【正文】 UR O M 實(shí) 時(shí) R A MM A X 2 3 2鍵 盤 輸 入液 晶 顯 示工 業(yè) M O D E MC A N 總線 接口C A N 總線 接口P CC A N 卡監(jiān) 控 主機(jī)遠(yuǎn) 方 通 信備 用 串 口至 監(jiān) 控 保 護(hù) 單 元 變電站內(nèi)部的通信基于 CAN 總線，包含兩層通信網(wǎng)絡(luò)：站級(jí) CAN 網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場(chǎng)級(jí) CAN 網(wǎng)絡(luò)。 LONWORKS 以這樣的方式來保證網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。除了西門子公司外，還有 ABB 公司生產(chǎn)的 SCS100和 SCS200。而通信協(xié)議就是整個(gè)系統(tǒng)通信部分的核心。目前我們主要使用的有以下通信協(xié)議 : IEC8705101 通信協(xié)議（遠(yuǎn)動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)）， IEC8705102 通信協(xié)議（電量采集通信標(biāo)準(zhǔn)）， IE87051103 通信協(xié)議（保護(hù)傳輸通信標(biāo)準(zhǔn)）。無漏信號(hào)和串音干擾。通常實(shí)現(xiàn)開閉所 RTU 至主站信息的傳輸，同時(shí)用于建設(shè)饋線 FTU 信息向配電子站集結(jié)的信息通道，但不能傳語音。 (2)： 互可操作性和互用性：設(shè)備和設(shè)備間，不同生產(chǎn)廠家之間。 配電線載波通信技術(shù) 配電通信載波是以 6—10KV 配電線路為傳輸通道，采用移頻監(jiān)控和跳頻技術(shù)相結(jié)合的調(diào)制方式，應(yīng)用先進(jìn)的 DSP 數(shù)字信號(hào)處理技 術(shù)和集成電路技術(shù)來實(shí)現(xiàn)數(shù)話同傳的通信方式。 10KV 開關(guān)柜智能保護(hù)單元 本變電站 10KV 開關(guān)柜選用的是 LG 公司的 LV1 真空開關(guān)，配置的是SIEMENS 系列產(chǎn)品 NSP7 系列保護(hù)及測(cè)控裝置。 零壓閉鎖元件的零序電壓，采用三相電壓計(jì)算自產(chǎn)零序電壓 3Uz 零序電流 可選擇取自變壓器中性點(diǎn)零序電流或三相電流計(jì)算自產(chǎn)零序電流 。 (6) : PT 斷線告警： 三相電壓均小于 16V，某相電流大于 0。 ≥ 1≥ 1≥ 1≥ 1I a I t . s e tI b I t . s e tI c I t . s e tI a I t . s e tI b I t . s e tI c I t . s e tI a I t .。 三相電壓和大于 8V， 最大線電壓小于 16V，判為二相 PT 斷線。作為變壓器中性點(diǎn)接地運(yùn)行方式下的接地保護(hù)，每段都可以獨(dú)立投退。通過定植的整定，每段過流保護(hù)可以選擇是否經(jīng)過復(fù)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。 小結(jié) 本節(jié)介紹了綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)通信總線進(jìn)行了比較。 (4)： 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性。 長(zhǎng)距離光傳輸模塊是內(nèi)置與交換機(jī)或路由器的光設(shè)備。 缺點(diǎn)是強(qiáng)度不如金屬線，連接比較困難，分路和耦合不方便，彎曲半徑不易太小。 光纖通信技術(shù) 光纖通信 優(yōu)點(diǎn) 光纖通信是以光波做為信息載體，以光導(dǎo)纖維作為傳輸介質(zhì)的先進(jìn)通信手段。在變電站控制系統(tǒng)中， CPU 采集控制單元不僅要采集各類信號(hào)（開關(guān)位置，保護(hù)信號(hào)，有功，無功，電壓，電流，功率因數(shù)，電量等），還要對(duì)各單元的開關(guān)進(jìn)行控制和完成邏輯判斷等功能，這占用了很多 CPU 負(fù)荷以及內(nèi)存空間等資源。 國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)廠家主要有南京自動(dòng)化研究所，北京自動(dòng)化研究所，以及珠海的拓普公司，煙臺(tái)的東方電子，許昌繼電器廠等公司。在方案2 中，內(nèi)部間隔的 LONWORKS 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)一般不超過 10 個(gè)，所以在這種情況下內(nèi)部間隔的網(wǎng)絡(luò)傳輸實(shí)時(shí)性是有保證的。現(xiàn)場(chǎng)級(jí) CAN 網(wǎng)絡(luò)用于實(shí)現(xiàn)通信管理機(jī)和監(jiān)控保護(hù)單元之間的信息傳送。 (4)： 易于廣域網(wǎng)相連。于是 LONWORKS 的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載極低，即使在各臺(tái)保護(hù)同時(shí)動(dòng)作的情況下，通信效率仍很高。最低層的各種設(shè)備保護(hù)可不做任何改動(dòng)，保持了 向下的兼容性。通信介質(zhì)為屏蔽雙絞線或光纖。 