 通信控制器進行數(shù)據(jù)格式的變換，并將變電站所有保護，測量，信號和控制信息統(tǒng)一處理，與當(dāng)?shù)氐暮笈_機和遠方調(diào)度中心進行信息交換。 如圖所 示： 當(dāng) 地 監(jiān) 控 后臺 機I / O 通 信 控 制 器繼 電 保 護 裝 置 遠 動 裝 置饋線保護變壓器保護備自投低壓減載電容器保護遙控遙調(diào)遙脈遙測遙信C TP T開關(guān)量狀態(tài)模擬量脈沖量出口繼電器變壓器分接頭 分散式綜合自動化系統(tǒng)： 該系統(tǒng)按回路進行設(shè)計，每一個開關(guān)柜上或其他一次設(shè)備上就地安裝微機保護單元和單回路的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控單元，這樣不但可以節(jié)省大量的光電纜，同時也提高了抗干擾能力。 當(dāng) 地 監(jiān) 控 后 臺 機I / O 通 信 控 制 器 1 I / O 通 信 控 制 器 2單 回 路 保 護 裝 置單 回 路數(shù) 采 和 監(jiān) 控單 元開 關(guān)柜 1 … … … …單 回 路 保 護 裝 置 保 護 裝 置單 回 路數(shù) 采 和 監(jiān) 控單 元數(shù) 采 和 監(jiān) 控單 元開 關(guān) 柜 n其 它 電 氣 設(shè)備送 遠 方 調(diào) 度中 心饋 線 間 隔 級網(wǎng) 絡(luò) 電 纜分 布 式 綜 合 自 動 化 系 統(tǒng) 原 理 圖 分布集中式綜合自動化系統(tǒng)： 整個變電站的一，二次設(shè)備分為三層，變電站層，單元層和設(shè)備層。單元層本身是有各種不同的單元裝置組成，這些獨立的單元裝置直接通過局域網(wǎng)絡(luò)或串行總線與變電站層聯(lián)系，也有可能設(shè)有數(shù)據(jù)采集管理機或保護管理機，分別管理各測量，監(jiān)視單元和 各保護單元，然后集中由數(shù)采管理機和保護管理機與變電站層通信。變電站綜合自動化系統(tǒng)主要集中在單元層和變電站層。目前國內(nèi)應(yīng)用較多的是分散式結(jié)構(gòu)集中式組屏 。 監(jiān)測： 綜合自動化系統(tǒng)通過對變電站的數(shù)據(jù)進行采集，處理，顯示和打印，使運行人員了解變電站的 運行工況，并采取相應(yīng)的措施。 (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。 操作方式分為手動操作和遙控執(zhí)行。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。 也可利用功率方向法等其他方法來判別。 (3) : 無功電壓自動控制：根據(jù)電網(wǎng)無功，電壓計算和判斷是投切電容器，還是調(diào)節(jié)變壓器分接頭位置?；螂娋W(wǎng)故障時不應(yīng)該誤動。其特點 ： (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。能夠?qū)ΡＷo柜包括主機在內(nèi)的各元件進行在線檢查。本體保護（重瓦斯，輕瓦斯，有載重瓦斯，有載輕瓦斯等），過流保護（包括低壓啟動，復(fù)合電壓啟動），過負荷保護。模擬屏主接線圖上安裝儀表和操作把手?？刂婆_上或旁邊放主機顯示器 CRT。主控室后部設(shè)保護柜，變送器柜，監(jiān)控柜，電度表柜，交直流電源柜等設(shè)備。采用光電隔離和繼電器接點閑離的方法實現(xiàn)。各單元應(yīng)具有模塊化的主機板，開出板。 微機保護裝置的發(fā)展大致可以分為以下幾個階段： 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)計符合四統(tǒng)一設(shè)計標準，其代表產(chǎn)品為微機高壓輸電線路保護裝置。 變電站綜合自動化系統(tǒng)微機保護的硬件結(jié)構(gòu) (1) 處理器分為單片機和數(shù)字信號處理器兩種。 新型高性能的單片機性能得到了很大的提高。高性能單片機包含了微機保護所需要的各種硬件功能，使新型微機保護的電路設(shè)計異常簡單可靠。 DSP 具有強大的處理功能，在相同的主頻率下，甚至比目前最先進的個人計算機快 10—50 倍。濾序和傅立葉變換算法 的主要時間，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完成的運算功能，甚至完成獨立的繼電保護功能。模擬量多路轉(zhuǎn)換開關(guān)采用硬件電路控制記數(shù)自動進位切換通道號。 ② 電壓頻率轉(zhuǎn)換原理的計數(shù)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)： 第 2 代微機線路保護的 VFC (電壓頻率保護 ) 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，每個模擬輸入通道都需要使用單獨的電壓頻率轉(zhuǎn)換 /光耦合器，其輸出頻率信號送至可編程計數(shù)器 8255 進行頻率測量，在每個數(shù)據(jù)采集周期由 CPU 讀取可編程計數(shù)器的計數(shù)值，并進行標度變換以獲得實際的采樣植。