【文章內(nèi)容簡介】 保護(hù)、自動(dòng)裝置和遠(yuǎn)動(dòng)裝置）經(jīng)過功能組合和優(yōu)化設(shè)計(jì)，利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、通信技術(shù)和信號處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)對全變電站電氣設(shè)備輸配電線路的自動(dòng)控制、自動(dòng)監(jiān)視、測量和保護(hù)，以及實(shí)現(xiàn)與運(yùn)行和調(diào)度通信相關(guān)的綜合性自動(dòng)化功能。變電綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是利用多臺微型計(jì)算機(jī)和大規(guī)模集成電路組成的自動(dòng)化系統(tǒng)，替代了常規(guī)的控制設(shè)備、遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備、信號設(shè)備和測量監(jiān)視儀表。變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)具有功能綜合化、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)微機(jī)化、測量顯示數(shù)字化、操作監(jiān)視屏幕化、運(yùn)行管理智能化等特點(diǎn)。簡言之，變電所綜合自動(dòng)化是集保護(hù)、測量、控制、遠(yuǎn)運(yùn)等為一體通過數(shù)字通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)信息共享的一套微機(jī)化的二次設(shè)備及系統(tǒng)。變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是各技術(shù)密集，多種專業(yè)技術(shù)相互交叉、相互配合的系統(tǒng)。它是建立在計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的。它綜合了變電所內(nèi)除一次設(shè)備和交、直流電源以外的全部二次設(shè)備。微機(jī)監(jiān)控子系統(tǒng)綜合了原來的儀表屏、操作屏、模擬屏和變送器柜、遠(yuǎn)動(dòng)裝置、中央信號系統(tǒng)等功能；微機(jī)保護(hù)子系統(tǒng)代替子電磁式或晶體管式的保護(hù)裝置；微機(jī)保護(hù)子系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)相結(jié)合，綜合了故障錄波、故障測距、無功電壓調(diào)節(jié)和中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)等子系統(tǒng)的功能。、分層化綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是一個(gè)分布式系統(tǒng)，其中微機(jī)保護(hù)、數(shù)據(jù)采集和控制以及其他智能設(shè)備等子系統(tǒng)都是按分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的，每個(gè)子系統(tǒng)可能有多個(gè) CPU同時(shí)并列運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)變電站自動(dòng)化的所有功能，這樣一個(gè)由龐大的CPU群構(gòu)成了一個(gè)完整的、高度協(xié)調(diào)的有機(jī)綜合（集成）系統(tǒng)。這樣的綜合系統(tǒng)往往有幾十個(gè)甚至更多的CPU同時(shí)并列運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)變電站自動(dòng)化的所有功能。另外，按照變電站物理位置和各子系統(tǒng)功能分工的不同，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)又按分層原則來組織。典型的分層原則是將變電站自動(dòng)化系統(tǒng)分為兩層，即變電層和間隔層，也可分為三層，即變電站層、通信層、和間隔層。由此可構(gòu)成分散（分布）式綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。變電所實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化后，不論是有人值班還是無人值班，操作人員不是在變電所內(nèi)就是在主控室或調(diào)度室，面對彩色顯示器，對變電站的設(shè)備和輸電線路進(jìn)行全方位的監(jiān)視與操作。常規(guī)龐大的模擬屏被顯示器屏幕上的實(shí)時(shí)主接線畫面取代；常規(guī)的在斷路器安裝處或控制屏進(jìn)行的跳、合閘操作，被顯示器屏幕上的鼠標(biāo)操作或鍵盤操作所取代；常規(guī)的光字牌報(bào)警信號，被顯示器屏幕畫面閃爍和文字提示或語言報(bào)警所取代，即通過計(jì)算機(jī)的顯示器屏幕顯示，可以監(jiān)視全變電站的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況和對各開關(guān)設(shè)備進(jìn)行操作控制。