LONWORKS 總線性能較強(qiáng)，但系統(tǒng)復(fù)雜，造 價(jià)較高。 (4)： CANBUS 可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)全局廣播 幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)。應(yīng)用處理器完成用戶現(xiàn)場(chǎng)控制應(yīng)用。 (3)： 互操作性。采用 RS422 標(biāo)準(zhǔn)通信時(shí)位率可達(dá)到 10Mbit/s。介紹了綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)以及主要的配置，為下一章的通信協(xié)議做好了鋪墊。工控機(jī)總線接口簡(jiǎn)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。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。監(jiān)控 CPU主要負(fù)責(zé)人機(jī)接口，保護(hù)定值管理。 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， FIFO 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。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)。將數(shù)字信號(hào)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。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(jiǎn)潔。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)。 (2): 軟硬件模塊化，方便維護(hù)和擴(kuò)展。 主 控 室 前 部 的控 制 臺(tái)上 面 安 裝 顯 示 器 ， 打 印 機(jī) ，鍵 盤 ， 模 擬 主 接 線 ， 操 作 把手 ， 必 要 儀 表保 護(hù) 柜 ， 變 送器 柜 ， 監(jiān) 控柜 ， 電 度 表柜 ， 電 流 柜O P P O S I T E (3)微機(jī)臺(tái)式 ： 在主控室前部設(shè)微機(jī)臺(tái)，無模擬憑，無控制臺(tái)。 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(tái)，臺(tái)內(nèi)裝微機(jī)及 UPS 電源，臺(tái)上放主機(jī)顯示器 CRT，鍵盤和打印機(jī)。 (3) : 具備實(shí)時(shí)自檢功能。電容器。 (2) ：接地選相：對(duì)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。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。 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(cè)，監(jiān)控，遠(yuǎn)傳，保護(hù)四部分。變電站層設(shè)現(xiàn)場(chǎng)總線或局域網(wǎng)，供各主機(jī)之間和監(jiān)控主機(jī)和單元層之間交換信息。缺點(diǎn)是運(yùn)行時(shí)仍不是很穩(wěn)定。各進(jìn)出線以及其他電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài) 通過 ct,pt，開關(guān)輔助觸點(diǎn)有電纜傳送到變電站的中央控制室的保護(hù)裝置和遠(yuǎn)動(dòng)裝置內(nèi)。雖然變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)在 80 年代后才被開發(fā)應(yīng)用。此類系統(tǒng)的出現(xiàn)是由于當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)保護(hù)和遠(yuǎn)動(dòng)分屬于不同部門和專業(yè)，另外對(duì)繼電保護(hù)與測(cè)控裝置在技術(shù)上如何融和沒有達(dá)成一致的認(rèn)識(shí)，故相當(dāng)一部分尤其是 110KV 及以下電壓等級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)采用此類模式。 隨著微處理器技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)的 發(fā)展，人們可以利用現(xiàn)代先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備來組成一個(gè)自動(dòng)化的控制和保護(hù)系統(tǒng)，改變傳統(tǒng)二次設(shè)備模式，做到設(shè)備簡(jiǎn)化，信息共享，減少變電站的造價(jià)和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。 (5) 全站數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化 變電站的智能監(jiān)控裝置將無電壓等級(jí)劃分，只是下載參數(shù)設(shè)置版本不同。 (2) 設(shè)備安裝就地化，戶外化 綜合自動(dòng)化裝置將和一次設(shè)備整合在一起，其電氣的抗干擾性能，設(shè)備抗熱，抗寒，抗雨雪，防腐蝕等各項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)將達(dá)到極高的地步。 （ 4） ：可靠性提高。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)代替了常規(guī)的測(cè)量和監(jiān)視儀表，代替了常規(guī) 控制屏，中央信號(hào)系統(tǒng)和遠(yuǎn)動(dòng)屏，用微機(jī)保護(hù)代替了常規(guī)的繼電保護(hù)屏，解決了常規(guī)的繼電保護(hù)裝置不能與外界通信的問題。圖文并冒，最后是將一些關(guān)于變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的英文文章進(jìn)行漢語翻譯，這對(duì)了解變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的最新科技有著很大的幫助。最后將變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的繼電保護(hù)和綜自設(shè)備的設(shè)置進(jìn)行了 詳細(xì)的介紹。變電站的綜合自動(dòng)化，是將變電站的二次設(shè)備經(jīng)過功能的重新組合和優(yōu)化設(shè)計(jì)，利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，自動(dòng)化技術(shù)和通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)全變電站的主要設(shè)備和輸配電線路的自動(dòng)監(jiān)視，測(cè)量，控制和微機(jī)保護(hù)，以及調(diào)度通信等綜合性的自動(dòng)化功能。體現(xiàn)在硬件比較通用，制造容易統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。可靠性和穩(wěn)定性要求很高。 (4) 就地通訊網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化 強(qiáng)大的通訊接口能力，主要通訊部件雙備份冗余設(shè)計(jì)（雙 CPU，雙電源等 ），采用光纖總線等等，使現(xiàn)代化的綜合自動(dòng)化變電站的各種智能設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)組成一個(gè)統(tǒng)一的，互相協(xié)調(diào)工作的整體。同時(shí)，采用無人值班管理模式，進(jìn)行遠(yuǎn)方控制，減少人為誤操作的可能性，提高運(yùn)行可靠性，降低變電站的造價(jià)和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。 第二階段：面向功能設(shè)計(jì)的分布式測(cè)控裝置加微機(jī)保護(hù)模式 90 年代初期，微機(jī)保護(hù)及按功能設(shè)計(jì)的分布測(cè)控裝置得以廣泛應(yīng)用，保護(hù)與測(cè)控裝置相對(duì)獨(dú)立，通過通信管理單元能夠?qū)⒏髯孕畔⑺偷疆?dāng)?shù)乇O(jiān)控計(jì)算機(jī)或 調(diào)度主站。對(duì)電力技術(shù)的發(fā)展來說，具有重要的意義，也是電力工業(yè)發(fā)展的顯著標(biāo)志。變壓器。分布式綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)除了減少了大量的電纜，抗干擾能力增強(qiáng)，并大大的簡(jiǎn)化了二次設(shè)備，減小了占地面積。變電站層包括全站性的監(jiān)控主機(jī)，遠(yuǎn)動(dòng)通信機(jī)等。但是這種結(jié)構(gòu)比較適合用于中低壓變電站。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。分為有事故跳閘次數(shù)和手動(dòng)跳閘次數(shù)兩種。在變壓器。能夠記錄事故前后的線路電流和母線電壓。 (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)。模擬主接線，操作把手，必要的儀表和光字均安裝在控制臺(tái)面上。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。 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(jiǎn)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。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。 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。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(qǐng)求中斷，由 CPU 做出相應(yīng)的處理。因此，必須大大的壓縮數(shù)據(jù)采集的時(shí)間。 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。 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。 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)。 