在變電站的母線保護，變壓器保護和發(fā)電機保護中，由于需要進行采樣的電流通道很多，對采樣的速度也有很高的要求。當(dāng)保護裝置使用單片機時，目前使用的 VFC 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)難以滿足要求，必須對此單獨進行考慮。對于高壓和超高壓輸電線路微機保護裝置，多單片機構(gòu)成的多 CP U 硬件結(jié)構(gòu)已成為現(xiàn)行的實際標準。通信控制， 保護 CPU 運行狀態(tài)監(jiān)控等功能 。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 CPU 插件的故障數(shù)據(jù)將不在準確，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。在距離保護 CPU 插件或者零序保護 CPU 插件發(fā)生故障時，即使線路的主保護 可以正常工作，仍將失去遠方后備保護的功能。比如采用了高壓線路保護類似的 VFC 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和高性能單片機構(gòu)成的雙 CPU 系統(tǒng)，變壓器主保護與變壓器各側(cè)的后備保護分別采用不同的 CPU完成保護功能?？梢源蟠罂s短微機保護裝置的開發(fā) 周期，實現(xiàn)微機繼電保護裝置的系列化和標準化，便于運行部門的運行維護，必將在微機保護的發(fā)展中發(fā)揮重要的作用。它具有分布式結(jié)構(gòu)的全部優(yōu)點而且又便于設(shè)計安裝及運行維護。 第 3 章 變電站綜合自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò) 通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展： 目前，國內(nèi)變電站綜合自動化系統(tǒng)用的通信網(wǎng)絡(luò)主要是總線式網(wǎng)絡(luò)。通常用于近距離傳輸，此時可將兩臺具有 RS232 接口的通信設(shè)備直接相連，如果要進行遠距離傳輸，可以再加調(diào)制器即可。 RS485 為半雙工通信方式，在某一時刻，一個發(fā)送一個接受，當(dāng)用于多站互連時，可節(jié)省信號線，便于高速遠距離的傳送。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議開放 ，對任何用戶平等。 Lonworks 通信協(xié)議符合 OSI 模型，任何制造商的產(chǎn)品都可以實現(xiàn)互操作。 (8)： Lonworks 直接通信距離長達 2700m (9)： Lonworks 技術(shù)的核心是神經(jīng)元芯片。它們之間通過公共存儲器傳遞數(shù)據(jù)。 CANBUS 的主要技術(shù)特性如下： (1)： CANBUS 可以多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任意一個接點均可以在任何時刻主動向其它節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活。 (5)： CANBUS 直接通信距離最遠可達 10km， CANBUS 的通信速率最高可達 1Mbit/s. (6)： CANBUS 上的節(jié)點數(shù)實際上可達 110 個，理論上可達 2020 多個。 (10): NZR 編碼 /解碼方式，并采用位填充技術(shù)。因 而實用性較差。監(jiān)控網(wǎng)用來傳送各種控制和狀態(tài)信息。每個保護裝置都帶有 LONWORKS 網(wǎng)絡(luò)接口，后臺機，工程師站，遠動機等 pc 機上均有 PCLTA 卡，于是保護裝置和 PC 機就可以連接到 LONWORKS 網(wǎng)絡(luò)上。間隔以上和間隔內(nèi)部。這種方案實際上是將嵌入式以太網(wǎng)和 LONWORKS 現(xiàn)場總線技術(shù)相結(jié)合，發(fā)揮了各自的優(yōu)勢。 CPU 采用 32b 單片機， CPU 部分采用了嵌入式軟件設(shè)計，利用實時多任務(wù)操作系統(tǒng)及 TCP/IP 模塊，完成以太網(wǎng)的通信和測控任務(wù) LONWORKS 現(xiàn)場總線網(wǎng)方案和嵌入式以太網(wǎng)方案的比較和分析： (1) ： 方案 1 中只有 LONWORKS 一層網(wǎng)絡(luò)，站內(nèi)的幾十個保護裝置均連接在其上。而當(dāng)信息傳到主干網(wǎng)時，由于主干網(wǎng)的帶寬很寬，所以站內(nèi)的流量對于其而言仍屬輕負載， 以太網(wǎng)在輕負載 時效率極高，因此方案 2 能滿足變電站綜合自動化系統(tǒng)的要求，并且留有余地。 