、光纜化計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)及光纖通信技術(shù)在綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中得到普遍應(yīng)用。因此，系統(tǒng)具有較高的抗電磁干擾的能力，能夠?qū)崿F(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳送、滿足實(shí)時(shí)性要求，容易擴(kuò)展，可靠性大提高，而且大大簡化了常規(guī)變電站繁雜的各種電纜連接，方便施工。智能化不僅表現(xiàn)在常規(guī)的自動(dòng)化功能上，如自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)報(bào)表、電壓無功自動(dòng)調(diào)節(jié)、小電流接地選 線、事故判別與處理方面，還表現(xiàn)在能夠在線自診斷，并不斷將診斷的結(jié)果送往遠(yuǎn)方的主控端。這是區(qū)別與常規(guī)二系統(tǒng)的重要特征。簡而言之，常規(guī)二次系統(tǒng)只能監(jiān)測一次設(shè)備，而本身的故障必須靠維護(hù)人員去檢查、去發(fā)現(xiàn)；而綜合自動(dòng)化系統(tǒng)不僅能監(jiān)測一次設(shè)備，還能每時(shí)每刻檢測自己是否有故障，充分體現(xiàn)了其智能性。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)二次系統(tǒng)各專業(yè)界限和設(shè)備劃分原則，改變了常規(guī)保護(hù)裝置不能與調(diào)度中心通信的缺陷。長期以來，變電所采用指針式儀表作為測量儀器，其準(zhǔn)確度低、讀數(shù)不方便。采用微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)后，徹底改變了原來的測量手段，常規(guī)指針式儀表全被顯示器上的數(shù)字顯示所代替，直觀、明了。而原來的人工抄表記錄則完全由打印、報(bào)表所代替。這不僅減輕了值班人員的勞動(dòng)，而且提高了測量精確度和管理的科學(xué)性。正是由于變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)具有的上述明顯特征，使其發(fā)展具有強(qiáng)勁的生命力。因此，變電所綜合自動(dòng)化將成為今后新建變電主導(dǎo)技術(shù)，同時(shí)也是變電所改造的首選產(chǎn)品。（二）變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式從變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展過程來看，其結(jié)構(gòu)形式有集中式、分層分布式、分散集中式、完全分散分布式；從安裝物理位置上來劃分有集中組屏、分層組屏和分散在一次設(shè)備間隔上安裝等形式。1．集中式變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)集中式結(jié)構(gòu)的變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，指采用不同檔次的計(jì)算機(jī)，擴(kuò)展其外圍接口電路，集中采集變電所的模擬量、開關(guān)量和數(shù)字量等信息，集中進(jìn)行計(jì)算與處理，分別完成微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)和一些自動(dòng)控制等功能，集中結(jié)構(gòu)也并非指由一臺計(jì)算機(jī)完成保護(hù)、監(jiān)控等全部功能。多數(shù)集中式結(jié)構(gòu)的微機(jī)保護(hù)、微機(jī)監(jiān)控和與調(diào)度等通信的功能也是由不同的微機(jī)完成的，只是每臺微機(jī)承擔(dān)的任務(wù)多一些。例如監(jiān)控機(jī)要負(fù)擔(dān)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、開關(guān)操作、人機(jī)聯(lián)系等多項(xiàng)任務(wù)；擔(dān)任微機(jī)保護(hù)的計(jì)算機(jī)，可能一臺微機(jī)要負(fù)責(zé)幾回低壓線路的保護(hù)等。這種結(jié)構(gòu)形式主要出現(xiàn)在變電所系統(tǒng)問世的初期，如圖21所示。這種結(jié)構(gòu)形式是按變電所的規(guī)模配置相應(yīng)容量、功能的微機(jī)保護(hù)裝置和監(jiān)控主機(jī)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它們安裝在變電所主控室內(nèi)。主變壓器、各種進(jìn)出線路及所內(nèi)所有電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)經(jīng)電纜傳關(guān)到主控制室的保護(hù)裝置或監(jiān)控計(jì)算機(jī)上，并與調(diào)度中心的主計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。當(dāng)?shù)乇O(jiān)控計(jì)算機(jī)完成當(dāng)?shù)仫@示、控制和制表打印等功能。