小節(jié) 本節(jié)介紹了變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，并介紹了各種結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn) ；變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)主要包括監(jiān)測(cè)，監(jiān)控，遠(yuǎn)傳和保護(hù)四部分，介紹了各部分的主要功能。采用 RS422 標(biāo)準(zhǔn)，可以削弱干擾的影響 ，獲得更長(zhǎng)的傳輸距離和允許更大的信號(hào)衰減?？梢栽谌魏瓮ㄐ沤橘|(zhì)條件下通信，包括雙絞線，電力線，光纖，同軸電纜，射線電纜，紅外線等，并且多種介質(zhì)可以在同一網(wǎng)絡(luò)中混合使用。網(wǎng)絡(luò)處理器完成 OSI 的 36 層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。 (3)： CANBUS 采用非破壞性總線裁決技術(shù)，當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)上傳送數(shù)據(jù)時(shí)，優(yōu)先級(jí)別低的自動(dòng)的主動(dòng)停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級(jí)高的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不受任何影響繼續(xù)傳送數(shù)據(jù)，大大的節(jié)省了總線沖突裁決 時(shí)間。 RS422 和 RS485 雖然在傳輸速度和距離上有所提高，但存在以下缺點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)上只能有一個(gè)主節(jié)點(diǎn)，無法構(gòu)成多主冗余系統(tǒng)，系統(tǒng)可靠性差，數(shù)據(jù)通信方式為命令響應(yīng)方式，從節(jié)點(diǎn)只有在接到主節(jié)點(diǎn)命令后才能響應(yīng)，重要信息得不到及時(shí)傳送，致使靈活性和實(shí)時(shí)性差，糾錯(cuò)能力差。網(wǎng)絡(luò)的通信速率為 78kb/s,最大通信距離為 2km。在間隔內(nèi)部使用 LONWORKS 總線，網(wǎng)上的信息通過間隔層的測(cè)控單元上傳到主干網(wǎng)上。而方案 2 中有兩層網(wǎng)，主干網(wǎng)的帶寬已達(dá) 10MB/s，雖然間隔內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)仍為 78kb/s 帶寬，但其上所連接的節(jié)點(diǎn)數(shù)目卻大大的減少，只有幾臺(tái)。所以方案 2 中更方便，更經(jīng)濟(jì)。其中站級(jí) CAN 網(wǎng)絡(luò)用于實(shí)現(xiàn)上位機(jī)監(jiān)控主機(jī)和通信管理機(jī)之間的通信。根據(jù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)站內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)不超過 40 時(shí)， LONWORKS 總線的網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性是很好的。德國(guó) AEG 公司的 ILS 系統(tǒng)，美國(guó)通用電氣，美國(guó)西屋電氣，法國(guó)的阿爾斯通和瑞士的 LANDIS 公司都有該類產(chǎn)品 。電力系統(tǒng)中所采集的信息需要很高的實(shí)時(shí)性，可靠性，所以認(rèn)識(shí)認(rèn)識(shí)通信協(xié)議對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的影響就比較重要。 IE8705104網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議（遠(yuǎn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)）， 通信協(xié)議 ,MODBUS 通信協(xié)議，CDT 循環(huán)通信協(xié)議， SC1801 通信協(xié)議， M4F 通信協(xié)議等。 (6) ： 抗腐蝕和抗酸堿，可直接埋與地下。 (3) ： 其他通信設(shè)備 光纖收發(fā)器主要用于實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)的遠(yuǎn)程連接。 (3)： 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化與功能自治性。具有實(shí)施方便，組網(wǎng)靈活，開放透明的通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃愿?，?shí)時(shí)性強(qiáng)，信道可靠等特點(diǎn)。 變壓器后備保護(hù) (1)： 三段式復(fù)壓閉鎖過流保護(hù)： 配有三段共九時(shí)限（每段三時(shí)限 ）的復(fù)壓閉鎖過流保護(hù)，每段都有獨(dú)立的電流定值，時(shí)間定值和方向定值。 (3): 二段式間隙零序過流保護(hù)： 配有二段兩時(shí)限間隙零序電流保護(hù)。 2A，判為三相失