PC 機必須用 PCLTA 卡等專用卡與 LONWORKS 網(wǎng)絡(luò)接口，這些板卡由于是專用品所以價格較高， PC 機臺數(shù)增多時，很不劃算。 由于以太網(wǎng)使用開放式的 TCP/IP 協(xié)議，所以可以較為方便的與廣域網(wǎng)相聯(lián)。以及本地 的變電站系統(tǒng)和遠程調(diào)度中心的通信。變電站和遠程調(diào)度中心的信息傳輸基于公用電話網(wǎng)，通過終端的modem 實現(xiàn)數(shù)字信號和公用電話網(wǎng)上的模擬信號之間的轉(zhuǎn)換，通信管理機的外圍設(shè)備包括鍵盤輸入，液晶顯示，程序存儲器 EPROM，實時時鐘 RAM,以及備用 的 RS232 串口 內(nèi)部通信網(wǎng)的傳輸實時性分析 方案一中的 LONWORKS 現(xiàn)場總線方式中由于帶寬有限，特別是當(dāng)多個保護共同動作時，網(wǎng)上沖突加劇，重發(fā)次數(shù)增多，通信效率降低。LONWORKS 網(wǎng)絡(luò)通過網(wǎng)絡(luò)變量來實現(xiàn)節(jié)點之間的通信，不同的網(wǎng)絡(luò)變量可以設(shè)置成不同的優(yōu)先級，這樣開關(guān)變位等重要信息就可以用優(yōu)先級高的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先傳輸。 以太網(wǎng)雖然沒有 LONWORKS 或CAN 網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)先級設(shè)置，但其帶寬高達 10MB/S，因此可以承受的網(wǎng)絡(luò)負荷很大。 國外相關(guān)產(chǎn)品的比較 國外變電站綜合自動化系統(tǒng)主要是由西門子公司生產(chǎn)的 LSA678，該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要分為完全分散和集中與分散相結(jié)合式，后者由于價格和靈活性上的優(yōu)勢而在國內(nèi)應(yīng)用較多。它們相繼開發(fā)了一系列產(chǎn)品，并在全國各個省市的變電站中得到了應(yīng)用。 通信協(xié)議的作用 要實現(xiàn)整個變電站綜合自動化并與上一級控制中 心實現(xiàn) “四遙 ”，必須保證工作站，主機，工程師站，現(xiàn)場各 CPU 單元與控制設(shè)備間的實時，準確通信。同時采集來的信號要往主站送，承擔(dān)和主站通信的功能。 目前用于電力系統(tǒng)的通信協(xié)議品種繁多，有國際標準，有國家標準，也有行業(yè)標準甚至是企業(yè)標準。與其它通信技術(shù)相比，有以下優(yōu)點： (1) ： 傳輸頻帶很寬，通信容量大。 (5) ： 保密性好。 光纖通信的類型以及在配電自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用如下 (1) ： SDH（同步數(shù)字體系）和 PDH（準同步數(shù)字體系）。它是一種用于低速傳輸數(shù)字信號的光電合一產(chǎn)品。 配電自動化 專用數(shù)據(jù)光傳輸設(shè)備具有傳輸距離遠，組網(wǎng)靈活，接口豐富等特點的光電合一最新產(chǎn)品。 現(xiàn)場總線的特點： (1): 系統(tǒng)的開放性，即標準的一致性，公開性。 (5): 對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性。 (3): 無線擴頻通信技術(shù)：具有抗干擾能力強，系統(tǒng)誤碼率低，建設(shè)方便，投資少等特點。通過具體的 3 種方法將變電站內(nèi)的設(shè)備用通信協(xié)議連接了起來。 REF542plus 中的數(shù)字處理器 DSP 執(zhí)行測量和保護的功能，電流傳感器適用于距離保護和差動保護。 復(fù)壓閉鎖過流保護 的復(fù)壓閉鎖元件，有本側(cè)復(fù)壓閉鎖和外部接入的復(fù)壓開入閉鎖或門構(gòu)成。每段可獨立投退，并且保護可以選擇是否經(jīng)過零壓元件閉鎖，是否經(jīng)過方向元件閉鎖以及方向元件的設(shè)定。 (4): 過復(fù)合保護： 包括過復(fù)合警告，啟動風(fēng)冷，閉鎖有載調(diào)壓，各一段一時限。 (5) ：復(fù)合電壓出口功能： 為實現(xiàn)各側(cè)復(fù)合電壓并聯(lián)的方式，本裝置配有復(fù)合電壓出口功能，有獨立的低電壓和負序電壓定值，當(dāng)復(fù)合電壓滿足條件，接通復(fù)壓出口觸點，并異常告警。 三相電壓和大于 8V， 最大線電壓和最小線電壓差大于 16V，判為單相PT 斷線?；蛘唠娙萜鞅旧碓繐舸┬纬上嚅g短路。 電容器保護 (1) ：三相式相間電流保護： 裝置設(shè)三段相間電流保護，每段均可獨立投退。