集中式綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的缺點(diǎn)是(1)計(jì)算機(jī)的功能較集中，如果一臺計(jì)算機(jī)出故障，影響面大，因此必須采用雙機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的結(jié)構(gòu)才能提高可靠性。(2)集中式結(jié)構(gòu)，軟件復(fù)雜，修改工作量大，調(diào)試難度大。(3)動(dòng)態(tài)不靈活，對不同主接線或規(guī)模不同的變電所，軟、硬件都必須另行設(shè)計(jì)，工作量大，因此影響了批量生產(chǎn)，不利于推廣。(4)集中式保護(hù)與長期以來采用一對一的常規(guī)保護(hù)相比，不直觀、不符合運(yùn)行和維護(hù)人員的習(xí)慣，調(diào)試和維護(hù)不方便，程序設(shè)計(jì)麻煩。因此，集中式綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，適合于小型變電所的新建或改造。2. 分層分布結(jié)構(gòu)集中組屏的變電所綜合自動(dòng)系統(tǒng)隨著微機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，特別是在20世紀(jì)80年代后期，單片機(jī)的性能價(jià)格比越來越高，給變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的研究和開發(fā)工作注入了新的活力，使研制者有條件將微機(jī)保護(hù)單元和數(shù)據(jù)采集單元按一次回路進(jìn)行設(shè)計(jì)。所謂分布式結(jié)構(gòu)，是在結(jié)構(gòu)上采用主從CPU協(xié)同工作方式，各功能模塊之間采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或串行方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，多CPU系統(tǒng)提高了處理并行多發(fā)事件的能力、解決了集中式結(jié)構(gòu)獨(dú)立CPU計(jì)算處理的瓶頸問題，方便系統(tǒng)擴(kuò)展和維護(hù)，局部故障不影響其他模塊正常運(yùn)行。按照IE61850變電所通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議，變電所能通信體系分為三層：變電站層、間隔層、設(shè)備層：這就是所謂的分層式結(jié)構(gòu)。在變電所綜合自動(dòng)系統(tǒng)中，通常把繼電保護(hù)、自動(dòng)重合閘、故障錄波、故障測距等功能綜合在一起的裝置稱為保護(hù)單元，而把測量和控制功能綜合在一起的裝置稱為保護(hù)單元，兩者通稱為間隔單元。設(shè)備層主要是指變電所內(nèi)的變壓器和斷路器、隔離開關(guān)及輔助觸點(diǎn)，電流互感器、電壓互感器等一次設(shè)備，圖2－2是變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的分層構(gòu)示意圖 間隔層按一次設(shè)備組織，一般按斷路器的間隔劃分，包括測量、控制和繼電保護(hù)部分。測量、控制部分負(fù)責(zé)單元的測量、監(jiān)視、斷路器的操作控制和連鎖及事件順序記錄等；保護(hù)部分負(fù)責(zé)該單元線路或變壓器或電容器的保護(hù)、各種錄波等。因此，間隔層本身是由各種不同的單元裝置組成，這些獨(dú)立的單元裝置直接通過總線接到變電站層。變電所層由一臺或多臺微機(jī)組成，這種微機(jī)操作簡單方便、界面漢化。3. 中、小型變電所的分層分布式集中組屏結(jié)構(gòu)分層分布式系統(tǒng)集中組屏結(jié)構(gòu)是把整套綜合自動(dòng)化系統(tǒng)　按其功能組裝成多個(gè)屏（或稱柜），例如主變壓器保護(hù)屏（柜）、線路保護(hù)屏、數(shù)據(jù)采集屏、出中屏等。一般來說，這些屏都集中安裝在主控室中，我們把這種結(jié)構(gòu)稱為“分布集中式結(jié)構(gòu)”，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖23所示：圖23所示的系統(tǒng)采用按功能劃分的分布式多CPU系統(tǒng)，每個(gè)功能單元基本上由一個(gè)CPU組成，也有一個(gè)功能單元由多個(gè)CPU完成的，例如主變壓器保護(hù)，在主保護(hù)和多種后保護(hù)，因此由2個(gè)或2個(gè)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)。由圖23可知，在綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的管理上，采取分層（級）管理的模式，即各保護(hù)功能單元由保護(hù)管理機(jī)直接管理。一臺保護(hù)管理機(jī)可以管理多個(gè)單元模塊。它們之間可以采用總連接，如RS485總線、CAN總線等；而交流采樣，由數(shù)采控制機(jī)負(fù)責(zé)管理；開關(guān)屏和控制屏分別處理開入/開出的信息。保護(hù)管理機(jī)和數(shù)采控制機(jī)以及控制處理機(jī)等是處于單元層的第二層結(jié)構(gòu)。正常運(yùn)行時(shí)，保護(hù)管理機(jī)監(jiān)視各保護(hù)單元的工作情況，一旦發(fā)現(xiàn)某一保護(hù)單元本身工作不正常，立即報(bào)告監(jiān)控機(jī)，并報(bào)告調(diào)度中心。如果某一保護(hù)單元有保護(hù)動(dòng)作信息，也通過保護(hù)管理機(jī)，將保護(hù)動(dòng)作信息送往監(jiān)控機(jī)，再送往調(diào)度中心。調(diào)度中心或監(jiān)控機(jī)也可通過保護(hù)管理機(jī)下達(dá)修改保護(hù)定值等命令。數(shù)采控制機(jī)和開關(guān)量采集處理機(jī)則將數(shù)采單元　和開關(guān)單元采集的數(shù)據(jù)和開關(guān)狀態(tài)送給監(jiān)控機(jī)和送往調(diào)度中心，并接受由調(diào)度或監(jiān)控機(jī)下達(dá)的命令?？傊?，這第二層管理機(jī)的作用是可明顯減輕監(jiān)控機(jī)的負(fù)擔(dān)，協(xié)助監(jiān)控承擔(dān)對間隔層的管理。變電所的監(jiān)控主機(jī)或稱上位機(jī)，通過局域網(wǎng)絡(luò)與保護(hù)管理機(jī)和數(shù)采控制機(jī)以及控制處理機(jī)通信。監(jiān)控機(jī)在無人值班變電站，主要負(fù)責(zé)與調(diào)度中心的通信，使變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)具有RTU的功能，完成四遙的任務(wù)；在有人值班的變電站，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(dòng)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。4. 大型變電所分層分布式集中組屏結(jié)構(gòu)用于大型變電所的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)則在變電站管理層可能沒有通信控制機(jī)，專門負(fù)責(zé)與調(diào)度中心通信，并設(shè)有工程師機(jī)，負(fù)責(zé)軟件開發(fā)與管理功能，另外在功能間隔層可能還有各種錄波裝置等。5. 新型的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分散分布式與集中相結(jié)合的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，目前國內(nèi)外最為流行、結(jié)構(gòu)最為合理的、比較先進(jìn)的一種綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。它是采用“面向?qū)ο蟆奔疵嫦螂姎庖淮位芈分懈鲾?shù)據(jù)或電氣間隔（如一條出線、一臺變壓器、一組電容器等）的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)的，間隔層中各數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控單元和保護(hù)單元做在一起，設(shè)計(jì)在同一機(jī)箱中，并將這種機(jī)箱就地分散安裝在開關(guān)柜上或其他一次設(shè)備附近。這樣各間隔單元的設(shè)備相互獨(dú)立，僅通過光纖或電纜網(wǎng)絡(luò)由站控機(jī)對它們進(jìn)行管理和交換信息，這是將功能分布和物理分散兩者有機(jī)結(jié)合的結(jié)果。通常，能在間隔層內(nèi)完成的功能一般不依賴通信網(wǎng)絡(luò)，如保護(hù)功能本身不依賴于通信網(wǎng)絡(luò)，這就是分散式結(jié)構(gòu)。而完全分散式的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是另一種正在發(fā)展的新技術(shù)，硬件結(jié)構(gòu)為完全分散式的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，是指變壓器、斷路器、母線等一次主設(shè)備為安裝單位，將保護(hù)、控制、輸入/輸出、閉鎖等單元就地分散安裝在主設(shè)備的開關(guān)柜上，安裝在主控制室的主控單元通過現(xiàn)場總線與分散的單元進(jìn)行通信，主控單元通過網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控主機(jī)聯(lián)系，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖24所示。這種完全分散式結(jié)構(gòu)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)模式上強(qiáng)分為兩種：一種是保護(hù)相對獨(dú)立、測量和控制合二為一；另一種是保護(hù)、測量是、控制完全合一，實(shí)現(xiàn)變電所自動(dòng)化的高度綜合。目前變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能和結(jié)構(gòu)都在不斷地向前發(fā)展，全分散式的結(jié)構(gòu)一定是今后發(fā)展的方向，主要是因?yàn)椋?1).分層分散式的自動(dòng)化系統(tǒng)有突出的優(yōu)點(diǎn)。(2).隨著新設(shè)備、新技術(shù)的進(jìn)展如電－光傳感器和光纖通信技術(shù)的發(fā)展，使得原來只能集中組屏的高壓線路保護(hù)